CN102815739A

CN102815739A - 螺旋反应机及处理磷渣和废硫酸的方法

Info

Publication number: CN102815739A
Application number: CN2012103123150A
Authority: CN
Inventors: 汤铁; 张涌; 王楷
Original assignee: PANZHIHUA KUNNAI MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: PANZHIHUA KUNNAI MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2012-12-12

Abstract

本发明公开了一种反应设备，尤其是一种用于废硫酸和磷渣处理的螺旋反应机。本发明提供了一种用于废硫酸和磷渣反应并生成固状废弃物的螺旋反应机，包括驱动装置、机壳以及螺旋，螺旋可转动设置在机壳内，驱动装置驱动螺旋转动，螺旋包括螺旋轴和螺旋片，螺旋片呈螺旋状分布安装在螺旋轴上，机壳上设置有废硫酸入口和进料口，机壳的上部设置有集气口，机壳的下部设置有排料口。螺旋反应机具有体积较小且密封的机壳，再加上螺旋的搅拌输送作用，使得磷渣与废硫酸剧烈的反应，可使温度达到90℃左右，这样的温度和搅拌条件下，可使废硫酸和磷渣粉在2～3分钟内反应生成粘稠状反应物，大约5分钟左右生成固体状的反应物。

Description

螺旋反应机及处理磷渣和废硫酸的方法

技术领域

本发明涉及一种反应设备，尤其是一种用于废硫酸和磷渣处理的螺旋反应机。此外，本发明还涉及一种废料处理方法，尤其是一种处理磷渣和废硫酸的方法。

背景技术

目前，钛白粉生产工艺有硫酸法和氯化法两种，相对于氯化法，硫酸法的技术比较成熟,对原料品位要求不是很高，因此，在我国钛白粉生产行业被广泛采用。但硫酸法最大的问题是生产过程中会产生大量的酸性废水和稀废硫酸，处理起来费用太高，一般情况下，每生产一吨钛白粉要产生废硫酸（含23%左右浓度的稀硫酸）6吨左右和废水（含2.5%左右浓度的酸性废水）60吨左右。就攀枝花钒钛工业园区几家钛白粉企业来看，其处理成本大约在1500元/吨（钛白）左右。严重的制约硫酸法钛白粉生产。2005年以来，硫酸法钛白粉先后被国家列入产业结构调整的限制类目录、进口加工贸易禁止类目录、“双高”（高污染、高环境风险）产品名录等环保黑名单，全行业面临着极大的环保压力。

随着科学技术的提高，废硫酸回收处理的方法也越来越多，除了传统的中和法，还有浓缩法，萃取法，焙烧法，氧化法，结晶法，离子交换树脂法等，但从技术、成本的等方面综合考虑，绝大部分钛白生产企业仍采用的是中和法。因此，如何有效的解决废硫酸处理，是硫酸法钛白生存发展的关键。

中和法使用的中和剂一般是生石灰和石灰石。其工艺流程如图3所示：废硫酸废水用管道流入收集池，通过收集池流入中和池，往中和池加入石灰乳和石灰石浆，反应后的混合液用渣浆泵抽到曝气池继续反应，加入石灰乳（或酸水）调节pH值，pH值达到6～9以后，用渣浆泵抽到压滤机进行固液分离，弃渣运到排渣场，达标的滤液一部分排放，一部分回用。收集池和中和池均占据较大的面积，在中和反应中，中和池的温度较低，这使得反应速度较慢，想要处理大量的废硫酸则必须使用更大的中和池。同时，处理后的滤液必须要排放到水体中，这就存在潜在的污染危险，即当滤液不达标时就会出现环境污染事件。

磷渣是生产黄磷的一种工业废弃物，生产1吨黄磷会产生9吨左右磷渣。黄磷渣含CaO达45%左右，以CaO.SiO₂形式存在。工业园中通常会有钛白粉生产企业和黄磷的生产企业，以某一工业园为例，每年产生磷渣约180万吨，只有大约30万吨磷渣用于砼添加剂，大部分磷渣作为废弃物排到渣场。这些工业园通常面临废硫酸和磷渣处理的巨大压力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于废硫酸和磷渣反应并生成固状废弃物的螺旋反应机。

本发明解决其技术问题所采用的螺旋反应机，包括驱动装置、机壳以及螺旋，所述螺旋可转动设置在所述机壳内，所述驱动装置驱动所述螺旋转动，所述螺旋包括螺旋轴和螺旋片，所述螺旋片呈螺旋状分布安装在所述螺旋轴上，所述机壳上设置有废硫酸入口和进料口，所述机壳的上部设置有集气口，所述机壳的下部设置有排料口。

