專利名稱：：電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法及裝置，屬于電爐煙塵回收利用
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：鐵合金、工業(yè)硅、剛玉及電石等電爐冶金高能耗冶煉企業(yè)，生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生大量的煙氣、煙塵。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有電爐冶金企業(yè)近四千余家。生產(chǎn)能力為鐵合金2300萬(wàn)噸(實(shí)際生產(chǎn)1740萬(wàn)噸)，工業(yè)硅120萬(wàn)噸(實(shí)際生產(chǎn)80萬(wàn)噸)，剛玉240萬(wàn)噸(實(shí)際生產(chǎn)176萬(wàn)噸)，電石180萬(wàn)噸(實(shí)際生產(chǎn)230萬(wàn)噸，有部份鐵合金電爐轉(zhuǎn)產(chǎn)電石)。年產(chǎn)生電爐煙塵560萬(wàn)噸，成為環(huán)境污染的源頭。大部分企業(yè)雖然都配套建設(shè)了環(huán)境保護(hù)設(shè)施，但大都是單純的解決電爐消煙除塵，就環(huán)保而環(huán)保，收集的煙塵基本上都是外棄堆放或掩埋，造成嚴(yán)重的二次污染；有部分企業(yè)的環(huán)保設(shè)施還在采用國(guó)家明令淘汰的舊工藝，除塵效率不高，有的企業(yè)干脆因陋就簡(jiǎn)，裝模作樣地建設(shè)環(huán)保設(shè)施，時(shí)開(kāi)時(shí)停，應(yīng)付環(huán)保檢查。造成上述原因是企業(yè)環(huán)保設(shè)施需投入大量資金，設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用較高，增加企業(yè)產(chǎn)品成本?；厥盏臒焿m質(zhì)量達(dá)不到專業(yè)用戶的要求，且單個(gè)企業(yè)的煙塵量相對(duì)較少，難以組織批量，企業(yè)不可能就此開(kāi)展?fàn)I銷網(wǎng)絡(luò)，只能征地掩埋，造成企業(yè)生產(chǎn)成本進(jìn)一步增加，企業(yè)只有支出，沒(méi)有收入。企業(yè)對(duì)運(yùn)行環(huán)境保護(hù)設(shè)備有抵觸情緒。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可以回收冶金電爐產(chǎn)生的煙塵，進(jìn)行綜合利用，化害為利，變廢為寶，并得到一種新資源的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法及裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法，將電爐產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行回收，經(jīng)分離、提純后得到活性二氧化硅微粉。上述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法，將電爐產(chǎn)生的煙氣通過(guò)重力旋風(fēng)預(yù)處理器分離出比重大的塵土后，煙氣再經(jīng)過(guò)煙氣冷卻塔降低溫度，并進(jìn)一步分離塵土，然后將煙氣通入煙氣凈化室，通過(guò)過(guò)濾布袋收集煙氣中的粉塵；過(guò)濾布袋收集的粉塵由PLC控制脈沖清灰裝置收集后經(jīng)過(guò)渦流離心分離機(jī)進(jìn)一步處理，得到活性二氧化硅微粉。上述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法，經(jīng)過(guò)煙氣冷卻塔后的煙氣溫度為100°C245°C。上述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法，經(jīng)過(guò)煙氣冷卻塔后的煙氣溫度為120°C165°C。