專利名稱：粉煤灰提取玻璃微珠同時(shí)聯(lián)產(chǎn)鋁硅鐵合金、白炭黑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢棄資源循環(huán)利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種粉煤灰提取玻璃微珠同時(shí)聯(lián)產(chǎn)鋁硅鐵合金、白炭黑的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代火力發(fā)電廠鍋爐采用磨細(xì)煤粉作為燃料，當(dāng)噴入爐膛中，就以細(xì)顆?；驁F(tuán)的形式進(jìn)行燃燒，充分釋放熱能。燃燒后的灰渣根據(jù)原煤灰分含量不同，一般占原煤質(zhì)量15°/Γ40%，灰渣從排煙系統(tǒng)中用收塵設(shè)施收集下來(lái)的細(xì)?；覊m為粉煤灰或飛灰，約占總灰渣70°/Γ80%。粉煤灰是自然界不存在的由人工過(guò)程產(chǎn)生的粉狀礦物質(zhì)資源，其中含有硅、鋁、鐵、鈣，還有少量的鎂、鈦、硫、鉀、鈉和磷，還有砷、鎘、汞、鉛和鋅等多種微量元素。隨著中國(guó)電力工業(yè)裝機(jī)容量快速增加，全國(guó)粉煤灰排放量相應(yīng)快速增加，粉煤灰的大量排放對(duì)生產(chǎn)及人們的生活環(huán)境造成了極大危害，侵占土地，污染土壤、污染水體、污染空氣、影響人類健康等。處理工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的大量粉煤灰，堆存放置是不可行的，將引起一系列的危害，要從根本上解決粉煤灰引起的污染問(wèn)題，對(duì)粉煤灰進(jìn)行合理的開(kāi)發(fā)利用是唯一可行的有效途徑。粉煤灰中的玻璃微珠是一種寶貴的多功能顆粒材料，它是燃煤電廠排出的一種細(xì)小、輕質(zhì)、表面光滑、中空的球型顆粒，其主要化學(xué)成分是硅、鋁、鐵的氧化物，占粉煤灰總量的309Γ50%，是粉煤灰高級(jí)利用的重要產(chǎn)品。它具有質(zhì)輕、粒徑小、耐磨性強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度高、分散流動(dòng)性好、反光、無(wú)毒等優(yōu)良性能，可代替造價(jià)較高的人造空心微珠，廣泛應(yīng)用于建材、橡膠、塑料、化工、電子、航天等領(lǐng)域，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。鋁硅鐵合金作為復(fù)合脫氧劑，廣泛應(yīng)用于煉鋼廠。鋁硅鐵合金的密度比純鋁大，容易進(jìn)入鋼水，內(nèi)部燒損少，在煉鋼過(guò)程中比使用純鋁做脫氧劑，鋁的使用率提高一倍以上。目前它的生產(chǎn)方法有兌摻法和電熱法兩種，兌摻法是以鋁錠、工業(yè)硅或硅鐵為原料，經(jīng)過(guò)重 熔、按比例熔融混合制成的，成本高，能耗大。電熱法為利用含鋁硅酸鹽礦物并加入鋼屑或含鐵礦在礦熱爐中用還原劑直接冶煉制得。目前所用主要原料為鋁土礦、高嶺土、硅石等，我國(guó)鋁土礦資源短缺，礦石資源緊缺不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，而且直接影響生產(chǎn)進(jìn)行。電廠粉煤灰含有較高的氧化硅和氧化鋁，可以進(jìn)行鋁硅鐵合金的冶煉。白炭黑即水合二氧化硅，化學(xué)式為SiO2 ·ηΗ20，它用途廣泛，在橡膠、塑料、農(nóng)藥、油漆、制藥、造紙、日用化學(xué)品等各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的用途。白炭黑按生產(chǎn)方法可分為2大類，沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。