进一步的是，所述螺旋片在螺旋轴上的分布依次分为起始段、中间段和结束段，所述起始段和结束段均为定螺距，并且结束段的螺距大于起始段的螺距，所述中间段的螺距从起始段螺距开始逐渐增大至结束段螺距。

进一步的是，起始段螺距为150mm，中间段螺距由150mm递增至250mm，结束段螺距为250mm。

进一步的是，起始段包括5片螺旋，中间段包括15片螺旋。

进一步的是，还包括搅拌棍，所述搅拌棍的一端设置在起始段的螺旋片上，另一端朝向物料的输送方向，所述搅拌棍的长度为起始段螺距的一半。搅拌棍一般设置4～5根，均匀分布在螺旋片上，搅拌棍最好垂直设置在螺旋片上，搅拌棍的可以采用直径为30mm的圆柱形。

进一步的是，所述机壳包括容器壳身和密封盖，所述容器壳身的横截面呈U形，所述密封盖密封可拆卸安装在容器壳身的开口。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种使废硫酸和磷渣反应生成固体废弃物的处理磷渣和废硫酸的方法。

本发明还提供一种处理磷渣和废硫酸的方法，将废硫酸和磷渣粉按照比例加入到上述的螺旋反应机中；利用驱动装置驱动螺旋结构转动，螺旋片将废硫酸和磷渣粉一边搅拌一边输送，使得废硫酸和磷渣粉发生反应，反应产生的气体从集气口排出；待废硫酸和磷渣粉反应2～3分钟后，废硫酸和磷渣粉反应生成粘稠状反应物，将粘稠状反应物从排料口排出；反应物在10分钟内变成固体物，然后将反应物堆积继续反应12～24小时，pH值达到6以上后完成反应。

进一步的是，反应产生的气体从集气口排出后利用碱液池对其进行除臭处理，并将碱液池中的处理后的碱液按需加入到的螺旋反应机中调节pH值。

进一步的是，废硫酸通过流量计与阀门控制流量，磷渣粉通过料仓与给料机控制重量，以此控制废硫酸和磷渣粉的比例和整体重量。

进一步的是，反应产生的气体从集气口排出后利用长度大于等于8米的烟囱排放。

进一步的是，废硫酸和磷渣粉在螺旋反应机中的反应温度控制在85～95℃。

本发明的有益效果是：采用螺旋反应机，利用磷渣中的氧化钙直接中和处理废酸，螺旋反应机具有体积较小且密封的机壳，再加上螺旋的搅拌输送作用，使得磷渣与废硫酸剧烈的反应，可使温度达到90℃左右，这样的温度和搅拌条件下，可使废硫酸和磷渣粉在2～3分钟内反应生成粘稠状反应物，并最终堆积反应生成固体状的反应物，这类固体状的最终物为硫酸钙和二氧化硅，其可以用于其它用途而不必排放，这样就极大的降低了环境污染的风险，同时废物也能得到利用。与传统的石灰中和法比较，工艺流程简单，设备少，设施少，占地面积小，连续作业，操作简单，效率高，成本低，以废治废，环保清洁，达标排放，反应后的废渣可用于制砖或作为建筑材料。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工艺流程图；

