CN107827350B - 一种利用灰斗中收集的石英砂粉尘制备玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用灰斗中收集的石英砂粉尘制备玻璃的方法，主要包括石英砂粉尘的收集、含有氟化氢、第一混合液的注入、石英砂粉尘的溶解、第二混合液的排放、制备玻璃相溶胶、烧结等步骤；其中，收集石英砂粉尘所用灰斗内壁涂覆由聚乙二醇、聚丙烯酰胺、甲基硅油、微米级硅胶微球组成的复合乳液，不仅能够有效吸附石英砂粉尘，还可以促进第一混合液对石英砂粉尘的溶解；本发明通过简单的方法实现了对石英砂粉尘的利用，避免了二次粉尘污染，提高了对石英砂矿石资源的利用效率。

Description

一种利用灰斗中收集的石英砂粉尘制备玻璃的方法
技术领域
本发明涉及石英砂粉尘的回收，特别涉及一种利用灰斗中收集的石英砂粉尘制备玻璃的方法。
背景技术
石英砂所具有的独特的物理、化学特性，使得其在航空、航天、电子、机械以及当今飞速发展的IT产业中占有举足若轻的地位，同时石英砂也是重要的工业矿物原料，作为非化学危险品，被广泛用于玻璃、铸造、陶瓷及耐火材料、冶炼、建筑、化工、橡胶等传统工业。目前生产石英砂有干法加工工艺和湿式加工工艺，两种工艺都包括石英矿的破碎、粉碎(研磨)、筛分、分装等工序，每一工序都会产生大量的石英粉尘，并长时间漂浮在作业场所空间内，严重污染作业环境并损害工作人员健康。
石英砂粉尘中游离SiO2含量一般在85～96％，粉尘中所含游离SiO2百分比越高，对人体的危害性就越严重。为了降低生产过程中产生的石英砂粉尘危害，通常采取局部排风、密闭通风、水淋除尘等措施，以降低作业场所粉尘浓度，而除尘设备所收集的石英砂粉尘多作为工业废弃物被简单处理掉，并没有实现有效的回收利用，而且容易造成二次粉尘污染。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明采用简单的工艺将除尘器灰斗中收集的石英砂粉尘制备成玻璃。通过对回收石英砂粉尘的利用即可避免其造成二次粉尘污染，同时还提高了对石英砂矿石资源的利用效率，为了实现该目的，本发明所涉及的方法包括以下步骤：
(1)石英砂粉尘被除尘器捕集并收集于除尘器的灰斗之中；
其中，所述灰斗与除尘器主箱体可分离；所述灰斗上开口外侧设置有储料箱和进料管道，所述进料管道在灰斗上开口的内壁侧沿壁环绕，所述进料管道的环绕部分沿灰斗内壁每隔10～15厘米设有一个喷头；所述灰斗底部设置有卸料阀；所述灰斗内侧涂覆有复合乳液以形成复合膜；
(2)配制含有氟化氢质量分数为5～8wt％、氯化氢质量分数为10～12wt％、乙醇质量分数为40～45wt％、十二烷基磺酸钠的浓度为0.1mol/L的第一混合液，并装入储料箱中；
(3)当灰斗底部开始累积石英砂粉尘时，储料箱中的第一混合液通过进料管道环绕部分的喷头沿灰斗内壁注入灰斗中，此时灰斗继续收集石英砂粉尘；
(4)当灰斗中溶液澄清时，停止注入第一混合液，仅收集石英砂粉尘；当灰斗中溶液变浑浊时，再次注入第一混合液；
(5)重复步骤(4)的操作，直至灰斗中澄清溶液的体积达到灰斗容积的2/3～3/4时，停止石英砂粉尘收集作业，打开灰斗底部卸料阀将灰斗中液体放出，为第二混合液；
(6)向第二混合液中缓慢加入含有1mol/L乙醇钠的乙醇，在60～65℃条件下搅拌均匀，得到玻璃相溶胶；在700～750℃下烧结5～6小时得到玻璃。
优选的是，所述灰斗内侧涂覆的复合乳液由下述组分按照质量分数组成：
Figure GDA0002392419060000021
优选的是，所述灰斗斗箱为倒圆锥体，所述卸料阀位于倒圆锥的尖端。
优选的是，所述步骤(5)中，当打开灰斗底部卸料阀卸料3～5次后，需要将灰斗与除尘器主箱体分离并重新在灰斗内侧涂覆所述复合乳液。
优选的是，所述灰斗内侧涂覆复合乳液形成的复合膜能够吸附石英砂粉尘。
优选的是，所述步骤(6)中加入乙醇的体积是第二混合液体积的0.5～0.6倍。
优选的是，步骤(1)中所述的除尘器由除尘器主箱体和灰斗组成，所述除尘器是机械式除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器中的一种。
本发明的有益效果：首先，灰斗与除尘器主箱体的可分离设计有利于在实际应用中对灰斗内壁的涂覆修饰，在将进料管道沿倒圆锥状灰斗开口处内壁环，并在环绕部分沿灰斗内壁每隔10～15厘米设有一个喷头，可以保证第一混合液沿灰斗内壁流动，同时冲洗并溶解吸附在内壁上的石英砂粉尘。
