本發(fā)明屬于環(huán)保與資源綜合利用領(lǐng)域，具體涉及一種用于凈化煙氣的赤泥基復(fù)合材料及其制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的堿性固體廢棄物。世界上赤泥的累積量已經(jīng)超過40億噸，給自然環(huán)境帶來嚴(yán)重污染的同時(shí)也造成了資源的浪費(fèi)。赤泥易造成粉塵污染，降低能見度，破壞生態(tài)環(huán)境，引發(fā)大氣污染。赤泥中的堿性元素導(dǎo)致土壤鹽堿化，不利于植物生長且難以復(fù)墾。赤泥淋濾液高堿度和高氟化物含量可污染地下水，影響生態(tài)結(jié)構(gòu)。赤泥堆放存在潰壩風(fēng)險(xiǎn)，威脅安全，嚴(yán)重浪費(fèi)土地資源，造成環(huán)境和經(jīng)濟(jì)損失。赤泥的綜合利用是氧化鋁行業(yè)亟需解決的難題，實(shí)現(xiàn)赤泥資源化綜合利用具有重要的意義。赤泥粒度小、孔隙率大、分散性能好、比表面積高、鐵氧化物含量高、絮凝性高，故赤泥顆粒對重金屬離子具有一定的吸附能力，可作為潛在的吸附材料應(yīng)用于污染物控制領(lǐng)域，另赤泥的高堿度，具備應(yīng)用為堿性中和劑的潛力，可應(yīng)用于如煙氣脫硫等過程。

2、煙氣中的污染物控制是當(dāng)今社會面臨的另一個(gè)突出的環(huán)境問題。二氧化硫排放到空氣中容易與水蒸氣、氧氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成硫酸等酸性物質(zhì)，導(dǎo)致酸雨的產(chǎn)生。酸雨對土壤和水體生態(tài)系統(tǒng)有極大的破壞性，能夠改變土壤的酸堿平衡，影響作物生長；二氧化硫吸入后會對人體的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生危害；二氧化硫進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為細(xì)顆粒物（pm2.5），從而加劇霧霾天氣。汞及其化合物具有劇毒性、高腐蝕性、高揮發(fā)性、生物富集性及易遷移擴(kuò)散性等特點(diǎn)，汞進(jìn)入大氣后，通過沉降或降水循環(huán)進(jìn)入土壤和水體，被微生物轉(zhuǎn)化為甲基汞，影響魚類、鳥類和哺乳動物的生存，危害生態(tài)系統(tǒng)；甲基汞對中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成破壞，導(dǎo)致神經(jīng)損傷、智力發(fā)育遲緩、記憶力衰退；氣態(tài)汞對腎臟和肺部造成損害，長期暴露增加癌癥風(fēng)險(xiǎn)。

3、然而，現(xiàn)有的赤泥基處理材料大多針對單一汞蒸氣或者二氧化硫開發(fā)，還較少能夠溫和高效同步處理煙氣中的二氧化硫以及汞蒸氣的技術(shù)。例如，公開號為cn118179245a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種用于同時(shí)脫除燃煤煙氣中so3及汞的堿性吸收劑的制備方法，將堿渣、電石渣和赤泥混合后浸漬于鹵化鹽溶液中，攪拌混合均勻，然后干燥、煅燒，結(jié)束后冷卻至室溫，得到煅燒產(chǎn)物，最后研磨，即得。該技術(shù)用于同步脫除so3與汞重金屬的協(xié)同處理，但難于適配so2及汞的同步脫除，此外，其脫除過程中需要在較高的溫度下進(jìn)行，低溫下同步脫除效果不理想。再如，公開號為cn108722143a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種能實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放的干法凈化裝置和工藝，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)so2、nox、汞等的脫除，但需要借助于專用設(shè)備，技術(shù)普適性不理想。

4、綜上，現(xiàn)有技術(shù)還缺陷能夠高效利用赤泥特點(diǎn)，并獲得在溫和條件下能夠高效、同步脫除汞和二氧化硫的赤泥基處理材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了改變赤泥堆積以及現(xiàn)有赤泥基處理材料難于溫和高效同步脫除煙氣中的二氧化硫以及汞的問題，本發(fā)明創(chuàng)新地提供了一種赤泥基脫汞硫材料的制備方法，旨在充分利用赤泥特點(diǎn)，制備得到能夠同步、高效脫除煙氣中二氧化硫以及汞的處理材料。

