CN113368741A - 一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置和制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置和制备方法，涉及水泥添加剂技术领域，将还原剂、乳化剂、分散剂和增稠剂经本发明装置处理后，得到一种亚微米混悬还原剂，性质、状态稳定不沉淀，耐久性、稳定性好，在粉磨工序添加，混合更充分，且与其他粉体类还原剂在粉磨后再加入相比，省时省力，减少工艺步骤。水泥厂使用时，只需投入一台计量管道泵即可，使用单位基本零投入。
Description
技术领域
本发明涉及水泥添加剂技术领域，具体是涉及一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置和制备方法。
背景技术
水溶性六价铬是对人类健康和环境危害较大的重金属，容易通过皮肤或胃肠道被人体吸收。皮肤长期接触铬化物可引起接触性皮炎或湿疹。长期接触铬盐粉尘或铬酸雾还会产生头疼、贫血、肺炎、肾脏损害等全身性影响；目前世界公认某些铬化物可致肺癌，称之为“铬癌”。2015年9月，我国发布了国家强制性标准GB 31893-2015《水泥中水溶性铬（VI）的限量及测定方法》，规定水泥中水溶性六价铬限量为不大于10mg/kg。
水泥中六价铬主要来自于生产原料、混合材、破碎粉磨设备和耐火材料。相关研究表明，铬作为生料配料和混合材对水泥熟料烧成和水泥性能也有一定的影响。适量的铬化合物对熟料烧成有益，铬渣可以起到助熔矿化作用，铬渣中的镁和铬缩短熟料烧成时间，降低单位熟料煤耗和水泥粉磨电耗；另外，原料中的铬由于具有较高的离子电荷，能够降低熟料液相的粘度，改善熟料的易烧性。因此，并不适宜将铬从源头去除，并且从废物利用和降低成本的角度考虑，目前的水泥生产仍然不可避免的使用铬渣作为水泥熟料的配料。因此，对水泥中的水溶性六价铬进行去除和控制势在必行，以提高水泥产品质量安全性，保证满足国家标准限值的要求。
目前，水泥中的六价铬主要采用加入还原剂或者固化剂进行控制，根据前述内容可知，熟料烧制阶段加入并不适宜，而在粉磨之后加入容易导致混合不匀，致使效果不稳定。因此去除六价铬最适宜的还原方法是：在熟料和石膏粉磨时，将还原剂加入到磨机内充分磨细混合均匀，使熟料中的六价铬在粉磨时部分被还原为三价铬。
目前研究较多的还原剂包括七水硫酸亚铁、Sn盐、Mn盐、醛类、高炉矿渣等。但综合考虑氧化剂自身稳定性、还原效果稳定性、掺量大小、是否引起二次污染等因素，目前最适宜的六价铬氧化剂是锑化合物。
锑化合物作为六价铬还原剂，具有适用范围广、去除率高、耐久性、稳定性好、成本合理、绿色环保、无毒无害等优点，但由于锑化合物不溶于水，目前锑化合物类还原剂产品通常为粉体，在粉磨时加入，需要加装计量设备，计量设备由计量称、锥形装载罐、运输皮带、加料器等，使用单位会有较大的的投入，并且占用较大地方。而目前已有的液体还原剂产品通常具有不稳定，容易沉降导致浓度不均等问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点，本发明提出了一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置和制备方法。还原剂产品具有不分层、不沉淀、去除率高、稳定性好等特点，可以广泛用于水泥中水溶性六价铬的去除。
本发明提供一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置，罐体（3）上方设置加料口（2）和调速电机（1），罐体（3）内设置有转子（8）和定子（9），转子（8）与调速电机（1）的电机轴连接，定子（9）设置于罐体（3）内部顶面，罐体（3）下方一侧设置阀门（4），阀门（4）连接输送管（5），输送管（5）连接高压均质机（7）的进料口。
