CN110982547A

CN110982547A - 一种降低赤泥强碱性的方法

Info

Publication number: CN110982547A
Application number: CN201911369271.3A
Authority: CN
Inventors: 王重庆; 曹亦俊
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: CN110982547B

Abstract

本申请公开了一种降低赤泥强碱性的方法，属于赤泥资源化利用技术领域，解决了现有赤泥碱性调控时酸性溶液用量大，腐蚀性强、成本高，产生大量难处理废液，赤泥回收率低的问题。降低赤泥强碱性的方法包括：用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；将混合料加入到高压反应釜，对高压反应釜进行升温，保温；然后冷却至室温得到水热炭化产物；将水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；将水热炭液和赤泥混合放入搅拌池中，搅拌，然后进行固液分离，得到固相的碱性降低的改性赤泥。本申请实现了赤泥的强碱性的降低。

Description

一种降低赤泥强碱性的方法

技术领域

本申请涉及赤泥资源化利用技术领域，尤其涉及一种降低赤泥强碱性的方法。

背景技术

赤泥是氧化铝生产过程中产生的工业固体废弃物，根据生产工艺的不同，赤泥主要分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥，由于铝土矿原料、生产工艺等因素的不同，产生的赤泥在成分、性质、物相方面存在一定差异；随着氧化铝产量不断增长，全球赤泥的堆存量也不断攀升，全球赤泥排放量于2007年已达26亿吨。在国内随着铝工业发展需求的不断增长，氧化铝的产量也迅速增长，据估算我国2009年赤泥的排放量已超过3000万吨，堆存量2亿吨左右，赤泥的排放量骤增给生态环境和社会发展带来了巨大压力。

目前赤泥的最基本处置方式是采用堆存处置、倾倒入海等方式处理，我国大多数氧化铝企业采用堆存处理，这种处置方式除了需要占用大量土地，在堆场建设和维护上耗资外，还会对环境造成一定的影响。赤泥碱性强、粒度小、含有金属元素，堆存过程中如产生渗漏进入土壤、地下水等，对水体和土壤产生污染，并且赤泥堆存产生的粉尘会造成空气污染。赤泥治理作为国内外的研究热点，研究工作主要集中于提取有价金属、制备功能材料和大宗消纳，赤泥中富含铁、铝、钙以及稀有金属元素，提取有价金属具有良好的经济可行性，但是存在工艺复杂、成本高、二次污染等问题。赤泥具有多孔结构、较大的比表面积和大量金属元素，可以用于制备吸附剂或催化剂等功能材料，但是需要对赤泥进行改性处理，并且该处理方式对赤泥的消耗非常有限。赤泥的大宗消纳是将赤泥作为整体加以利用，一般直接消耗赤泥，不产生二次污染，例如制备建筑材料(砖、水泥、混凝土等)、路基材料、陶瓷制品以及土壤化等，可以大规模消耗赤泥，有效解决赤泥大量堆存的问题途径。赤泥的不同治理技术或方法，都必须解决赤泥强碱性的问题，强碱性是制约赤泥综合治理或资源化利用的关键问题，现有技术一般采用盐酸、硫酸、硝酸等酸性溶液处理，酸性溶液脱碱同时破坏赤泥的化学结构并浸出大量金属元素，造成赤泥成分的损失；存在酸性溶液腐蚀性强、产生大量废液、成本高等问题；产生的酸性废液含有大量有害金属，危害大、难以处理。

发明内容

鉴于上述的分析，本申请旨在提供一种降低赤泥强碱性的方法，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有技术中的赤泥碱性调控时酸性溶液用量大，腐蚀性强、成本高，产生大量难处理废液；(2)赤泥碱性调控改变赤泥化学结构并且损失大量金属元素，调控过程赤泥回收率低。

本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本申请提供了一种降低赤泥强碱性的方法，包括如下步骤：

步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；

步骤S2、将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；

步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V₁对高压反应釜进行升温，升温至T₁后，保温；然后冷却至室温得到水热炭化产物；

步骤S4、将水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；

步骤S5、将水热炭液和赤泥混合放入搅拌池中搅拌，然后进行固液分离，得到固相的碱性降低的改性赤泥。

进一步的，生物质粉末的粒度小于2mm。

进一步的，生物质原料为木质纤维素生物质，木质纤维素生物质中的纤维素、木质素、半纤维素总含量大于65％。

进一步的，生物质粉末、水和催化剂的质量比为0.3～0.6：1：0.0025～0.01。

进一步的，催化剂为赤泥、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、硫酸钾、硫酸铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾中的一种或多种。

