CN102826776A

CN102826776A - 粉煤灰提取玻璃微珠同时联产铝硅铁合金、白炭黑的方法

Info

Publication number: CN102826776A
Application number: CN2012102727914A
Authority: CN
Inventors: 孙加亮; 刘珊; 刘建辉; 周明吉; 周玉生; 顾卫荣
Original assignee: Elion Resources Group Co Ltd
Current assignee: Elion Resources Group Co Ltd
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2032-08-02
Also published as: CN102826776B

Abstract

本发明提供一种粉煤灰提取玻璃微珠同时联产铝硅铁合金、白炭黑的方法，涉及废弃资源循环利用技术领域。本发明利用电厂粉煤灰，通过分选得到漂珠、沉珠、磁珠、碳粉及余灰；其中漂珠、沉珠，经过处理作为高档填料，添加到PVC等热塑性材料中；磁珠、碳粉、余灰，在添加粘土和水后，进行混合，制球，干燥，送入矿热炉冶炼，得到铝硅铁合金；剩余的余灰用碱浸取得到硅酸钠混合液，通入CO₂碳分得到白炭黑；还有剩余的余灰，送入煤矿采空区进行充填。本发明综合利用了粉煤灰中的高值资源，充分利用了能量；降低了塑料制品的成本，降低了能耗，减排了CO₂，实现了废弃物的零排放，具有重大的经济效益和环境价值。

Description

粉煤灰提取玻璃微珠同时联产铝硅铁合金、白炭黑的方法

技术领域

本发明属于废弃资源循环利用技术领域，特别涉及一种粉煤灰提取玻璃微珠同时联产铝硅铁合金、白炭黑的方法。

背景技术

现代火力发电厂锅炉采用磨细煤粉作为燃料，当喷入炉膛中，就以细颗粒或团的形式进行燃烧，充分释放热能。燃烧后的灰渣根据原煤灰分含量不同，一般占原煤质量15%~40%，灰渣从排烟系统中用收尘设施收集下来的细粒灰尘为粉煤灰或飞灰，约占总灰渣70%~80%。粉煤灰是自然界不存在的由人工过程产生的粉状矿物质资源，其中含有硅、铝、铁、钙，还有少量的镁、钛、硫、钾、钠和磷，还有砷、镉、汞、铅和锌等多种微量元素。随着中国电力工业装机容量快速增加，全国粉煤灰排放量相应快速增加，粉煤灰的大量排放对生产及人们的生活环境造成了极大危害，侵占土地，污染土壤、污染水体、污染空气、影响人类健康等。处理工业生产所产生的大量粉煤灰，堆存放置是不可行的，将引起一系列的危害，要从根本上解决粉煤灰引起的污染问题，对粉煤灰进行合理的开发利用是唯一可行的有效途径。

粉煤灰中的玻璃微珠是一种宝贵的多功能颗粒材料，它是燃煤电厂排出的一种细小、轻质、表面光滑、中空的球型颗粒，其主要化学成分是硅、铝、铁的氧化物，占粉煤灰总量的30%~50%，是粉煤灰高级利用的重要产品。它具有质轻、粒径小、耐磨性强、抗压强度高、分散流动性好、反光、无毒等优良性能，可代替造价较高的人造空心微珠，广泛应用于建材、橡胶、塑料、化工、电子、航天等领域，具有良好的经济效益和社会效益。

铝硅铁合金作为复合脱氧剂，广泛应用于炼钢厂。铝硅铁合金的密度比纯铝大，容易进入钢水，内部烧损少，在炼钢过程中比使用纯铝做脱氧剂，铝的使用率提高一倍以上。目前它的生产方法有兑掺法和电热法两种，兑掺法是以铝锭、工业硅或硅铁为原料，经过重熔、按比例熔融混合制成的，成本高，能耗大。电热法为利用含铝硅酸盐矿物并加入钢屑或含铁矿在矿热炉中用还原剂直接冶炼制得。目前所用主要原料为铝土矿、高岭土、硅石等，我国铝土矿资源短缺，矿石资源紧缺不仅会增加生产成本，而且直接影响生产进行。电厂粉煤灰含有较高的氧化硅和氧化铝，可以进行铝硅铁合金的冶炼。

