一种基于固废助滤与梯度压滤耦合的赤泥脱水方法及系统

本发明涉及赤泥固废处理，尤其涉及一种基于固废助滤与梯度压滤耦合的赤泥脱水方法及系统。

背景技术：

1、赤泥是氧化铝生产过程中产生的大宗工业固废，其脱水处理是赤泥后续资源化利用的前置关键工序，核心是通过物理、化学相结合的方式脱除赤泥中的自由水与束缚水，降低赤泥含水率，满足赤泥基胶凝材料、道路工程材料等资源化利用的指标要求。赤泥脱水方法的工作原理为先对赤泥浆料进行预处理去除杂质、调节料浆状态，再通过添加助滤剂改善赤泥过滤特性，随后经压滤装置脱除大部分水分形成滤饼，最后通过烘干装置对滤饼进行深度烘干，完成赤泥的整体脱水流程。

2、目前市面上的赤泥脱水系统主要由预处理装置、助滤装置、压滤装置、烘干装置组成，各装置间通过输送管路连接。其中预处理装置主要用于去除赤泥浆料中的大块杂质，并对酸碱度进行简单调节；助滤装置多为独立的加料罐，通过管路将助滤剂输送至预处理装置或压滤装置的进料端；压滤装置通过单一恒定压力对赤泥浆料进行压滤，使料浆中的水分透过滤布形成滤液，固体颗粒截留形成滤饼；烘干装置为常规热风烘干结构，对压滤后的滤饼进行高温烘干，进一步降低赤泥含水率。在实际运行过程中，先将赤泥浆料送入预处理装置，去除大块杂质并调节基本状态后，按比例添加助滤剂，混合后的料浆送入压滤装置进行压滤处理，压滤形成的滤饼进入烘干装置烘干，最终得到脱水赤泥。

3、现有赤泥脱水方法在实际应用中暴露出诸多技术问题：

4、首先，现有压滤过程均采用单一压力压滤模式，需频繁更换，增加了设备维护成本，压滤初期若压力过高，易导致赤泥细颗粒堵塞滤布，造成过滤通道失效，压滤后期若压力不足，则无法有效脱除赤泥颗粒内部的束缚水，导致滤饼含水率居高不下，难以满足赤泥资源化利用的指标要求。此外，现有技术中虽有部分尝试将固废用于赤泥助滤或采用梯度压滤方式的技术，但单独的固废助滤技术缺乏与压滤工艺的耦合设计，助滤剂的孔隙结构无法充分发挥作用，滤饼堵塞问题依然存在，单独的梯度压滤技术未结合固废助滤的协同作用，无法从根本上改善赤泥颗粒的过滤特性，脱水效果提升有限。

5、其次，助滤剂的选用与添加存在明显缺陷，现有方法多采用单一聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等传统化学助滤剂，此类助滤剂不仅与赤泥浆料的混合均匀性差，助滤效果难以充分发挥，还易引入二次污染，同时现有方法缺乏针对性的助滤剂制备，无法实现工业固废的资源化利用，增加了助滤剂的使用成本。

6、再次，缺乏协同联动设计，预处理、助滤、压滤、烘干各单元相互独立运行，无统一的参数调控与联动机制，助滤剂与赤泥浆料混合不均会直接影响后续压滤效率，压滤过程中滤饼厚度分布不均会导致脱水效率波动，且压滤与烘干环节的能量无法有效衔接，大量热能被浪费，造成方法整体能耗偏高。以及，烘干过程中产生的热风直接排放，能量利用率低。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有赤泥脱水方法存在的助滤剂易造成二次污染且成本高、压滤效率低导致滤饼含水率偏高、固废无法资源化利用、各步骤缺乏协同联动造成能耗浪费、设备适配性与维护性差等技术问题，同时解决现有固废助滤与梯度压滤相关改进技术存在的耦合性差、脱水效果有限的问题，进而提供一种脱水效率高、能耗低、无二次污染、能实现固废资源化利用，且协同性强、适配性广的赤泥高效脱水方法，满足赤泥规模化资源化利用的工业需求。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

3、一种基于固废助滤与梯度压滤耦合的赤泥脱水方法，包括以下步骤：

4、对赤泥进行预处理，调节赤泥浆料ph值；

5、将工业固废经破碎、煅烧、粉碎后制成固废基料，将固废基料与化学助滤剂复配制成复合固废助滤剂；

6、将预处理后的赤泥浆料与复合固废助滤剂混合均匀；

7、对混合后的物料进行梯度压滤，所述梯度压滤至少包括压滤初期、压滤中期和压滤后期阶段，且各阶段施加的压力依次升高，压滤后得到滤饼和滤液；

8、对压滤后的滤饼进行烘干，得到脱水赤泥。

9、进一步的，预处理步骤包括：将赤泥搅拌均匀，然后向赤泥中加入ph调节剂调节ph值至8.5-10.5。

10、进一步的，所述ph调节剂采用碳酸氢钠与磷酸二氢钾的复配体系，两者质量比为2-3:1，添加量为赤泥干重的0.5-1.2wt%。

11、进一步的，复合固废助滤剂的制备步骤包括：将工业固废破碎至粒径不大于20mm，在800-900℃条件下煅烧2-3小时，冷却后粉碎至粒径不大于100目，得到固废基料；将固废基料与聚合氯化铝、羧甲基纤维素钠按质量比8-12:3-5:1进行复配。

