CN116692902A - 一种使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，属于飞灰处理领域。该方法包括以下步骤：收集加热飞灰所产生的挥发性物质；将挥发性物质通入水中，形成水溶液；向水溶液中加入使氯转移到沉淀物中的沉淀剂；固液分离以收集滤液并干燥，形成盐提取物；将由盐提取物形成的饱和盐水加热，并且同时加入碳酸氢铵溶液进行反应，经反应后去除液体获得的湿盐被干燥。该方法可以充分利用从飞灰中分离出来的盐，提高经济价值。

Description

一种使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法

技术领域

本申请属于飞灰处理技术领域，具体涉及一种使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法。

背景技术

飞灰中具有大量的盐，直接排放不仅污染环境，还造成了浪费。如果能够将飞灰进行充分的利用，可以实现对飞灰的减量处理，同时还具有经济价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，旨在提高飞灰的可利用价值。

本发明是通过如下内容实现的：

一种使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，包括以下步骤：

收集加热飞灰所产生的挥发性物质；

将挥发性物质通入水中，形成水溶液；

向水溶液中加入使氯转移到沉淀物中的沉淀剂；

固液分离以收集滤液并干燥，形成盐提取物；

将由盐提取物形成的饱和盐水加热，并且同时加入碳酸氢铵溶液进行反应，经反应后去除液体获得的湿盐被干燥。

优选地，飞灰经历了粒径均一化处理；

其中粒径均一化处理包括：球磨以及随后的过筛并提取筛下物，并将筛下物进行旋风分离以获得的固体分离物；其中在球磨的过程中混入活性碳。

粒径的均一化处理在一方面可以碎化大颗粒，并且有利于部分杂质或不容易分离的物质从飞灰主体中脱出。此外，在后续进行飞灰成型时，能够使飞灰粒子之间更紧密地堆积，从而减少空隙、裂隙，利于在加热时的离子迁移、接触反应。同时，这还可以有助于对飞灰进行以气体作为驱动力的气动输送。

优选地，旋风分离的方式为：

将筛下物气动地送入旋风分离器中进行旋风分离，其中在分离的过程中，从旋风分离器的内壁形成具有预设厚度的附面气流层。

旋风分离可以提高用于待加热处理的飞灰中的颗粒种类或比重等的均一性，去除部分非目标的处理对象例如气态物，从而也可以实现减量。

此外，由于飞灰的来量大，并且还可能存在波动—部分时间中来量更大、而其他时间可能来量相对较小—因此，通过旋风分离可以使得飞灰的待处理量更稳定，有利于降低处理系统中的设备的压力、提高设备利用率。

附面气流层可以起到隔离的作用，使得在旋转分离器内的飞灰气流不会直接地冲刷和撞击到内壁，从而提高了旋风分离器的使用寿命。同时，相比于对旋风分离器内壁进行增强或者设置实体的阻挡结构，该方式容易进行灵活的根据飞灰来源(来源不同，其组分和物理形状也不同)进行调节。

优选地，附面气流层的预设厚度在旋风分离器的轴向是渐变的，且从旋风分离器的顶部出口向底部出口逐渐增加。

发明人发现，随着旋风分离的进行，在旋风分离器逐渐靠近底部的位置形成的固体分离物的比重也相对地逐渐增加。因此，这些固体分离物也可能具有更强的磨损效应。那么，为了应对这些会产生更强磨损的固体分离物，将附面气流层的厚度相应地增加就可以实现更好的防磨损和防冲撞效果。

优选地，加热飞灰是在封闭的空间中进行的。

在封闭空间中进行加热，因此更容易收集挥发性物质，也可以减少其他存在的杂质气体潜在的污染或不利影响，并且同时也避免所产生的挥发性物质对环境的潜在消极破坏。

优选地，加热的方法包括：向成型的飞灰配置电极并通过该电极通电，使得飞灰产生焦耳热而被加热。

优选地，将加热后的飞灰与陶瓷土混合进行煅烧减量操作。通过减量操作，飞灰量减少，且其中重金属可以进一步去除。

通过电极实施焦耳热的加热方式，可以避免通过热辐射的方式加热的热量利用率低的问题，也提高了加热的准确性。此外，电极形成的电场也利于离子迁移，从而更易于获得更少杂质作为收集目标的挥发性物质。

