本發(fā)明涉及污泥資源化利用，尤其是一種利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法。

背景技術(shù)：

1、大型水電站或建筑工地采用工程開(kāi)挖的黑云母石英片巖作為砂石骨料生產(chǎn)的料源。砂石系統(tǒng)廢水產(chǎn)生主要為破碎車(chē)間的碎石沖洗、篩分車(chē)間粗骨料沖洗、成品砂沖洗以及各車(chē)間降塵用水、清理用水等產(chǎn)生的廢水。砂石加工系統(tǒng)廢水經(jīng)處理后產(chǎn)生的污泥經(jīng)渣漿泵壓入廂框壓濾機(jī)，污泥干化后運(yùn)至棄渣場(chǎng)，不但存在生態(tài)危害而且容易導(dǎo)致二次污染，對(duì)空氣、土壤與地下水會(huì)造成一定的污染，還會(huì)占用大面積土地。污泥的ph超標(biāo)，有機(jī)質(zhì)含量很低，有效氮、磷、鉀均達(dá)不到植物生長(zhǎng)要求，并且缺乏植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)組分，土壤孔隙率較低，團(tuán)聚性差，保水性差、通氣性不好，部分重金屬超標(biāo)，存在較強(qiáng)的生物毒性。砂石加工系統(tǒng)廢水處理污泥處置一直是困擾人工砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)的難題。

2、抽水蓄能是目前水電站大規(guī)模儲(chǔ)能的主流技術(shù)，具有儲(chǔ)能容量大、系統(tǒng)效率高、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但抽水儲(chǔ)能只是針對(duì)不同時(shí)期的電能儲(chǔ)藏，而且浪費(fèi)了大量的水力資源，沒(méi)有從根本上解決電能與可再生能源的儲(chǔ)藏問(wèn)題。如果能開(kāi)發(fā)出固態(tài)電解質(zhì)或水泥基固態(tài)電解質(zhì)，將水電站建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的砂石加工系統(tǒng)污泥與水泥轉(zhuǎn)變?yōu)槌?jí)電容器或電池的固態(tài)電解質(zhì)材料，則對(duì)于水電儲(chǔ)存與可再生能源的儲(chǔ)存具有劃時(shí)代的意義，結(jié)合無(wú)線充電技術(shù)，將公路、建筑物轉(zhuǎn)變成充放電儲(chǔ)能系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了實(shí)現(xiàn)砂石加工系統(tǒng)污泥無(wú)害化處理和資源化利用，本發(fā)明提供了一種利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法。

2、本發(fā)明提供的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，主要方法思路是，將砂石加工系統(tǒng)污泥進(jìn)行干燥和破碎預(yù)處理，將預(yù)處理后的污泥中加入硅酸鹽水泥和導(dǎo)電材料，混合均勻后，將混合料在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下通過(guò)750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質(zhì)材料。所述導(dǎo)電材料優(yōu)選為導(dǎo)電木炭粉或廚余堆肥炭化粉。

3、電解質(zhì)材料可進(jìn)一步制備固態(tài)超級(jí)電容器或固態(tài)電池。將電解質(zhì)材料、正極與負(fù)極組裝制成固態(tài)電池或電容器。此電容器可做為墻磚、地磚、路面磚，并與可再生能源結(jié)合為儲(chǔ)能電容器與無(wú)線充電裝置。

4、所述電解質(zhì)制備方法具體可以按照以下兩種方法來(lái)進(jìn)行。

5、方法一，步驟如下：

6、s1、砂石加工系統(tǒng)污泥的預(yù)處理：將某水電站砂石加工系統(tǒng)廢水處理后產(chǎn)生的污泥自然干燥，干燥至樣品達(dá)到恒重(污泥的質(zhì)量變化不超過(guò)1％)，然后進(jìn)行破碎處理。

7、s2、向砂石加工系統(tǒng)污泥中加入酸液，攪拌10-30min，過(guò)濾去掉不溶物，得到溶液。

8、所述酸液選自鹽酸、硝酸、硫酸中的任意一種或兩種的混合。

9、所述砂石加工系統(tǒng)污泥經(jīng)鹽酸溶解，主要是除去不適合固態(tài)電解質(zhì)的部分成分，保留固態(tài)電解所需要的活性元素，如鋰、釔、鐵等電解質(zhì)的活性成分。當(dāng)使用鹽酸溶解時(shí)，還可以增加氯離子，部分形成鹵化物電解質(zhì)材料。

10、s3、在步驟s2得到的溶液中加入硫代硫酸鹽，再加入尿素或氫氧化鉀使溶液呈堿性以析出沉淀物，過(guò)濾，干燥沉淀物。

11、該步驟中加入硫代硫酸鹽，形成部分硫化物金屬鹽電解質(zhì)材料，成為高導(dǎo)電率的硫化物電解質(zhì)。加入尿素可形成沉淀進(jìn)一步形成由氮原子橋聯(lián)配位的各種活性金屬元素，提高電導(dǎo)率與儲(chǔ)能效率。