所述的定子（9）的具体结构为，第一固定支架（901）上端连接罐体（3）内部顶面，下端连接第二固定支架（903），第二固定支架（903）下端连接第三固定支架（905）；
所述的第一固定支架（901）和第二固定支架（903）均为L型，第三固定支架（905）为竖直杆状。
所述的第一固定支架（901）固定连接第一剪切筒（902）的上端和下端的环形连接件（908），第二固定支架（903）固定连接第二剪切筒（904）上端和下端的环形连接件（908），第三固定支架（905）固定连接第三剪切筒（906）上端和下端的环形连接件（908）。
所述的每一个剪切筒的上下两端的环形连接件（908）之间设置有20-40个叶片（907），叶片（907）倾斜设计，叶片（907）与筒体外圆面之间的夹角为30-60度。
所述的每一个剪切筒的上下两端的环形连接件（908）之间设置有20-40个叶片（907），叶片（907）倾斜设计，叶片（907）垂直于筒体外圆面，叶片（907）与水平面之间的夹角为60-89度。
一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备方法，采用上述装置，其制备方法为：
S1，准确称取还原剂并加入到罐体（3）内，加水量为总用水量的二分之一，开启调速电机（1）进行高速剪切均质1h，转速2000-2500r/min；
S2，称取乳化剂和分散剂加入到罐体（3）内，加入余下部分水，开启调速电机（1）搅拌至完全溶解，转速1000-1500r/min，再高速剪切均质1h；
S3，开启阀门（4），将液体输送至高压均质机（7），开启高压均质机（7），压力150-180Mpa，进行高压均质乳化，即得水泥中六价铬亚微米混悬还原剂。
一种水泥中水溶性六价铬亚微米混悬还原剂，采用上述制备方法，其组成为：还原剂5～10%、乳化剂3～5%、分散剂1～2% 、增稠剂3～5%；
所述还原剂为三氯化锑、三氧化二锑、五氯化锑中的一种或几种的混合物；所述乳化剂为聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、多元醇脂肪酸酯、聚乙烯醇中的一种或几种的混合物；所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的一种或几种的混合物；所述增稠剂为黄原胶、羧甲基纤维素等。
所述的六价铬亚微米混悬还原剂为白色乳状液体，密度为1-1.2g/cm3，pH为6-8，水泥中添加量为0.1-0.2%，即每吨水泥添加1-2kg六价铬还原剂。
本发明的有益效果在于：上下三层剪切筒设计，可以形成立体的旋流体系，剪切筒中叶片的倾斜设计，可以使顺时针旋流的物料在旋流的过程中，在叶片之间反复碰撞剪切，增强了剪切效果。经过高剪切后的物料再经高压均质后形成亚微米混悬剂，掺入水泥中后可以均匀、稳定的吸附在水泥颗粒的空隙中，充分还原六价铬。
适用范围广，适用于各标号水溶性六价铬超标水泥。去除率高，水溶性六价铬离子最高去除率可达到100%。耐久性、稳定性好，可用于不同工况，添加还原剂水泥中六价铬含量不随水泥的保存时间而变化。成本合理，处理效果有保证，操作使用简便。绿色环保，无毒、无害，非危险化学品，便于储存与运输。
本发明产品作为一种液体还原剂，在粉磨工序加入，基于其极细的微粒和液体的性质，在粉磨过程中混合更充分。且与其他粉体类还原剂在粉磨后再加入相比，省时省力，减少工艺步骤。水泥厂使用时，只需投入一台计量管道泵即可，使用单位基本零投入。
附图说明
图1为本发明水泥中六价铬还原剂制备装置结构示意图；
图2为本发明水泥中六价铬还原剂制备装置转子结构示意图；
图3为本发明图2的俯视图；
图4为实施例2的转子结构示意图；
图5为实施例2的转子的俯视图；
图中：1、调速电机，2、加料口，3、罐体，4、阀门，5、输送管，6、压力表、7、高压均质机，8、转子、9、定子；901、第一固定支架，902、第一剪切筒，903、第二固定支架，904、第二剪切筒，905、第三固定支架，906、第三剪切筒，907，叶片，908、环形连接件。
