CN110981231A - 基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备及方法，所述设备主要包括回转窑、窑尾烟室、分解炉，还设有锰渣计量输送装置、锁风喂料器、锰渣计量输送装置的卸头端与锁风喂料器的进料口相连通，锁风喂料器的出料口与窑尾烟室相连通，窑尾烟室分别与回转室、分解炉相连通。本发明还包括利用所述设备对电解锰渣进行处理的方法。本发明设备结构简单，工艺流程简短，易于自动化控制，投资较小，处理量大，安全环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解锰渣的处理设备及方法，具体涉及一种基于干法旋窑生产线协同处理电解锰渣的设备及方法。
背景技术
电解锰渣是锰矿酸浸(化合)制备锰电解液过程中经固液分离(压滤)产生的中性或弱酸性废渣。当前，我国电解锰产能已逾200万吨，每生产1吨电解锰所排放的酸浸废渣量为5～7吨，较低品位原料每吨电解锰产渣可达10吨，年实际堆积或掩埋量达数亿吨，年新增量达数千万吨。电解锰渣成分及性质因矿石原料成分、酸浸工艺等的不同而存在一定的区别。锰渣大多呈黑色，少数呈棕灰色，经压滤后呈饼状，入库堆存后逐渐粉化， 降雨时吸收水分而转变为糊状。由于压滤工艺及锰渣持水能力限制，脱水的新鲜锰渣含水率约27～30%，其溶液成分主要为浓度约35g/L MnSO4、100g/L (NH4)2SO4、25g/L MgSO4等硫酸盐。这些酸浸废渣颗粒细小，其颗粒粒径分布一般为＜15μm占31～36%、15～30μm占 45～50%、30～45μm 占4～6%、45～60μm 占1.5～3%、60～80μm占3.5～6%、80～100μm占＜1%、＞100μm占 4～8%，可见，渣中固体颗粒粒径主要集中在3~30μm，约占70%以上。 其平均粒径小于水泥生料粉，保水性好，含水量高，烘干脱水困难，烘干过程有氨等挥发性气体排出。烘干后电解锰渣的化学成分主要为烧失量9～14%、SiO2 22～35%、Al2O3 6～12%、Fe2O3 5～12%、CaO 6～18%、MgO 1～4%、MnO2～5%、SO3 20～37%、K2O 0.8～2%、Na2O 0.2～1%及少量铅、锌、镉、钴等；主要矿物成份为硫酸盐（以二水石膏为主）和SiO2（石英）、2CaO·SiO2·2H2O（C2SH2）和Fe2O3 等，其中SO3 达20～37%，折算为石膏（若CaO含量高时）占比45%以上，即电解锰渣实质上属于较低品位的工业副产品化学石膏或硫酸盐废渣。
由于电解锰渣颗粒微细、且含大量硫酸根、氨氮及一定量的重金属有害元素，任其排放堆积，将严重污染地表水、地下水及土壤，严重影响生态环境。为此，国内外对锰渣的处置利用进行了大量的研究和实践。国外对锰渣的综合利用主要集中在锰矿渣作为配料生产水泥和锰渣作为水泥生产的缓凝剂石膏的部分替代。我国自90年代开始，数十家高校科研院所及几乎所有电解锰企业都开展了锰渣利用的系列研究和实践，现有研究成果可概括为如下六大类：
（1）用于水泥生产或作为掺合材
如 CN1837120A公开了一种利用电解锰渣生产水泥的方法，是利用石灰石63～63.5%、电解锰渣19～19.5%、铁粉1.5～2%、萤石1.3～1.8%、无烟煤13.2～13.7%混合粉磨为生料、成球焙烧为熟料，其配料为正常的普通硅酸盐熟料生产配料，电解锰渣耗量小，煤耗高，成本高，水泥质量不高，稳定性较差。
CN101948254A公开了一种电解锰渣生态水泥的制备方法，是在500～900℃煅烧后的电解锰渣10～50%、炼铁高炉矿渣10～50%、熟料10～50%、粉煤灰或钢渣0～20%、石膏3～7%、添加剂（碳酸钾、氯化钠、氯化钙、硫酸钠等）粉磨至比表面积为360～580m2/kg制成电解锰渣生态水泥，该方法须采用大量的熟料和矿渣等，其经济性极差，没有工业实用性。
CN102167533A公开了一种锰渣复合激活改性的矿渣水泥掺合材及其制法，是以经干燥、超细粉磨至比表面积＞13m2/g（远高于水泥细度3～5m2/g），再经350℃～450℃焙烧活化的改性电解锰渣78～82%、熟石灰（Ca(OH)2） 0～18%和熟料粉 0～22%混合均匀，制成矿渣水泥掺和料，其实质即是以超细粉磨后的硫酸盐废渣低温焙烧活化为可溶性的无水硫酸钙再加碱（Ca(OH)2）等复合制成硫碱复合激发剂，相对成本高，较用廉价的二水石膏或硬石膏和石灰作硫碱激发剂没有显著技术效果优势，经济性差。客观上，以上现有的电解锰渣直接作为水泥的生产原料或作为掺合材的生产方法，除实际效果极不理想外（均有停产或半停产的示范应用线），其能耗偏高，二次污染亦严重。
