CN101746765B

CN101746765B - 电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法及装置

Info

Publication number: CN101746765B
Application number: CN2008103058920A
Authority: CN
Inventors: 屠庆模
Original assignee: GUIZHOU HAITIAN IRON ALLOY ABRASIVE MEDIUM CO Ltd
Current assignee: Tu Qingmo
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: CN101746765A

Abstract

本发明公开了一种电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法及装置，其特征在于：将电炉产生的烟尘进行回收，经分离、提纯后得到活性二氧化硅微粉。经过本发明工艺可有效地捕集到更多的亚纳米态的超细微粒，而较大粒径的碳粒和比重较大的尘土有效分离。本发明回收的电炉硅灰，主要成分是电炉中高温气化后的一氧化硅金属蒸汽在空气中氧化生成的二氧化硅微粉，为超细微粒状无结晶体的珠形结构，无定性非金属矿物无机材料，具有良好的补强性、分散性、泌水性、绝缘性、消光性、触变性和渗透性、调稠性等特殊质性，火山灰活性指数86~110％，是机械加工矿物根本无法达到的和不可替代的独特理化指标。

Description

电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法及装置，属于电炉烟尘回收利用技术领域。

背景技术

铁合金、工业硅、刚玉及电石等电炉冶金高能耗冶炼企业，生产时产生大量的烟气、烟尘。据不完全统计，全国有电炉冶金企业近四千余家。生产能力为：铁合金2300万吨(实际生产1740万吨)，工业硅120万吨(实际生产80万吨)，刚玉240万吨(实际生产176万吨)，电石180万吨(实际生产230万吨，有部份铁合金电炉转产电石)。年产生电炉烟尘560万吨，成为环境污染的源头。大部分企业虽然都配套建设了环境保护设施，但大都是单纯的解决电炉消烟除尘，就环保而环保，收集的烟尘基本上都是外弃堆放或掩埋，造成严重的二次污染；有部分企业的环保设施还在采用国家明令淘汰的旧工艺，除尘效率不高，有的企业干脆因陋就简，装模作样地建设环保设施，时开时停，应付环保检查。造成上述原因是企业环保设施需投入大量资金，设备的运行费用较高，增加企业产品成本。回收的烟尘质量达不到专业用户的要求，且单个企业的烟尘量相对较少，难以组织批量，企业不可能就此开展营销网络，只能征地掩埋，造成企业生产成本进一步增加，企业只有支出，没有收入。企业对运行环境保护设备有抵触情绪。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种可以回收冶金电炉产生的烟尘，进行综合利用，化害为利，变废为宝，并得到一种新资源的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法及装置，以克服现有技术的不足。

本发明的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法，将电炉产生的烟尘进行回收，经分离、提纯后得到活性二氧化硅微粉。

上述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法，将电炉产生的烟气通过重力旋风预处理器分离出比重大的尘土后，烟气再经过烟气冷却塔降低温度，并进一步分离尘土，然后将烟气通入烟气净化室，通过过滤布袋收集烟气中的粉尘；过滤布袋收集的粉尘由PLC控制脉冲清灰装置收集后经过涡流离心分离机进一步处理，得到活性二氧化硅微粉。

上述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法，经过烟气冷却塔后的烟气温度为100℃～245℃。

上述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法，经过烟气冷却塔后的烟气温度为120℃～165℃。

上述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法，过滤布袋采用玻纤滤布，在玻纤滤布外壁复压氟美丝薄膜，内壁喷涂氟美丝毡绒。

电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的装置，它包括电炉的烟气管道，烟气管道连接重力旋风除尘器，重力旋风除尘器通过管道连接烟气冷却塔，烟气冷却塔连接烟气净化室，烟气净化室的PLC脉冲清灰装置连接涡流离心分离机，涡流离心分离机连接粉料贮存罐。

上述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的装置，烟气冷却塔连接有循环水泵、循环水池和水冷却塔。

上述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的装置，烟气净化室的净化烟气管道与引风机和烟囱连接。

