一种赤泥脱碱、脱水、干燥协同处置及胶凝化利用方法

本发明涉及赤泥固废资源化利用，尤其涉及一种赤泥脱碱、脱水、干燥协同处置及胶凝化利用方法。

背景技术：

1、赤泥是氧化铝生产过程中产生的大宗工业固体废弃物，其产生量随氧化铝产量同步增加，若仅进行堆存处理，不仅会占用大量土地资源，还会因自身高湿、高碱性的特性，带来水体、土壤及大气的污染隐患，因此对赤泥进行减量化、无害化、资源化处置是氧化铝行业及固废处理领域的重要研究方向。赤泥的高湿、高碱、低活性特性是制约其资源化利用的核心因素，新鲜赤泥的含水率普遍处于60%-85%的高位，无法直接进行脱碱及后续资源化利用，需先通过脱水、干燥工艺将含水率降至适宜水平，再采用脱碱工艺降低其碱度，调整性能后，才可作为原料应用于建材制备等资源化利用场景。

2、现有技术普遍采用先机械脱水、再高温干燥、后独立脱碱的割裂式工艺，存在诸多无法攻克的技术瓶颈。高碱胶体结构未破除即进行脱水干燥，脱水阻力大，机械脱水后含水率仍达30%-40%，干燥需消耗大量电能、燃煤，且游离碱随水蒸气挥发形成碱性废气，造成大气二次污染；脱碱环节后置，采用强酸中和、高温焙烧等方式，易破坏赤泥硅铝矿相、产生高盐废水，或导致颗粒团聚、活性降低，且脱碱后需额外活化才能用于建材制备；赤泥处置与胶凝材料制备完全脱节，脱碱赤泥需重新配料、调整性能，制备产品多为低附加值路基料、免烧砖，存在泛碱、强度不足等缺陷；全流程为开放式处置，含碱废水、碱性烟气、脱碱废液无法全回收利用，资源浪费严重，环境隐患突出。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种赤泥脱碱、脱水、干燥协同处置及胶凝化利用方法，适用于拜耳法生产氧化铝过程中产生的高湿高碱性赤泥的规模化协同处置与胶凝化利用。该方法构建脱碱-脱水-余热干燥三位一体协同体系，联动胶凝化利用全流程，实现赤泥脱碱、减量化、活性提升、胶凝化利用同步完成，为拜耳法赤泥大规模、低成本、绿色化处置与胶凝化利用提供核心技术支撑，具备较好的工业应用价值。

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、第一方面，本发明的实施例提供了一种赤泥脱碱、脱水、干燥协同处置及胶凝化利用方法，包括：对新鲜拜耳法赤泥直接加入脱碱剂搅拌进行脱碱反应，得到脱碱赤泥料浆；将脱碱赤泥料浆经分级加压脱水得到脱水赤泥和含碱废液，从含碱废液中回收可溶性钠盐；将脱水赤泥采用工业余热进行干燥处理，收集干燥过程中产生的碱性烟气；将干燥后的脱碱赤泥粉碎，与激发剂混合并加水搅拌，注入标准试模，经振动成型、静养拆模后得到胶凝成型坯体；将成型坯体转入标准养护箱养护，得到胶凝材料成品。

4、进一步的，所述脱碱剂为矿粉、粉煤灰和醋渣的复配体系，矿粉、粉煤灰、醋渣的质量比为3:4:3，脱碱剂的添加量为新鲜拜耳法赤泥质量的5%-10%。

5、进一步的，脱碱反应为常温搅拌，搅拌转速为100r/min-150r/min，反应时间为30min-45min，脱碱后赤泥的总脱碱率不低于93%，结合态碱脱除率不低于90%，ph值降至7.0-8.0。

6、进一步的，分级加压脱水的参数为：初始压力5mpa-7mpa，压榨15min-20min；再升压至12mpa-14mpa，压榨30min-35min，脱水后赤泥的含水率降至20%-25%。

7、进一步的，干燥处理采用温度为120℃-180℃的氧化铝生产余热或电厂余热作为热源，控制干燥温度为80℃-100℃，干燥时间为50min-70min，使脱水赤泥的含水率降至10%-15%。

8、进一步的，干燥过程中碱性烟气的收集效率不低于98%，收集的碱性烟气经净化处理后粉尘去除率不低于99%，净化后的烟气回用至脱碱环节。

9、进一步的，干燥后的脱碱赤泥粉碎至80目-100目，粉碎后的赤泥中活性二氧化硅含量不低于12%，活性三氧化二铝含量不低于9%。

10、进一步的，粉碎后的脱碱赤泥与激发剂按质量比100:10-100:15混合，所述激发剂为水玻璃与氢氧化钙按质量比3:1复配的体系。

11、进一步的，所述加水搅拌中水灰比为0.45，注入的标准试模尺寸为40mm×40mm×160mm，振动成型中振幅为0.5mm、频率为50hz、振动时间为2min，静养拆模中静养温度为20℃-22℃、静养时间为24h。