粉煤灰是燃煤電廠排出的廢棄物，每年電廠排放的粉煤灰高達(dá)上億噸，處理和利用粉煤灰是一個(gè)重要的問(wèn)題。粉煤灰中含有氧化鋁、二氧化硅、氧化鐵。在資源日益貧乏的今天，從粉煤灰中提取氧化硅是使粉煤灰變廢為寶，綜合利用的有效途徑，具有很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)主要以煤為主，采煤過(guò)程中形成的采空區(qū)，造成巖層破壞、巖層移動(dòng)和地表沉陷，造成地面建筑物、道路、管路、水體及農(nóng)田等的破壞，以致生態(tài)環(huán)境也受到很大影響。因此需要在采空區(qū)進(jìn)行充填，充填材料一般是河砂、煤矸石和電廠粉煤灰。本發(fā)明將最后分出的粉煤灰作為充填材料，進(jìn)行采空區(qū)充填，實(shí)現(xiàn)粉煤灰綜合利用，減少環(huán)境污染，提升人類生活環(huán)境，實(shí)現(xiàn)廢棄資源“零排放”。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是一種粉煤灰提取玻璃微珠同時(shí)聯(lián)產(chǎn)鋁硅鐵合金、白炭黑的方法，以實(shí)現(xiàn)粉煤灰廢棄資源的綜合利用，并實(shí)現(xiàn)零排放，解決節(jié)能和環(huán)保的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)
一種粉煤灰提取玻璃微珠同時(shí)聯(lián)產(chǎn)鋁硅鐵合金、白炭黑的的方法，包括如下步驟
1)將含鋁、鐵、硅礦物的電廠粉煤灰進(jìn)行分選得到玻璃微珠、碳粉及余灰，將所得玻璃微珠進(jìn)一步細(xì)分得到漂珠、磁珠及沉珠；2)將步驟I)所得的漂珠或沉珠直接或通過(guò)偶聯(lián)劑包覆處理后(以提高在熱塑性塑料中的分散性)，作為高檔填料添加到熱塑性塑料中，生產(chǎn)改性制品，可根據(jù)產(chǎn)品的不同需求，進(jìn)行選擇應(yīng)用；
3)將步驟I)所得的磁珠、碳粉及余灰，進(jìn)行混合，加入粘土(粘結(jié)劑)和水，均勻混料，利用壓球機(jī)對(duì)物料進(jìn)行成球；
4)將步驟3)所得的球團(tuán)進(jìn)行干燥以去除其中的水分，干燥后在礦熱爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，將鐵水進(jìn)行冷卻，得到鋁硅鐵合金；
5)將步驟I)所得的余灰，通過(guò)NaOH或Na2CO3溶液浸取后，在密閉反應(yīng)器內(nèi)加熱，獲得混合液，將混合液過(guò)濾，獲得硅酸鈉溶液，通入碳分CO2，得到白炭黑(SiO2);
6)上述步驟完成后，剩余的余灰，將被運(yùn)輸至煤礦采空區(qū)，進(jìn)行充填，實(shí)現(xiàn)粉煤灰的零排放，解決煤礦塌陷問(wèn)題。優(yōu)選地，其中所述步驟I)中，分選為干法分選或者濕法分選，視電廠具體情況而定。優(yōu)選地，其中所述步驟I)及步驟2)中，漂珠粒徑為f260Mffl，質(zhì)輕、中空。優(yōu)選地，其中所述步驟2)中，沉珠的粒徑大于200目。優(yōu)選地，其中所述步驟2)中，偶聯(lián)劑為占漂珠或沉珠重量2 5%的硅烷或鈦酸酯。優(yōu)選地，其中所述步驟2)中，熱塑性塑料為聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯。優(yōu)選地，其中所述步驟I)及步驟3)中，磁珠為粉煤灰經(jīng)過(guò)磁選所得含鐵量大于55%的玻璃微珠。優(yōu)選地，其中所述步驟I)及步驟3)中，碳粉為粉煤灰經(jīng)過(guò)浮選所得未燃燒的碳，并作為生產(chǎn)鋁硅鐵合金時(shí)的還原劑。優(yōu)選地，其中所述步驟I)、步驟3)及步驟5)中分選余灰為粉煤灰經(jīng)過(guò)分選后，去除玻璃微珠和碳粉的剩余部分。