其次，灰斗内壁涂附由聚乙二醇、聚丙烯酰胺、甲基硅油、微米级硅胶微球组成的复合乳液对形成澄清的第二混合液有重要作用，该复合乳液所形成的复合膜对石英砂粉尘具有良好的吸附性能，其中，微米级硅胶微球的加入能够增大灰斗内壁的表面积，增加灰斗内壁对石英砂粉尘的吸附量，高分子聚合物聚乙二烯和聚丙烯酰胺使复合乳液能够与灰斗内壁紧密粘合，同时能够减弱第一混合液对复合膜的腐蚀溶解，甲基硅油有助于对石英砂粉尘的吸附，同时在加入第一混合液后可促进石英砂粉尘溶解形成澄清的第二混合液，该第二混合液作为制备玻璃的原料混合物。
第三，本发明制备玻璃的方法在原理上使采用溶胶-凝胶法，配制的第一混合液对石英砂粉尘具有良好的溶解作用，十二烷基磺酸钠能够活化第一混合液与石英砂粉尘的相界面，减少接触阻力，同时倒圆锥形的灰斗以及灰斗内壁的复合膜使石英砂粉尘均匀分散在灰斗内壁，进料管道环绕部分的多个喷头使第一混合液与石英砂粉尘的接触面积更大和接触时间更长，这些有有利于对石英砂粉尘的溶解以形成透明的第二混合液，即为制备玻璃用的原料液。
附图说明
图1为本发明所述灰斗的剖面示意图。
如图1所示，灰斗包括储料箱1、进料管道2、灰斗斗箱3、卸料阀4、进料管道在灰斗内壁侧环绕部分5、喷头6。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明以石英砂加工厂的除尘器灰斗中收集的石英砂粉尘作为原料，采用溶胶-凝胶法制备玻璃，石英砂粉尘的主要成分是二氧化硅，同时混合由氧化铝等金属氧化物杂质，该杂质能够被第一混合液中的氯化氢所溶解，不影响玻璃相溶胶的形成。
实施例1：
(1)石英砂粉尘被过滤式除尘器捕集并收集于倒圆锥状灰斗之中，灰斗与过滤式除尘器的主箱体可分离，灰斗上开口外侧设置有储料箱和进料管道，进料管道在灰斗上开口的内壁侧沿壁环绕，并沿灰斗内壁设有40个小喷头，在灰斗底部设置有卸料阀；在灰斗内侧涂覆有复合膜，形成复合膜的复合乳液由质量分数为42wt％聚乙二醇、42wt％聚丙烯酰胺、8wt％甲基硅油、8wt％微米级硅胶微球组成；
(2)配制含有氟化氢质量分数为8wt％、氯化氢质量分数为12wt％、乙醇质量分数为45wt％、十二烷基磺酸钠的浓度为0.1mol/L的第一混合液，并装入储料箱中；
(3)当灰斗底部开始累积石英砂粉尘时，储料箱中的第一混合液通过进料管道环绕部分的喷头沿灰斗内壁注入灰斗中，此时灰斗继续收集石英砂粉尘；
(4)当灰斗中溶液澄清时，停止注入第一混合液，仅收集石英砂粉尘；当灰斗中溶液变浑浊时，再次注入第一混合液；
(5)重复步骤(4)的操作，直至灰斗中澄清溶液的体积达到灰斗容积的2/3时，停止石英砂粉尘收集作业，打开灰斗底部卸料阀将灰斗中液体放出，为第二混合液；
(6)向第二混合液中缓慢加入含有1mol/L乙醇钠的乙醇，在60～65℃条件下搅拌均匀，得到玻璃相溶胶；在700～750℃下烧结5～6小时得到玻璃。
实施例2
将实施例1中步骤(1)所采用的过滤式除尘器用湿式除尘器代替，其中湿式除尘器的灰斗与实施例1灰斗相同，其余制备方法与实施例1也相同。
对比例1
在实施例1步骤(1)中灰斗内壁不涂覆复合乳液，其余设备和制备过程与实施例1相同。
对比例2
在实施例1步骤(1)中灰斗内壁所涂覆的复合乳液中不添加硅胶微球，其余设备和制备过程与实施例1相同。
对比例3
在实施例1步骤(1)中灰斗内壁所涂覆的复合乳液中不添加甲基硅油，其余设备和制备过程与实施例1相同。
对比例4
在实施例1步骤(1)中灰斗内壁所涂覆的复合乳液中聚乙二醇和聚丙烯酰胺用相同组分的苯丙乳液代替，其余设备和制备过程与实施例1相同。
对比例5
普通市售的石英砂粉尘过滤式除尘器。
将实施例1～2和对比例1～5中涉及的石英砂粉尘除尘器安置在相同的石英砂加工场所工作，在打开灰斗的卸料阀清除其中石英砂粉尘时，按照GB5748-85中所述作业场所空气中粉尘测定方法检测灰斗卸料阀附近空间的粉尘含量；记录实施例1～2和对比例1～4中所涉及石英砂粉尘除尘器从开始工作到第一次打开灰斗卸料阀倒出混合液体的时间，该时间越长，石英砂除尘器能够持续工作时间越长，说明灰斗内壁对石英砂粉尘的吸附量越大，石英砂粉尘在灰斗底部开始累积越晚，开始注入第一混合液的时间越迟，还意味着对灰斗内壁重新涂覆复合乳液的周期越长，复合膜能够维持时间长。