上述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法，過(guò)濾布袋采用玻纖濾布，在玻纖濾布外壁復(fù)壓氟美絲薄膜，內(nèi)壁噴涂氟美絲氈絨。電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的裝置，它包括電爐的煙氣管道，煙氣管道連接重力旋風(fēng)除塵器，重力旋風(fēng)除塵器通過(guò)管道連接煙氣冷卻塔，煙氣冷卻塔連接煙氣凈化室，煙氣凈化室的PLC脈沖清灰裝置連接渦流離心分離機(jī)，渦流離心分離機(jī)連接粉料貯存罐。上述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的裝置，煙氣冷卻塔連接有循環(huán)水泵、循環(huán)水池和水冷卻塔。上述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的裝置，煙氣凈化室的凈化煙氣管道與引風(fēng)機(jī)和煙囪連接。上述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的裝置，煙氣冷卻塔中設(shè)置冷卻水槽12，煙氣管道穿過(guò)冷卻水槽。經(jīng)申請(qǐng)人研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的除塵工藝能只能滿足電爐冶金的煙氣凈化要求，但其回收的煙塵未考慮加以利用。而且現(xiàn)有工藝回收的煙塵含雜質(zhì)高，利用價(jià)值低。本發(fā)明所述的電爐煙塵，是指鐵合金、工業(yè)硅、剛玉及電石等冶金電爐產(chǎn)生的煙氣中所帶的煙塵。煙塵產(chǎn)生機(jī)理如下在礦熱爐生產(chǎn)工業(yè)硅，硅系合金的冶煉過(guò)程中，其使用的主要原料為石英石礦、硅礦、硅礫石和硅線石，礦物含二氧化硅9799.20%，還原劑為碳質(zhì)原料，還原所需的熱量由電能提供。二氧化硅是一種化學(xué)鍵非常穩(wěn)定的物質(zhì)，金屬狀態(tài)的硅與氧有極強(qiáng)的親和力，常作為煉鋼的脫氧劑使用。硅在較低的溫度下與碳結(jié)合生成碳化硅，成為煉鋼、鑄造業(yè)的鋼鐵水脫氧劑和凈化劑，同時(shí)硅又是生產(chǎn)電工鋼、鑄造合金的合金劑，生產(chǎn)金屬鎂、鉬鐵等貴金屬的還原劑。由于二氧化硅的理化性能非常穩(wěn)定，需要極高的溫度才能分解還原。現(xiàn)有的冶煉方法只有礦熱電爐才可能提供其需要的高溫、高強(qiáng)度的冶煉還原條件。電爐通過(guò)專用的設(shè)備向爐內(nèi)導(dǎo)電，單臺(tái)電爐的電流強(qiáng)度高達(dá)40300KA(視電爐容量大小而定)。電流經(jīng)過(guò)專用電極導(dǎo)向爐內(nèi)，在電極頂端放電，形成電孤，產(chǎn)生電離子氣體，其放電溫度高達(dá)23537253K。。礦物在電孤高溫作用下，首先分解生成氣相的中間產(chǎn)物一氧化硅金屬蒸汽，氣體上升與爐料接觸，被爐料吸附而產(chǎn)生間接還原反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物硅或硅的合金微小液粒，隨著反應(yīng)的時(shí)間延長(zhǎng)，微小液粒逐漸形成液滴沉降爐底，硅還原的初始溫度為2026K°。還原過(guò)程中，約有1015%的一氧化硅氣體未被爐料吸附參與反應(yīng)，隨還原產(chǎn)生的高溫爐氣逸出爐料，在爐口表面與空氣中的氧結(jié)合，產(chǎn)生反應(yīng)，氧化還原成二氧化硅微粒，氧化還原的溫度為653853K°，微粒與高溫爐氣帶出的未燃盡還原劑碳粉、礦石表面塵土組成煙塵，成為大氣污染物。冶煉過(guò)程中，因管理及操作技能等原因，強(qiáng)碳操作或爐料局部富碳的情況下，在爐溫約1123K°時(shí)，二氧化硅與碳可首先反應(yīng)生成硅的碳化物，成為爐渣組分和爐缸堆積物而影響正常操作和爐齡周期。硅的碳化物生成的溫度不高，而破壞分離碳化物的溫度高達(dá)3353K°，雖然添加鐵質(zhì)原料在較低溫度下可有效分解硅的碳化物，然而產(chǎn)品對(duì)鐵的含量有嚴(yán)格要求，工藝上不允許，只能采用不投料干燒電爐處理爐底上漲。