高钙赤泥多相流反应精馏脱碱固碳制负碳胶凝材料技术

1.本发明提供高钙赤泥多相流反应精馏脱碱固碳制负碳胶凝材料技术，属于环境保护领域。

背景技术：

0、2.背景技术

1、

2、在烧结法和混联法工艺所产的含氧化钙40％以上的高钙赤泥高值化利用一直难以解决，其根本原因是高钙赤泥中氧化钠含量超标。赤泥为高碱性固体废弃物，其ph高达11-13，赤泥中的碱性物质主要是可溶性碱(游离碱)和不溶性碱(结合碱)两类。自由碱主要包括naoh、na2co3、nahco3、naal(oh)4、na2sio3等，不溶性碱包括方解石、钙霞石、水合石榴石、方钠石和铝酸三钙，钙霞石是主要的含碱物质，其化学成分中氧化钠(na2o)为主要碱性氧化物，含量高达12.91％，主要以苛性钠、铝酸钠和铝硅酸钠的形式存在。可溶性碱可以在常温常压下通co2或水洗方式去除，但这部分所占的比例较小，大部分是不可溶性碱存在，特别是钠硅渣占的比例较大，占到35-45％左右，对这部分碱的去除是目前全球很难解决的问题之一，也是影响赤泥进一步大宗利用的关键问题。目前，赤泥基碱激发廉价胶凝材料生产工艺简单、无需烧制、成本低，能够有效提高混凝土的3天和28天抗压强度，替代水泥和石灰对于建材业低碳化转型至关重要，是当前赤泥高值化利用的热点研究方向，但存在自生收缩远大于普通硅酸盐水泥、发生碱集料反应和表面泛碱影响制品耐久性，尤其是影响碱激发胶凝材料砌块间的界面结合性能的不足与缺陷，成为了赤泥基碱激发廉价胶凝材料推广应用的瓶颈，亟需研发新型赤泥基激发胶凝材料及其酸性激发剂。

3、电解铝作为高耗能和高污染行业，均配套大型火力发电。将烟气中co2、sox和nox等酸性气体用于赤泥脱碱，可以达到酸碱中和、以废治废，同时高效低成本破解赤泥脱碱和烟气脱碳与超低排放的两大难题。西澳大利亚州的美国铝业公司已大规模应用co2法脱碱，将气态和液态co2添加到增稠的赤泥浆液中，co2与浆液中的碱性成分发生反应达到脱碱目的，但目前采用将烟气通入赤泥浆体的气体分散法，或者赤泥浆体喷淋法，其脱碱率均不到50％。另外，由于sox酸性强于co2，其易于与不溶性碱性物质反应，能够大幅提高脱碱率，但现有烟气脱碱工艺尚未实现烟气分级利用，致使不溶性碱性物质成为赤泥脱碱的顽疾。因此，亟需研发赤泥烟气多相流反应精馏脱碱固碳技术及其装备，突破sox/co2按反应活性分级高效利用、浆体堵塞、高效分散传质与反应等工业化瓶颈，构建赤泥资源高值化利用产业链的新技术，为电解铝行业可持续高质量发展提供保障。

4、3.
技术实现要素：

5、本发明的目的是为了克服现有赤泥基碱激发胶凝材料技术存在的不足而提出的一种高钙赤泥多相流反应精馏脱碱固碳制负碳胶凝材料技术，既解决了赤泥廉价高效脱除不溶性碱性物质难题，为赤泥酸激发制备负碳胶凝材料创造了条件；又实现烟气中酸性气体按反应活性分级高效利用，高效低成本破解了燃烧烟气脱碳与超低排放的难题；同时利用酸性激发剂破解赤泥基碱激发廉价胶凝材料存在的自生收缩远大于普通硅酸盐水泥、发生碱集料反应和表面泛碱影响制品耐久性，尤其是影响碱激发胶凝材料砌块间的界面结合性能的不足与缺陷；另外也消除了普通酸激发带来的酸度(h+)过高带来的腐蚀和发泡难题以及盐激活反应慢的缺陷。

6、本发明的技术方案：

7、本发明提供的高钙赤泥多相流反应精馏脱碱固碳制负碳胶凝材料技术，其特征在于将10-100℃的赤泥浆体泵送至反应精馏塔顶部，与从塔底部通入的30-180℃燃烧烟气经过1-30块理论板的穿流式塔板或填料逆流接触，烟气与赤泥浆体进料量比值为500～3000:1(体积比)；在反应精馏塔内烟气中的中co2、sox和nox酸性气体与浆体中nao、ko及其碱性盐进行高效反应精馏，sox和nox主要在塔下部与不溶性碱性物质反应，co2主要在塔上部与可溶性碱性物质反应，将赤泥浆体的ph值从11-14降到不大于8，除尘脱碳脱硫的烟气从反应精馏塔顶流出，脱碱固碳的赤泥浆体从反应精馏塔底流出并脱除浓盐水；脱水赤泥浆体再次用部分洗盐水稀释后，泵送至水洗脱盐塔塔顶，逆流水洗脱盐，水洗脱盐塔顶流出的洗盐水除部分用于稀释脱水赤泥浆体外，剩余部分与浓盐水混合送回到氧化铝提取工段；水洗脱盐塔底流出的脱盐赤泥浆体脱水后，在0.01％-1％(重量)酸性复合激活剂作用下可代替水泥和石灰用作胶凝材料。

