CN110508236A - 一种微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂及方法。该吸附剂由如下原料按粉煤灰、电石渣和水的混合浆料与精炼废渣1:0.8‑1.2的重量比制备而成。其方法是：利用微波场的作用对工业固体废弃物粉煤灰、电石渣和精炼废渣进行改性处理并制备烧结烟气高效吸附剂。该方法所使用的原料来源广泛，吸附剂制备方法简单，制备过程消耗能源相对较少，与传统工艺相比，极大地缩短了吸附剂制备时间并降低了吸附剂制备成本，同时实现了烧结烟气低温条件下同时高效快速脱硫脱硝的目的，其脱硫率平均可达到98.8%，脱硝率平均可达到91.9%，而且减少了工业固体废弃物和烧结烟气对环境的危害。

Description

一种微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂及方法

技术领域

本发明属于吸附剂制备领域，具体涉及一种微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂及方法。

背景技术

我国大气环境污染问题较为严重。以工厂的烟气排放问题为例，其中钢铁企业排放的烧结烟气中的主要污染物SO₂和NO_x是对人类及动植物健康具有巨大危害的污染气体来源之一，大量的SO₂和NO_x会直接引起酸雨、光化学烟雾和雾霾等大气污染问题。因此，合理的控制并且处理烟气中有害气体的排放，不仅是目前企业急需解决的现实问题，同时也是保护生态环境的重要发展方向。

目前，工业上应用较多的烟气脱硫脱硝净化技术主要是活性炭（焦）吸附技术与烟气催化氧化技术。但这些烟气净化技术由于所使用的吸附剂（含催化剂）的主要成分为活性炭或高纯度化学药品。而这些原料及方法不仅成本较高、实际脱除工艺相对繁琐、脱硝效率相对较低以及设备运行维护成本巨大等问题所限制，制约了在钢铁企业中的普及。因此，针对烧结烟气自身特性，合理的开发出一种经济且高效的协同烟气脱除技术是解决这一问题的关键。

随着我国工业化水平的不断提高，大量的工业废弃物尤其是工业废渣作为固体废弃物而被大规模堆放处理，这不仅造成了资源的浪费，同时土壤和水资源产生较大的危害，并且还会增加企业自身的维护成本。若可以将其得到很好的利用不仅可以防止这部分固废资源的浪费，同时还会对改善生态环境有着积极的意义。

因此，有效开发和利用些工业废渣是当前需要解决的重要课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂及方法，该方法可以通过微波外场对几种不同特征的粉煤灰、电石渣和精炼废渣工业废渣进行协同处理，使用的原料来源广泛且制备方法简单，制备过程消耗能源相对较少，极大地缩短了吸附剂制备时间并降低了吸附剂制备成本，同时实现了烧结烟气低温条件下同步高效快速脱硫脱硝的目的，而且减少了工业固体废弃物和烧结烟气对环境的危害。

本发明的目的是这样实现的。

按照本发明的一种微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂，其特征在于，由如下原料按粉煤灰、电石渣和水的混合浆料与精炼废渣1:0.8-1.2的重量比制备而成。

所述的粉煤灰、电石渣和水的混合浆料按1:0.8-1.2:2-3重量配制，配制好的混合浆料。

本发明的一种微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将粉煤灰、电石渣和精炼废渣分别进行干燥和破碎处理后，添加到行星式球磨机中研磨至0.074mm以下；

步骤2：将粉煤灰和电石渣按1:1的重量比加水制成混合浆料；

步骤3：将制成混合浆料在微波反应器中进行微波水化处理，其微波场的输出功率为400-800W，微波水化时间为0.5-1h；

步骤4：将精炼废渣在微波反应器进行协同微波改性处理，其微波改性时微波场的输出功率为300-600W，改性时间为20-40min；

步骤5：待步骤4中的精炼废渣微波改性处理后，将其得到的改性精炼废渣与步骤2）中获得微波水化处理后混合浆料进行混合配料；

步骤6：将步骤5中制备好的混合物料以20MPa的压制力进行压制成型，制得吸附剂料饼。

本发明与对比文件相比，主要的优势及创新之处主要在于以下几点：

（1）本发明所用原料为锅炉中煤燃烧后产生的粉煤灰，电石水解制备乙炔后产生的电石渣，钢水精炼后产生的精炼废渣，三种原料均为工业固体废弃物，其来源广泛，原料总量巨大，且吸附剂制备过程中未加入任何新的工业原料。可以大幅度降低原料成本的同时也合理有效的解决了废弃物堆放处理所带来的污染问题；