優(yōu)選地，其中所述步驟3)中，加入粘土的重量占磁珠、碳粉及余灰重量之和的7% 12% ;加入水的重量為磁珠、碳粉、余灰及粘土重量之和的8% 15%ο優(yōu)選地，其中所述步驟4)中，球團(tuán)的直徑為l(T30mm。優(yōu)選地，其中所述步驟4)中，球團(tuán)進(jìn)行干燥，所需熱量來(lái)自于鐵水冷卻的余熱。優(yōu)選地，其中所述步驟4)中，礦熱爐內(nèi)的冶煉溫度為1800°C "2300°C，所用時(shí)間為2 4小時(shí)。優(yōu)選地，其中所述步驟5)中，碳分CO2為電廠排放的CO2,實(shí)現(xiàn)CO2的減排。優(yōu)選地，其中所述步驟5)中的NaOH或Na2CO3溶液的質(zhì)量濃度為20% 55%。優(yōu)選地，其中所述步驟5)中的NaOH或Na2CO3溶液重量為余灰重量的2 8倍。優(yōu)選地，其中所述步驟5)中密閉反應(yīng)器內(nèi)的加熱時(shí)間為1(Γ50分鐘。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明對(duì)粉煤灰進(jìn)行了高值化利用，分別獲得了玻璃微珠高檔填料、鋁硅鐵合金、白炭黑等產(chǎn)品，并對(duì)煤礦采空區(qū)進(jìn)行了充填，實(shí)現(xiàn)了廢棄資源的零排放； 本發(fā)明中冷卻鋁硅鐵合金的熱量又用于球團(tuán)干燥，用于堿浸取硅酸鈉過(guò)程的加熱，實(shí)現(xiàn)了熱量的綜合利用，達(dá)到節(jié)能的目的；
本發(fā)明從硅酸鈉溶液中提取白炭黑，可以利用電廠排放的CO2，達(dá)到減排的目的；
本發(fā)明生產(chǎn)鋁硅鐵合金所用還原劑，來(lái)自于粉煤灰中的碳粉，或者其它含碳廢棄物，原料價(jià)格低廉，降低了生產(chǎn)成本；
本發(fā)明中物質(zhì)流、能量流均能有效循環(huán)利用，不排放任何廢棄物，節(jié)能環(huán)保；
本發(fā)明所剩余的粉煤灰，可進(jìn)行煤礦采空區(qū)的充填，解決地表塌陷問(wèn)題，改善了礦區(qū)人民生活；
本發(fā)明考慮了粉煤灰的特點(diǎn)，綜合了各工藝的原料特點(diǎn)，系統(tǒng)地解決了廢棄物資源化綜合利用的問(wèn)題。


圖I為粉煤灰提取玻璃微珠聯(lián)產(chǎn)鋁硅鐵合金、白炭黑及充填示意 圖2為粉煤灰提取玻璃微珠用于PVC及熱塑性材料填料示意圖。
具體實(shí)施例方式為便于對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施步驟及達(dá)到的效果有進(jìn)一步的了解，現(xiàn)結(jié)合附圖并舉較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。實(shí)施例I :
如圖2所示，粉煤灰從自備電廠運(yùn)輸至分選車間通過(guò)風(fēng)力分級(jí)機(jī)分選獲得玻璃微珠、碳粉及余灰，將所獲得玻璃微珠進(jìn)一步通過(guò)重選、浮選、磁選得到漂珠、沉珠及磁珠。其中漂珠和沉珠通過(guò)占漂珠或沉珠重量2 5%的的硅烷或鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行包覆處理。(比如漂珠或沉珠取100kg，偶聯(lián)劑添加2 5kg)處理后作為高檔填料(玻璃微珠中的磁珠也可以進(jìn)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)等熱塑性材料中加工改性，生產(chǎn)不同的PVC、PP、PE、PS等熱塑性產(chǎn)品。所獲得的漂珠、沉珠、磁珠、碳粉也可外售；可應(yīng)用于催化劑、LCD材料、航天用復(fù)合材料、提取鐵招領(lǐng)域等。如圖I所示，分選玻璃微珠后的余灰，添加質(zhì)量濃度為20% 55%的NaOH或(Na2CO3)溶液(重量為余灰的21倍)，進(jìn)行浸取，在密閉反應(yīng)器內(nèi)，加熱1(Γ50分鐘，獲得混合液。將混合液過(guò)濾，得到硅酸鈉溶液，通入來(lái)自電廠的碳分CO2，得到白炭黑(SiO2)。分選所得余灰，可以運(yùn)送到公司自有煤礦采空區(qū)進(jìn)行充填，減少地面塌陷，使粉煤灰獲得綜合利用，實(shí)現(xiàn)廢棄資源的零排放。實(shí)施例2:
