CN110078463B - 一种利用钢渣固化co2制造砌块的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一种利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，涉及环保技术领域，其包括：将铝灰与水混合后，在80～100℃条件下水解20～30h，获得固液混合物及氨气，将固液混合物压滤、干燥、粉碎获得干燥产物；将干燥产物、造纸白泥、成品铝酸钙粉混合，获得混合物；将混合物加水后置于到制球机中制成直径1～1.5cm的球状颗粒后，在1200～1350℃烧制30～60min，获得所述铝酸钙粉和CO₂；其中，铝酸钙粉用于制备净水剂；将CO₂、钢渣和砂子在200～300℃、1～1.5MPa条件下反应3～8h生成所述砌块。本发明通过将净水剂生产工艺中产生的CO₂和钢渣进行资源再利用生产砌块，有效降低所生产的砌块成本，具有极大的经济、社会和环保效益。

Description

一种利用钢渣固化CO2制造砌块的生产工艺

技术领域

本发明涉及环保技术领域，且特别涉及一种利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺。

背景技术

据统计，我国今年来不锈钢粗钢产量大约在2500万吨左右，按每3吨钢产生1吨钢渣计则会产生850万吨钢渣，我国对钢渣的利用程度极低，大多处理方式是自然堆放，不仅占据了大量空间，还造成了资源浪费。

除此之外，目前，净水剂的生产工艺中，通常用铝土矿经过750℃左右的高温煅烧后，加入盐酸反应生成所需要的净水剂。此过程会产生大量的 CO₂，一般都是直接通过管道排放到大气。但CO₂造成的“温室效应”，已变成国际关注的焦点。因此，降低CO₂的排放，对于现行环境保护已经是迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，本工艺利用钢渣固化CO₂，实现了固体废弃物(钢渣)和余热的再利用，并减少了CO₂的排放，节能环保，具有较好的经济、社会和环保效益。。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，包括以下步骤：

铝灰水解步骤：将铝灰与水混合后，在80～100℃条件下水解20～30h，获得固液混合物及氨气，将所述固液混合物压滤、干燥、粉碎获得干燥产物；

铝酸钙粉制备步骤：将所述干燥产物、造纸白泥、成品铝酸钙粉混合，获得混合物；将混合物加水后置于到制球机中制成直径1～1.5cm的球状颗粒后，在1200～1350℃烧制30～60min，获得所述铝酸钙粉和CO₂；其中，所述铝酸钙粉用于制备净水剂；

砌块制备步骤：将所述CO₂、钢渣和砂子在200～300℃、1～1.5MPa条件下反应3～8h生成所述砌块。

进一步地，在砌块制备步骤中，所述CO₂的浓度为30％～40％。

进一步地，在铝灰水解步骤中，所述铝灰与所述水按质量比为1:2～5 的比例混合。

进一步地，在铝灰水解步骤中，所述氨气经盐酸喷淋、吸附制备成氯化铵。

进一步地，在铝灰水解步骤中，在铝灰水解步骤中，所述固液混合物压滤后，在700～800℃条件下干燥，粉碎获得所述干燥产物。

进一步地，在铝酸钙粉制备步骤中，所述混合物在回转窖中进行烧制获得所述铝酸钙粉；其中，所述回转窖外周设置有盘铜管，所述盘铜管内有水流通，所述水用于铝灰水解步骤。

进一步地，在铝酸钙粉制备步骤中，所述混合物烧制结束后，将所述铝酸钙粉取出后，对所述回转窖进行电除尘后，利用所述回转窖的余热对所述固液混合物进行干燥。

进一步地，在砌块制备步骤中，述CO₂、所述钢渣和所述砂子在反应釜中反应生成所述砌块；通过在所述回转窖与所述反应釜之间设置的通道，利用鼓风机装置将所述回转窖的余热传输至所述反应釜，用于所述砌块的制备。