（2）粉煤灰中含有丰富的SiO₂和Al₂O₃，电石渣和精炼废渣提供了充足的CaO等碱性成分，且电石渣中含有的CaO₂具有强氧化性，可增强吸附剂的化学吸附能力，精炼废渣中含有Fe₂O₃等铁氧化物可对脱硫脱硝过程起到催化作用。粉煤灰与精炼废渣均为高温反应后的产物，其内部相对疏松多孔，而且电石水解制备乙炔气体后产生的电石渣亦具备疏松多孔结构，这使得原料本身就具备较好的物理吸附基础；

（3）与传统的水浴加热水化处理过程相比，微波水化处理实现了快速升温和均匀加热，同时微波的非热效应加速了粉煤灰中SiO₂、Al₂O₃与电石渣中Ca(OH)₂水化反应的进程，极大地缩短了粉煤灰与电石渣的水化时间，且生成的水化硅酸钙、水化铝酸钙等产物在保证吸附剂的持水性能的同时还具备了较为丰富的比表面积和微孔面积。同时在微波水化过程中，由于微波的脱水干燥作用，在微波水化后的物料内部的游离水基本完全挥发，物料相对干燥，可以省去水化环节后的干燥环节，降低能耗。并且通过微波的活化作用还可以使原料自身的活性得到大幅度提高，处理后的物料吸附性能更好；

（4）精炼废渣在微波场的作用下，其微观结构遭到破坏，导致之前封闭的孔隙暴露出来，增加了其比表面积和微孔面积，有利于气体进入吸附剂内部，同时其含有的CaO等碱性成分的分子能量得到激发，使其达到活跃状态，更易与烧结烟气中的SO₂和NO_x等有害成分发生化学反应；

（5）本发明的工艺流程较短，操作方法简单，实用性强，所需的设备相对较少。制备吸附剂所使用的原料价格低廉，且制备吸附剂过程中，微波输出功率较低，制备时间较短，有效地降低了吸附剂制备的经济成本；

（6）吸附剂能够在吸附温度为200~250℃时实现SO₂和NO_x同步脱除，且在吸附进行1min之内，脱硫率和脱硝率即可达到100%，平均脱硫率可达到98.8%，平均脱硝率可达到91.9%，且吸附剂制备过程及吸附反应后的产物均不产生二次污染。

本发明提出来一种通过合理的利用这些废渣进行制备并生产方法，在保证高效吸附烟气能力的同时，也可以对固废资源得到很好的利用。

附图说明

图1为本发明微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂的方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。通过附图及具体实施例可使本领域的普通技术人员理解并掌握本发明的关键环节及实施方法。

实施例1

本发明的一种微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂的方法，工艺流程为：破碎-配料-微波水化及改性处理-混料-压块，具体包括以下步骤：

将所选用的锅炉中煤燃烧后产生的粉煤灰，电石水解制备乙炔后产生的电石渣，钢水精炼后产生的精炼废渣烘干至恒重，然后添加到行星式球磨机中破碎研磨并筛分出0.074mm以下的颗粒；各原料的主要化学成分如表1、表2和表3所示。

表1粉煤灰的主要化学成分

化学成分	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	烧失量	其他
							含量/%	55.78	15.15	4.87	5.75	15.11	3.34

表2电石渣的主要化学成分

化学成分	CaO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	其他
					含量/%	65.37	6.16	2.14	26.33

表3精炼废渣的主要化学成分

化学成分	CaO	MgO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	其他
						含量/%	48.59	7.72	13.49	28.26	1.94

将符合条件的粉煤灰、电石渣与水以质量比1:1:2进行配后，制成混合浆料，然后，将混合浆料置于微波发生器中以400W的输出功率水化处理1h。

以吸附剂总质量的50%称量精炼废渣粉末并置于微波发生器中以500W的微波输出功率改性处理30min，之后与水化产物进行混合配料，以20MPa的压制力将混合好的粉料压制成直径20mm，厚度3mm的料块。

将制备完成的吸附剂置于管式炉中进行烟气吸附反应，烟气主要成分为SO₂（浓度5500×10^-6）和NO（浓度3200×10^-6），N₂作为平衡气体，各气体流速为：SO₂流速为10ml/min，NO流速为10ml/min，N₂流速为80ml/min，吸附温度维持在200℃~250℃之间。