12、进一步的，制备的胶凝材料成品28d抗压强度不低于50mpa，28d抗折强度不低于8mpa，且无泛碱现象；从含碱废液中回收的可溶性钠盐纯度不低于95%。

13、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：

14、1.本发明的方法中，针对拜耳法赤泥特性采用先脱碱、后脱水干燥的工序设计，通过矿粉、粉煤灰、醋渣复配脱碱剂实现赤泥深度脱碱，醋渣可中和游离态碱，矿粉与粉煤灰可吸附结合态碱并同步激活赤泥硅铝活性，有效规避高碱介质对脱水设备的腐蚀，提升脱水效率，为后续脱水、干燥工序奠定基础。将脱碱后赤泥进行分级加压脱水，实现赤泥减量化，同时回收含碱废液中的可溶性钠盐，完成废水资源化利用。采用工业余热对脱水赤泥进行干燥，替代传统加热方式，大幅降低干燥环节能耗，密闭收集干燥产生的碱性烟气，经净化后回用至脱碱工序，实现碱性废气的资源化循环。将干燥脱碱赤泥粉碎后与激发剂按配比混合，以水灰比0.45加水制成胶凝浆体，采用标准试模振动成型、静养拆模的胶凝材料制备工艺，契合胶凝材料水化硬化特性，标准养护可充分激发赤泥活性组分水化反应，制备28d抗压强度≥50mpa、28d抗折强度≥8mpa的高强胶凝材料，解决赤泥基胶凝材料泛碱、强度不足的问题。该方法构建脱碱-脱水-余热干燥三位一体协同闭环体系，实现赤泥处置、资源循环与高强胶凝化利用一体化，填补拜耳法赤泥协同处置与高强胶凝化高效利用的技术空白。

15、2.协同处置效果优异，多重目标同步达成。通过脱碱-脱水-余热干燥的协同作用，赤泥总脱碱率≥93%，结合态碱脱除率≥90%，脱水干燥后含水率降至10%-15%，彻底解决拜耳法赤泥脱碱不彻底、工序不合理、设备易腐蚀的核心难题；同时实现余热、烟气资源的循环利用，同步完成赤泥减量化、无害化、资源化，处理效率较现有分步工艺提升60%以上。

16、3.能耗极低，运行成本可控。利用工业余热替代传统加热方式，较现有高温干燥工艺能耗降低70%以上；采用工业固废复配脱碱剂，无强酸、高温焙烧等高污染、高能耗工序，脱碱成本显著降低；综合处理1吨赤泥能耗≤18kwh，综合成本≤30元，较现有分步工艺降低60%以上，适配规模化工业应用。

17、4.赤泥活性高，胶凝化性能优异，附加值高。脱碱过程同步实现赤泥胶凝活性提升，脱碱后赤泥无需额外活化即可直接用于高强胶凝材料制备，以水灰比0.45配制的胶凝体系成型性好、水化充分，成品28d抗压强度≥50mpa、28d抗折强度≥8mpa、无泛碱现象，符合高性能建筑胶凝材料相关标准，可广泛应用于高性能预制构件、高强砂浆、结构加固等领域，产品附加值较传统赤泥基建材显著提升。

18、5.流程简化，协同性强，资源化效率高。构建脱碱-脱水-余热干燥-胶凝化制备一体化流程，各工序协同匹配、无缝衔接，工艺流程较现有技术缩短65%以上，减少设备投入与人工干预，资源化效率提升80%以上，推动拜耳法赤泥从堆存处置向高附加值资源化转型。

19、6.绿色环保，无二次污染，全闭环利用。整个工艺无废气、废水、废渣直接排放，含碱废液回收可溶性钠盐作为工业原料，余热、碱性烟气实现资源化利用，赤泥全部用于高强胶凝材料制备，真正实现零污染、全利用，契合绿色低碳发展理念。

20、7.适配性强，易于规模化推广。专用于拜耳法赤泥处置，可根据赤泥初始含水率、碱度灵活调整工艺参数；可直接对接氧化铝厂、电厂的余热资源，无需大规模改造现有设备，操作简便、可实现自动化控制，既适用于新建规模化生产线，也可用于现有赤泥处置系统的升级改造，应用场景广泛。