（2）作缓凝剂、硫酸盐激发剂
即用经处理的电解锰渣替代石膏作缓凝剂，如湖南省建材研究设计院和中南大学合作研发的电解锰渣的综合利用成果，其实质是以电解锰渣中的硫酸盐矿物活化作为水泥生产的活化剂和替代石膏的缓凝剂。
李坦平等（参见“电解锰渣的理化特征及其开发应用的研究”，中国锰业，第24卷第2期，2006年5月）于750℃热处理电解锰渣，可开发作为粉煤灰、高炉矿渣的硫酸盐激发剂，也可与粉煤灰或高炉矿渣配合生产混凝土复合掺合料，或替代石膏作为水泥缓凝剂，该方法相对于用天然硬石膏或工业氟石膏而言，无显著的技术效果，且成本高，无经济性。
CN103553378A公开了一种利用电解锰渣作缓凝剂制备水泥的方法，是以电解锰渣加碱性改性剂（生石灰CaO）和水按8:1:1比例配料搅拌改性，制成水泥缓凝剂，水泥中用量为熟料产量的4～10%。这种替代性缓凝剂较廉价的二水石膏或改性的廉价的磷石膏无显著的技术效果，没有经济性。且上述方法不仅影响水泥性能，且其加工处理过程中造成二次污染。
（3）用于生产砖、砌块、陶粒、骨料建材
电解锰渣用于建材生产包括水泥胶结固化法和烧结法两大类。其中水泥胶结固化法是以电解锰渣或水洗锰渣为主要原料，用水泥作胶凝材料成型固化，除污染扩散外，其产品后期体积稳定性极差，已有的数十条生产线都已停产。烧结法是以锰渣加粘土/页岩等混合成型烧结，二次污染大，掺量较高时产品体积稳定性差。
（4）用作路基材料
以堆存的锰渣代替部分土石料筑造公路路基、底基层、基层及路面筑造，实质上仅仅是一种污染物转移方法。
（5）用锰渣制造锰肥或锰硅肥
如湖南湘西环保局的王怀安及邓建奇等都研究开发了锰渣制备复合肥的方法，又如CN102674965A公开了一种锰渣复合肥及其制备方法，是以锰渣、含碳酸盐的化肥、含木质素的添加剂生产锰渣复合肥，客观上是概念性操作，产生了污染物转移。
（6）锰渣的综合利用方法
锰渣的综合利用，现着重于提取锰渣中的某些有价元素或化合物。
如CN104017998A公开的一种锰渣综合利用方法及CN104016357A公开的一种锰渣综合利用生产化工原料的方法，是将锰渣粉碎后与氟硅酸水溶液或氟化铵溶液混合加热反应，经多级分离提取得到白炭黑、硫酸锰和硫酸盐及氢氧化铝。如贵工大开发的水洗回收硫酸锰、水洗后的固体渣加水泥固化制陶瓷、骨粒等。但是，上述技术方案存在或经济性差或消耗量小或明显的二次污染等问题，客观上不能解决电解锰渣的资源化处理问题。
关于电解锰渣的治理和综合利用问题的上述现有的各种技术途径或技术方法，客观上都取得了一定的研究成果或应用成果，锰渣的治理也早列入了国家“863计划”课题并得以成果验收，但是，至今，大宗的电解锰渣的实际综合利用效果很不尽人意，大量仍被简单堆埋或弃置于涵洞山沟，或烘干后填埋处理（烘干过程产生严重的气体污染），对地下水、土壤及地表水的生态环境造成了较大的影响乃至长期隐患，迫切需要一种全新的技术方法和装备来解决量大且面较广的锰渣的资源化利用问题。
而另一方面，目前，我国干法旋窑水泥产能巨大，覆盖面很广，其脱硝广泛采用氨水。如何利用干法水泥生产厂在生产硅酸盐水泥的同时协同处理电解锰渣，是一个重要的研究课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种结构简单、投资少的基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备。
本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种操作简单，成本低，锰渣的处置量较大，实现原生的电解锰渣和堆存或弃置的电解锰进行资源化利用的基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备，包括回转窑、窑尾烟室、分解炉，还设有锰渣计量输送装置、锁风喂料器、所述的锰渣计量输送装置的卸头端与锁风喂料器的进料口相连通，锁风喂料器的出料口与窑尾烟室相连通，窑尾烟室分别与回转室、分解炉相连通。