2、本發(fā)明第二目的在于，提供所述的制備方法制得的赤泥基脫汞硫材料及其在吸附煙氣中二氧化硫以及汞蒸氣中的應(yīng)用。

3、現(xiàn)有赤泥基材料在單獨(dú)吸附脫除二氧化硫或汞蒸氣方面能夠獲得良好的效果，但二氧化硫以及汞蒸氣同步吸附時(shí)，會競爭吸附位點(diǎn)，進(jìn)而干擾二氧化硫以及汞蒸氣同步脫除效果，特別是在溫和吸附條件下，這種相互競爭干擾的影響會進(jìn)一步放大。針對該問題，本發(fā)明經(jīng)過深入研究，提供了如下的改進(jìn)方案：

4、一種赤泥基脫汞硫材料的制備方法，將包含赤泥、碳酸鹽、硒源、添加劑和助劑的溶液進(jìn)行陳化改性，隨后固液分離，制得赤泥基脫汞硫材料；

5、所述的助劑包括氯化鐵、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵中的至少一種。

6、針對赤泥物化特點(diǎn)所致的難于同步吸附汞和二氧化硫的問題，本發(fā)明創(chuàng)新地采用所述的碳酸鹽、硒源、添加劑和助劑聯(lián)合對赤泥進(jìn)行改性，如此能夠充分利用赤泥的特點(diǎn)，協(xié)同賦予和優(yōu)化吸附材料的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及活性位點(diǎn)，并改善活性位點(diǎn)的暴露特點(diǎn)，進(jìn)而改善制得的赤泥基材料對二氧化硫以及汞的同步脫除效果。本發(fā)明研究表明，所制得的材料其可以適用于如固相法以及液相法等不同吸附場景下的二氧化硫以及汞的同步脫除，即使在相對低溫以及低堿條件下，仍能夠獲得良好的二氧化硫和汞的同步脫除效果，不僅如此，還具有優(yōu)異的物料利用率優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)赤泥的高效消納，還能夠有效降低物料成本。

7、本發(fā)明中，所述的赤泥可以是行業(yè)內(nèi)公知的赤泥廢料，例如其可以來源于堿法氧化鋁生產(chǎn)中的拜耳法、燒結(jié)法、聯(lián)合法赤泥中的至少一種。

8、本發(fā)明中，所述的碳酸鹽包括碳酸氫鈉、碳酸氫鈣、碳酸鈉、碳酸鈣、碳酸鎂中的至少一種。本發(fā)明研究表明，不同于其他堿性成分，本發(fā)明采用所述的碳酸鹽，其和其他成分聯(lián)合，能夠進(jìn)一步協(xié)同優(yōu)化制得的材料的微觀結(jié)構(gòu)以及活性位點(diǎn)，能夠進(jìn)一步利于改善制備的赤泥基材料對二氧化硫以及汞的同步脫除效果。

9、本發(fā)明中，所述的硒源包括二氧化硒、亞硒酸鹽、硒酸鹽中的至少一種。

10、本發(fā)明中，所述的添加劑包括硫代硫酸鹽、gsh中的至少一種。

11、本發(fā)明中，添加劑為硒源重量的0.5~1.5倍。

12、本發(fā)明中，上述的物料成分可基于任意步驟混合。例如，本發(fā)明一種可實(shí)施的方式，預(yù)先將赤泥和碳酸鹽混合，得到混合料a；將硒源、添加劑分散在溶液中，得到活化母液；再將所述的混合料a、活化母液以及助劑混合，進(jìn)行陳化改性，隨后固液分離，得到赤泥基脫汞硫材料。

13、本發(fā)明中，所述的活化母液中，還添加有硒顆粒顆粒度在400目以上的細(xì)硒粉晶種。.優(yōu)選的工藝下，可以進(jìn)一步優(yōu)化制備的材料的二氧化硫以及汞的同步脫除效率和效果。