进一步的，V₁为30～50℃/min。

进一步的，T₁为120～180℃。

进一步的，水热炭化产物采用水热炭化一体化工艺设备制备得到，水热炭化一体化工艺设备包括位于同一安装平面上的破碎机、搅拌罐和高压反应釜；

破碎机用于对生物质进行破碎，破碎机的出料口通过第一输送通道与所述搅拌罐的第一进料口连接；搅拌罐的出料口通过第二输送通道与高压反应釜的进料口连接；

第一输送通道设有至少1个物料举升机构；第二输送通道设有流体泵。

进一步的，物料举升机构包括：方管框架及2个半方管机构；

半方管机构包括：半方管、可转挡板和电机；

方管框架能够将2个半方管机构的半方管拼合成方管，电机用于驱动半方管沿方管轴线方向滑动；

半方管包括1个整侧壁和2个半侧壁，半侧壁的边缘设有密封滑槽，整侧壁与可转挡板铰接，且可转挡板能够向流体流动方向转动并使物料能够在方管中流动；

可转挡板为长方形板，且可转挡板的短边长度与方管的内壁宽度相等，可转挡板的四周边缘均设有密封条。

另一方面，本申请还提供了一种改性赤泥在制备赤泥土壤基质中的应用，将改性赤泥和水热炭混合放入搅拌池中搅拌、放置，得到赤泥土壤基质。

与现有技术相比，本申请至少可实现如下有益效果之一：

a)本申请通过采用生物质原料水热炭化得到水热炭化产物，水热炭化过程中生物质中的纤维素、木质素和半纤维素成分分解产生小分子有机酸、糠醛类有机分子和呋喃类有机分子等酸性物质，水热炭液pH为4～6，水热炭液用于调控赤泥碱性时能够有效脱除赤泥的游离碱，并且不改变赤泥的主体成分的化学结构；采用本申请的方法，赤泥的pH值由10～12降低为6.5～7.5，赤泥的回收率(产率)大于95％(例如96％～97％)，固液分离得到的液相的水溶液中重金属总含量小于25mg/L(例如10～20mg/L)。

b)本申请中的生物质原料可以是秸秆等农业废弃物、食品加工废渣等生物质废弃物，原料来源广、成本低、可再生，水热炭化产物中的水热炭液能够用于调控赤泥碱性实现降低赤泥强碱性的目的，水热炭化产物中的水热炭可以用于制备高附加值碳材料，实现了生物质废弃物和赤泥废渣的综合治理。

c)本申请中降低了碱性的改性赤泥能够与水热炭化产物中的水热炭混合制备成赤泥土壤基质；水热炭具有良好的孔结构和较大的比表面积，且水热炭中包括有机碳和腐植酸，能有效增加赤泥的有机养分；并且，水热炭表面有大量呈弱酸性的含氧官能团，能够缓释酸性位通过中和作用长时间稳定赤泥的酸碱性。

d)本申请将破碎机、搅拌罐和高压反应釜安装在同一水平面上，通过物料举升机构可以将破碎后的固液混合物料采用封闭式的方式从低处输送至高处，同时通过流体泵将搅拌后的液态混合料从低处输送至高处，节省了整个设备占用的高度空间，并使得破碎机、搅拌罐和高压反应釜这样的大型设备可以简单地设置在水平面上即可，无需设置两套单独的设备来分别进行固态物料和液态物料的处理。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本申请的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本申请的降低赤泥强碱性的方法的流程示意图；

图2为本申请的水热炭化一体化工艺设备的整体结构示意图；

图3为本申请的物料举升机构的局部剖视图；

图4为本申请的物料举升机构的横截面示意图；

图5为本申请的物料举升机构的纵截面示意图；

图6为本申请的物料举升机构的原理图一；

图7为本申请的物料举升机构的原理图二。

附图标记：

1-破碎机；2-搅拌罐；3-高压反应釜；4-物料举升机构；5-套管；6-四通结构；7-半方管；8-可转挡板；9-方管框架。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本申请的优选实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本申请的实施例一起用于阐释本申请的原理。

本申请提供了一种降低赤泥强碱性的方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；

步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V₁对高压反应釜进行升温，升温至T₁后，保温(20～200min)；然后冷却至室温得到水热炭化产物；