電爐干燒處理爐況會(huì)使料層變薄，爐料吸附效率及吸附體積降低，反應(yīng)還溫度激增，加速反應(yīng)的中間產(chǎn)物一氧化硅氣體的流失，電爐產(chǎn)生的爐氣和煙塵量激速增多，超過(guò)正常生產(chǎn)時(shí)煙氣發(fā)生量4050%，這已是定型環(huán)保設(shè)備沒(méi)有富足能力不能有效解決電爐煙氣污染治理的原因之一，且未燃盡之碳粒及塵土一并進(jìn)入凈化系統(tǒng)，影響煙塵成分。硅冶金主要反應(yīng)方程式Si02+C=SiO個(gè)+C0個(gè)SiO+C=[Si]+CO個(gè)Si02+3C=(SiC)+2C0個(gè)sic;i[Si]+o<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>電爐煙塵分類及其性質(zhì)如下電爐錳系合金，電石煙塵主要由氧化錳、硫酸錳和氧化f丐、氧化鎂、二氧化硅和少量的氧化亞鐵、未然盡的碳粒和高溫?zé)釟饬鲙氲牡V石表面塵土及微小礦粉組成，粒徑為0.1045iim。畑塵中氣相凝聚的二氧化硅、硫酸錳及活性鈣、鎂粒子粒徑0.100.394iim，該煙塵可有效地改良粘土質(zhì)酸性土壤和化肥過(guò)量土壤板結(jié)現(xiàn)象，疏松土壤，改善土壤透氣性，增加地力，促進(jìn)農(nóng)副產(chǎn)品增產(chǎn)增收。工業(yè)硅、硅系鐵合金煙塵主要由高溫氣化后的一氧化硅金屬蒸汽在空氣中氧化凝聚的二氧化硅微粉組成，有少量的氧化鈣、氧化鎂、氧化亞鐵和氧化鈉、氧化鉀，伴有部分未燃盡的碳粒和高溫氣流帶入的礦石表面塵土。二氧化硅等微粉平均粒徑O.100.335ym，火山灰活性指數(shù)86-110;粉體結(jié)構(gòu)為絮棉狀團(tuán)聚無(wú)結(jié)晶三維體珠粒。工業(yè)硅煙塵含二氧化硅9296%，硅系合金煙塵含二氧化硅8092%?，F(xiàn)有方法凈化煙氣回收的煙塵粒徑因未有效分離出碳粒等雜質(zhì)，或?yàn)V材的選擇錯(cuò)誤，其粒徑分布偏移較大。粒徑范圍如表一所示。本發(fā)明方法回收的煙塵粒徑范圍如表二所示。表一現(xiàn)有方法回收煙塵粒徑范圍<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表二本發(fā)明分離提純后煙塵粒徑范圍<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由上述數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過(guò)本發(fā)明工藝可有效地捕集到更多的亞納米態(tài)的超細(xì)微粒，而較大粒徑的碳粒和比重較大的塵土有效分離，雖中間粒徑的煙塵比例變化不大，而物理指標(biāo)則大為改善，比表面積增加4555%。本發(fā)明回收的電爐硅灰，主要成分是電爐中高溫氣化后的一氧化硅金屬蒸汽在空氣中氧化生成的二氧化硅微粉，為超細(xì)微粒狀無(wú)結(jié)晶體的珠形結(jié)構(gòu)，無(wú)定性非金屬礦物無(wú)機(jī)材料，具有良好的補(bǔ)強(qiáng)性、分散性、泌水性、絕緣性、消光性、觸變性和滲透性、調(diào)稠性等特殊質(zhì)性，火山灰活性指數(shù)86110%，是機(jī)械加工礦物根本無(wú)法達(dá)到的和不可替代的獨(dú)特理化指標(biāo)，其特有的優(yōu)異性質(zhì)被人們逐漸認(rèn)識(shí)，不斷地拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明收集的電爐硅灰主要理化指標(biāo)Si02:90-98.0%(無(wú)定性氧化硅)Fe20+Ca0+Mg0《1%灼損、燒失量I.L:0.8-1.5%pH:2.56.2比電阻24X1014Qmm2/m平均粒徑0.089-0.225iim比表面積220-280m7g火山灰活性指數(shù)86110%比重20002200kg/m3粉體結(jié)構(gòu)絮棉狀團(tuán)聚無(wú)結(jié)晶三維體珠粒。自然容重180220kg/m3電爐硅灰的質(zhì)量評(píng)估及應(yīng)用取決于其粒徑分布的范圍、火山灰活性指數(shù)、比表面積大小及雜質(zhì)碳的含量。