具体实施方式
实施例1，本发明提供一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置，罐体（3）上方设置加料口（2）和调速电机（1），罐体（3）内设置有转子（8）和定子（9），转子（8）与调速电机（1）的电机轴连接，定子（9）设置于罐体（3）内部顶面，罐体（3）下方一侧设置阀门（4），阀门（4）连接输送管（5），输送管（5）连接高压均质机（7）的进料口。
所述的定子（9）的具体结构为，第一固定支架（901）上端连接罐体（3）内部顶面，下端连接第二固定支架（903），第二固定支架（903）下端连接第三固定支架（905）；
所述的第一固定支架（901）和第二固定支架（903）均为L型，第三固定支架（905）为竖直杆状。
所述的第一固定支架（901）固定连接第一剪切筒（902）的上端和下端的环形连接件（908），第二固定支架（903）固定连接第二剪切筒（904）上端和下端的环形连接件（908），第三固定支架（905）固定连接第三剪切筒（906）上端和下端的环形连接件（908）。
所述的每一个剪切筒的上下两端的环形连接件（908）之间设置有20-40个叶片（907），叶片（907）倾斜设计，叶片（907）与筒体外圆面之间的夹角为30-60度。
实施例2，一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置，罐体（3）上方设置加料口（2）和调速电机（1），罐体（3）内设置有转子（8）和定子（9），转子（8）与调速电机（1）的电机轴连接，定子（9）设置于罐体（3）内部顶面，罐体（3）下方一侧设置阀门（4），阀门（4）连接输送管（5），输送管（5）连接高压均质机（7）的进料口。
所述的定子（9）的具体结构为，第一固定支架（901）上端连接罐体（3）内部顶面，下端连接第二固定支架（903），第二固定支架（903）下端连接第三固定支架（905）；
所述的第一固定支架（901）和第二固定支架（903）均为L型，第三固定支架（905）为竖直杆状。
所述的第一固定支架（901）固定连接第一剪切筒（902）的上端和下端的环形连接件（908），第二固定支架（903）固定连接第二剪切筒（904）上端和下端的环形连接件（908），第三固定支架（905）固定连接第三剪切筒（906）上端和下端的环形连接件（908）。
所述的每一个剪切筒的上下两端的环形连接件（908）之间设置有20-40个叶片（907），叶片（907）倾斜设计，叶片（907）垂直于筒体外圆面，叶片（907）与水平面之间的夹角为60-89度。叶片（907）与水平面之间之间的倾斜设计，可以使顺时针旋流的液体物料自下而上的碰撞叶片（907），具有更好的剪切效果。
实施例3，准确称取三氯化锑3份、三氧化二锑4份、五氯化锑3份，加入实施例1所述装置的罐体内，加入39份水，开启调速电机（1）进行高速剪切均质1h，转速2000r/min；
准确称取聚氧乙烯醚1份、多元醇脂肪酸酯1份、聚乙烯醇3份和三聚磷酸钠1份、焦磷酸钠1份、黄原胶5份，加入到罐体内，加入39份水，开启调速电机（1）搅拌至完全溶解，转速1000r/min，再高速剪切均质1h；
开启阀门（4），将液体输送至高压均质机（7），开启高压均质机（7），压力150-180Mpa，进行高压均质乳化，即得水泥中六价铬亚微米混悬还原剂。
实施例4，准确称取三氯化锑1份、三氧化二锑3份、五氯化锑1份，加入实施例1所述装置的罐体内，加入44份水，开启调速电机（1）进行高速剪切均质1h，转速2200r/min；；
准确称取聚氧乙烯醚1份、多元醇脂肪酸酯1份、聚乙烯醇1份和三聚磷酸钠0.5份、焦磷酸钠0.5份、黄原胶3份，加入到罐体内，加入44份水，开启调速电机（1）搅拌至完全溶解，转速1300r/min，再高速剪切均质1h；