步骤S5、将水热炭液和赤泥混合放入搅拌池中，以速度V₃(例如，300～800rpm)的速度搅拌一段时间(例如，4～10h)，然后进行固液分离，得到固相的碱性降低的改性赤泥。

上述步骤S1中的生物质原料为木质纤维素生物质，例如秸秆、落叶、木屑等农林废弃物或食品加工废渣中的一种或多种；木质纤维素生物质中的纤维素、木质素、半纤维素总含量大于65％。

或者，上述步骤S1中的生物质原料为秸秆、落叶、木屑等农林废弃物、牲畜粪便、厨余垃圾或工业废渣中的一种或多种。

上述步骤S1中的生物质粉末的粒度小于2mm，这是因为生物质粉末的粒度过大的话，后期反应过程中会造成搅拌困难或反应不充分等不利效果。

上述步骤S2中的生物质粉末、水和催化剂的质量比为0.3～0.6：1：0.0025～0.01，这是因为用水量过少，搅拌困难，且不同组分接触不充分；用水量过大，不利于得到预期的产物。

上述步骤S2中，考虑到搅拌速度过小，物料不能充分混合，搅拌速度过大，对设备性能的要求较高，因此，控制搅拌速度为300～700rpm，搅拌时间为20～120min；这样能够保证混合料的均匀性。

上述步骤S2中，催化剂可以是赤泥、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、硫酸钾、硫酸铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾或偏磷酸钾中的一种或多种。

在一种可能的设计中，步骤S2中的催化剂是未经处理的赤泥，这是因为赤泥中碱性物质和金属氧化物等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。

在一种可能的设计中，步骤S2中的催化剂为煅烧的赤泥粉粒，赤泥粉粒的粒径为130～190μm，煅烧的赤泥粉粒通过将湿的赤泥在室温下干燥、研磨并筛分至粒度为130～190μm的赤泥粉末，将赤泥粉末在500℃下煅烧2～5h得到；具体的，通过将湿的赤泥干燥并研磨至粒度为130～190μm，能够充分增大赤泥粉粒催化剂的比表面积，将赤泥粉粒在500℃下煅烧能够保证催化剂的形貌，另外，使赤泥中的金属盐变为金属氧化物，形成活性相。

在一种可能的设计中，步骤S2中的催化剂还可以为赤泥组合物，赤泥组合物为赤泥浆液与胶体氧化锌和胶体氧化镍的组合物；赤泥组合物中，赤泥浆液的重量含量大于50％；将赤泥组合物在100℃～110℃下干燥，并在600℃～800℃下将干燥的赤泥组合物煅烧为赤泥催化颗粒，赤泥催化颗粒的比表面积为50～90m²/g。

上述步骤S3中，如果升温速度过快对高压反应釜的性能要求较高，如果升温速度过慢会延长水热炭化的时间，并且控制合适的升温速率有利于得到适用于降低赤泥强碱性的水热炭化产物(合适的升温速度有利于产生更多的酸性物质)，因此控制V₁为30～50℃/min。

上述步骤S3中，T₁为120～180℃，在此温度范围内，有利于得到适用于降低赤泥强碱性的水热炭化产物。

具体的，上述步骤S3中，水热炭化产物中主要包括水热炭和水热炭液；水热炭具有较大的比表面积和丰富的含氧基团；示例性的，水热炭的比表面积为40～90m²/g，并且水热炭表面大量含氧极性基团使其具有良好的亲水性，显著改善赤泥的持水率，并且呈弱酸性的含氧官能团能够缓释酸性位通过中和作用长时间稳定赤泥的酸碱性；水热炭的收得率为80％～95％。

需要说明的是，上述步骤S3中，水热炭中包括有机碳和腐植酸；示例性的，水热炭中的腐植酸的质量百分比为2％～10％，水热炭中的腐植酸和有机碳能有效增加赤泥的有机养分，并且能够为微生物提供碳源，改善赤泥的微生物生长环境。