14、優(yōu)選地，細(xì)硒粉晶種用量為硒源重量的1%-20%，進(jìn)一步可以為4~15%。

15、本發(fā)明中，所述的助劑以及助劑種類的聯(lián)合控制，能夠適配赤泥物化特點(diǎn)，可以和其他工藝以及成分聯(lián)合，有助于協(xié)同賦予和構(gòu)建制備的材料的三維結(jié)構(gòu)以及位點(diǎn)，進(jìn)而有助于改善赤泥基材料在二氧化硫以及汞中的同步脫除效果。

16、本發(fā)明中，赤泥、碳酸鹽的重量比為75-95：5-25，進(jìn)一步可以為80~92：8~20；

17、硒源為赤泥重量的1~10wt.%，進(jìn)一步可以為2~6wt.%；

18、助劑為赤泥重量的0.2-8%，優(yōu)選為1~6%；

19、優(yōu)選地，陳化改性的時(shí)間在0.5h以上，進(jìn)一步可以為1~2h。

20、本發(fā)明中，還包括將所述的赤泥基脫汞硫材料制粒制得顆粒狀赤泥基脫汞硫材料的步驟。

21、本發(fā)明還提供了一種所述制備方法制得的赤泥基脫汞硫材料。

22、本發(fā)明研究表明，所述的制備方法能夠賦予制備的材料特殊的物化特點(diǎn)，且所述特點(diǎn)的產(chǎn)物能夠在溫和的條件下即可獲得優(yōu)異的二氧化硫以及汞的同步脫除效果。

23、本發(fā)明還提供了一種所述的赤泥基脫汞硫材料在用于同步脫除煙氣中二氧化硫和汞的應(yīng)用。

24、本發(fā)明中，可將本發(fā)明所述的赤泥基脫汞硫材料用作吸附劑，基于常規(guī)的吸附手段，脫除煙氣中二氧化硫和汞的應(yīng)用。例如，所述的脫除方式為干法吸附或濕法吸附。

25、本發(fā)明中，脫除階段的溫度為20~200℃。本發(fā)明所述的工藝，可以在溫和的條件下，即可實(shí)現(xiàn)二氧化硫以及汞的高效同步脫除。

26、原理與優(yōu)勢

27、充分利用赤泥材料粒度小、孔隙率大、分散性能好、比表面積高、鐵氧化物含量高、絮凝性高的特性，通過簡單改性將活性成分與赤泥材料有機(jī)的結(jié)合，由于赤泥材料高絮凝和高分散的特性，極少量的活性成分可在赤泥基上均勻分布。通過改性充分提高赤泥的吸附、絮凝、酸堿中和等能力，赤泥基復(fù)合材料具有豐富吸附位點(diǎn)，且改性過程中這些位點(diǎn)充分暴露，增加了和污染物的接觸機(jī)率；赤泥基復(fù)合材料中的堿基和碳酸根基團(tuán)可與煙氣中的二氧化硫和水發(fā)生反應(yīng)，將二氧化硫固定脫除。赤泥基復(fù)合材料中進(jìn)入漿液中時(shí)，赤泥的高堿度，具備應(yīng)用為堿性中和劑的潛力，可有效減少脫硫系統(tǒng)中堿的用量。赤泥基復(fù)合材料中的硒活性位點(diǎn)、氧位點(diǎn)、金屬位點(diǎn)協(xié)同作用，將汞固定的穩(wěn)定的硒氧汞化合物。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)勢：

29、（1）同時(shí)緩解固廢赤泥大量堆積和煙氣污染物排放帶來的環(huán)境問題，以廢治廢，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

30、（2）工藝簡單，無需精細(xì)合成，利于規(guī)?；纳a(chǎn)，適用范圍廣，可應(yīng)用于各種類型赤泥。

31、（3）成本低廉，使用幾乎無成本且存量巨大的赤泥作為基體材料。

32、（4）環(huán)境友好，無二次污染，避免了使用化工原料試劑精細(xì)合成過程的環(huán)境問題，有巨大的環(huán)境效益。

33、（5）可減少脫硫系統(tǒng)中堿的用量，降低整體煙氣凈化的成本。

34、（6）煙氣污染物凈化效率高，可實(shí)現(xiàn)深度脫除。