因此，有效地捕集超細(xì)微粒及分離出碳粒、比重較大的塵土是技術(shù)難點(diǎn)。本發(fā)明的工藝通過(guò)重力旋風(fēng)預(yù)處理器、煙氣冷卻塔和渦流離心分離機(jī)等設(shè)備，能夠多步分離塵土和碳粒，減小活性二氧化硅微粉中的雜質(zhì)，采用的煙氣凈化室還能夠最大可能的捕集納米級(jí)的細(xì)微煙塵，提高了電爐硅灰的質(zhì)量。附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為煙氣冷卻塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施例方式具體實(shí)施例方式鐵合金、工業(yè)硅、剛玉及電石等冶金電爐的煙氣管道1連接重力旋風(fēng)除塵器2，重力旋風(fēng)除塵器2通過(guò)管道連接煙氣冷卻塔3，煙氣冷卻塔3連接煙氣凈化室4，煙氣凈化室4的PLC脈沖清灰裝置通過(guò)管道連接高頻渦流離心分離機(jī)7，高頻渦流離心分離機(jī)7連接粉料貯存罐8。其中，在煙氣冷卻塔3中設(shè)置冷卻水槽12，煙氣管道13穿過(guò)冷卻水槽12，如圖2所示。冷卻水槽12連接有循環(huán)水泵11、循環(huán)水池9和水冷卻塔10。煙氣凈化室4的凈化煙氣管道與引風(fēng)機(jī)5和煙囪6連接，凈化后的煙氣可直接排放。本發(fā)明的裝置可以將電爐產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行回收，經(jīng)分離后得到活性二氧化硅微粉。具體過(guò)程如下將電爐產(chǎn)生的煙氣從煙氣管道1通入重力旋風(fēng)預(yù)處理器2中作螺旋線性運(yùn)動(dòng)，在重力的引導(dǎo)下，團(tuán)粒較大或比重較大的塵土逐漸從煙氣中分離出來(lái)，沉降于重力旋風(fēng)預(yù)處理器2底部灰倉(cāng)；余下體積密度較輕的煙氣隨高溫氣流進(jìn)入封閉的煙氣冷卻塔3，高溫?zé)煔饨?jīng)冷卻后體積收縮，氣體流速下降，部分未被重力旋風(fēng)預(yù)處理器2分離的較重碳粒和塵土在此進(jìn)一步分離，沉降于煙氣冷卻塔3底部灰倉(cāng)；同時(shí)控制煙氣的溫度不低于10(TC，避免煙氣中的水蒸汽結(jié)露，沾粘過(guò)濾袋而影響煙氣凈化效率和回收的煙塵受潮結(jié)塊影響質(zhì)量，控制煙氣的溫度不高于245t:，避免熔損過(guò)濾袋。經(jīng)試驗(yàn)，煙氣進(jìn)入煙氣凈化室4的最佳溫度為120°C165°C。煙氣凈化室4的過(guò)濾布袋經(jīng)過(guò)特殊處理，濾袋布料選擇為玻纖濾布外壁復(fù)壓氟美絲薄膜，內(nèi)壁噴涂氟美絲氈絨，確保過(guò)濾效果，保證最大可能的捕集納米級(jí)的細(xì)微煙塵。煙氣凈化室4的PLC脈沖清灰裝置由空壓機(jī)提供氣源，通過(guò)管道對(duì)煙氣凈化室4每列過(guò)濾袋噴出高壓空氣，使過(guò)濾袋急劇膨脹、收縮、引發(fā)沖擊振蕩，同時(shí)噴流與過(guò)濾氣流反向，將附著于過(guò)濾壁表面的粉塵振離濾袋壁，沉降于煙氣凈化室4下的積灰倉(cāng)。各積灰倉(cāng)中的粉塵定期從卸灰閥卸出，經(jīng)風(fēng)力輸送至渦流離心分離機(jī)7進(jìn)一步分解。渦流離心分離機(jī)7根據(jù)煙塵中的物質(zhì)進(jìn)行高速飛轉(zhuǎn)后，將氣態(tài)狀的二氧化硅微粒分子與煙塵中微碳粒和其他難熔化的分子分離。煙塵中不同物質(zhì)比重不同，在高速飛轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的高速氣流將比重物重的物質(zhì)向下沉降排除，比重輕的物質(zhì)旋轉(zhuǎn)上升被吹收。經(jīng)渦流離心分離機(jī)7分解后的氣態(tài)狀二氧化硅微粉表層由淺灰色變白色，白色比(無(wú)機(jī)礦粉比色標(biāo)準(zhǔn))在95的二氧化硅元素含量Si(^>98.5%以上，容重更輕。將分離出來(lái)的氣態(tài)狀活性二氧化硅微粉，送入粉料貯存罐8保存。