需要说明的是，上述步骤S3中，水热炭液中大量生物质热解产生的小分子有机酸、糠醛类有机分子和呋喃类有机分子等酸性物质能够快速降低赤泥的碱性。

具体的，上述步骤S4中，水热炭液的pH为4～6，水热炭液中的酸性物质能够有效脱除赤泥的游离碱，并且不改变赤泥的主体成分的化学结构。

上述步骤S5中，赤泥占水热炭液和赤泥的混合物的质量百分比为20％～60％。

上述步骤S5中，赤泥的pH值为10～12，改性赤泥的pH值为6.5～7.5。

上述步骤S5中，赤泥的回收率(产率)大于95％，固液分离得到的液相的水溶液中重金属总含量小于25mg/L。

上述步骤S5中，考虑到资源的回收利用，也可以将步骤S5中固液分离得到的液相的水溶液作为原料加入至步骤S2中的搅拌罐中。

考虑到步骤S5中固液分离得到的水溶液经过多次循环使用后，水溶液中含有较多的钠金属离子，因此，步骤S5中固液分离得到的水溶液经过多次循环(例如3～5次循环)后，采用膜分离技术对其进行处理，将水溶液中的钠金属离子分离出来，然后水溶液继续循环利用，通过膜分离技术将水溶液中的钠金属离子分离出来，回收了赤泥中的钠金属元素，将处理获得的水返回至步骤2中，实现了水溶液的循环利用。

在一种可能的设计中，步骤S5中的改性赤泥能够用于制备水泥，水泥性能得到良好提升，水泥28天的抗折强度达到8.21MPa、抗压强度达到55.6MPa。

需要说明的是，上述降低赤泥强碱性的方法中采用水热炭化一体化工艺设备制备得到水热炭化产物，如图2所示，水热炭化一体化工艺设备包括位于同一安装平面上的破碎机1、搅拌罐2和高压反应釜3；破碎机1用于对生物质原料进行破碎，破碎机1的出料口通过第一输送通道与搅拌罐2的第一进料口连接；搅拌罐2的第二进料口用于加水和催化剂；搅拌罐2的出料口通过第二输送通道与高压反应釜3的进料口连接；第一输送通道的第一子通道设有至少1个物料举升机构4；第二输送通道设有流体泵。

在一种可能的设计中，第二输送通道设有物料举升机构4。

实施时，先利用破碎机1对生物质原料进行破碎，然后通过第一输送通道的物料举升机构4将生物质物料输送至搅拌罐2的第一进料口处，然后将水和催化剂通过第二进料口加入搅拌罐2，进入搅拌罐2的生物质物料、水和催化剂进行搅拌混合得到混合料，混合料通过第二输送通道输送至高压反应釜3中，并在高压反应釜3中进行水热炭化反应，直至得到具有良好的孔结构、大量的酸性表面官能团、有机质的水热炭化产物。

具体的，破碎机1的出料口设置在破碎机1的底部；搅拌罐2的第一进料口和第二进料口设置在搅拌罐2的顶部，搅拌罐2的出料口设置在搅拌罐2的底部。由于一体化工艺设备采用了物料举升机构4，使得整个设备能够在保证破碎机1、搅拌罐2和高压反应釜3安装在同一平面上的前提下，对固液混合态的生物质进行处理，安装简单，结构简单。

物料举升机构4的结构如图3至图5所示，物料举升机构4包括：方管框架9及2个半方管机构；半方管机构包括：半方管7、可转挡板8、电机；方管框架9能够将2个半方管机构的半方管7拼合成方管，电机用于驱动半方管7沿方管轴线方向滑动；半方管7包括整侧壁和2个半侧壁，半侧壁的边缘设有密封滑槽，整侧壁与可转挡板8铰接，且可转挡板8能够向流体流动方向转动使物料能够在方管中流动；可转挡板8为长方形板，且可转挡板8的短边长度与方管的内壁宽度相等，可转挡板8的四周边缘均设有密封条；2个可转挡板8沿物料流动方向依次设置，且转动时互不干涉。

为了方便说明，如图6、图7所示，2个半方管机构分别为第一机构和第二机构：当第一机构的半方管相对第二机构的半方管向上移动时，第一机构的可转挡板抵在第二机构的半方管整侧壁的内侧，第二机构的可转挡板在物料的作用下向上转动，并与第一机构半方管整侧壁的内侧脱离，物料通过脱离后的开口处从第二机构的可转挡板下方进入第一机构的可转挡板与第二机构的可转挡板之间；当第二机构的半方管相对第一机构的半方管向上移动时，第二机构的可转挡板抵在第一机构的半方管整侧壁的内侧，第一机构的可转挡板在物料的作用下向上转动，物料通过脱离后的开口处从第一机构的可转挡板与第二机构的可转挡板之间进入第一机构的可转挡板的上方；当第一机构和第二机构不断向相对上下滑动时，物料逐渐自下至上被举升高处。而可转挡板边缘的密封条能够在可转挡板抵住整侧壁时，固液混合态的物料不会回落。