进一步地，在铝酸钙粉制备步骤中，所述净水剂的制备步骤包括：

将所述铝酸钙粉与盐酸以质量比为1:1～5的比例混合、反应后，沉淀、过滤得到所述净水剂。

本发明实施例提供的利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺的有益效果是：

(1)在净水剂生产工艺其中的煅烧步骤当中，会有大量的CO₂缠上，若直接排放到大气中，不利于环境保护。因而，本发明通过将净水剂生产工艺中产生的CO₂和钢渣进行资源再利用生产砌块，有效降低所生产的砌块成本，具有极大的经济、社会和环保效益。

(2)利用工业废弃物铝灰、造纸白泥和工业副产物盐酸制备净水剂，实现了资源再利用，有效降低所生产的净水剂的成本；其次，在制备净水剂过程中成产出的氨气还可以与工业副产物盐酸反应生成氯化铵作为肥料出售，合理利用副产物，增加了企业经济来源。

(3)在净水剂生产工艺中，设备产生的大量余热，被合理地进行了利用，减少了热能的浪费，提高了经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺进行具体说明。

请参考图1，本发明实施例提供了一种利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，包括以下步骤：

铝灰水解步骤：将铝灰与水混合后，在80～100℃条件下水解20～30h，获得固液混合物及氨气，将所述固液混合物压滤、干燥、粉碎获得干燥产物。

铝灰是铝工业的重要固体废弃物，是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却加工后的产物。铝灰成分当中除了含金属铝，一般还含氯化钠、氯化钾、氟化盐、氧化铝、氮化铝。目前，废弃铝灰大多堆放或填埋，利用较少，但是这种处理方式不仅导致资源浪费，还不利于环境保护。本发明利用铝灰中含有的氮化铝(AlN)，对其进行水解处理来制备净水剂，做到资源再利用。

进一步地，在本发明一实施例中，所述铝灰与所述水按质量比为1:2～5 的比例混合。更为优选地，所述铝灰与所述水按质量比为1:3的比例混合，保证有足够的水与铝灰中的氮化铝进行充分反应，彻底水解氮化铝，有利于后续步骤，又不浪费多余的水资源。

在本实施例中，将所述铝灰置于反应罐中，而后往反应罐中通入 80～100℃的热水，在此过程中，控制通入热水的流速，使得热水在2～3h通入完毕，最终达到热水与铝灰的质量比为1：3。而后在反应罐中反应20～30h，确保铝灰中的氮化铝与水反应充分。且为了保持反应温度保持在80～100℃之间，所述反应泵底部安装有气泵沸腾装置，该装置为现有技术，这里就不在进行赘述。

其中，在本实施例中，铝灰中的氮化铝与水反应结构式如下所示：

AlN+3H₂0＝Al(OH)₃+NH₃(气体)

从结构式中可以看出，AlN在水解过程中会产生Al(OH)₃和氨气， Al(OH)₃可用于后续净水剂与速凝剂的制备，而对于副产物氨气则可以与盐酸反应生成氯化铵，用作肥料使用。

因此，进一步地，在本发明的另一实施例中，所述反应罐的顶端开口处设置有可拆卸的封盖，所述封盖用于覆盖所述反应罐的开口。除此之外，所述封盖开设有第一通孔，所述第一通孔通过管道与密封反应罐上部开设的第二通孔连接，用于将铝灰水解过程中产生的氨气导入密封反应罐中，进行氯化铵的制备。所述密封反应罐的顶部设置有喷淋装置，用于喷射盐酸，所述氨气经盐酸喷淋、吸附制备成氯化铵。其中，所述盐酸为氟化工产业的副产盐酸，无须进行处理即可使用，合理利用资源。一般喷淋的盐酸浓度不低于31％，通过喷淋盐酸，将氨气进行吸附，二者在常温下即可反应生成氯化铵肥料。所述喷淋装置为现有技术，这里就不在赘述。