优选地，飞灰被成型为柱状，并且，轴向上的各处直径是从两端向中部渐变增大的。

优选地，飞灰的成型方式包括：将飞灰与玻璃体粉末混合进行挤压成型。

优选地，在向成型的飞灰通电，使得飞灰产生焦耳热而被加热的过程中，监测飞灰的温度并对应地控制供电。

优选地，根据成型的飞灰的长径比，选择性地进行在长度范围内的局部加热。

有益效果：

现有技术中飞灰的再利用率低，大量有价值的成分没有被充分地利用起来，而是通过简单的填埋方式处理，存在较大的浪费。为了利用飞灰，本发明将从飞灰中分离的盐用来制作纯碱，从而实现飞灰减量处理，并且能够为处理飞灰提供补充的经济价值。

通过加热飞灰收集挥发性物质，再进行处理而制备纯碱开可以获得纯度相对于将飞灰直接水洗制作的纯碱的纯度更高的盐。这样的方法例如可以减少一些并非是钠离子的金属离子，尤其是重金属离子的掺入。此外，该方法还去除了氯，从而使得经过处理后的飞灰更易于应用于水泥固化等领域中，而且因此水泥的寿命不会因为引入的氯而降低寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例中的制作纯碱的工艺流程图；

图2是本发明实施例中旋风分离器中飞灰、附面气流层以及内壁的相对位置的示意图；

图3为本发明实施例中的成型飞灰与电极之间的配置方式示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

为了提高飞灰的利用率，对其进行无害化处理是很有必要的。在一些飞灰处理工艺中会涉及到使用碳酸钠通过形成沉淀的形式去除其中的盐，且主要是通过形成碳酸盐沉淀而去除—如碳酸钠脱钙。因此，当飞灰的量较大时，碱用量会非常大，如果全部使用外购纯碱则使得飞灰无害化的处理成本很高。

一些方案中将部分的碳酸钠用其他盐代替，但是碳酸钠的用量仍然很大。

因此，为了将飞灰予以充分利用，降低外购纯碱的成本，同时对飞灰进行处理，发明人提出了一种使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法。

通过下面内容的展示，本发明的一些优势可以被相当清楚地展示公开。

本发明的方法可以从飞灰中获得相对高纯度的碳酸钠，并且可以用于进行飞灰的脱钙处理、降低飞灰水洗液的硬度。

参阅图1，该方法包括以下步骤：

步骤1、收集加热飞灰所产生的挥发性物质。

为了方便收集挥发性物质，通常可以选择将飞灰在封闭空间中进行加热的方式。例如，在封闭容器中，将容器设计一个排气口。通过将该排气口连接吸气泵设备而将挥发性物质收集。

其中的飞灰可以是自垃圾焚烧厂获得后直接进行处理。或者，先进行预处理。例如，进行粉碎、去除大颗粒物以方便输送。优选地，通过对飞灰进行粒径均一化处理。这将有助于其后续的反应。例如离子在飞灰主体中的迁移，减少飞灰自身的吸附。

粒径均一化处理可以直接地通过过筛而实现。或者，更方便地，其中粒径均一化处理是通过简单地粉碎。

特别地，发明人选择：对飞灰进行球磨，随后过筛并提取筛下物。更好地，在球磨的过程中混入活性碳，通过活性碳研磨可以吸附部分颗粒物，从而使得旋风分离形成的气体分离物的污染物更少。

此外，其还有一个好处是，活性碳还可以在飞灰被加热的过程中形成二氧化碳(进入对挥发性物质中)，从而可以作为形成碳酸盐的碳来源，而被其吸附的物质则可以转移到后续的液体中反应。因此，可以在后续的水洗中(步骤2)沉淀部分的物质，而实现脱钙等作用。

进一步地，将筛下物进行旋风分离以获得的固体分离物。旋风分离可以实现将不同比重的颗粒进行分离，例如一些难溶的金属或固体物质等。根据实际的情况，可以多次、重复地使用旋风分离，这样将有助于获得成分或者比重一致的材料。