上述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的装置，烟气冷却塔中设置冷却水槽12，烟气管道穿过冷却水槽。

经申请人研究发现，现有的除尘工艺能只能满足电炉冶金的烟气净化要求，但其回收的烟尘未考虑加以利用。而且现有工艺回收的烟尘含杂质高，利用价值低。

本发明所述的电炉烟尘，是指铁合金、工业硅、刚玉及电石等冶金电炉产生的烟气中所带的烟尘。烟尘产生机理如下：

在矿热炉生产工业硅，硅系合金的冶炼过程中，其使用的主要原料为石英石矿、硅矿、硅砾石和硅线石，矿物含二氧化硅97~99.20％，还原剂为碳质原料，还原所需的热量由电能提供。二氧化硅是一种化学键非常稳定的物质，金属状态的硅与氧有极强的亲和力，常作为炼钢的脱氧剂使用。硅在较低的温度下与碳结合生成碳化硅，成为炼钢、铸造业的钢铁水脱氧剂和净化剂，同时硅又是生产电工钢、铸造合金的合金剂，生产金属镁、钼铁等贵金属的还原剂。由于二氧化硅的理化性能非常稳定，需要极高的温度才能分解还原。现有的冶炼方法只有矿热电炉才可能提供其需要的高温、高强度的冶炼还原条件。

电炉通过专用的设备向炉内导电，单台电炉的电流强度高达40~300KA(视电炉容量大小而定)。电流经过专用电极导向炉内，在电极顶端放电，形成电孤，产生电离子气体，其放电温度高达2353~7253K°。矿物在电孤高温作用下，首先分解生成气相的中间产物一氧化硅金属蒸汽，气体上升与炉料接触，被炉料吸附而产生间接还原反应，生成反应产物硅或硅的合金微小液粒，随着反应的时间延长，微小液粒逐渐形成液滴沉降炉底，硅还原的初始温度为2026K°。还原过程中，约有10~15％的一氧化硅气体未被炉料吸附参与反应，随还原产生的高温炉气逸出炉料，在炉口表面与空气中的氧结合，产生反应，氧化还原成二氧化硅微粒，氧化还原的温度为653~853K°，微粒与高温炉气带出的未燃尽还原剂碳粉、矿石表面尘土组成烟尘，成为大气污染物。

冶炼过程中，因管理及操作技能等原因，强碳操作或炉料局部富碳的情况下，在炉温约1123K°时，二氧化硅与碳可首先反应生成硅的碳化物，成为炉渣组分和炉缸堆积物而影响正常操作和炉龄周期。硅的碳化物生成的温度不高，而破坏分离碳化物的温度高达3353K°，虽然添加铁质原料在较低温度下可有效分解硅的碳化物，然而产品对铁的含量有严格要求，工艺上不允许，只能采用不投料干烧电炉处理炉底上涨。电炉干烧处理炉况会使料层变薄，炉料吸附效率及吸附体积降低，反应还温度激增，加速反应的中间产物一氧化硅气体的流失，电炉产生的炉气和烟尘量激速增多，超过正常生产时烟气发生量40~50％，这已是定型环保设备没有富足能力不能有效解决电炉烟气污染治理的原因之一，且未燃尽之碳粒及尘土一并进入净化系统，影响烟尘成分。

硅冶金主要反应方程式：

SiO2+C＝SiO↑+CO↑

SiO+C＝[Si]+CO↑

SiO2+3C＝(SiC)+2CO↑

电炉烟尘分类及其性质如下：

电炉锰系合金，电石烟尘主要由氧化锰、硫酸锰和氧化钙、氧化镁、二氧化硅和少量的氧化亚铁、未然尽的碳粒和高温热气流带入的矿石表面尘土及微小矿粉组成，粒径为0.10~45μm。烟尘中气相凝聚的二氧化硅、硫酸锰及活性钙、镁粒子粒径0.10~0.394μm，该烟尘可有效地改良粘土质酸性土壤和化肥过量土壤板结现象，疏松土壤，改善土壤透气性，增加地力，促进农副产品增产增收。