进一步地，对于留在反应罐中的Al(OH)₃和其他成分，会在反应罐中形成泥浆状固液混合物，而后从反应罐中取出固液混合物并对其进行压滤，形成饼状体，而后在700～800℃条件下干燥后，粉碎获得所述干燥产物，用于后续净水剂的制备。

铝酸钙粉制备步骤：将所述干燥产物、造纸白泥、成品铝酸钙粉混合，获得混合物；将混合物加水后置于到制球机中制成直径1～1.5cm的球状颗粒后，在1200～1350℃烧制30～60min，获得所述铝酸钙粉和CO₂；其中，所述铝酸钙粉用于制备净水剂，所述成品铝酸钙粉为可购买或者已制备好，且纯度高的铝酸钙粉。

造纸白泥为制浆造纸厂在碱回收过程中产生大量的苛化白泥。目前，以木材为原料的造纸白泥，其主要成分是碳酸钙，因而国内外一些大型造纸厂均是采用石灰窑煅烧法使得白泥再生，生产再生石灰，在苛化中循环。而本发明则对造纸白泥提出了另一种资源再利用方式，即将所述干燥产物、造纸白泥、成品铝酸钙粉混合，用于生产净水剂。其中，干燥产物的主要成分为Al(OH)₃与造纸白泥当中的碳酸钙可在高温下反应生产铝酸钙粉，而在反应过程中加入微量的成品铝酸钙粉，可让其在反应中诱导作用，加快反应速度，提高反应效率，使反应更充分。

进一步地，在本发明一较佳实施例中，所述混合物按重量计包括：

所述干燥产物50～80份、所述造纸白泥10～35份、所述成品铝酸钙粉 0.5～2份。

优选地，所述混合物按重量计包括：

所述干燥产物70～75份、所述造纸白泥20～25份、所述成品铝酸钙粉1 份，保证有足够的成品铝酸钙粉起诱导作用，且有足够的Al(OH)₃与造纸白泥反应生成铝酸钙粉。

进一步地，所述将混合物加水后置于到制球机中制成直径1～1.5cm的球状颗粒后在进行烧制。将其制备成球状颗粒再进行烧制有两方面原因：一是相比于将粉末状混合物直接进行烧制，本实施例提供的球状颗粒可使每种混合物单体接触更紧密，反应更为充分快速；二是相比于加入过多水形成液态状的混合物，则本实施例提供的球状颗粒能保证在烧制过程中不易结块，避免反应不充分。因此，在本发明一较佳实施例中，所述混合物与所述水的质量比为1:0.2～0.3，确保能在制球机中制成直径1～1.5cm的球状颗粒便于后续烧制步骤。

进一步地，所述混合物在回转窖中进行烧制获得所述铝酸钙粉。在本实施例中，将所述球状颗粒置于回转窖中，将回转窖的温度升至 1200～1350℃烧制30～60min后取出，即可得到铝酸钙粉。

其中，在本发明一较佳实施例中，所述回转窖外周设置有盘铜管，所述盘铜管内有水流通，通过控制水流速度，使得出水温度维持在80～100℃，所述水用于铝灰水解步骤。因为回转窖在烧制过程中会产生大量的热量，本实施例通过在回转窖外周设置有有水流通的盘铜管，既利用了回转窖产生的余热，还降低了铝灰水解步骤当中需要对水进行加热的成本，环保又节能，提高了经济效益。

除此之外，进一步地，在铝酸钙粉制备步骤中，所述混合物烧制结束后，将所述铝酸钙粉取出后，对所述回转窖进行电除尘后，利用所述回转窖的余热对所述固液混合物进行干燥，进一步提高了回转窖的余热利用效率，减少了热能的浪费。