通过烟气分析仪测定得到吸附剂的脱硫率在1min之内即可达到100%，之后平均脱硫率维持在99.1%以上，其脱硝率在1min之内即可达到100%，之后平均脱硝率维持在91.9%以上。

实施例2

本实施例进一步阐释不同吸附剂料块尺寸对吸附效果的影响。具体操作步骤如下：

将所选用的锅炉中煤燃烧后产生的粉煤灰，电石水解制备乙炔后产生的电石渣，钢水精炼后产生的精炼废渣烘干至恒重，然后添加到行星式球磨机中破碎研磨并筛分出0.074mm以下的颗粒；各原料的主要化学成分如表1、表2和表3所示。

将符合条件的粉煤灰、电石渣与水以质量比1:0.8:2.5进行配制，制成混合浆料，然后，将混合浆料置于微波发生器中以500W的输出功率水化处理50min。

以吸附剂总质量的50%称量精炼废渣粉末并置于微波发生器中以500W的微波输出功率改性处理30min，之后与水化产物进行混合配料。以20MPa的压制力将混合好的粉料压制成直径50mm，厚度10mm的料块。

将制备完成的吸附剂置于管式炉中进行烟气吸附反应，烟气主要成分为SO₂（浓度5500×10^-6）和NO（浓度3200×10^-6），N₂作为平衡气体，各气体流速为：SO₂流速为10ml/min，NO流速为10ml/min，N₂流速为80ml/min，吸附温度维持在200℃~250℃之间。

通过烟气分析仪测定得到吸附剂的脱硫率在1min之内即可达到100%，之后平均脱硫率维持在98.8%以上，其脱硝率在1min之内即可达到100%，之后平均脱硝率维持在92.8%以上。

实施例3

本实施例进一步阐释不同吸附剂料块尺寸对吸附效果的影响。具体操作步骤如下：

将所选用的锅炉中煤燃烧后产生的粉煤灰，电石水解制备乙炔后产生的电石渣，钢水精炼后产生的精炼废渣烘干至恒重，然后添加到行星式球磨机中破碎研磨并筛分出0.074mm以下的颗粒；各原料的主要化学成分如表1、表2和表3所示。

将符合条件的粉煤灰、电石渣与水以质量比1:1.2:3进行配制，制成混合浆料，然后，将混合浆料置于微波发生器中以700W的输出功率水化处理30min。

以吸附剂总质量的50%称量精炼废渣粉末并置于微波发生器中以600W的微波输出功率改性处理20min，之后与水化产物进行混合配料。以20MPa的压制力将混合好的粉料压制成直径50mm，厚度10mm的料块。

将制备完成的吸附剂置于管式炉中进行烟气吸附反应，烟气主要成分为SO₂（浓度5500×10^-6）和NO（浓度3200×10^-6），N₂作为平衡气体，各气体流速为：SO₂流速为10ml/min，NO流速为10ml/min，N₂流速为80ml/min，吸附温度维持在200℃~250℃之间。

通过烟气分析仪测定得到吸附剂的脱硫率在1min之内即可达到100%，之后平均脱硫率维持在98.9%以上，其脱硝率在1min之内即可达到100%，之后平均脱硝率维持在92.2%以上。

本发明描述了本发明的具体实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围有权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂，其特征在于，由如下原料按粉煤灰、电石渣和水的混合浆料与精炼废渣1:0.8-1.2的重量比制备而成。

2.根据权利要求1所述的微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂，其特征在于，所述的粉煤灰、电石渣和水的混合浆料按1:0.8-1.2:2-3重量配制，配制好的混合浆料。

3.一种微波协同处理废渣制备高效烧结烟气吸附剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将粉煤灰、电石渣和精炼废渣分别进行干燥和破碎处理后，添加到行星式球磨机中研磨至0.074mm以下；

步骤2：将粉煤灰和电石渣按1:1的重量比加水制成混合浆料；

步骤3：将制成混合浆料在微波反应器进行微波水化处理，其微波场的输出功率为400-800W，微波水化时间为0.5-1h；

步骤4：将精炼废渣在微波反应器进行协同微波改性处理，其微波改性时微波场的输出功率为300-600W，改性时间为20-40min；

步骤5：待步骤4中的精炼废渣微波改性处理后，将其得到的改性精炼废渣与步骤2）中获得微波水化处理后混合浆料进行二次混料；

步骤6：将步骤5中制备好的混合物料以20MPa的压制力进行压制成型，制得吸附剂料饼。