權(quán)利要求一種電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法，其特征在于將電爐產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行回收，經(jīng)分離、提純后得到活性二氧化硅微粉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法，其特征在于將電爐產(chǎn)生的煙氣通過(guò)重力旋風(fēng)預(yù)處理器分離出比重大的塵土后，煙氣再經(jīng)過(guò)煙氣冷卻塔降低溫度，并進(jìn)一步分離塵土，然后將煙氣通入煙氣凈化室，通過(guò)過(guò)濾布袋收集煙氣中的粉塵；過(guò)濾布袋收集的粉塵由PLC控制脈沖清灰裝置收集后經(jīng)過(guò)渦流離心分離機(jī)進(jìn)一步處理，得到活性二氧化硅微粉。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法，其特征在于經(jīng)過(guò)煙氣冷卻塔后的煙氣溫度為100°C245°C。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法，其特征在于經(jīng)過(guò)煙氣冷卻塔后的煙氣溫度為120°C165°C。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法，其特征在于過(guò)濾布袋采用玻纖濾布外壁復(fù)壓氟美絲薄膜，內(nèi)壁噴涂氟美絲氈絨。6.—種電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的裝置，它包括電爐的煙氣管道(l)，其特征在于煙氣管道(1)連接重力旋風(fēng)除塵器(2)，重力旋風(fēng)除塵器(2)通過(guò)管道連接煙氣冷卻塔(3)，煙氣冷卻塔(3)連接煙氣凈化室(4)，煙氣凈化室(4)的PLC脈沖清灰裝置連接渦流離心分離機(jī)(7)，渦流離心分離機(jī)(7)連接粉料貯存罐(8)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的裝置，其特征在于煙氣冷卻塔(3)連接有循環(huán)水泵(11)、循環(huán)水池(9)和水冷卻塔(10)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的裝置，其特征在于煙氣凈化室(4)的凈化煙氣管道與引風(fēng)機(jī)(5)和煙囪(6)連接。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的裝置，其特征在于煙氣冷卻塔(3)中設(shè)置冷卻水槽12，煙氣管道(13)穿過(guò)冷卻水槽(12)。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種電爐煙塵分離提純活性二氧化硅微粉的方法及裝置，其特征在于將電爐產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行回收，經(jīng)分離、提純后得到活性二氧化硅微粉。經(jīng)過(guò)本發(fā)明工藝可有效地捕集到更多的亞納米態(tài)的超細(xì)微粒，而較大粒徑的碳粒和比重較大的塵土有效分離。本發(fā)明回收的電爐硅灰，主要成分是電爐中高溫氣化后的一氧化硅金屬蒸汽在空氣中氧化生成的二氧化硅微粉，為超細(xì)微粒狀無(wú)結(jié)晶體的珠形結(jié)構(gòu)，無(wú)定性非金屬礦物無(wú)機(jī)材料，具有良好的補(bǔ)強(qiáng)性、分散性、泌水性、絕緣性、消光性、觸變性和滲透性、調(diào)稠性等特殊質(zhì)性，火山灰活性指數(shù)86～110％，是機(jī)械加工礦物根本無(wú)法達(dá)到的和不可替代的獨(dú)特理化指標(biāo)。文檔編號(hào)C01B33/12GK101746765SQ20081030589公開(kāi)日2010年6月23日申請(qǐng)日期2008年12月1日優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日發(fā)明者屠慶模申請(qǐng)人:貴州海天鐵合金磨料有限責(zé)任公司