为了保证2个半方管机构能够相对滑动，第一机构的密封滑槽的截面形状为“凸”字形，第二机构的对应位置设有截面形状也为“凸”字形的密封滑块，密封滑槽和密封滑块除了能够进行相对滑动外，还能起到限位作用防止2个半方管机构分离，此外，二者接触面设置的密封条能够防止物料从2个半方管机构的拼接处漏出。

具体的，电机控制半方管7往复移动的方式为：

电机控制滚珠丝杠副，电机与方管框架9固定，电机的输出端设有输出齿轮，输出齿轮通过减速齿轮组驱动丝杠螺杆转动，丝杠螺杆上的丝杠螺母上下移动，丝杠螺母与半方管7固定，实现半方管7的往复运动。

或，电机控制液压缸，液压缸的缸体与方管框架9固定，液压缸的活塞与半方管7固定，实现半方管7的往复运动。

或，电机控制齿轮齿条副，电机与方管框架9固定，电机的输出端设有输出齿轮，输出齿轮通过减速齿轮组驱动齿条齿轮转动，使齿条上下移动，齿条与半方管7固定，实现半方管7的往复运动。

为了简化第一输送通道，无需在整个第一输送通道上都设置物料举升机构4，只需要设置多物料举升机构4使固液混合的物料能够被举升到高处即可，第一输送通道还设有多个套管5，套管5的两端均为刚性的方形连接头，方形连接头能够套设在方管的外侧，并与方管框架9固定连接，且方形连接头与方管直接设有密封圈，可以防止物料从方管与方形连接头连接处漏出。需要说明的是，两个方形连接头之间为方形连接管，方形连接管可以根据情况设置为直管或弯管，方形连接管应当为刚性管，以防止方形连接管内的物料造成方形连接管损坏。

相应地，破碎机1的出料口和搅拌罐2的第一进料口均设有能够与方形连接头密封连接且固定连接的接口。

具体的，第一输送通道由方管框架9和套管5连接成的结构为刚性结构，保证第一输送通道的固定路径和形状，2个半方管机构相对对应的方管框架9往复运动，使固液混合态的物料能够沿第一输送通道从低处输送至高处，从而实现固液混合态的物料的举升和输送。

需要说明的是，通过搅拌罐2来向生物质中添加水和催化剂，并使水、催化剂和生物质搅拌混合。具体的，搅拌罐2设有搅拌装置，搅拌装置设置在搅拌罐2的内部，为了能够使搅拌更加均匀，搅拌装置包括转轴、旋转电机、叶片和升降电机；旋转电机用于控制转轴周向旋转，升降电机用于控制转轴轴向移动；叶片设有多个，且均布固定设置在转轴上。本发明实施例通过叶片随转轴的周向转动，来对搅拌罐2内的混合物进行周向搅拌，通过叶片随转轴的轴向移动，来对搅拌罐2内的混合物进行轴向的翻动。

高压反应釜3设有加热管道，加热管道为通有热流体的蛇形或螺旋形管道，且设置在高压反应釜3的内壁，热流体可以为液体或气体，蛇形或螺旋形管道可以高压反应釜3内部的温度更加均匀；

具体的，为了提高水热炭化的反应率，可以通过加料结构的改进来进一步提高高压反应釜3内部物料的均匀性，进而提高水热炭化的反应率。具体的，第二输送通道设有四通结构6，四通结构6包括1个输入端和3个输出端，且1个输入端和3个形成正三棱锥；高压反应釜3的进料口设有3个且沿高压反应釜3的周向均布；每个四通结构6的输出端各与1个高压反应釜3的进料口连接；通过正三棱锥的四通结构6，来通过三个周向均布的进料口向高压反应釜3内添加物料，使得高压反应釜3内的物料更加均匀，使水热炭化的反应能够更加充分，从而提高水热炭化的反应率。

为了保证物料能够在高压反应釜3内均匀地进行水热炭化反应，高压反应釜3的罐体为轴线垂直于安装平面的回转体，且罐体的下部为上粗下细的圆台状结构；高压反应釜3的出料口设置在罐体的底端。在高压反应釜3内，物料在水热炭化的作用下，粘度和固含量都呈现下降趋势，该趋势会在高压反应釜3内竖直方向自上而下逐渐增加、水平方向从四周到中心逐渐增加，利用物料的自身重力和圆台状结构的锥角，经过水热炭化的物料可从高压反应釜3底部利用出料泵排出。