图3是现有技术的工艺流程图；

图中零部件、部位及编号：驱动装置1、机壳2、螺旋结构3、进料口21、废硫酸入口22、集气口23、排料口24、螺旋轴31、螺旋片32。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括驱动装置1、机壳2以及螺旋结构3，所述螺旋结构3可转动设置在所述机壳2内，所述驱动装置1驱动所述螺旋结构3转动，所述螺旋结构3包括螺旋轴31和螺旋片32，所述螺旋片32呈螺旋状分布安装在所述螺旋轴31上，所述机壳2上设置有废硫酸入口22和进料口21，所述机壳2的上部设置有集气口23，所述机壳2的下部设置有排料口24。驱动装置1一般采用电机配合减速箱，也可以是变频电机，或者其它动力设备，例如采用如下设备：电磁调速电机，功率18.5kw，转速125-1250rpm；摆线针轮减速机XWD10-59-18.5kw。螺旋反应器设计工作转速12rpm，转速在2-21rpm之间可调。驱动装置1驱动螺旋结构3在机壳2内转动，驱动装置1与螺旋结构3通过联轴器相连，联轴器最好采用十字滑块联轴器，可以自动对中，防止因不同心而产生卡死现象。机壳2为密封结构，其上设置有废硫酸入口22、进料口21和集气口23。在处理废硫酸中，参考图2所示的流程，按照比例分别从废硫酸入口22和进料口21中加入废硫酸和磷渣，废硫酸为液体状，因此采用阀门即可调节流量，磷渣可采用料仓存储，通过给料机调控重量。此时开启驱动装置1，使得螺旋结构3旋转，使得废硫酸和磷渣充分接触，从而发生激烈的反应，主要反应为硫酸和氧化钙反应生成硫酸钙和水，机壳2内的温度也由于反应产生的热量迅速升高，较高的温度反过来促进硫酸与氧化钙快速反应。这样就极大的提高了废硫酸处理的速度。由于硫酸钙微溶于水，二氧化硅难溶于水，使得反应后的产物为粘稠状，通过螺旋结构3的输送作用使得粘稠状的产物从排料口24中排出，将产物堆积，待其反应不到10分钟，反应产物变成固体状，其主要成分为硫酸钙（CaSO₄）和水合二氧化硅（SiO₂·n H₂O），待固体物的PH值大于6后，即可运至排渣场排放，或者将固体物作用为建筑用砖材料。由于废硫酸和磷渣在螺旋反应机中较为迅速的反应，因此会产生较多的水蒸气以及少量硫化氢，这些气体可通过机壳2上的集气口23排出，排出的气体可通过碱液吸收硫化氢，避免污染环境。排出的气体也可不采用碱液进行吸收，而采用较高的烟囱排放，这是由于水蒸气中含有一部分碱性物质，在长距离的管道中可以逐渐吸收硫化氢，从而避免污染，烟囱长度须在8米以上。从上述反应过程可以看出，反应过程是由固液反应在不到10分钟内生成固体，这意味着最终的处理物不必排放到水体中，从而避免了水体污染。螺旋结构3既能搅拌废硫酸和磷渣，也能输送废硫酸和磷渣的反应产物，同时，封闭的空间使得整个反应环境温度较高，加快了反应速度，同时部分水分也被加热蒸发出去，从而得到粘稠状产物，最终生成固体物。这种固体废物所含的成分正好可以用作建筑用砖，因此可以废物利用。

具体的，所述螺旋片32在螺旋轴31上的分布依次分为起始段、中间段和结束段，所述起始段和结束段均为定螺距，并且结束段的螺距大于起始段的螺距，所述中间段的螺距从起始段螺距开始逐渐增大至结束段螺距。废硫酸和磷渣进入到螺旋反应机后首先进入到起始段，起始段螺距较小，废硫酸与磷渣快速混合反应；废硫酸和磷渣在螺旋片32的作用下前进进入到中间段，中间段的螺距逐渐增大，这样就可以使得反应物受到的压力减小，可以使水蒸气和反应生成的其它气体快速溢出，促进反应的持续进行，也避免了整个螺旋反应机内压力过大。最后，反应物进入到结束段，结束段的螺距最大，这使得反应物所受压力进一步减少，使得反应物能够反应彻底。通过上述分段处理，使得废硫酸和磷渣能够很好的混合，快速的排出反应气体，也能维持反应压力，使得反应更加彻底，螺旋反应机里的螺旋结构3为渐变式，不仅使磷渣与废硫酸在机壳2内得到了充分的搅拌和输送，更重要的是使反应过程中反应物体积迅速增大的问题得到了有效的解决。对于起始段、中间段和结束段的螺距大小，推荐采用起始段螺距为150mm，中间段螺距由150mm递增至250mm，结束段螺距为250mm。起始段1-5片螺旋螺距为150mm；中间段6-20片螺旋采用变螺距设计，每片螺旋螺距递增5mm，螺距由150mm递增至250mm；结束段从第21片螺旋开始螺距保持250mm不变。螺旋片32最好可拆卸安装到螺旋轴31上，从而方便维护更换。

为了加强废硫酸和磷渣的搅拌效果，本发明还包括搅拌棍，所述搅拌棍的一端设置在起始段的螺旋片上，另一端朝向物料的输送方向，所述搅拌棍的长度为起始段螺距的一半。搅拌棍一般设置4～5根，均匀分布在螺旋片上，搅拌棍最好垂直设置在螺旋片上，搅拌棍的可以采用直径为30mm的圆柱形。磷渣为固相，在起始段螺距间的磷渣和废硫酸并没有直接受到作用，在加入了搅拌棍后，螺距间的固相会被搅拌棍穿过，使得液相的废硫酸流入到其中，使得固液两相更好的混合，增强了起始段对于废硫酸和磷渣的搅拌效果。

具体的，如图1所示，所述机壳2包括容器壳身和密封盖，所述容器壳身的横截面呈U形，所述密封盖密封可拆卸安装在容器壳身的开口。机壳2应采用耐酸的材料制成，以避免在长期使用中遭到腐蚀。机壳2最好设置在机座上，以便于调节。