如表1分别记录了上述测试的相关数据。首先，在灰斗卸料过程中进行的15min接触粉尘浓度测试可以看出，根据本发明设计的灰斗主要以液体形式进行卸料，使卸料阀附近的粉尘浓度远远小于现有除尘器的灰斗卸料阀附近浓度。
其次，根据所记录的从除尘器开始运行到第一次卸料的工作时间，实施例1～2持续运行时间长于对比例1～4；具体观察除尘器的工作过程，对比例1中的除尘器主箱体捕集的石英砂粉尘直接滑落到灰斗底部，而灰斗内壁对石英砂粉尘没有吸附，所以从除尘器工作一开始就有第一混合液的注入，不仅会使除尘器持续工作时间最短，而且对复合膜的腐蚀也最大；对比例2～3的灰斗内壁复合膜中分别不含二氧化硅微球和甲基硅油，灰斗内壁对石英砂粉尘的吸附能力较实施例1由明显降低，这说明二氧化硅和甲基硅油作为复合乳液的组成部分，对灰斗内壁吸附石英砂分成具有重要作用；对比例5以常用的涂料乳液苯丙乳液代替本发明复合乳液中特选的聚乙二醇和聚丙烯酰胺，其从除尘器开始工作到第一次卸料时间也较实施例1更短，说明在对石英砂粉尘的吸附以及促进石英砂粉尘溶解方面，聚乙二醇和聚丙烯酰胺具有更好的效果。
表1
Figure GDA0002392419060000061
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种利用灰斗中收集的石英砂粉尘制备玻璃的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)石英砂粉尘被除尘器捕集并收集于除尘器的灰斗之中；
其中，所述灰斗与除尘器主箱体可分离；所述灰斗上开口外侧设置有储料箱和进料管道，所述进料管道在灰斗上开口的内壁侧沿壁环绕，所述进料管道的环绕部分沿灰斗内壁每隔10～15厘米设有一个喷头；所述灰斗底部设置有卸料阀；所述灰斗内侧涂覆有复合乳液以形成复合膜；
(2)配制含有氟化氢质量分数为5～8wt％、氯化氢质量分数为10～12wt％、乙醇质量分数为40～45wt％、十二烷基磺酸钠的浓度为0.1mol/L的第一混合液，并装入储料箱中；
(3)当灰斗底部开始累积石英砂粉尘时，储料箱中的第一混合液通过进料管道环绕部分的喷头沿灰斗内壁注入灰斗中，此时灰斗继续收集石英砂粉尘；
(4)当灰斗中溶液澄清时，停止注入第一混合液，仅收集石英砂粉尘；当灰斗中溶液变浑浊时，再次注入第一混合液；
(5)重复步骤(4)的操作，直至灰斗中澄清溶液的体积达到灰斗容积的2/3～3/4时，停止石英砂粉尘收集作业，打开灰斗底部卸料阀将灰斗中液体放出，为第二混合液；
(6)向第二混合液中缓慢加入含有1mol/L乙醇钠的乙醇，在60～65℃条件下搅拌均匀，得到玻璃相溶胶；在700～750℃下烧结5～6小时得到玻璃。
2.根据权利要求1所述的制备玻璃的方法，其特征在于，所述灰斗内侧涂覆的复合乳液由下述组分按照质量分数组成：
Figure FDA0002392419050000011
其中，所述硅胶微球的粒径为8～10μm。
3.根据权利要求1所述的制备玻璃的方法，其特征在于，所述灰斗斗箱为倒圆锥体，所述卸料阀位于倒圆锥的尖端。
4.根据权利要求1所述的制备玻璃的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，当打开灰斗底部卸料阀卸料3～5次后，需要将灰斗与除尘器主箱体分离并重新在灰斗内侧涂覆所述复合乳液。
5.根据权利要求1所述的制备玻璃的方法，其特征在于，所述灰斗内侧涂覆复合乳液形成的复合膜能够吸附石英砂粉尘。
6.根据权利要求1所述的制备玻璃的方法，其特征在于，所述步骤(6)中加入乙醇的体积是第二混合液体积的0.5～0.6倍。
7.根据权利要求1所述的制备玻璃的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的除尘器由除尘器主箱体和灰斗组成，所述除尘器是机械式除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器中的一种。
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GR01 Patent grant
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