白炭黑即水合二氧化硅，化学式为SiO₂·nH₂O，它用途广泛，在橡胶、塑料、农药、油漆、制药、造纸、日用化学品等各个领域有着广泛的用途。白炭黑按生产方法可分为2大类，沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。粉煤灰是燃煤电厂排出的废弃物，每年电厂排放的粉煤灰高达上亿吨，处理和利用粉煤灰是一个重要的问题。粉煤灰中含有氧化铝、二氧化硅、氧化铁。在资源日益贫乏的今天，从粉煤灰中提取氧化硅是使粉煤灰变废为宝，综合利用的有效途径，具有很好的社会和经济效益。

我国能源结构主要以煤为主，采煤过程中形成的采空区，造成岩层破坏、岩层移动和地表沉陷，造成地面建筑物、道路、管路、水体及农田等的破坏，以致生态环境也受到很大影响。因此需要在采空区进行充填，充填材料一般是河砂、煤矸石和电厂粉煤灰。本发明将最后分出的粉煤灰作为充填材料，进行采空区充填，实现粉煤灰综合利用，减少环境污染，提升人类生活环境，实现废弃资源“零排放”。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是一种粉煤灰提取玻璃微珠同时联产铝硅铁合金、白炭黑的方法，以实现粉煤灰废弃资源的综合利用，并实现零排放，解决节能和环保的问题。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种粉煤灰提取玻璃微珠同时联产铝硅铁合金、白炭黑的的方法，包括如下步骤：

1)将含铝、铁、硅矿物的电厂粉煤灰进行分选得到玻璃微珠、碳粉及余灰，将所得玻璃微珠进一步细分得到漂珠、磁珠及沉珠；

2)将步骤1)所得的漂珠或沉珠直接或通过偶联剂包覆处理后(以提高在热塑性塑料中的分散性)，作为高档填料添加到热塑性塑料中，生产改性制品，可根据产品的不同需求，进行选择应用;

3)将步骤1)所得的磁珠、碳粉及余灰，进行混合，加入粘土(粘结剂)和水，均匀混料，利用压球机对物料进行成球;

4)将步骤3)所得的球团进行干燥以去除其中的水分，干燥后在矿热炉内进行冶炼，将铁水进行冷却，得到铝硅铁合金;

5)将步骤1)所得的余灰，通过NaOH或Na₂CO₃溶液浸取后，在密闭反应器内加热，获得混合液，将混合液过滤，获得硅酸钠溶液，通入碳分CO₂，得到白炭黑(SiO₂);