其中，为了减少或避免旋风分离设备的损坏，减少磨损，旋风分离的方式例如可以为：将筛下物气体动力地(气动地)送入旋风分离器中进行旋风分离。并且同时，在分离的过程中，从旋风分离器的内壁形成具有预设厚度的附面气流层。旋风分离器的内壁与飞灰和附面气流层的相对位置关系如图2所示。

其中，通过在旋风分离器的内壁形成附面气流层，可以使得飞灰不会直接地磨损内壁，从而减少磨损。而其抗磨损效果，则可以通过调节附面气流层的厚度来调节。例如，厚度越大，则抗磨损效果越好，但是，太厚则可能不利地影响分离效果。

由于随着分离的进行，往旋风分离器的底部，所形成的固体物质可能更易于磨损内壁，因此，可以选择将附面气流层的厚度进行按照不同位置进行不同的控制。例如，附面气流层的预设厚度在旋风分离器的轴向是渐变的，且从旋风分离器的顶部出口向底部出口逐渐增加。

或者，还可以考虑在旋风分离器内配置监视器，以便对内壁的磨损情况进行识别，进而可以根据磨损情况进行灵活的对应设计、调节附面气流层的厚度，从而缓解磨损情况。

其中的加热方式可以是各种电炉等。特别地，发明人选择的加热的方法包括：向飞灰通电，使得飞灰产生焦耳热，从而通过焦耳热使得其被加热。

为了进一步无害、将其后续的飞灰处理难度，可以选择将经过加热后的飞灰与陶瓷土混合，然后进行煅烧减量操作。陶瓷土中的各种组分可以与飞灰中诸如钙质、氧化物、重金属等反应，从而形成诸如陶瓷产物，而飞灰中的部分重金属则可以进入到陶瓷的晶格内被固化和无害化，并且不容易溶出。

更具体而言，电加热的方式例如是，向飞灰配置电极并通过该电极通电，使得飞灰产生焦耳热而被加热。其中的电极可以是棒状电极或者板状电极、片式电极。基于电场作用考虑，优选地使用板式、片式电极。

由于焦耳热与电阻和电流相关。电流在相当大的程度上受到设备的限制。因此，在一定的设备条件下，可以基于飞灰的电阻进行控制或调节。或者在一定的范围内进行选择。

其中，加热过程中，在向飞灰通电，使得飞灰产生焦耳热而被加热的过程中，监测飞灰的温度并对应地控制供电。温度可以影响飞灰中的物质的挥发，离子迁移等作用。例如，部分位置的温度过高，可以考虑减小供电的电流，以便使其在电场方向范围内温度更加趋同。

更好地，当飞灰形状的长度更大，而直径较小；呈细长的结构。即长径比的数值满足一定的预设条件时，可以根据飞灰的长径比，选择性地进行在长度范围内的局部加热。也就是根据需要补充加热，以改善温度均一性。

这是考虑到当飞灰的长度较大时，在其整个长度范围内可能存在较大的温度梯度，因此，可以根据温度进行选择性的补充加热。

而对于一定来源的飞灰，其组成大致是相同或接近的，因此这些飞灰的特性(例如各种组分的分布、组分含量等)也相对地趋同。那么，根据大致的柱状的飞灰的长径比，以及在实际的通电加热过程中，其长度范围内的温度梯度或温度分布，可以确定或大致上建立长径比与其不同长度位置的温度分布情况。

更优选的是，在选择适当的长径比的情况下，根据温度分布进行局部的加热。例如可以考虑使用区域熔炼中的加热方式来实际地进行局部的热操作。作为具体的例子，可以是通过高频线圈或聚焦红外线，实现对选择的局部区域或位置进行加热处理。

接前面的通电通过焦耳热对飞灰实现加热的内容，在通过电极通电时，随着飞灰的熔融，以及在电场的作用，飞灰中的离子可以发生迁移，向正负极迁移，从而在不同的极性的电极和其附近进行富集。进而改变飞灰中的载流子分布、浓度等特性，使得飞灰的电阻特性发生改变，进而可能会影响加热结果。因此，可能需要在加热过程中控制电流。