开启阀门（4），将液体输送至高压均质机（7），开启高压均质机（7），压力150-180Mpa，进行高压均质乳化，即得水泥中六价铬亚微米混悬还原剂。
实施例5，准确称取三氧化二锑10份，加入实施例1所述装置的罐体内，加入39份水，开启调速电机（1）进行高速剪切均质1h，转速2500r/min；
准确称取聚乙烯醇5份、三聚磷酸钠2份、黄原胶5份，加入到罐体内，加入39份水，开启调速电机（1）搅拌至完全溶解，转速1500r/min，再高速剪切均质1h；
开启阀门（4），将液体输送至高压均质机（7），开启高压均质机（7），压力150-180Mpa，进行高压均质乳化，即得水泥中六价铬亚微米混悬还原剂。
实施例6，准确称取三氧化二锑7份，加入实施例1所述装置的罐体内，加入42份水，开启调速电机（1）进行高速剪切均质1h，转速2000r/min；
准确称取聚乙烯醇4份、三聚磷酸钠1.5份、黄原胶4份，加入到罐体内，加入42份水，开启调速电机（1）搅拌至完全溶解，转速1200r/min，再高速剪切均质1h；
开启阀门（4），将液体输送至高压均质机（7），开启高压均质机（7），压力150-180Mpa，进行高压均质乳化，即得水泥中六价铬亚微米混悬还原剂。
实施例7，准确称取三氯化锑5份、三氧化二锑5份，加入实施例1所述装置的罐体内，加入39份水，开启调速电机（1）进行高速剪切均质1h，转速2200r/min；
准确称取聚氧丙烯醚2份、聚乙烯醇3份、三聚磷酸钠2份、黄原胶2.5份、羧甲基纤维2.5份，加入到罐体内，加入39份水，开启调速电机（1）搅拌至完全溶解，转速1000r/min，再高速剪切均质1h；
开启阀门（4），将液体输送至高压均质机（7），开启高压均质机（7），压力150-180Mpa，进行高压均质乳化，即得水泥中六价铬亚微米混悬还原剂。
实施例8，准确称取三氯化锑2.5份、三氧化二锑2.5份，加入实施例1所述装置的罐体内，加入44份水，开启调速电机（1）进行高速剪切均质1h，转速2500r/min；
准确称取聚氧丙烯醚1.5份、聚乙烯醇1.5份、三聚磷酸钠1份、羧甲基纤维3份，加入到罐体内，加入44份水，开启调速电机（1）搅拌至完全溶解，转速1500r/min，再高速剪切均质1h；
开启阀门（4），将液体输送至高压均质机（7），开启高压均质机（7），压力150-180Mpa，进行高压均质乳化，即得水泥中六价铬亚微米混悬还原剂。
实施例9，准确称取三氯化锑3份、三氧化二锑4份、五氯化锑3份，加入实施例1所述装置的罐体内，加入39份水，开启调速电机（1）进行高速剪切均质1h，转速2300r/min；
准确称取聚氧丙烯醚1份、多元醇脂肪酸酯1份、聚乙烯醇3份和三聚磷酸钠1份、焦磷酸钠1份、羧甲基纤维5份，加入到罐体内，加入39份水，开启调速电机（1）搅拌至完全溶解，转速1300r/min，再高速剪切均质1h；
开启阀门（4），将液体输送至高压均质机（7），开启高压均质机（7），压力150-180Mpa，进行高压均质乳化，即得水泥中六价铬亚微米混悬还原剂。
将实施例3～9制备的水泥中水溶性六价铬还原剂分别在敦煌某水泥有限责任公司200万吨/年水泥生产线上做评价试验，水泥型号PO 42.5，比表面积368m2/g，台时产量158t/h。
实验方案如下：（1）对比试验分为空白阶段和试验阶段，空白阶段用时5小时，试验阶段每一个实施列用时5小时。产品的添加比例为水泥的0.1％。（2）将水泥中水溶性六价铬还原剂加在正常运行的熟料皮带秤上，随熟料一起入磨，通过计量泵后均匀喷洒于熟料上，与皮带秤同步即开即停。（3）分别采集并记录加入水泥中水溶性六价铬还原剂前后水溶性六价铬的总含量。（4）采集样品封存放置6个月，同样测定记录前后水溶性六价铬的总含量。（5）整个试验阶段保证粉磨系统连续运行且相对稳定，以保证数据的真实性、可靠性与准确性。
实验结果见下表。
表1：空白阶段实验数据
表2：试验阶段实验数据
Claims (10)
