一种生物质资源化利用氧化铝赤泥处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种生物质资源化利用氧化铝赤泥处理装置及处理方法。

背景技术

赤泥是氧化铝生产工艺过程产生的固体废渣，我国赤泥总堆存量超过6亿吨，每年产生赤泥约1亿吨。赤泥的化学组成主要是由Na

中国的生物质能源储量巨大，这些生物质资源除了少部分被用作饲料、燃料、化工原料外，大部分被丢弃成为农业废弃物。而除土地填埋或直接焚烧外，生物质可被视为可再生资源。因此，探索赤泥和农业生物质废弃物协同处理降低赤泥碱性风险的合适方法，有望增加赤泥和生物质的价值。

发明内容

本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种生物质资源化利用氧化铝赤泥处理装置及处理方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

生物质资源化利用氧化铝赤泥处理方法，包括以下步骤：

(1)、对赤泥制浆进行磁选和浮选，选出其中的独居石和锆石；

(2)、调控赤泥碱性：将赤泥与秸秆置于氧化气氛中进行热解反应；

(3)、利用粉碎设备将厨余垃圾、农林废弃物进行破碎，得到粉碎的生物质废弃物；

(4)、将粉碎的生物质废弃物、水和经过热解反应后的赤泥按比例送入高压反应釜中，并对高压反应釜进行升温到一定的温度，保温一定时间，再进行固液分离；

(5)、将分离所得固体部分进行焙烧获得生物质活性炭。

具体的，步骤(1)采用磁场强度大于6500-6800高斯的强磁选系统，选出其中的独居石，之后再加入由塔尔油、水玻璃、氧化石蜡皂、油酸钠及氢氧化钠组成的浮选剂，将锆石分离出来。

其中，步骤(2)中先将经过磁选和浮选后的赤泥放置在通风处自然风干72小时后过100目筛，然后将处理后的秸秆与赤泥按照质量比为1：1混合搅拌均匀，放入固定热解反应器中热解两小时，反应温度为450℃～650℃，所得赤泥PH值小于9。

进一步的，步骤(4)中是将赤泥与生物质废弃物按照质量比为1:1～100加入到高压反应釜中，并加入占生物质原料质量1～20倍的水，升温到温度为160℃～240℃，反应10～240min，保温10～30h后，进行固液分离。

优选的，步骤(4)中赤泥中重金属存在于分离的液体部分，采用电吸附设备将液体组分中的重金属离子分离出来，该吸附设备的电极材料采用多孔炭。

进一步的，在步骤(5)中，将分离所得固体部分放置于真空压强为真空压强为-0.08MPa～-0.04MPa和温度为70℃～90℃的真空干燥箱进行活化120min～240min后，利用煅烧温度为200℃～300℃的实验炉焙烧15min～45min，获得生物质活性炭。

进一步的，在步骤(3)中所述粉碎设备采用变频行星式球磨机，将厨余垃圾、农林废弃物放入球磨机，以转速400r/min-600r/min粉磨45min-90min，获得生物质废弃物微粉。

本发明还提供生物质资源化利用氧化铝赤泥处理装置，所述处理装置包括设置在同安装平面上的热解反应器、球磨机、高压反应釜、真空干燥箱及实验炉，所述热解反应器用于调控赤泥碱性，所述球磨机用于粉碎生物质废弃物，所述热解反应器的出料口通过第一输送通道与所述高压反应釜的第一进料口连接，所述球磨机的出料口通过第二输送通道与所述高压反应釜的第二进料口连接，所述高压反应釜设置固体出料口并与真空干燥箱连接，所述真空干燥箱与实验炉连接。

进一步的，所述高压反应釜内设置有搅拌装置，所述搅拌装置包括支架，所述支架上方安装有搅拌电机，所述支架下方安装有与搅拌电机连接的转动轴，所述转动轴上连接数根L型搅拌叶片。

优选的，所述数根L型搅拌叶片与转动轴连接部形成两个水平面且开口相对设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过生物质废弃物(厨余垃圾和农林废弃物)经过和赤泥在高压反应釜反应后，并去除赤泥中的重金属，制成生物质活性炭，实现了厨余垃圾、农林废弃物和赤泥等协同处理和资源化利用，减少了化学物质的使用，节能成本，且环境友好。

2)本发明利用生物质热解过程中的产物中和了赤泥的碱性；本发明采用秸秆这种农业生物质废弃物材料，通过秸秆和赤泥的协同作用，解决秸秆的资源利用问题和赤泥强碱性问题。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

图1为本发明一种生物质资源化利用氧化铝赤泥处理装置的结构示意图；

图2为本发明一种生物质资源化利用氧化铝赤泥处理装置中搅拌装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种生物质资源化利用氧化铝赤泥处理方法，包括以下步骤：

