CN109012559A - 一种脱硫灰填料的制备方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种脱硫灰填料的制备方法及装置，该脱硫灰填料的制备方法是在反应釜中按比例将脱硫灰与水配成悬浮液后，添加适量盐酸多巴胺反应，通过蠕动泵输送NaOH溶液调节pH=8.5，反应完全后用板框压滤，将产物烘干。所述装置，包括粉体储料箱，一号送料机，反应釜，多巴胺储料箱，二号送料机，水蠕动泵，水箱，碱液蠕动泵，碱液箱，酸液蠕动泵，酸液箱，搅拌泵，搅拌杆，光源，一号pH监测计，二号pH监测计，三号pH监测计，阀门，板框压滤机，控制屏。该方法具有原料易得、成本低、操作简单自动化，可工业化，对环境无污染等优点，将固废脱硫灰变成树脂填料，可应用于塑料、沥青、橡胶、涂料等。

Description

一种脱硫灰填料的制备方法及装置
技术领域
本发明属于一种脱硫灰填料的制备方法及装置。
背景技术
钢铁生产加工过程中消耗大量的矿石和燃料，同时排放大量的空气污染物，如SO2等。钢铁企业排放的SO2中50%~70%来自烧结工序。采用半干法/干法脱硫技术进行烧结烟气脱硫，投资低，脱硫效率高，但是在半干法/干法脱硫过程中会产生大量脱硫副产物—烧结烟气脱硫灰（简称脱硫灰）。目前，国内只有少部分脱硫灰得到利用，绝大部分被堆弃，如果不加以利用，将会造成二次污染。
脱硫灰一般含有50~65%CaSO3、15~25%CaCO3、5~10%CaOH，还含有SiO2、Al2O3、K2O、Fe2O3、MgO、Cl—、重金属等。在高温下CaSO3会分解出SO2。这些都给脱硫灰利用造成困难。目前我国对脱硫灰渣的研究和利用尚处于起步阶段，离真正大规模资源化利用还有很长一段距离。有效解决脱硫灰的应用问题，既能加快半干法/干法脱硫技术推广应用，又能有效解决脱硫灰二次污染，进而促进钢铁行业发展。
我国每年的聚合物填料用量巨大，将脱硫灰作为填料使用，是一个有效的办法。但是脱硫灰成分复杂，颗粒微观形貌部分多为不规则细碎状，表面粗糙，结构松散。对聚合物的亲和性不同，导致最终产品品质下降；同时有害物质可能渗透溢出，造成污染。本发明利用聚多巴胺包覆脱硫灰，能够有效解决这些问题。
聚多巴胺(PDA)是一种几乎可以对一切化学材料进行表面功能化的黏合性聚合物，作为一个环境友好型试剂可通过DA的自氧化聚合紧紧地黏附在多种基体表面，反应快速便捷，条件温和，无须额外添加还原剂和表面改性剂；没有毒性，生物相容性好；制品易分散，亲水且稳定。聚多巴胺包覆的脱硫灰，增加了与树脂结合力，防止释放有毒物质，提高热稳定性。然而多巴胺包覆脱硫灰反应过程受温度、物料配比、光源、pH等因素影响，如何高效将多巴胺聚合在脱硫灰表面是个难题，比如最佳聚合pH为8.5，脱硫灰的稀浆液pH为7-8，若添加pH缓冲液则成本过高，所以目前则缺乏相应专门生产设备。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种脱硫灰填料的制备方法及装置。
为了实现本发明，具体技术方案如下：
一种脱硫灰填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在反应釜中按比例加入脱硫灰、水，搅拌成悬浮液后，加入适量盐酸多巴胺，搅拌反应0.5~2h，反应过程中添加NaOH溶液，控制pH=8.5，温度25℃；
(2)将步骤(1)反应完全的浆液过滤，用水多次清洗后再用板框压滤机压滤，得到产物进行烘干。
上述脱硫灰:盐酸多巴胺:水的质量比=10:1~5:500~1500。
所述搅拌速度为50~500 rpm。
实现上述的一种脱硫灰填料的制备方法的装置，包括粉体储料箱，一号送料机，反应釜，多巴胺储料箱，二号送料机，水蠕动泵，水箱，碱液蠕动泵，碱液箱，酸液蠕动泵，酸液箱，搅拌泵，搅拌杆，光源，一号pH监测计，二号pH监测计，三号pH监测计，阀门，板框压滤机，其特征在于，所述粉体储料箱下端连接一号送料机，一号送料机出口位于反应釜左顶端并接到反应釜中，多巴胺储料箱下端连接二号送料机，二号送料机出口位于反应釜右顶端并接到反应釜中，水蠕动泵的一端与反应釜的左上端连接、另一端与水箱连接，碱液蠕动泵的一端与反应釜右上端连接、另一端与碱液箱连接，酸液蠕动泵一端与反应釜右上端连接、另一端与酸液箱连接，水蠕动泵和水箱分布在反应釜的左侧，碱液蠕动泵、碱液箱、酸液蠕动泵和酸液箱分布在反应釜的右侧，反应釜顶端装有搅拌泵，反应釜内的搅拌杆上端接到搅拌泵，在反应釜右中端、左下端、右下端分别装有一号pH监测计、二号pH监测计、三号pH监测计，反应釜顶部装有光源，反应釜底部装有阀门，阀门出口与板框压滤机进料口相通。