8、反应精馏塔为无降液管的穿流式结构，塔顶部设置有赤泥浆体分布器，穿流式塔板的板间距为250-900mm，塔底部设置燃烧烟气分布器，塔顶为烟气出口，塔底设有赤泥浆体出口。

9、燃烧烟气中co2含量为12％-25％、sox含量为0-50000ppm、nox含量为0-3000ppm，烟气塔内流速为0.5-3.0m/s。

10、赤泥浆体的浓度质量为5％-60％，塔内喷淋密度为5-120m3/m2·h。

11、水洗脱盐塔为穿流板式塔、填料塔或空塔。

12、酸性复合激活剂为无机和有机复配的激活剂，其重量组成为硫酸15％-30％、呋喃树脂10％-20％、六偏磷酸钠10％-20％、十二烷基苯磺酸钠5％-15％、al2(so4)33％-5％、feso4 0-5％；制备时，先在反应釜中，用水溶解六偏磷酸钠、al2(so4)3、feso4、十二烷基苯磺酸钠和呋喃树脂，搅拌均匀后，再缓慢滴加浓硫酸，冷却后作为酸性复合激活剂。

13、本发明将结合实施例来详细叙述本发明的特点。

技术实现思路

技术特征：

1.高钙赤泥多相流反应精馏脱碱固碳制负碳胶凝材料技术,其特征在于将10-100℃的赤泥浆体泵送至反应精馏塔顶部，与从塔底部通入的30-180℃燃烧烟气经过1-30块理论板的穿流式塔板或填料逆流接触，烟气与赤泥浆体进料量比值为500～3000:1(体积比)；在反应精馏塔内烟气中的中co2、sox和nox酸性气体与浆体中nao、ko及其碱性盐进行高效反应精馏，sox和nox主要在塔下部与不溶性碱性物质反应，co2主要在塔上部与可溶性碱性物质反应，将赤泥浆体的ph值从11-14降到不大于8，除尘脱碳脱硫的烟气从反应精馏塔顶流出，脱碱固碳的赤泥浆体从反应精馏塔底流出并脱除浓盐水；脱水赤泥浆体再次用部分洗盐水稀释后，泵送至水洗脱盐塔塔顶，逆流水洗脱盐，水洗脱盐塔顶流出的洗盐水除部分用于稀释脱水赤泥浆体外，剩余部分与浓盐水混合送回到氧化铝提取工段；水洗脱盐塔底流出的脱盐赤泥浆体脱水后，在0.01％-1％(重量)酸性复合激活剂作用下可代替水泥和石灰用作胶凝材料。

2.根据权利要求1所述的高钙赤泥多相流反应精馏脱碱固碳制负碳胶凝材料技术，其特征在于反应精馏塔为无降液管的穿流式结构，塔顶部设置有赤泥浆体分布器，穿流式塔板的板间距为250-900mm，塔底部设置燃烧烟气分布器，塔顶为烟气出口，塔底设有赤泥浆体出口。

3.根据权利要求1所述的高钙赤泥多相流反应精馏脱碱固碳制负碳胶凝材料技术，其特征在于燃烧烟气中co2含量为12％-25％、sox含量为0-50000ppm、nox含量为0-3000ppm，烟气塔内流速为0.5-3.0m/s。

4.根据权利要求1所述的高钙赤泥多相流反应精馏脱碱固碳制负碳胶凝材料技术，其特征在于赤泥浆体的质量浓度为5％-60％，塔内喷淋密度为5-120m3/m2·h。

5.根据权利要求1所述的高钙赤泥多相流反应精馏脱碱固碳制负碳胶凝材料技术，其特征在于水洗脱盐塔为穿流板式塔、填料塔或空塔。

6.根据权利要求1所述的高钙赤泥多相流反应精馏脱碱固碳制负碳胶凝材料技术，其特征在于酸性复合激活剂为无机和有机复配的激活剂，其重量组成为硫酸15％-30％、呋喃树脂10％-20％、六偏磷酸钠10％-20％、十二烷基苯磺酸钠5％-15％、al2(so4)33％-5％、feso40-5％；制备时，先在反应釜中，用水溶解六偏磷酸钠、al2(so4)3、feso4、十二烷基苯磺酸钠和呋喃树脂，搅拌均匀后，再缓慢滴加浓硫酸，冷却后作为酸性复合激活剂。

技术总结
本发明提供高钙赤泥多相流反应精馏脱碱固碳制负碳胶凝材料技术,将赤泥浆体泵送至反应精馏塔顶部，通过多级穿流式塔板和填料与烟气逆流接触，烟气中的酸性气体与浆体中的碱进行高效反应精馏，除尘脱碳脱硫的烟气从反应精馏塔顶流出，脱碱固碳的赤泥浆体从反应精馏塔底流出并脱除浓盐水；脱水赤泥浆体再次用部分洗盐水稀释后，泵送至水洗脱盐塔塔顶，逆流水洗脱盐，水洗脱盐塔顶流出的洗盐水除部分用于稀释脱水赤泥浆体外，剩余部分与浓盐水混合送回到氧化铝提取工段；水洗脱盐塔底流出的脱盐赤泥浆体脱水后，在酸性复合激活剂下可代替水泥和石灰用作胶凝材料。

技术研发人员：田一良,田原宇,乔英云,张燕鹏,崔若彤,叶智刚
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31