进一步，所述锰渣计量输送装置包括定量给料机、倾斜螺旋输送机和水平螺旋输送机，所述的定量给料机的出料口与倾斜螺旋输送机的进料口相连通，所述的倾斜螺旋输送机的出料口与水平螺旋输送机的进料口相连通。
进一步，所述锰渣计量输送装置包括定量给料机和带式输送机，所述的定量给料机的出料口与带式输送机的进料口相连通。
进一步，所述锁风喂料器与分解炉之间设有一个旋风预热器，所述旋风预热器的下料管下端（在下料管自带翻板阀之后）与锁风喂料器的出料口相连通，所述旋风预热器的下料管出料口与窑尾烟室的进料口相连通，所述分解炉的出风口与旋风预热器的进风口以管道相连通。
进一步，所述锁风喂料器与分解炉之间设有C5A级旋风预热器和C5B级旋风预热器，锁风喂料器的第一出料口与C5A级旋风预热器的下料管下端（在下料管自带翻板阀之后）相连通，锁风喂料器的第二出料口与C5B级旋风预热器的下料管下端（在下料管自带翻板阀之后）相连通，所述C5A级旋风预热器的下料管出料口与窑尾烟室的第一进料口相连通，所述的C5B级旋风预热器的下料管出料口与窑尾烟室的第二进料口相连通，所述的分解炉的第一出风口和第二出风口分别与C5A级旋风预热器、C5B级旋风预热器的进风口以管道相连通。
进一步，所述旋风预热器为C5级旋风预热器。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的方法，利用所述基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备对电解锰渣进行处理：将电解锰渣经锰渣计量输送装置连续输送至锁风喂料器喂入高温窑尾烟室，喂入高温窑尾烟室的电解锰渣中的水分及氨迅速气化上升，进入分解炉内，锰渣中的固体物料随高温生料粉一起进入回转窑内，进入回转窑内的电解锰渣经高温煅烧处理，转化为熟料或夹裹于熟料中。
本发明的有益效果：
（1）根据干法旋窑水泥生产线熟料生产窑系统的特点，及电解锰渣的特性开发的协同处置锰渣的装备，通过锁风喂料器将不经烘干的电解锰渣直接喂入高温窑尾烟室内，一则利用低温锰渣中所含水份可降低烟室温度减轻烟室结皮，且水分快速转化为高温蒸汽入分解炉可促进分解炉內碳粒的气化燃烧；二则利用电解锰渣中的铵根（NH4+)受热分解为氨气，挥发入分解炉，可降低脱硝的氨水用量；
（2）针对干法水泥生产线窑系统熟料生产煅烧过程中的包容性开发的协同处置电解锰渣装备，可有效利用电解锰渣中的各类矿物成分，节省部分硅、铝、铁、钙及硫酸钙等原料，重金属亦得以彻底固化，达到资源综合利用的目的，而熟料质量及水泥性能基本不受影响；
（3）制造简单，技改投资少，锰渣的处置量较大（干法水泥生产线产能规模大，1吨熟料约需1.58吨生料粉），无二次污染，可充分利用原生的电解锰渣和堆存或弃置的电解锰渣，利于保护社会生态环境及自然环境。
附图说明
图 1是本发明实施例1中装备系统的结构示意图；
图 2是本发明实施例2中装备系统的结构示意图；
图 3是本发明实施例3中装备系统的结构示意图；
图中，1-锰渣计量输送装置 、1a-定量给料机、1b-倾斜螺旋输送机、1c-水平螺旋输送机、1d-水平螺旋输送机、1e-带式输送机、1f-斗式提升机，2-锁风喂料器、3-窑尾烟室，4-回转窑，5-分解炉，6-C5级旋风预热器、6a-C5A级旋风预热器、6b-C5B级旋风预热器。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明实施例所使用的化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
实施例1
参见图1，本实施例一种基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备，主要包括定量给料机1a、倾斜螺旋输送机1b、水平螺旋输送机1c、锁风喂料器2、窑尾烟室3、回转窑4、分解炉5。所述的定量给料机1a的出料口与倾斜螺旋输送机1b的进料口相连通，所述的倾斜螺旋输送机1b的出料口与水平螺旋输送机1c的进料口相连通，所述的水平螺旋输送机1c的出料口与锁风喂料器2的进料口相连通，所述的锁风喂料器2的出料口与窑尾烟室3的进料口相连通，所述的窑尾烟室3的烟气出口与分解炉5的进风口以管道相连通，所述的窑尾烟室3的物料出口与回转窑4的进料口相连通。