所述的反应釜为可控温反应釜，内壁为加热层。
所述的光源能提供普通光源和紫外光。
本发明上述的装置用于脱硫灰填料的制备方法，包括如下步骤：将脱硫灰、盐酸多巴胺、水、NaOH溶液分别投入粉体储料箱、多巴胺储料箱、水箱、碱液箱中，一号送料机将脱硫灰送至反应釜，水蠕动泵抽取水送至反应釜，反应釜顶端的搅拌泵带动搅拌杆以50~500rpm搅拌0.2~0.5h，之后二号送料机将盐酸多巴胺送入反应釜，反应0.5~2h，脱硫灰:盐酸多巴胺:水的质量比=10:1~5:500~1500，反应全程温度25℃，无光，位于反应釜右中端、左下端、右下端的一号pH监测计、二号pH监测计、三号pH监测计全程将pH信息反馈至碱液蠕动泵，当pH值小于8.5时，碱液蠕动泵将适量NaOH溶液送至反应釜，使反应釜维持pH=8.5，反应完全后，位于反应釜底部的阀门打开，让浆料流入板框压滤机压滤，水蠕动泵送水搅拌清洗反应釜，并对板框压滤机中的物料进行重复清洗，之后物料进行烘干、粉碎，得到脱硫灰填料。
本发明的优点为：通过在不同部位设置pH监测计，保证反应全程维持在最佳pH。整个生产制备过程全封闭，避免粉尘逸散。设备自动化程度高，温度、光源等其他影响反应的条件均可控。整个过程还可通过控制屏操作，简化了生产程序，节约了能耗，降低了生产成本。
附图说明
图1是脱硫灰填料的制备工艺流程图。
图2是脱硫灰填料的制备装置。图中1为粉体储料箱，2为一号送料机，3为反应釜，4为多巴胺储料箱，5为二号送料机，6为水蠕动泵，7为水箱，8为碱液蠕动泵，9为碱液箱，10为酸液蠕动泵，11为酸液箱，12为搅拌泵，13为搅拌杆，14为光源，15为一号pH监测计，16为二号pH监测计，17为三号pH监测计，18为阀门，19为板框压滤机，20为控制屏。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案：本发明为一种脱硫灰填料的制备方法及装置，通过一系列的发明创新，克服了脱硫灰成分复杂造成的在聚合物中应用难的问题。
图2为脱硫灰填料的制备装置示意图。包括粉体储料箱1，一号送料机2，反应釜3，多巴胺储料箱4，二号送料机5，水蠕动泵6，水箱7，碱液蠕动泵8，碱液箱9，酸液蠕动泵10，酸液箱11，搅拌泵12，搅拌杆13，光源14，一号pH监测计15，二号pH监测计16，三号pH监测计17，阀门18，板框压滤机19，控制屏20，其特征在于，所述粉体储料箱1下端连接一号送料机2，一号送料机2出口位于反应釜3左顶端并接到反应釜3中，多巴胺储料箱4下端连接二号送料机5，二号送料机5出口位于反应釜3右顶端并接到反应釜3中，水蠕动泵6的一端与反应釜3的左上端连接、另一端与水箱7连接，碱液蠕动泵8的一端与反应釜3右上端连接、另一端与碱液箱9连接，酸液蠕动泵10一端与反应釜3右上端连接、另一端与酸液箱11连接，水蠕动泵6和水箱7分布在反应釜3的左侧，碱液蠕动泵8、碱液箱9、酸液蠕动泵10和酸液箱11分布在反应釜3的右侧，所述的搅拌装置包括搅拌泵12和搅拌杆13，反应釜3顶端装有搅拌泵12，反应釜3内的搅拌杆13上端接到搅拌泵12，在反应釜3右中端、左下端、右下端分别装有一号pH监测计15、二号pH监测计16、三号pH监测计17，反应釜3顶部装有光源14，反应釜3底部装有阀门18，阀门18出口与板框压滤机19进料口相通，整个设备可通过控制屏20操作。
结合上述装置和图1，一种脱硫灰填料的制备方法及其应用如下：将脱硫灰、盐酸多巴胺、水、NaOH溶液分别投入粉体储料箱1、多巴胺储料箱4、水箱7、碱液箱9中，一号送料机2将10.0 kg脱硫灰送至反应釜3，水蠕动泵6抽取500.0 L水送至反应釜3，反应釜3顶端的搅拌泵12带动搅拌杆13以200 rpm搅拌0.5h，之后二号送料机5将1.0 kg的盐酸多巴胺送入反应釜3，反应2h，反应全程温度25℃，无光，位于反应釜3右中端、左下端、右下端的一号pH监测计15、二号pH监测计16、三号pH监测计17全程将pH信息反馈至碱液蠕动泵8，碱液蠕动泵8将NaOH溶液送至反应釜3，维持pH=8.5，反应完全后，位于反应釜3底部的阀门18打开，让浆料流入板框压滤机19压滤，水蠕动泵6送水搅拌清洗反应釜，并对板框压滤机19中的物料进行重复清洗，物料进行烘干、粉碎得到脱硫灰填料。