12、s4、在干燥后的沉淀物中加入硅酸鹽水泥、氫氧化鉀和導(dǎo)電材料，混合均勻后，將混合料在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下通過(guò)750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質(zhì)材料。

13、該步驟中，加入水泥與砂石加工系統(tǒng)污泥制備成水泥基固態(tài)電解質(zhì)，提高固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電率。通過(guò)高溫煅燒過(guò)程可以除去水分并使不同電解質(zhì)材料相互聚合，增加比表面積與孔隙率，增加導(dǎo)電儲(chǔ)能性。

14、優(yōu)選的是，步驟s2中，所述砂石加工系統(tǒng)污泥與酸液的用量體積比為1：(3-5)。

15、進(jìn)一步優(yōu)選的是所述酸液為氯化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)36％～38％的濃鹽酸。

16、優(yōu)選的是，步驟s4中，硅酸鹽水泥的加入量為沉淀物質(zhì)量的5-35％。氫氧化鉀的加入量為沉淀物質(zhì)量的1-3％。

17、所述導(dǎo)電材料為導(dǎo)電木炭粉(炭黑)或廚余堆肥炭化粉，導(dǎo)電材料的加入量為沉淀物質(zhì)量的1.5-5％。廚余堆肥中的腐殖酸與炭黑等可增加電解質(zhì)的儲(chǔ)能與空隙，增加離子遷移轉(zhuǎn)化與匯集。

18、方法二，步驟如下：

19、s1、將砂石加工系統(tǒng)污泥進(jìn)行干燥和破碎預(yù)處理。

20、s2、向預(yù)處理后的砂石加工系統(tǒng)污泥中加入鋰鹽、水、硅酸鹽水泥和導(dǎo)電材料，混合攪拌10-30min，將混合料在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下通過(guò)750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質(zhì)材料。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于：

22、本發(fā)明通過(guò)采用砂石加工系統(tǒng)污泥中的有用成分制備固態(tài)電解質(zhì)材料，不僅實(shí)現(xiàn)了砂石加工系統(tǒng)污泥固體廢物的資源化利用，還實(shí)現(xiàn)了水泥基復(fù)合材料的多功能應(yīng)用。

23、本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

技術(shù)特征：

1.一種利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，將砂石加工系統(tǒng)污泥進(jìn)行干燥和破碎預(yù)處理，將預(yù)處理后的污泥中加入硅酸鹽水泥和導(dǎo)電材料，混合均勻后，將混合料在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下通過(guò)750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質(zhì)材料；所述導(dǎo)電材料為導(dǎo)電木炭粉或廚余堆肥炭化粉。

2.如權(quán)利要求1所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.如權(quán)利要求2所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，步驟s1中，所述酸液選自鹽酸、硝酸、硫酸中的任意一種或兩種的混合。

4.如權(quán)利要求3所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，所述砂石加工系統(tǒng)污泥與酸液的用量體積比為1：(3-5)。

5.如權(quán)利要求2所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，步驟s3中，硅酸鹽水泥的加入量為沉淀物質(zhì)量的5-35％。

6.如權(quán)利要求2所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，步驟s3中，氫氧化鉀的加入量為沉淀物質(zhì)量的1-3％。

7.如權(quán)利要求2所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料的加入量為沉淀物質(zhì)量的1.5-5％。

8.如權(quán)利要求1所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.如權(quán)利要求1所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，制備的電解質(zhì)材料、正極與負(fù)極組裝制成固態(tài)電池或電容器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，主要方法步驟是：將砂石加工系統(tǒng)污泥進(jìn)行干燥和破碎預(yù)處理，將預(yù)處理后的污泥中加入硅酸鹽水泥和導(dǎo)電材料，混合均勻后，將混合料在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下通過(guò)750?850℃高溫煅燒1?2h，得到電解質(zhì)材料；所述導(dǎo)電材料為導(dǎo)電木炭粉或廚余堆肥炭化粉。制備的電解質(zhì)材料可進(jìn)一步制備固態(tài)超級(jí)電容器或固態(tài)電池。此電容器可做為墻磚、地磚、路面磚，并與可再生能源結(jié)合為儲(chǔ)能電容器與無(wú)線充電裝置。本發(fā)明既實(shí)現(xiàn)了砂石加工系統(tǒng)污泥固體廢物的資源化利用，又實(shí)現(xiàn)了水泥基復(fù)合材料的多功能應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：田應(yīng)輝,胡江軍,闞思蒙,李懷寶,羅鵬,楊再福
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華電金沙江上游水電開(kāi)發(fā)有限公司巴塘分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2