本实施例一种基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的方法，包括以下步骤：将电解锰渣通过所述的定量给料机1a计量称重后连续输送至锁风喂料器2，再通过锁风喂料器2喂入窑尾烟室3，喂入高温窑尾烟室3的电解锰渣中的水分及氨等受热迅速气化上升进入分解炉5内，水分快速转化为高温蒸汽入分解炉，促进分解炉内碳粒的气化燃烧，分解出的NH3与分解炉5内燃料燃烧产生的NOX反应生成N2，进一步降低脱硝的氨水用量，电解锰渣中的固体物随高温生料粉一同进入回转窑4内，进入回转窑4内的电解锰渣经高温煅烧处理转化为熟料或夹裹于熟料中，彻底实现电解锰渣的无害化处置。
实施例2
参见图2，一种基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备，主要包括定量给料机1a、带式输送机1e、锁风喂料器2、窑尾烟室3、回转窑4、分解炉5、C5级旋风预热器6。所述的定量给料机1a的出料口与带式输送机1e的进料口相连通，所述的带式输送机1e的出料口与锁风喂料器2的进料口相连通，所述的锁风喂料器2的出料口与C5级旋风预热器6的下料管下端（在下料管自带翻板阀之后）相连通，所述的C5级旋风预热器6的下料管出料口与窑尾烟室3的进料口相连通，所述的窑尾烟室3的出风口与分解炉5的进风口以管道相连通，所述的窑尾烟室3的出料口与回转窑4的进料口相连通，所述的分解炉5的出风口与C5级旋风预热器6的进风口以管道相连通。
本实施例一种基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的方法，包括以下步骤：将湿态电解锰渣通过所述的定量给料机1a计量称重后连续输送至带式输送机1e，再通过带式输送机1e连续输送至锁风喂料器2，再通过锁风喂料器2喂入C5级旋风预热器6的下料管内，以干法旋窑预热器系统的C5级旋风预热器6的下料管作为电解锰渣的预热干燥中和装置，以C5级旋风预热器6的下料管中流动的含CaO为主的强碱性高温生料粉作为预热干燥中和介质快速干燥并中和酸性电解锰渣，夹裹电解锰渣的高温生料粉使电解锰渣中的水分汽化为高温蒸汽，电解锰渣中的氨根（NH4+)受热挥发进入分解炉5，进一步降低水泥窑氮氧化物的排放量，电解锰渣中的固体物料随C5级旋风预热器6的下料管内的高温生料粉共同进入窑尾烟室3内，在窑尾烟室3内混合后共同进入回转窑4内，进入回转窑4内的电解锰渣经高温煅烧处理转化为熟料或夹裹于熟料中。
实施例3
参见图3，一种基于干法旋窑线协同处理电解锰渣的设备，主要包括水平螺旋输送机1c、水平螺旋输送机1d、带式输送机1e、斗式提升机1f、锁风喂料器2、窑尾烟室3、回转窑4、分解炉5、C5A级旋风预热器6a、C5B级旋风预热器6b。所述的带式输送机1e的出料口与斗式提升机1f的进料口相连通，所述的斗式提升机1f的出料口分别与水平螺旋输送机1c、水平螺旋输送机1d的进料口相连通，所述的水平螺旋输送机1c、水平螺旋输送机1d的出料口分别与锁风喂料器2的进料口相连通，水平螺旋输送机1c对应的锁风喂料器2的第一出料口与C5A级旋风预热器6a的下料管下端（在下料管自带翻板阀之后）相连通，水平螺旋输送机1d对应的锁风喂料器2的第二出料口与C5B级旋风预热器6b的下料管下端（在下料管自带翻板阀之后）相连通，所述的C5A级旋风预热器6a的下料管出料口与窑尾烟室3的第一进料口相连通，所述的C5B级旋风预热器6b的下料管出料口与窑尾烟室3的第二进料口相连通，所述的窑尾烟室3的出风口与分解炉5的进风口以管道相连通，所述的窑尾烟室3的出料口与回转窑4的进料口相连通，所述的分解炉5的第一出风口、第二出风口分别与C5A级旋风预热器6a、C5B级旋风预热器6b的进风口以管道相连通。