以下为具体应用：将脱硫灰在150℃烘箱中干燥10 h后，分别用1wt%的聚乙烯蜡、1wt%KH560处理，在高混机中2000 r/min条件下共混10 min。
将上述的脱硫灰填料、聚乙烯蜡包覆的脱硫灰、KH560包覆的脱硫灰按10wt%、添加到混合HDPE:LDPE=9:1树脂中，混合均匀，在双螺杆挤出机中进行熔融造粒，料筒温度分别为120 ℃，135 ℃，145 ℃，165 ℃，175 ℃，180 ℃，185 ℃，180 ℃，175 ℃，165 ℃，螺杆转速160 r/min喂料速度16 r/min。母粒进行注塑，注塑机温度分别为180 ℃，185 ℃，183℃。注塑所得样条进行拉伸(GB/T1040.2-2006)、弯曲(GB/T1446-2006)和冲击(GB/ T1943-2008)性能测试，所得结果见表1。
表1 脱硫灰填充PE复合材料的性能测试结果

Claims (7)

1.一种脱硫灰填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在反应釜中按比例加入脱硫灰、水，搅拌成悬浮液后，加入适量盐酸多巴胺，搅拌反应0.5~2h，反应过程中添加NaOH溶液，控制pH=8.5，温度25℃；
(2)将步骤(1)反应完全的浆液过滤，用水多次清洗后再用板框压滤机压滤，得到产物进行烘干。
2.根据权利要求1所述的一种脱硫灰填料的制备方法，其特征在于，脱硫灰:盐酸多巴胺:水的质量比=10:1~5:500~1500。
3.根据权利要求1或2所述的一种脱硫灰填料的制备方法，其特征在于，所述搅拌速度为50~500 rpm。
4.一种实现权利要求1-3任一所述的一种脱硫灰填料的制备方法的装置，包括粉体储料箱，一号送料机，反应釜，多巴胺储料箱，二号送料机，水蠕动泵，水箱，碱液蠕动泵，碱液箱，酸液蠕动泵，酸液箱，搅拌泵，搅拌杆，光源，一号pH监测计，二号pH监测计，三号pH监测计，阀门，板框压滤机，其特征在于，所述粉体储料箱下端连接一号送料机，一号送料机出口位于反应釜左顶端并接到反应釜中，多巴胺储料箱下端连接二号送料机，二号送料机出口位于反应釜右顶端并接到反应釜中，水蠕动泵的一端与反应釜的左上端连接、另一端与水箱连接，碱液蠕动泵的一端与反应釜右上端连接、另一端与碱液箱连接，酸液蠕动泵一端与反应釜右上端连接、另一端与酸液箱连接，水蠕动泵和水箱分布在反应釜的左侧，碱液蠕动泵、碱液箱、酸液蠕动泵和酸液箱分布在反应釜的右侧，反应釜顶端装有搅拌泵，反应釜内的搅拌杆上端接到搅拌泵，在反应釜右中端、左下端、右下端分别装有一号pH监测计、二号pH监测计、三号pH监测计，反应釜顶部装有光源，反应釜底部装有阀门，阀门出口与板框压滤机进料口相通。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的反应釜为可控温反应釜，内壁为加热层。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的光源能提供普通光源和紫外光。
7.一种权利要求4-6任一所述的装置用于脱硫灰填料的制备方法，包括如下步骤：将脱硫灰、盐酸多巴胺、水、NaOH溶液分别投入粉体储料箱、多巴胺储料箱、水箱、碱液箱中，一号送料机将脱硫灰送至反应釜，水蠕动泵抽取水送至反应釜，反应釜顶端的搅拌泵带动搅拌杆以50~500 rpm搅拌0.2~0.5h，之后二号送料机将盐酸多巴胺送入反应釜，反应0.5~2h，脱硫灰:盐酸多巴胺:水的质量比=10:1~5:500~1500，反应全程温度25℃，无光，位于反应釜右中端、左下端、右下端的一号pH监测计、二号pH监测计、三号pH监测计全程将pH信息反馈至碱液蠕动泵，当pH值小于8.5时，碱液蠕动泵将适量NaOH溶液送至反应釜，使反应釜维持pH=8.5，反应完全后，位于反应釜底部的阀门打开，让浆料流入板框压滤机压滤，水蠕动泵送水搅拌清洗反应釜，并对板框压滤机中的物料进行重复清洗，之后物料进行烘干、粉碎，得到脱硫灰填料。
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