如圖I所示，將電廠粉煤灰進(jìn)行分選，得到漂珠、沉珠、磁珠、碳粉及余灰。漂珠取100kg，2飛kg的硅烷、鈦酸酯偶聯(lián)劑混合，進(jìn)行包覆處理，作為高檔填料，添加至PVC (聚氯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚苯乙烯)等熱塑性材料中。沉珠通過(guò)篩分，選取200目以上粒徑，按照上述方法進(jìn)行包覆或者直接添加至PVC、PP、PE、PS等熱塑性產(chǎn)品中，有利于提高產(chǎn)品的機(jī)械性能、耐熱性，降低成本。將磁珠15kg,碳粉40kg,余灰25kg,粘土 9kg,水IOkg (也可添加煤泥提供碳、招帆土提供鋁、硅石提供硅等原料)，進(jìn)行碾壓混合；混合均勻后進(jìn)行制球；將球團(tuán)進(jìn)行干燥，所用熱量是鐵水冷卻的余熱；干燥后的球團(tuán)進(jìn)入礦熱爐冶煉，冶煉溫度1800°C 2300°C，所用時(shí)間2 4小時(shí)；將鐵水倒出，進(jìn)行冷卻，冷卻的余熱用于前一階段的干燥和提取白炭黑過(guò)程的加熱；鐵水冷卻后，鑄淀，獲得招娃鐵合金。 將余灰與質(zhì)量濃度20% 55%的NaOH或Na2CO3溶液，按照重量百分比為1:2 8的比例進(jìn)行混合，在密閉反應(yīng)器內(nèi)，加熱混合1(Γ50分鐘，(所用熱量來(lái)自于冷卻鐵水余熱)獲得混合液。將混合液過(guò)濾，得到硅酸鈉溶液，利用電廠的碳分CO2，得到白炭黑(SiO2)。分選所得余灰，運(yùn)送到公司自有煤礦采空區(qū)進(jìn)行充填，減少地表塌陷，改善礦區(qū)人們生活。以上所述，僅為本發(fā)明的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)中的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明的核心技術(shù)特征的前提下，還可以做若干的改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些潤(rùn)飾和改進(jìn)也應(yīng)屬于本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種粉煤灰提取玻璃微珠同時(shí)聯(lián)產(chǎn)鋁硅鐵合金、白炭黑的方法，其特征在于，包括如下步驟 1)將含鋁、鐵、硅礦物的電廠粉煤灰進(jìn)行分選得到玻璃微珠、碳粉及余灰，將所得玻璃微珠進(jìn)一步細(xì)分分選以得到漂珠、磁珠及沉珠； 2)將步驟I)所得的漂珠或沉珠直接或通過(guò)偶聯(lián)劑包覆處理后，作為高檔填料添加到熱塑性塑料中，生產(chǎn)改性制品； 3)將步驟I)所得的磁珠、碳粉及余灰進(jìn)行混合，混合時(shí)加入粘土和水，混料均勻后，利用壓球機(jī)對(duì)物料進(jìn)行成球； 4)將步驟3)所得球團(tuán)進(jìn)行干燥以去除其中的水分，干燥后在礦熱爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，將鐵水進(jìn)行冷卻，得到鋁硅鐵合金； 5)將步驟I)所得的余灰，通過(guò)NaOH或Na2CO3溶液浸取后，在密閉反應(yīng)器內(nèi)加熱，獲得混合液，將混合液過(guò)濾，獲得硅酸鈉溶液，通入碳分CO2,得到白炭黑； 6)經(jīng)過(guò)上述步驟，還有剩余的余灰，將被運(yùn)輸至煤礦采空區(qū)，進(jìn)行充填。