本申请还提供了一种改性赤泥在制备赤泥土壤基质中的应用。

具体的，将改性赤泥用在制备赤泥土壤基质时需要进行如下处理：将改性赤泥和水热炭混合放入搅拌池中，以速度V₄(例如，600～1000rpm)的速度搅拌一段时间(例如，30～100min)，放置20～24h，得到赤泥土壤基质。这是因为水热炭表面大量含氧极性基团使其具有良好的亲水性，显著改善赤泥的持水率，并且呈弱酸性的含氧官能团能够缓释酸性位通过中和作用长时间稳定赤泥的酸碱性；并且水热炭中包括有机碳和腐植酸；示例性的，水热炭中的腐植酸的质量百分比为2％～10％，水热炭中的腐植酸和有机碳能有效增加赤泥的有机养分，并且能够为微生物提供碳源，改善赤泥的微生物生长环境。

或者，在一种可能的设计中，将改性赤泥用在制备赤泥土壤基质时需要进行如下处理：向改性赤泥中加入秸秆粉末和牲畜粪便搅拌均匀即可。其中，改性赤泥、秸秆粉末和牲畜粪便的质量比为：3～7：2～5：1～2。

与现有技术相比，本申请通过采用生物质原料水热炭化得到水热炭化产物，水热炭化过程中生物质中的纤维素、木质素和半纤维素成分分解产生小分子有机酸、糠醛类有机分子和呋喃类有机分子等酸性物质，水热炭液pH为4～6，水热炭液用于调控赤泥碱性时能够有效脱除赤泥的游离碱，并且不改变赤泥的主体成分的化学结构；赤泥的回收率(产率)大于95％，固液分离得到的液相的水溶液中重金属总含量小于25mg/L。

本申请中的生物质原料可以是秸秆等农业废弃物、食品加工废渣等生物质废弃物，原料来源广、成本低、可再生，水热炭化产物中的水热炭液能够用于调控赤泥碱性实现降低赤泥强碱性的目的，水热炭化产物中的水热炭可以用于制备高附加值碳材料，实现了生物质废弃物和赤泥废渣的综合治理。

本申请中利用电吸附设备将水溶液中的金属离子分离出来，回收了赤泥中的金属元素，将处理获得的水返回至步骤2中，实现了水分的循环利用。

本申请中降低了碱性的改性赤泥能够与水热炭化产物中的水热炭混合制备成赤泥土壤基质；水热炭具有良好的孔结构和较大的比表面积，且水热炭中包括有机碳和腐植酸(腐植酸的质量百分比为2％～10％)，能有效增加赤泥的有机养分；并且，水热炭表面有大量呈弱酸性的含氧官能团，能够缓释酸性位通过中和作用长时间稳定赤泥的酸碱性。

实施例一

本实施例的降低赤泥强碱性的方法，包括如下步骤：

步骤S1、将生物质原料(本实施例中为秸秆)加入破碎机1，破碎机1将秸秆破碎为粒度为1mm的粉末；

步骤S2、用物料举升机构4将粉末从第一进料口输送入搅拌罐2中，然后将水和催化剂(本实施例中催化剂为赤泥)通过第二进料口加入搅拌罐2中，进行搅拌，得到混合料，搅拌速度为700rpm，搅拌时间为20min，粉末、水和催化剂的质量比为：0.3：1：0.0025；

步骤S3、将混合料加入到高压反应釜3，以30℃/min对高压反应釜3进行升温，升温至180℃后，保温20min；然后冷却至室温得到水热炭化产物；

步骤S4、将水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；其中，水热炭的比表面积为40m²/g，水热炭的收得率为95％；水热炭中的腐植酸的质量百分比为10％；

步骤S5、将水热炭液和赤泥混合放入搅拌池中(赤泥占水热炭液和赤泥的混合物的质量百分比为20％)，以速度800rpm的速度搅拌4h，然后进行固液分离，得到固相的改性赤泥。其中，赤泥的pH值为10，改性赤泥的pH值为7.1，赤泥的产率为96％，分离得到的液相组分中重金属总含量为10mg/L。

