一种协同实现赤泥脱水脱碱与胶凝材料制备的一体化方法

本发明涉及赤泥固废资源化利用，尤其涉及一种协同实现赤泥脱水脱碱与胶凝材料制备的一体化方法。

背景技术：

1、赤泥中含水量普遍较高，新鲜赤泥含水率普遍高达60%-85%；同时，赤泥中还含有大量游离态碱和结合态碱，高碱性的赤泥制备的胶凝材料性能不稳定、易泛碱；此外，赤泥中的硅铝组分多以惰性矿相存在，活性低，难以直接作为胶凝材料原料。

2、现有技术中赤泥的资源化处理时，往往是脱水、脱碱、活化工序单独进行，活化后的赤泥需要额外配料、混合、成型制备胶凝材料，步骤繁琐、协同性差，制备的胶凝材料未能充分利用赤泥的硅铝组分优势，且未解决材料泛碱、强度不足的问题，难以实现赤泥高附加值资源化。现有的赤泥处理方法无法实现全闭环绿色利用，二次污染突出，脱水产生的高碱性废水、脱碱产生的废渣或废液均难以实现全回收利用，存在水体、土壤污染风险；且工艺过程中能耗高、试剂用量大，综合处理成本高，无法满足规模化工业应用的需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种协同实现赤泥脱水脱碱与胶凝材料制备的一体化方法。本发明以超临界流体为核心处理介质，结合复配改性剂，构建“预处理-超临界协同脱水脱碱-材料活化-配料成型-养护”处理体系，利用超临界流体的高渗透、高传质、温和高效的特性，同步实现赤泥深度脱水、深度脱碱和胶凝材料活性提升，脱碱后的赤泥无需额外活化，可直接用作制备胶凝材料的原料，实现了赤泥的全闭环绿色利用。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、本发明提供了一种协同实现赤泥脱水脱碱与胶凝材料制备的一体化方法，包括以下步骤：

4、赤泥采用预处理剂处理；

5、预处理剂处理后的赤泥中加入复配改性剂和超临界介质，进行超临界处理，分离得到脱水脱碱活化后的赤泥基料；

6、以脱水脱碱活化后的赤泥基料为核心原料，加入激发剂和水，搅拌，混合均匀后成型，养护，即得胶凝材料成品；

7、所述预处理剂为柠檬酸钠与聚乙二醇的复配体系；

8、所述复配改性剂为偏高岭土、碳酸氢铵与硫酸镁的复配体系；

9、所述超临界介质采用超临界co2与乙醇的混合体系。

10、进一步地，所述赤泥为拜耳法赤泥。

11、进一步地，采用预处理剂在室温下搅拌20-30 min，调节赤泥ph至10.5-11.0。

12、进一步地，柠檬酸钠与聚乙二醇的质量比为0.5-2:1；预处理剂的添加量为赤泥质量的2%-4%。

13、进一步地，超临界co2与乙醇的体积比为1.5-4:1。

14、进一步地，偏高岭土、碳酸氢铵与硫酸镁的质量比为5-7:2-4:1-2；复配改性剂的添加量为赤泥质量的6%-10%。

15、进一步地，超临界处理温度为31-45 ℃，压力为7.5-10 mpa，搅拌转速为100-150r/min，处理时间为60-90 min。

16、进一步地，超临界处理结束后，降至常压，超临界介质变为气态，经冷凝回收、提纯后循环利用。

17、进一步地，分离得到脱水脱碱活化后的赤泥基料的含水率 ≤ 8%、ph 7.0-8.0、总脱碱率 ≥ 96%、结合态碱脱除率 ≥ 93%。

18、进一步地，超临界处理后，除脱水脱碱活化后的赤泥基料外还分离得到含碱萃取液，含碱萃取液经蒸发浓缩、冷却结晶，回收可溶性盐。

19、进一步地，赤泥基料、激发剂的质量比为100:10-16。

20、进一步地，激发剂为水玻璃与氢氧化钙的复配体系；水玻璃与氢氧化钙的质量比为3-5:1。

21、进一步地，水的加入量为赤泥基料的45-55%；搅拌时间为30-40 min。

22、进一步地，成型具体操作为：将混合均匀后的原料注入模具中，置于振动台上，在振幅为0.5 mm，频率为50 hz的条件下振动2 min，用刮刀刮平试模表面，覆盖保鲜膜，在温度为2022 ℃环境下静养24 h，拆除试模，转入养护箱中养护。