(1)对赤泥制浆进行磁选和浮选，选出其中的独居石和锆石；

(2)调控赤泥碱性：将赤泥与秸秆置于氧化气氛中进行热解反应；

(3)利用粉碎设备将厨余垃圾、农林废弃物进行破碎，得到粉碎的生物质废弃物；

(4)将粉碎的生物质废弃物、水和经过热解反应后的赤泥按比例送入高压反应釜中，并对高压反应釜进行升温到一定的温度，保温一定时间，再进行固液分离；

(5)将分离所得固体部分进行焙烧获得生物质活性炭。

与现有技术相比，本申请以粉碎的厨余垃圾、农林废弃物作为原料，将原料粉碎后充分混合均匀，得到生物质废弃物，然后将生物质废弃物与水及赤泥按一定比例加入高压反应釜内进行水热炭化，将获得的水热炭化产物进行固液分离得到水热炭化固体部分和液体部分，利用电吸设备将水热炭化后的重金属离子分离出来，实现了厨余垃圾、农林废弃物等废物的循环利用，减少了化学物质的使用，节约成本，而且环境友好，能实现赤泥的无害化和减量化。

步骤(1)采用磁场强度大于6500-6800高斯的强磁选系统，选出其中的独居石，之后再加入由塔尔油、水玻璃、氧化石蜡皂、油酸钠及氢氧化钠组成的浮选剂，将锆石分离出来。赤泥通常所含铀、钍等放射性元素赋存于锆石和独居石中。因此需先将赤泥中的锆石和独居石选出。

步骤(2)中先将赤泥放置在通风处自然风干72小时后过100目筛，然后将处理后的秸秆与赤泥按照质量比为1：1混合搅拌均匀，放入固定热解反应器中热解两小时，反应温度为450℃～650℃，所得赤泥pH值小于9。作为生物质再循环的环保和成本效益技术，在催化剂的帮助下耗能较低。这些生物质在一定温度条件下可以选择性地转化为预期生物油，气体或生物炭。根据以往的研究发现，赤泥中由于碱性组分、碱金属离子、过渡金属氧化物以及其他复杂矿物的组成等的存在，具有催化生物质在不同气氛下的还原，氧化和酸/碱转化的能力。基于这一原理，生物质热解可以通过赤泥的催化作用直接选择性的产生酸性产物，同时这些酸性产物可以原位中和赤泥的碱性特征。

虽然赤泥经过了热解反应，但是，赤泥中主要的碱性矿物钙霞石、方解石、钙铁榴石和钙铝榴石仍然存在于热解产物中，为了让赤泥中碱性矿物减少甚至消失，让赤泥成为中性产品，因此，再将热解后的赤泥与生物质废弃物在高压反应釜内进行反应。

在步骤(4)中是将赤泥与生物质废弃物按照质量比为1:1～100加入到高压反应釜中，并加入占生物质原料质量1～20倍的水，升温到温度为160℃～240℃，反应10～240min，保温10～30h后，进行固液分离。步骤(3)中赤泥中重金属存在于分离的液体部分，采用电吸附设备将液体组分中的重金属离子分离出来，该吸附设备的电极材料采用多孔炭。与现有技术相比，本申请通过将赤泥中的重金属离子分离出来，合理利用了农林废弃物。需要说明的是，生物质废弃物(厨余垃圾、农林废弃物)、水和赤泥的按一定质量比例混合，赤泥中碱性物质和金属氧化物对生物质的水热炭化过程有一定的催化作用，能够使得生物质水热炭化产物更适合于赤泥调控。

在步骤(5)中，将分离所得固体部分放置于真空压强为真空压强为-0.08MPa～-0.04MPa和温度为70℃～90℃的真空干燥箱进行活化120min～240min后，利用煅烧温度为200℃～300℃的实验炉焙烧15min～45min，获得生物质活性炭。赤泥中的主要成分可以有效提高活性炭的吸附能力，有利于有害气体在具有多孔结构的活性炭中形成富集，赤泥对中成分对富集在活性炭孔内的有害气体具有催化降解作用。

为了让生物质废弃物能与赤泥更充分的反应，因此在步骤(3)中所述粉碎设备采用变频行星式球磨机，将厨余垃圾、农林废弃物放入球磨机，以转速400r/min-600r/min粉磨45min-90min，获得生物质废弃物微粉。

实施例2

本发明中生物质资源化利用氧化铝赤泥需要用到处理装置，首先是热解反应器11，用于使赤泥与秸秆进行热解反应调控赤泥的碱性，然后用球磨机22对生物质废弃物(厨余垃圾、农林废弃物)进行粉碎，得到生物质废弃物微粉，再将经过热解反应后的赤泥与生物质废弃物微粉及水加入到高压反应釜33进行反应，反应完成之后再固液分离收集固体材料，然后再放入真空干燥箱44活化，最后用实验炉55焙烧，得到生物质活性炭。热解反应器和球磨机分别采用第一输送通道111和第二输送通道222与高压反应釜33连接，方便物料的传输。

为了让生物质废弃微粉与水及赤泥高压反应釜能充分混合，因此在高压反应釜33内设置了搅拌装置，搅拌装置包括支架34，在支架34上方安装有搅拌电机35，在支架34下方安装有与搅拌电机35连接的转动轴36，转动轴上连接数根L型搅拌叶片37。数根L型搅拌叶片与转动轴连接部形成两个水平面且开口相对设置。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。