如前述，加热过程中，离子迁移等影响，可能出现离子分布出现较大程度的偏析、富集，而使得电阻均匀性变换，进而使得在整体上的加热效果出现偏差或显著的差异。

因此，发明人选择对飞灰进行成型，使得其具有特定的形状。考虑到充分反应，可以考虑将该特定的形状设计为细长的结构。即使得在两个电极(阴极和阳极，或称正极和负极)所形成的主要电场方向，该形状具有在该电场方向的尺寸更大，而与该电场方向垂直的方向则具有相对更小的尺寸。因为在加热过程中，飞灰主体中的离子在迁移时，也主要依赖于电场的方向进行移动。成型飞灰与阴极、阳极的配置方式与图3所示。

例如，飞灰还可以被成型为柱状，并且，轴向上的各处直径是从两端向中部渐变增大的。因为，电极基本上大致地位于飞灰的表面两端。并且离子是在表面附近或端部富集，相应地在中部会更少分布。那么，将中部设置的尺寸更大，而迁移过程中可能更便于均衡载流子，使得电阻可以趋同，而在不同位置的加热效果也趋于一致。

其中的成型可以是简单地将飞灰放置到特定形状的容器如坩埚或者耐火容器、陶瓷容器中，再压实。其中的压实操作使得飞灰内部更紧密地接触，避免出现孔洞或断裂、缝隙，更易于物质成分的迁移。同时也能避免局部形成过热。更好地，飞灰的成型方式包括：将飞灰与玻璃体粉末混合进行挤压成型。玻璃体粉末可以作为粘结剂，因而利于成型和结合，且也利于迁移。

步骤2、将挥发性物质通入水中，形成水溶液。

其中的水可以是净化过的水，由于飞灰已经通过了处理，因此，可以减少用水量——相对于未经处理的飞灰来说。其中的通入水的方式，可以是加压通入，以便高溶解效率。此外，通入的水还可以进行温度控制，例如适当地对水进行加热，以到达适当的温度例如50度至60度。

考虑到挥发性物质中可能存在由前面在球磨过程中所使用的活性碳产生的二氧化碳气体，以及后续可能的沉淀反应，因此，形成水溶液后可以进行过滤——主要去除碳酸盐沉淀物；或者通过将上清液与下层的固体沉淀物分离。

步骤3、向水溶液中加入使氯转移到沉淀物中的沉淀剂。

由于氯的存在对飞灰的利用，对环境的危害等均不利，因此，选择使用沉淀剂，将氯从水体中转移到沉淀物中。

其中的沉淀剂及其使用方式，可以是向含氯的水溶液也就是步骤2中的水溶液中加入氧化钙(或者氢氧化钙)和偏铝酸钠，然后经过一段时间的反应，形成钙氯铝化合沉淀物，以达到去除氯离子的目的。

通过钙铝沉淀而去除水中的氯离子的方法具有环保、能耗低，且原料廉价易得等优点，且使用简单。考虑到该方案形成的飞灰中存在碱性强的情况。还可以选择通过电化学法或者离子交换法进行处理。

此外，还可以通过使用亚铜离子与氯离子反应形成难溶的氯化亚铜，从而将其脱除。或者，通过向含氯的水溶液中加入硫酸，通过加热使氯化氢以气态的方式从飞灰中脱出。

其中的加热可以是使溶液处于恒沸的状态下添加硫酸。为了避免腐蚀性的盐酸气体的危害，可以同时使用液体吸收的方式将氯化氢进行回收，以便后续进行再利用。

步骤4、固液分离以收集滤液并干燥，形成盐提取物。

固液分离可以是各种适当选择的过滤方案。

一些选择是：通过重力作用下不同比重物质的自然沉降。也就是说，采用重力沉降。其中由于重力沉降的效率相对更低，因此，它不适用于飞灰来量大、处理任务重的情况，因而在这种情况优先使用其他方式的固液分离操作方式。

或者，还可以选择使用离心沉降。例如，可以使用各种离心设备。一种具体的实例是，使用卧式板框过滤器等。

步骤5、将由盐提取物形成的饱和盐水加热，并且同时加入碳酸氢铵溶液进行反应，经反应后去除液体获得的湿盐被干燥。

该方法包括以下步骤：

将饱和盐水和碳酸氢铵溶液在加热的状态下混合，经反应后去除液体获得的湿盐被干燥。

其中，饱和盐水例如是盐提取物的饱和盐水(盐提取物主要是钠盐和钾盐；根据飞灰得成分而有所不同)。示例中，饱和盐水可以通过如下方法获得：将水加热至室温以上，再向水中加入水溶性钠盐直至溶液中析出固体，然后冷却至室温，获得无固体的溶液。其中的获得无固体的溶液的方法是：过滤并收集滤液。