2.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟I)中，分選為干法分選或者濕法分選。
3.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟I)及步驟2)中，漂珠粒徑為f260Mm，質(zhì)輕、中空。
4.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中，沉珠的粒徑大于200目；偶聯(lián)劑為占漂珠或沉珠重量2 5%的硅烷或鈦酸酯；熱塑性塑料為聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯。
5.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟I)及步驟3)中，磁珠為粉煤灰經(jīng)過(guò)磁選所得含鐵量大于55%的玻璃微珠；碳粉為粉煤灰經(jīng)過(guò)浮選所得未燃燒的碳，并作為生產(chǎn)鋁硅鐵合金時(shí)的還原劑。
6.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟I)、步驟3)及步驟5)中，余灰為粉煤灰經(jīng)過(guò)分選后，去除玻璃微珠和碳粉的剩余部分。
7.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中，加入粘土的重量占磁珠、碳粉及余灰重量之和的79Γ12%，加入水的重量為磁珠、碳粉、余灰及粘土重量之和的8% 15%。
8.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟4)中，球團(tuán)的直徑為l(T30mm;球團(tuán)進(jìn)行干燥，所需熱量來(lái)自于鐵水冷卻的余熱；礦熱爐內(nèi)的冶煉溫度為1800°C 2300°C，所用時(shí)間為2 4小時(shí)。
9.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟5)中，碳分CO2為電廠排放的CO2 ；NaOH或Na2CO3溶液的質(zhì)量濃度為20% 55% ；NaOH或Na2CO3溶液重量為余灰重量的2 8倍；密閉反應(yīng)器內(nèi)的加熱時(shí)間為1(Γ50分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種粉煤灰提取玻璃微珠同時(shí)聯(lián)產(chǎn)鋁硅鐵合金、白炭黑的方法，涉及廢棄資源循環(huán)利用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用電廠粉煤灰，通過(guò)分選得到漂珠、沉珠、磁珠、碳粉及余灰；其中漂珠、沉珠，經(jīng)過(guò)處理作為高檔填料，添加到PVC等熱塑性材料中；磁珠、碳粉、余灰，在添加粘土和水后，進(jìn)行混合，制球，干燥，送入礦熱爐冶煉，得到鋁硅鐵合金；剩余的余灰用堿浸取得到硅酸鈉混合液，通入CO2碳分得到白炭黑；還有剩余的余灰，送入煤礦采空區(qū)進(jìn)行充填。本發(fā)明綜合利用了粉煤灰中的高值資源，充分利用了能量；降低了塑料制品的成本，降低了能耗，減排了CO2，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的零排放，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境價(jià)值。
文檔編號(hào)C22B7/02GK102826776SQ20121027279
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者孫加亮, 劉珊, 劉建輝, 周明吉, 周玉生, 顧衛(wèi)榮 申請(qǐng)人:億利資源集團(tuán)有限公司