本实施例一种基于干法旋窑线协同处理电解锰渣的方法，包括以下步骤：将湿态电解锰渣通过所述的带式输送机1e计量称重后连续输送至斗式提升机1f，再通过斗式提升机1f分别连续输送至水平螺旋输送机1c、通过水平螺旋输送机1d，水平螺旋输送机1c、水平螺旋输送机1d分别输送至对应的锁风喂料器2，再通过对应的锁风喂料器2分别喂入C5A级旋风预热器6a和C5B级旋风预热器6b的下料管内，以干法旋窑预热器系统的C5A级旋风预热器6a和C5B级旋风预热器6b的下料管作为电解锰渣的预热干燥中和装置，以C5A级旋风预热器6a和C5B级旋风预热器6b的下料管中流动的含CaO为主的强碱性高温生料粉作为预热干燥中和介质快速干燥并中和酸性电解锰渣，夹裹电解锰渣的高温生料粉使电解锰渣中的水分汽化为高温蒸汽，电解锰渣中的氨根（NH4+)受热挥发进入分解炉5，分解出的NH3与分解炉5内燃料燃烧产生的NOX反应生成N2，进一步降低脱硝的氨水用量，电解锰渣中的固体物料随C5A级旋风预热器6a和C5B级旋风预热器6b的下料管内的高温生料粉共同进入窑尾烟室3内，在窑尾烟室3内混合后共同进入回转窑4内，进入回转窑4内的电解锰渣经高温煅烧处理转化为熟料或夹裹于熟料中。
Claims (7)
1.一种基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备，主要包括回转窑（4）、窑尾烟室（3）和分解炉（5），其特征在于：还设有锰渣计量输送装置（1）、锁风喂料器（2）、所述的锰渣计量输送装置（1）的卸头端与锁风喂料器（2）的进料口相连通，锁风喂料器（2）的出料口与窑尾烟室（3）相连通，窑尾烟室（3）分别与回转窑（4）、分解炉（5）相连通。
2.根据权利要求1所述的基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备，其特征在于：所述锰渣计量输送装置（1）包括定量给料机（1a）、倾斜螺旋输送机（1b）和水平螺旋输送机（1c），所述的定量给料机（1a）的出料口与倾斜螺旋输送机（1b）的进料口相连通，所述的倾斜螺旋输送机（1b）的出料口与水平螺旋输送机（1c）的进料口相连通。
3.根据权利要求1所述的基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备，其特征在于：所述锰渣计量输送装置（1）包括定量给料机（1a）和带式输送机（1e），所述的定量给料机（1a）的出料口与带式输送机（1e）的进料口相连通。
4.根据权利要求1-3之一所述的基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备，其特征在于：所述锁风喂料器（2）与分解炉（5）之间设有一个旋风预热器（6），所述旋风预热器（6）的下料管下端（在下料管自带翻板阀之后）与锁风喂料器（2）的出料口相连通，所述旋风预热器（6）的下料管出料口与窑尾烟室3的进料口相连通，所述分解炉（5）的出风口与旋风预热器的进风口以管道相连通。
5.根据权利要求1-3之一所述的基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备，其特征在于：所述锁风喂料器（2）与分解炉（5）之间设有C5A级旋风预热器（6a）和C5B级旋风预热器（6b），锁风喂料器（2）的第一出料口与C5A级旋风预热器（6a）的下料管下端（在下料管自带翻板阀之后）相连通，锁风喂料器（2）的第二出料口与C5B级旋风预热器（6b）的下料管下端（在下料管自带翻板阀之后）相连通，所述C5A级旋风预热器（6a）的下料管出料口与窑尾烟室（3）的第一进料口相连通，所述的C5B级旋风预热器（6b）的下料管出料口与窑尾烟室（3）的第二进料口相连通，所述的分解炉（5）的第一出风口、第二出风口分别与C5A级旋风预热器（6a）、C5B级旋风预热器（6b）的进风口以管道相连通。
6.根据权利要求4或5所述的基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备，其特征在于：所述旋风预热器（6）为C5级旋风预热器。
7.一种基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的方法，其特征在于，利用权利要求1-6之一所述的基于干法旋窑水泥生产线协同处理电解锰渣的设备对电解锰渣进行处理，包括以下步骤：将电解锰渣经锰渣计量输送装置连续输送至锁风喂料器喂入高温窑尾烟室，喂入高温窑尾烟室的电解锰渣中的水分及氨迅速气化上升，进入分解炉内，锰渣中的固体物料随高温生料粉一起进入回转窑内，进入回转窑内的电解锰渣经高温煅烧处理转化为熟料或夹裹于熟料中。
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