6)上述步骤完成后，剩余的余灰，将被运输至煤矿采空区，进行充填，实现粉煤灰的零排放，解决煤矿塌陷问题。

优选地，其中所述步骤1)中，分选为干法分选或者湿法分选，视电厂具体情况而定。

优选地，其中所述步骤1)及步骤2)中，漂珠粒径为1~260μm，质轻、中空。

优选地，其中所述步骤2)中，沉珠的粒径大于200目。

优选地，其中所述步骤2)中，偶联剂为占漂珠或沉珠重量2~5%的硅烷或钛酸酯。

优选地，其中所述步骤2)中，热塑性塑料为聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯。

优选地，其中所述步骤1)及步骤3)中，磁珠为粉煤灰经过磁选所得含铁量大于55%的玻璃微珠。

优选地，其中所述步骤1)及步骤3)中，碳粉为粉煤灰经过浮选所得未燃烧的碳，并作为生产铝硅铁合金时的还原剂。

优选地，其中所述步骤1)、步骤3)及步骤5)中分选余灰为粉煤灰经过分选后，去除玻璃微珠和碳粉的剩余部分。

优选地，其中所述步骤3)中，加入粘土的重量占磁珠、碳粉及余灰重量之和的7%~12%；加入水的重量为磁珠、碳粉、余灰及粘土重量之和的8%~15%。

优选地，其中所述步骤4)中，球团的直径为10~30mm。

优选地，其中所述步骤4)中，球团进行干燥，所需热量来自于铁水冷却的余热。

优选地，其中所述步骤4)中，矿热炉内的冶炼温度为1800℃~2300℃，所用时间为2~4小时。

优选地，其中所述步骤5)中，碳分CO₂为电厂排放的CO₂，实现CO₂的减排。

优选地，其中所述步骤5)中的NaOH或Na₂CO₃溶液的质量浓度为20%~55% 。

优选地，其中所述步骤5)中的NaOH或Na₂CO₃溶液重量为余灰重量的2~8倍。

优选地，其中所述步骤5)中密闭反应器内的加热时间为10~50分钟。

本发明与现有技术相比有如下优点：

本发明对粉煤灰进行了高值化利用，分别获得了玻璃微珠高档填料、铝硅铁合金、白炭黑等产品，并对煤矿采空区进行了充填，实现了废弃资源的零排放；

本发明中冷却铝硅铁合金的热量又用于球团干燥，用于碱浸取硅酸钠过程的加热，实现了热量的综合利用，达到节能的目的；

本发明从硅酸钠溶液中提取白炭黑，可以利用电厂排放的CO₂，达到减排的目的；

本发明生产铝硅铁合金所用还原剂，来自于粉煤灰中的碳粉，或者其它含碳废弃物，原料价格低廉，降低了生产成本；

本发明中物质流、能量流均能有效循环利用，不排放任何废弃物，节能环保；

本发明所剩余的粉煤灰，可进行煤矿采空区的充填，解决地表塌陷问题，改善了矿区人民生活；

本发明考虑了粉煤灰的特点，综合了各工艺的原料特点，系统地解决了废弃物资源化综合利用的问题。

附图说明

图1为粉煤灰提取玻璃微珠联产铝硅铁合金、白炭黑及充填示意图；

图2为粉煤灰提取玻璃微珠用于PVC及热塑性材料填料示意图。

具体实施方式

为便于对本发明的具体实施步骤及达到的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施例详细说明如下。

实施例1：

如图2所示，粉煤灰从自备电厂运输至分选车间通过风力分级机分选获得玻璃微珠、碳粉及余灰，将所获得玻璃微珠进一步通过重选、浮选、磁选得到漂珠、沉珠及磁珠。其中漂珠和沉珠通过占漂珠或沉珠重量2~5%的的硅烷或钛酸酯偶联剂进行包覆处理。（比如漂珠或沉珠取100kg，偶联剂添加2~5kg）处理后作为高档填料(玻璃微珠中的磁珠也可以进行包覆做填料，只是效果比不上漂珠和沉珠)，添加到PVC(聚氯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚苯乙烯)等热塑性材料中加工改性，生产不同的PVC、PP、PE、PS等热塑性产品。所获得的漂珠、沉珠、磁珠、碳粉也可外售；可应用于催化剂、LCD材料、航天用复合材料、提取铁铝领域等。

如图1所示，分选玻璃微珠后的余灰，添加质量浓度为20%~55%的NaOH或(Na₂CO₃)溶液(重量为余灰的2~8倍)，进行浸取，在密闭反应器内，加热10~50分钟，获得混合液。将混合液过滤，得到硅酸钠溶液，通入来自电厂的碳分CO₂，得到白炭黑(SiO₂)。

分选所得余灰，可以运送到公司自有煤矿采空区进行充填，减少地面塌陷，使粉煤灰获得综合利用，实现废弃资源的零排放。

实施例2：

如图1 所示，将电厂粉煤灰进行分选，得到漂珠、沉珠、磁珠、碳粉及余灰。漂珠取100kg，2~5kg的硅烷、钛酸酯偶联剂混合，进行包覆处理，作为高档填料，添加至PVC(聚氯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚苯乙烯)等热塑性材料中。沉珠通过筛分，选取200目以上粒径，按照上述方法进行包覆或者直接添加至PVC、PP、PE、PS等热塑性产品中，有利于提高产品的机械性能、耐热性，降低成本。