1.一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置，其特征在于，罐体（3）上方设置加料口（2）和调速电机（1），罐体（3）内设置有转子（8）和定子（9），转子（8）与调速电机（1）的电机轴连接，定子（9）设置于罐体（3）内部顶面，罐体（3）下方一侧设置阀门（4），阀门（4）连接输送管（5），输送管（5）连接高压均质机（7）的进料口。
2.根据权利要求1所述的一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置，其特征在于，所述的定子（9）的具体结构为，第一固定支架（901）上端连接罐体（3）内部顶面，下端连接第二固定支架（903），第二固定支架（903）下端连接第三固定支架（905）；所述的第一固定支架（901）和第二固定支架（903）均为L型，第三固定支架（905）为竖直杆状。
3.根据权利要求2所述的一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置，其特征在于，所述的第一固定支架（901）固定连接第一剪切筒（902）的上端和下端的环形连接件（908），第二固定支架（903）固定连接第二剪切筒（904）上端和下端的环形连接件（908），第三固定支架（905）固定连接第三剪切筒（906）上端和下端的环形连接件（908）。
4.根据权利要求3所述的一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置，其特征在于，所述的每一个剪切筒的上下两端的环形连接件（908）之间设置有20-40个叶片（907），叶片（907）倾斜设计，叶片（907）与筒体外圆面之间的夹角为30-60度。
5.根据权利要求3所述的一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置，其特征在于，所述的每一个剪切筒的上下两端的环形连接件（908）之间设置有20-40个叶片（907），叶片（907）倾斜设计，叶片（907）垂直于筒体外圆面，叶片（907）与水平面之间的夹角为60-89度。
6.一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的装置，其制备方法为：
S1，准确称取还原剂并加入到罐体（3）内，加水量为总用水量的二分之一，开启调速电机（1）进行高速剪切均质1h，转速2000-2500r/min；
S2，称取乳化剂和分散剂加入到罐体（3）内，加入余下部分水，开启调速电机（1）搅拌至完全溶解，转速1000-1500r/min，再高速剪切均质1h；
S3，开启阀门（4），将液体输送至高压均质机（7），开启高压均质机（7），压力150-180Mpa，进行高压均质乳化，即得水泥中六价铬亚微米混悬还原剂。
7.一种水泥中水溶性六价铬亚微米混悬还原剂，采用权利要求6所述的制备方法，其组成为：还原剂5～10%、乳化剂3～5%、分散剂1～2% 、增稠剂3～5%；所述还原剂为三氯化锑、三氧化二锑、五氯化锑中的一种或几种的混合物。
8.根据权利要求7所述的一种水泥中水溶性六价铬亚微米混悬还原剂，其特征在于，所述乳化剂为聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、多元醇脂肪酸酯、聚乙烯醇中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求8所述的一种水泥中水溶性六价铬亚微米混悬还原剂，其特征在于，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的一种或几种的混合物。
10.根据权利要求9所述的一种水泥中水溶性六价铬亚微米混悬还原剂，其特征在于，所述增稠剂为黄原胶、羧甲基纤维素。
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