工业硅、硅系铁合金烟尘主要由高温气化后的一氧化硅金属蒸汽在空气中氧化凝聚的二氧化硅微粉组成，有少量的氧化钙、氧化镁、氧化亚铁和氧化钠、氧化钾，伴有部分未燃尽的碳粒和高温气流带入的矿石表面尘土。二氧化硅等微粉平均粒径0.10~0.335μm，火山灰活性指数：86110；粉体结构为：絮棉状团聚无结晶三维体珠粒。工业硅烟尘含二氧化硅92~96％，硅系合金烟尘含二氧化硅80~92％。

现有方法净化烟气回收的烟尘粒径因未有效分离出碳粒等杂质，或滤材的选择错误，其粒径分布偏移较大。粒径范围如表一所示。本发明方法回收的烟尘粒径范围如表二所示。

表一现有方法回收烟尘粒径范围

～0.0892μm

～0.129μm

～0.220μm

～0.394μm

～1.077μm

～45μm筛余

比表面积

8％

15％

25％

15％

≥12％

15～18m2/g

表二本发明分离提纯后烟尘粒径范围

～0.0892μm

～0.129μm

～0.220μm

～0.394μm

～1.077μm

～45μm筛余

比表面积

15％

25％

15％

≤5％

22～28m²/g

由上述数据可知，经过本发明工艺可有效地捕集到更多的亚纳米态的超细微粒，而较大粒径的碳粒和比重较大的尘土有效分离，虽中间粒径的烟尘比例变化不大，而物理指标则大为改善，比表面积增加45~55％。

本发明回收的电炉硅灰，主要成分是电炉中高温气化后的一氧化硅金属蒸汽在空气中氧化生成的二氧化硅微粉，为超细微粒状无结晶体的珠形结构，无定性非金属矿物无机材料，具有良好的补强性、分散性、泌水性、绝缘性、消光性、触变性和渗透性、调稠性等特殊质性，火山灰活性指数86~110％，是机械加工矿物根本无法达到的和不可替代的独特理化指标，其特有的优异性质被人们逐渐认识，不断地拓展其应用领域。

本发明收集的电炉硅灰主要理化指标

SiO₂：90-98.0％(无定性氧化硅)

Fe₂O+CaO+MgO≤1％

灼损、烧失量I.L：0.8-1.5％

pH：2.5~6.2

比电阻24×1014Ωmm2/m

平均粒径：0.089-0.225μm

比表面积：220-280m²/g

火山灰活性指数：86~110％

比重：2000~2200kg/m3

粉体结构：絮棉状团聚无结晶三维体珠粒。

自然容重：180~220kg/m3

电炉硅灰的质量评估及应用取决于其粒径分布的范围、火山灰活性指数、比表面积大小及杂质碳的含量。因此，有效地捕集超细微粒及分离出碳粒、比重较大的尘土是技术难点。本发明的工艺通过重力旋风预处理器、烟气冷却塔和涡流离心分离机等设备，能够多步分离尘土和碳粒，减小活性二氧化硅微粉中的杂质，采用的烟气净化室还能够最大可能的捕集纳米级的细微烟尘，提高了电炉硅灰的质量。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为烟气冷却塔的内部结构图。

具体实施方式

本发明的实施例：铁合金、工业硅、刚玉及电石等冶金电炉的烟气管道1连接重力旋风除尘器2，重力旋风除尘器2通过管道连接烟气冷却塔3，烟气冷却塔3连接烟气净化室4，烟气净化室4的PLC脉冲清灰装置通过管道连接高频涡流离心分离机7，高频涡流离心分离机7连接粉料贮存罐8。