例如制备饱和钠盐水300ml：

量取400毫升蒸馏水加热至55度，向水中边搅拌边加入盐提取物直到不溶解(有固体颗粒析出)为止，再将溶液冷却至室温，过滤掉析出的固体颗粒，得到饱和盐溶液/或称饱和盐水。

将饱和盐水和碳酸氢铵溶液在加热的状态下混合例如是，将两者各自加热后混合，或者加热其中的一者而将另一者混入其中。例如，向处于加热过程的饱和盐水中，加入碳酸氢铵溶液。

优选地，混合过程中进行搅拌。

较佳地，向饱和盐水中加入碳酸氢铵溶液的过程中，搅拌饱和盐水。

饱和盐水和碳酸氢铵溶液能够进行反应，形成在溶液中的碳酸盐。然后将其静置后，通过过滤可以获得湿润的湿盐。干燥湿盐就可以获得纯碱。为了更大量地获得纯碱，可以灼烧湿盐，使得形成在溶液中的碳酸氢盐分解以形成纯碱。因此，灼烧的温度可以被设计为足以使碳酸氢钠分解形成纯碱。

验证自制碳酸钠降低飞灰水洗液硬度的可行性。

1、取100g飞灰按照1:3的水灰比，配制飞灰水洗料液，检测硬度值，记录。

2、量取2份20ml水洗料液置于玻璃烧杯中，待用。

3、分别称取2g现场用碳酸钠、飞灰制碳酸钠于玻璃烧杯中，加入8ml水搅拌溶解，待用。

4、将两种含碳酸钠的溶液分别加入到两个20ml料液中，对溶液进行抽滤，检测硬度值，记录。

如表1所示

由此可知在水洗料液中加入自制碳酸钠，可以降低飞灰水洗液的硬度，且效果明显，与加入现场所用碳酸钠(外购纯碳酸钠)效果相差不大。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，其特征在于，包括以下步骤：

收集加热飞灰所产生的挥发性物质；

将挥发性物质通入水中，形成水溶液；

向水溶液中加入使氯转移到沉淀物中的沉淀剂；

固液分离以收集滤液并干燥，形成盐提取物；

将由盐提取物形成的饱和盐水加热，并且同时加入碳酸氢铵溶液进行反应，经反应后去除液体获得的湿盐被干燥。

2.根据权利要求1所述的使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，其特征在于，所述飞灰经历了粒径均一化处理；

其中所述粒径均一化处理包括：球磨以及随后的过筛并提取筛下物，并将筛下物进行旋风分离以获得固体分离物；在球磨的过程中混入活性碳。

3.根据权利要求2所述的使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，其特征在于，旋风分离的方式为：

将筛下物气动地送入旋风分离器中进行旋风分离，其中在分离的过程中，从旋风分离器的内壁形成具有预设厚度的附面气流层。

4.根据权利要求3所述的使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，其特征在于，附面气流层的预设厚度在旋风分离器的轴向是渐变的，且从旋风分离器的顶部出口向底部出口逐渐增加。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，其特征在于，加热飞灰是在封闭的空间中进行的。

6.根据权利要求5所述的使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，其特征在于，加热的方法包括：向成型的飞灰配置电极并通过该电极通电，使得飞灰产生焦耳热而被加热；

和/或，将加热后的飞灰与陶瓷土混合进行煅烧减量操作。

7.根据权利要求6所述的使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，其特征在于，飞灰被成型为柱状，且轴向上的各处直径是从两端向中部渐变增大的。

8.根据权利要求7所述的使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，其特征在于，飞灰的成型方式包括：将飞灰与玻璃体粉末混合进行挤压成型。

9.根据权利要求6所述的使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，其特征在于，在向成型的飞灰通电，使得飞灰产生焦耳热而被加热的过程中，监测飞灰的温度并对应地控制供电。

10.根据权利要求9所述的使用从飞灰中分离的盐制作纯碱的方法，其特征在于，根据成型的飞灰的长径比，选择性地进行在长度范围内的局部加热。