12、进一步的，所述工业固废为粉煤灰、矿渣中的一种或两种的混合物，所述复合固废助滤剂的添加量为赤泥干重的1.5-3.0wt%。

13、进一步的，混合均匀步骤中采用双螺旋搅拌方式，搅拌转速为100-180r/min，搅拌时间为15-30分钟。

14、进一步的，梯度压滤步骤中采用板框式压滤，滤布选用孔径为5-10μm的改性滤布。

15、进一步的，压滤初期的压力为0.5-0.8mpa，压滤时间在10分钟内；压滤中期的压力为1.2-1.5mpa，压滤时间为10-30分钟；压滤后期的压力为1.8-2.2mpa，压滤时间为30-60分钟；压滤过程中控制滤饼厚度为10-20mm。

16、进一步的，烘干步骤中采用余热回收式热风循环，烘干温度为80-120℃，烘干时间为2-3小时，使脱水赤泥的含水率降至4%以下。

17、本发明实施例还提供了一种基于固废助滤与梯度压滤耦合的赤泥脱水系统，包括：

18、赤泥预处理单元，用于对赤泥进行预处理，调节赤泥浆料ph值；

19、复合固废助滤剂制备单元，用于将工业固废经破碎、煅烧、粉碎后制成固废基料，将固废基料与化学助滤剂复配制成复合固废助滤剂；

20、混合单元，用于将预处理后的赤泥浆料与复合固废助滤剂混合均匀；

21、梯度压滤单元，用于对混合后的物料进行梯度压滤，所述梯度压滤至少包括压滤初期、压滤中期和压滤后期阶段，且各阶段施加的压力依次升高，压滤后得到滤饼和滤液；

22、低温烘干单元，用于对压滤后的滤饼进行烘干，得到脱水赤泥。

23、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

24、1.本方法将工业固废经过破碎煅烧粉碎后与化学助滤剂复配，得到的助滤剂具有多孔结构，在混合后这些多孔颗粒可以分散在赤泥颗粒之间，在压滤过程中起到骨架支撑作用，防止滤饼过度压实而堵塞水流通道，同时其孔隙本身也能吸附一部分水分。在此基础上，通过设置依次升高的三个阶段压力，在压滤初期采用较低压力可以避免赤泥细颗粒在滤布表面快速堆积形成致密堵塞层，保持过滤通道的畅通，在压滤中期压力升高可以加速自由水的脱除，在压滤后期采用更高压力则能够作用于滤饼内部，破坏赤泥颗粒之间的团聚结构，将吸附在颗粒表面的束缚水挤压出来。与现有方法相比，该方法将复合固废助滤剂的制备和梯度压滤进行结合，而不是简单地在压滤前添加助滤剂或单独采用梯度压力。这两个技术手段在压滤过程中产生协同作用，复合固废助滤剂改善了物料的过滤特性，为梯度压滤的高效脱水创造了条件，而梯度压滤的分阶段升压则充分发挥了复合固废助滤剂的孔隙结构和吸附性能，二者相互配合使得整个脱水过程的效率得到提升，滤饼的最终含水率可以降低到较低水平，同时压滤时间得以缩短。该方法解决了现有技术中压滤效率低、滤饼含水率高、助滤剂成本高且易产生二次污染的问题。此外，将工业固废作为助滤剂的原料，实现了固废的资源化利用，减少了对单一化学助滤剂的依赖。

25、2.脱水效率高，效果稳定：通过固废助滤与梯度压滤的耦合作用，有效解决滤布堵塞、滤饼含水率高的问题，最终脱水赤泥含水率≤4%，完全满足赤泥基胶凝材料、道路工程材料等资源化利用的要求；同时，滤饼厚度均匀，脱水效率稳定，处理量较现有系统提升40-60%，适配规模化工业应用。

26、3.固废资源化，成本可控：采用工业固废（粉煤灰、矿渣）制备复合固废助滤剂，实现固废就地资源化利用，不仅减少固废堆存污染，还降低助滤剂成本30%以上；低温烘干余热回收，整体系统能耗降低35%以上，设备维护成本低，综合处理成本显著降低。

27、4.环保无二次污染：系统采用温和碱性调节剂，避免强酸中和产生的废水污染；复合固废助滤剂无有害成分，整个流程无有毒有害物质排放，符合绿色环保发展理念，实现赤泥处理的清洁化、资源化。

28、5.自动化程度高，操作简便：智能控制单元实现各单元的自动化协同运行，可实时监测和调节运行参数，减少人工干预；触摸屏操作界面简洁，方便工作人员操作和维护，降低人工成本，适配现有赤泥处理生产线的改造升级。

29、6.适配性强，应用范围广：可适用于拜耳法、烧结法及联合法生产的各类赤泥，不受赤泥初始含水率、颗粒粒径的限制；系统结构紧凑，可根据处理量灵活调整，既适合新建生产线，也可对现有脱水系统进行改造，应用场景广泛。

30、7.设备稳定性强，使用寿命长：核心设备采用防腐材质，适配赤泥强碱性特性；滤布采用改性处理并配备清洗装置，减少堵塞和磨损；各单元联动设计，降低设备运行负荷，延长设备使用寿命，降低设备更换和维护成本。

31、本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。