进一步地，所述净水剂的制备步骤包括：将所述铝酸钙粉与盐酸以质量比为1:1～5的比例混合、反应后，沉淀、过滤得到液态的所述净水剂。

优选地，在本发明一较佳实施例中，所述净水剂的制备场所为反应池，先在反应池中加水，开启反应池中安装的搅拌浆.然后定量加入盐酸，稀释至10～20％浓度后，再缓慢加入铝酸钙粉进行反应。其中，铝酸钙粉与盐酸的质量比为1：3。在这个反应过程中，反应池内温度会逐渐升高，当超过110℃时.可适量加水抑制.使反应不至于激烈而溢池。添加铝酸钙粉后反应2h后，测量反应液的pH值是否大于3，若是即可加水进行稀释并放料至沉淀池进行沉淀好；若否，则继续反应直到pH值大于3为止。沉淀结束后，上层清液即为净水剂产品，下层沉渣即为净水剂废渣。通过过滤步骤，即可将净水剂与净水剂废渣进行分离。所述净水剂废渣可用于速凝剂的制备，这里就不在进行赘述。

本发明利用工业废弃物铝灰、造纸白泥和工业副产物盐酸制备净水剂，实现了资源再利用，有效降低所生产的净水剂的成本；其次，在制备净水剂过程中成产出的氨气还可以与工业副产物盐酸反应生成氯化铵作为肥料出售，合理利用副产物，增加了企业经济来源。

砌块制备步骤：将所述CO₂、钢渣和砂子在200～300℃、1～1.5MPa条件下反应3～8h生成所述砌块。

钢渣是炼钢过程中的一种副产品。钢渣为熟料，是重熔相，熔化温度低。重新熔化时，液相形成早，流动性好。因此不需要太高的温度即可熔化。目前我国对钢渣的利用程度低，大多处理方式是自然堆放，不仅占据了大量空间，还造成了资源浪费。而本发明将钢渣与净水剂生产过程中的 CO₂进行反应，生产砌块，环保又具备经济效益。其中，所述砂子作为砌块的细骨料，为河砂或机制砂。

进一步地，所述钢渣与所述砂子的质量比为1:0.2～0.4。更为优选地，所述钢渣与所述砂子的质量比为1:0.2～0.35，确保砂子能在砌块中起到骨架和填充作用。

进一步地，在砌块制备步骤中，所述CO₂的浓度为30％～40％。在净水剂生产过程中，烧制铝酸钙粉产生的大量气体中，CO₂的浓度约为 30％～40％，可以通过回收后输入到反应釜中，与钢渣(含游离态CaO)、砂子在高温高压下反应制作大砌块，再经过切割工艺制成相应规格的砌块。高浓度的CO₂含量有利于减少反应时间，提高砌块强度。

进一步地，所述钢渣和所述CO₂的质量比为1:0.08～0.01。更为优选地，所述钢渣和所述CO₂的质量比为1:0.09，即每千克钢渣可固化0.09千克 CO₂，确保CO₂有足够的含量被钢渣固化，又避免过多的CO₂导致反应结束后CO₂余量过多不利于再次处理。

进一步地，在砌块制备步骤中，所述CO₂、所述钢渣和所述砂子在反应釜中反应生成所述砌块；通过在所述回转窖与所述反应釜之间设置的通道，利用鼓风机装置将所述回转窖的余热传输至所述反应釜，用于所述砌块的制备，进一步提高了回转窖余热的利用率。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的一种利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，具体包括以下步骤：

铝灰水解步骤：将铝灰与水按质量比为1:3的比例混合后，在95℃条件下水解24h，获得固液混合物及氨气；所述固液混合物压滤、在700℃条件下干燥后、粉碎获得干燥产物，所述氨气经盐酸喷淋吸附生成氯化铵，用作肥料。

铝酸钙粉制备步骤：按重量份计，将70份干燥产物、25份造纸白泥和 1份成品铝酸钙粉混合，获得混合物。将混合物与水按照质量比为1：0.2 的比例混合后置于到制球机中制成直径1cm的球状颗粒后，在1200℃烧制 40min，获得铝酸钙粉和CO₂。其中CO₂的浓度为30％～40％。