如图2所示，本发明提供的方法是将废硫酸和磷渣粉按照比例加入到上述的螺旋反应机中；利用驱动装置1驱动螺旋结构3转动，螺旋片32将废硫酸和磷渣粉一边搅拌一边输送，使得废硫酸和磷渣粉发生反应，反应产生的气体从集气口23排出；待废硫酸和磷渣粉反应2～3分钟后，废硫酸和磷渣粉反应生成粘稠状反应物，将粘稠状反应物从排料口24排出；在10分钟内，反应物就变成固体状，然后将反应物堆积继续中和反应12－18小时，pH值达到6以上后完成反应。由于螺旋片32的搅拌作用，使得废硫酸和磷渣粉快速反应，并放出大量的热量，使得螺旋反应机内的温度快速达到90℃左右，这就极大的提高了反应的速度，同时也蒸发出了大量水分。反应产生的气体从集气口23排出后利用碱液池对其进行除臭处理，并将碱液池中的处理后的碱液按需加入到的螺旋反应机中调节pH值。废硫酸与磷渣反应会产生少量的硫化氢气体，通过管道和抽风机引出，可在碱液池里处理，也可通过较高的烟囱直接排放。其原理是大量的带有碱性的蒸汽与硫化氢气体在管道里混合并反应，可去除硫化氢气味。

废硫酸通过流量计与阀门控制流量，磷渣粉通过料仓与给料机控制重量，以此控制废硫酸和磷渣粉的比例和整体重量，以此来控制废硫酸和磷渣粉的比例，使得最终的产物pH值达到6～9。

Claims

1.螺旋反应机，其特征在于：包括驱动装置（1）、机壳（2）以及螺旋结构（3），所述螺旋结构（3）可转动设置在所述机壳（2）内，所述驱动装置（1）驱动所述螺旋结构（3）转动，所述螺旋结构（3）包括螺旋轴（31）和螺旋片（32），所述螺旋片（32）呈螺旋状分布安装在所述螺旋轴（31）上，所述机壳（2）上设置有废硫酸入口（22）和进料口（21），所述机壳（2）的上部设置有集气口（23），所述机壳（2）的下部设置有排料口（24）。

2.如权利要求1所述的螺旋反应机，其特征在于：所述螺旋片（32）在螺旋轴（31）上的分布依次分为起始段、中间段和结束段，所述起始段和结束段均为定螺距，并且结束段的螺距大于起始段的螺距，所述中间段的螺距从起始段螺距开始逐渐增大至结束段螺距。

3.如权利要求2所述的螺旋反应机，其特征在于：起始段螺距为150mm，中间段螺距由150mm递增至250mm，结束段螺距为250mm。

4.如权利要求3所述的螺旋反应机，其特征在于：起始段包括5片螺旋片（32），中间段包括15片螺旋片（32）。

5.如权利要求2所述的螺旋反应机，其特征在于：还包括搅拌棍，所述搅拌棍的一端设置在起始段的螺旋片（32）上，另一端朝向物料的输送方向，所述搅拌棍的长度为起始段螺距的一半。

6.如权利要求1至5任一权利要求所述的螺旋反应机，其特征在于：所述机壳（2）包括容器壳身和密封盖，所述容器壳身的横截面呈U形，所述密封盖密封可拆卸安装在容器壳身的开口。

7.处理磷渣和废硫酸的方法，其特征在于：将废硫酸和磷渣粉按照比例加入到如权利要求1至6任一权利要求所述的螺旋反应机中；利用驱动装置（1）驱动螺旋结构（3）转动，螺旋片（32）将废硫酸和磷渣粉一边搅拌一边输送，使得废硫酸和磷渣粉发生反应，反应产生的气体从集气口（23）排出；待废硫酸和磷渣粉反应2～3分钟后，废硫酸和磷渣粉反应生成粘稠状反应物，将粘稠状反应物从排料口（24）排出；反应物在10分钟内变成固体物，然后将反应物堆积继续反应12～24小时，pH值达到6以上后完成反应。

8.如权利要求7所述的处理磷渣和废硫酸的方法，其特征在于：反应产生的气体从集气口（23）排出后利用碱液池对其进行除臭处理，并将碱液池中的处理后的碱液按需加入到的螺旋反应机中调节pH值。

9.如权利要求7所述的处理磷渣和废硫酸的方法，其特征在于：废硫酸通过流量计与阀门控制流量，磷渣粉通过料仓与给料机控制重量，以此控制废硫酸和磷渣粉的比例和整体重量。

10.如权利要求7、8或9所述的处理磷渣和废硫酸的方法，其特征在于：废硫酸和磷渣粉在螺旋反应机中的反应温度控制在85～95℃。