23、进一步地，养护采用低温养护-恒温养护分段养护工艺，具体为：第一段低温养护：温度25-30 ℃、相对湿度 ≥ 85%，养护时间12-24 h；第二段恒温养护：温度50-60 ℃、相对湿度 ≥ 90%，养护时间24-36 h。

24、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

25、本发明通过超临界流体协同复配改性剂，赤泥总脱碱率 ≥ 96%，结合态碱脱除率≥ 93%，脱水后含水率 ≤ 8%，彻底解决现有技术脱碱不彻底、脱水效果差的核心难题，且脱水与脱碱同步完成，处理效率较现有分步工艺提升60%以上，大幅提升处理效率；超临界处理温度仅为31-45 ℃，无需高温焙烧或低温烘干，降低能耗；超临界介质可循环利用（回收利用率 ≥ 95%），复配试剂用量少、成本低廉，适配规模化工业应用；脱碱活化后的赤泥基料活性硅铝组分含量高，无需额外活化，直接制备的胶凝材料抗压强度 ≥ 35mpa、抗折强度 ≥ 4.5mpa，无泛碱现象，性能稳定；构建“预处理-超临界协同-配料成型-养护”一体化流程，实现赤泥“脱水-脱碱-活化-胶凝材料制备”一步到位，工艺流程较现有技术缩短70%以上，减少设备投入和人工干预，资源化效率提升80%以上；整个工艺无废水、废渣、废气排放，超临界介质循环利用，含碱萃取液回收可溶性盐作为工业原料，赤泥全部用于制备胶凝材料，真正实现“零污染、全利用”，解决现有工艺脱水产生高碱性废水、脱碱产生二次污染的难题，符合绿色低碳发展理念。

1.一种协同实现赤泥脱水脱碱与胶凝材料制备的一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用预处理剂处理赤泥的过程中，采用预处理剂在室温下搅拌20-30 min，调节赤泥ph至10.5-11.0。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，柠檬酸钠与聚乙二醇的质量比为0.5-2:1；或，预处理剂的添加量为赤泥质量的2%-4%；或，超临界co2与乙醇的体积比为1.5-4:1。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，偏高岭土、碳酸氢铵与硫酸镁的质量比为5-7:2-4:1-2。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，搅拌转速为100-150 r/min，处理时间为60-90 min。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，超临界处理结束后，降至常压，超临界介质变为气态，经冷凝回收、提纯后循环利用；或，分离得到脱水脱碱活化后的赤泥基料的含水率≤ 8%、ph 7.0-8.0、总脱碱率 ≥ 96%、结合态碱脱除率 ≥ 93%；或，超临界处理后，除脱水脱碱活化后的赤泥基料外还分离得到含碱萃取液，含碱萃取液经蒸发浓缩、冷却结晶，回收可溶性盐。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，赤泥基料、激发剂的质量比为100:10-16。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，激发剂为水玻璃与氢氧化钙的复配体系；所述水玻璃与氢氧化钙的质量比为3-5:1。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，水的加入量为赤泥基料质量的15-55%；或，搅拌时间为30-40 min。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，养护采用低温养护-恒温养护分段养护工艺，具体为：第一段低温养护：温度25-30 ℃、相对湿度 ≥ 85%，养护时间12-24 h；第二段恒温养护：温度50-60 ℃、相对湿度 ≥ 90%，养护时间24-36 h。