砌块制备步骤：将所述CO₂、钢渣和砂子在260℃、1.3MPa条件下反应4h生成所述砌块；其中，所述CO₂与钢渣的质量比为0.08:1，所述钢渣与所述砂子的质量比为1:0.35。

实施例2

本实施例提供的一种利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，具体包括以下步骤：

铝灰水解步骤：将铝灰与水按质量比为1:3的比例混合后，在95℃条件下水解24h，获得固液混合物及氨气；所述固液混合物压滤、在700℃条件下干燥后、粉碎获得干燥产物，所述氨气经盐酸喷淋吸附生成氯化铵，用作肥料。

铝酸钙粉制备步骤：按重量份计，将70份干燥产物、25份造纸白泥和 1份成品铝酸钙粉混合，获得混合物。将混合物与水按照质量比为1：0.3 的比例混合后置于到制球机中制成直径1.5cm的球状颗粒后，在1350℃烧制40min，获得铝酸钙粉和CO₂。其中CO₂的浓度为30％～40％。

砌块制备步骤：将所述CO₂、钢渣和砂子在260℃、1.3MPa条件下反应6h生成所述砌块；其中，所述CO₂与钢渣的质量比为0.09:1，所述钢渣与所述砂子的质量比为1:0.35。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

铝灰水解步骤：将铝灰与水混合后，在80～100℃条件下水解20～30h，获得固液混合物及氨气，将所述固液混合物压滤、干燥、粉碎获得干燥产物；所述铝灰与所述水按质量比为1:2～5的比例混合；

铝酸钙粉制备步骤：将所述干燥产物、造纸白泥、成品铝酸钙粉混合，获得混合物；将所述混合物加水后置于到制球机中制成直径1～1.5cm的球状颗粒后，在1200～1350℃烧制30～60min，获得所述铝酸钙粉和CO₂；所述混合物与所述水的质量比为1:0.2～0.3；其中，所述铝酸钙粉用于制备净水剂；其中，所述混合物在回转窖中进行烧制获得所述铝酸钙粉；所述回转窖外周设置有盘铜管，所述盘铜管内有水流通，使得出水温度维持在80～100℃，所述水用于铝灰水解步骤；

砌块制备步骤：将所述CO₂、钢渣和砂子在200～300℃、1～1.5MPa条件下反应3～8h生成所述砌块。

2.根据权利要求1所述的利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，其特征在于，在砌块制备步骤中，所述CO₂的浓度为30％～40％。

3.根据权利要求1所述的利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，其特征在于，在铝灰水解步骤中，所述氨气经盐酸喷淋、吸附制备成氯化铵。

4.根据权利要求1所述的利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，其特征在于，在铝灰水解步骤中，所述固液混合物压滤后，在700～800℃条件下干燥，粉碎获得所述干燥产物。

5.根据权利要求4所述的利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，其特征在于，在铝酸钙粉制备步骤中，所述混合物烧制结束后，将所述铝酸钙粉取出后，对所述回转窖进行电除尘后，利用所述回转窖的余热对所述固液混合物进行干燥。

6.根据权利要求5所述的利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，其特征在于，在砌块制备步骤中，所述CO₂、所述钢渣和所述砂子在反应釜中反应生成所述砌块；通过在所述回转窖与所述反应釜之间设置的通道，利用鼓风机装置将所述回转窖的余热传输至所述反应釜，用于所述砌块的制备。

7.根据权利要求1所述的利用钢渣固化CO₂制造砌块的生产工艺，其特征在于，在铝酸钙粉制备步骤中，所述净水剂的制备步骤包括：

将所述铝酸钙粉与盐酸以质量比为1:1～5的比例混合、反应后，沉淀、过滤得到所述净水剂。

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