将磁珠15kg，碳粉40kg，余灰25kg，粘土9kg，水10kg(也可添加煤泥提供碳、铝矾土提供铝、硅石提供硅等原料)，进行碾压混合；混合均匀后进行制球；将球团进行干燥，所用热量是铁水冷却的余热；干燥后的球团进入矿热炉冶炼，冶炼温度1800℃~2300℃，所用时间2~4小时；将铁水倒出，进行冷却，冷却的余热用于前一阶段的干燥和提取白炭黑过程的加热；铁水冷却后，铸锭，获得铝硅铁合金。

将余灰与质量浓度20%~55%的NaOH或Na₂CO₃溶液，按照重量百分比为1:2~8的比例进行混合，在密闭反应器内，加热混合10~50分钟，(所用热量来自于冷却铁水余热)获得混合液。将混合液过滤，得到硅酸钠溶液，利用电厂的碳分CO₂，得到白炭黑(SiO₂)。

分选所得余灰，运送到公司自有煤矿采空区进行充填，减少地表塌陷，改善矿区人们生活。

以上所述，仅为本发明的实施例，应当指出，对于本技术中的普通技术人员来说，在不脱离本发明的核心技术特征的前提下，还可以做若干的改进和润饰，这些润饰和改进也应属于本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种粉煤灰提取玻璃微珠同时联产铝硅铁合金、白炭黑的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将含铝、铁、硅矿物的电厂粉煤灰进行分选得到玻璃微珠、碳粉及余灰，将所得玻璃微珠进一步细分分选以得到漂珠、磁珠及沉珠;

2)将步骤1)所得的漂珠或沉珠直接或通过偶联剂包覆处理后，作为高档填料添加到热塑性塑料中，生产改性制品;

3)将步骤1)所得的磁珠、碳粉及余灰进行混合，混合时加入粘土和水，混料均匀后，利用压球机对物料进行成球;

4) 将步骤3)所得球团进行干燥以去除其中的水分，干燥后在矿热炉内进行冶炼，将铁水进行冷却，得到铝硅铁合金;

5) 将步骤1)所得的余灰，通过NaOH或Na₂CO₃溶液浸取后，在密闭反应器内加热，获得混合液，将混合液过滤，获得硅酸钠溶液，通入碳分CO₂，得到白炭黑;

6)经过上述步骤，还有剩余的余灰，将被运输至煤矿采空区，进行充填。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，分选为干法分选或者湿法分选。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)及步骤2)中，漂珠粒径为1~260μm，质轻、中空。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，沉珠的粒径大于200目；偶联剂为占漂珠或沉珠重量2~5%的硅烷或钛酸酯；热塑性塑料为聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)及步骤3)中，磁珠为粉煤灰经过磁选所得含铁量大于55%的玻璃微珠；碳粉为粉煤灰经过浮选所得未燃烧的碳，并作为生产铝硅铁合金时的还原剂。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)、步骤3)及步骤5)中，余灰为粉煤灰经过分选后，去除玻璃微珠和碳粉的剩余部分。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，加入粘土的重量占磁珠、碳粉及余灰重量之和的7%~12%，加入水的重量为磁珠、碳粉、余灰及粘土重量之和的8%~15%。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中，球团的直径为10~30mm；球团进行干燥，所需热量来自于铁水冷却的余热；矿热炉内的冶炼温度为1800℃~2300℃，所用时间为2~4小时。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5)中，碳分CO₂为电厂排放的CO₂；NaOH或Na₂CO₃溶液的质量浓度为20%~55%；NaOH或Na₂CO₃溶液重量为余灰重量的2~8倍；密闭反应器内的加热时间为10~50分钟。