其中，在烟气冷却塔3中设置冷却水槽12，烟气管道13穿过冷却水槽12，如图2所示。冷却水槽12连接有循环水泵11、循环水池9和水冷却塔10。

烟气净化室4的净化烟气管道与引风机5和烟囱6连接，净化后的烟气可直接排放。

本发明的装置可以将电炉产生的烟尘进行回收，经分离后得到活性二氧化硅微粉。具体过程如下：

将电炉产生的烟气从烟气管道1通入重力旋风预处理器2中作螺旋线性运动，在重力的引导下，团粒较大或比重较大的尘土逐渐从烟气中分离出来，沉降于重力旋风预处理器2底部灰仓；余下体积密度较轻的烟气随高温气流进入封闭的烟气冷却塔3，高温烟气经冷却后体积收缩，气体流速下降，部分未被重力旋风预处理器2分离的较重碳粒和尘土在此进一步分离，沉降于烟气冷却塔3底部灰仓；同时控制烟气的温度不低于100℃，避免烟气中的水蒸汽结露，沾粘过滤袋而影响烟气净化效率和回收的烟尘受潮结块影响质量，控制烟气的温度不高于245℃，避免熔损过滤袋。经试验，烟气进入烟气净化室4的最佳温度为120℃～165℃。烟气净化室4的过滤布袋经过特殊处理，滤袋布料选择为玻纤滤布外壁复压氟美丝薄膜，内壁喷涂氟美丝毡绒，确保过滤效果，保证最大可能的捕集纳米级的细微烟尘。烟气净化室4的PLC脉冲清灰装置由空压机提供气源，通过管道对烟气净化室4每列过滤袋喷出高压空气，使过滤袋急剧膨胀、收缩、引发冲击振荡，同时喷流与过滤气流反向，将附着于过滤壁表面的粉尘振离滤袋壁，沉降于烟气净化室4下的积灰仓。各积灰仓中的粉尘定期从卸灰阀卸出，经风力输送至涡流离心分离机7进一步分解。涡流离心分离机7根据烟尘中的物质进行高速飞转后，将气态状的二氧化硅微粒分子与烟尘中微碳粒和其他难熔化的分子分离。烟尘中不同物质比重不同，在高速飞转中产生的高速气流将比重物重的物质向下沉降排除，比重轻的物质旋转上升被吹收。经涡流离心分离机7分解后的气态状二氧化硅微粉表层由浅灰色变白色，白色比(无机矿粉比色标准)在95的二氧化硅元素含量SiO₂≥98.5％以上，容重更轻。将分离出来的气态状活性二氧化硅微粉，送入粉料贮存罐8保存。

Claims

1.一种电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法，其特征在于：将电炉产生的烟尘进行回收，经分离、提纯后得到活性二氧化硅微粉；具体为将电炉产生的烟气通过重力旋风预处理器分离出比重大的尘土后，烟气再经过烟气冷却塔降低温度，并进一步分离尘土，然后将烟气通入烟气净化室，通过过滤布袋收集烟气中的粉尘，过滤布袋采用玻纤滤布外壁复压氟美丝薄膜，内壁喷涂氟美丝毡绒；过滤布袋收集的粉尘由PLC控制脉冲清灰装置收集后经过涡流离心分离机进一步处理，得到活性二氧化硅微粉。

2.根据权利要求1所述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法，其特征在于：经过烟气冷却塔后的烟气温度为100℃～245℃。

3.根据权利要求2所述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的方法，其特征在于：经过烟气冷却塔后的烟气温度为120℃～165℃。

4.一种电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的装置，它包括电炉的烟气管道（1），其特征在于：烟气管道（1）连接重力旋风除尘器（2），重力旋风除尘器（2）通过管道连接烟气冷却塔（3），烟气冷却塔（3）连接烟气净化室（4），烟气净化室（4）的PLC脉冲清灰装置连接涡流离心分离机（7），涡流离心分离机（7）连接粉料贮存罐（8）。

5.根据权利要求4所述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的装置，其特征在于：烟气冷却塔（3）连接有循环水泵（11）、循环水池（9）和水冷却塔（10）。

6.根据权利要求4所述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的装置，其特征在于：烟气净化室（4）的净化烟气管道与引风机（5）和烟囱（6）连接。

7.根据权利要求4所述的电炉烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉的装置，其特征在于：烟气冷却塔（3）中设置冷却水槽（12），烟气管道（13）穿过冷却水槽（12）。