实施例二

本实施例的降低赤泥强碱性的方法，采用与实施例一相同的整体步骤，其中不同的参数如下：

步骤S1、生物质原料为落叶，将落叶破碎为粒度为1.5mm的粉末；

步骤S2、催化剂为煅烧的赤泥粉粒，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为120min，粉末、水和催化剂的质量比为：0.6：1：0.01；

步骤S3、以50℃/min对高压反应釜3进行升温，升温至120℃后，保温120min；

步骤S4、水热炭的比表面积为60m²/g，水热炭的收得率为85％；水热炭中的腐植酸的质量百分比为5％；

步骤S5、赤泥占水热炭液和赤泥的混合物的质量百分比为60％，以300rpm的速度搅拌10h，其中，赤泥的pH值为11，改性赤泥的pH值为7.5，赤泥的产率为97％，分离得到的液相组分中重金属总含量为20mg/L。

实施例三

本实施例将实施例1或2的改性赤泥用作赤泥土壤基质，具体的，向改性赤泥中加入秸秆粉末和牲畜粪便搅拌均匀得到赤泥土壤基质。其中，改性赤泥、秸秆粉末和牲畜粪便的质量比为：3～7：2～5：1～2。

将赤泥土壤基质用于种植黑麦草，长势良好，可见，本申请的赤泥土壤基质能够较好地适合植物生长。

实施例四

本实施例将实施例1或2的改性赤泥用作赤泥土壤基质，具体的，将改性赤泥和水热炭混合放入搅拌池中，以速度V₄(例如，600～1000rpm)的速度搅拌一段时间(例如，30～100min)，放置20～24h，得到赤泥土壤基质。其中，赤泥土壤基质的pH值为7。

将土壤基质放置10天后，测得pH值为7.1，可见，此赤泥土壤基质的酸碱性稳定的较好；将赤泥土壤基质用于种植黑麦草，长势良好，可见，本申请的赤泥土壤基质能够较好地适合植物生长。

对比例一

本对比例采用稀硫酸溶液与赤泥均匀混合，搅拌反应一定时间后，固液分离得到脱碱赤泥，脱碱赤泥的pH为7.1，产率为78％，分离得到液相组分重金属总含量为104mg/L。

对比例二

将赤泥与秸秆粉末和牲畜粪便搅拌均匀后，种植黑麦草，不能正常生长。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；

2.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述生物质粉末的粒度小于2mm。

3.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述生物质原料为木质纤维素生物质，所述木质纤维素生物质中的纤维素、木质素、半纤维素总含量大于65％。

4.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述生物质粉末、水和催化剂的质量比为0.3～0.6：1：0.0025～0.01。

5.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述催化剂为赤泥、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、硫酸钾、硫酸铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述V₁为30～50℃/min。

7.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述T₁为120～180℃。

8.根据权利要求1-7任一项所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述水热炭化产物采用水热炭化一体化工艺设备制备得到，所述水热炭化一体化工艺设备包括位于同一安装平面上的破碎机(1)、搅拌罐(2)和高压反应釜(3)；

所述破碎机(1)用于对生物质进行破碎，所述破碎机(1)的出料口通过第一输送通道与所述搅拌罐(2)的第一进料口连接；所述搅拌罐(2)的出料口通过第二输送通道与所述高压反应釜(3)的进料口连接；

所述第一输送通道设有至少1个物料举升机构(4)；所述第二输送通道设有流体泵。

9.根据权利要求8所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述物料举升机构(4)包括：方管框架(9)及2个半方管机构；

所述半方管机构包括：半方管(7)、可转挡板(8)和电机；

所述方管框架(9)能够将2个半方管机构的半方管(7)拼合成方管，电机用于驱动半方管(7)沿方管轴线方向滑动；

所述半方管(7)包括1个整侧壁和2个半侧壁，所述半侧壁的边缘设有密封滑槽，所述整侧壁与可转挡板(8)铰接，且所述可转挡板(8)能够向流体流动方向转动并使物料能够在方管中流动；

所述可转挡板(8)为长方形板，且所述可转挡板(8)的短边长度与方管的内壁宽度相等，所述可转挡板(8)的四周边缘均设有密封条。

10.一种改性赤泥在制备赤泥土壤基质中的应用，其特征在于，所述改性赤泥采用权利要求1-9所述的降低赤泥强碱性的方法制备得到，将改性赤泥和步骤4中所述的水热炭混合放入搅拌池中搅拌、放置，得到赤泥土壤基质。