CN1370132A - 生产沸石的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

在包含焚烧灰或硅铝酸盐作为原料的组合物中加入来自碱贮槽(3)的碱性水溶液并加热。然后混合所得预混物,用捏和机(4)捏和,制得浆状或泥状形式的捏和物(19)。使捏和物(19)连续移动,并在电磁波照射部(21)中用频率为300MHz至30GHz的电磁波直接照射,从而使其转变成沸石。生成的沸石用洗涤机(7)洗净后,用蒸汽回转干燥机(9)干燥。该方法可在短时间内以小的碱用量、排碱量和能耗生产出人造沸石。

Description

生产沸石的方法与装置
技术领域
本发明涉及以焚烧灰或含硅铝酸盐的组合物为原料生产沸石的方法。
背景技术
以前，采用煤燃烧副生的飞灰和含硅铝酸盐的组合物作人造沸石原料。用热碱溶液使其沸石化的方法和装置，已在日本待审专利出版物平6-321525号公报、日本待审专利出版物平6-321526号公报中公开。
在日本待审专利出版物平10-324518号公报中，还公开了用循环流动床连续生产人造沸石的方法和连续生产人造沸石的装置。
在现有生产人造沸石的方法中，飞灰和含硅铝酸盐的组合物和碱的混合物是用辐射热、传导热来加热的，但提高热能密度很有限，所以有加热时间长的倾向。另外，因为在热碱溶液进行沸石化反应的速度慢，所以生产人造沸石需要的时间很长。也就是说，因是从粒子外部加热，所以热量进入粒子内部以及和碱的扩散都需要很长时间，其结果导致总反应时间变长。
另外，由于热碱反应生成的沸石，往往在粒子表面形成一层壳，使粒子内部反应延迟，阻碍沸石的生成，所以沸石转化率不高。
另外，在以往方法中，不参与反应的氢氧化钠量多，所以碱的回收和再利用既费工又费时，很难生产高性能、低价格的人造沸石。
另外，还有把人造沸石从碱溶液分离、洗涤、干燥的工序。这些分离、干燥工序需要耗费大量能量，所以生产成本高，从节能观点看也有问题。
本发明要解决的课题就是，提供一种与现有技术相比工艺简单、碱耗低、排碱量少、能耗低、耗时少的人造沸石生产方法。
发明公开
为了解决上述课题，本发明的人造沸石生产方法其特点在于：在焚烧灰或含硅铝酸盐的组合物中，添加碱性水溶液制成浆状或泥状物料，在连续输送加温过的捏和物的同时，以频率为300MHz至30GHz的电磁波直接照射上述捏和物，使之沸石化。按此工艺，用反应必须的最小量碱浸透到焚烧灰等粒子的固相内，这些碱受电磁波照射后，在粒子内部发热，瞬时沸石化，所以在降低碱耗和排碱量的同时，在很短时间内就可生产出人造沸石。另外，因为不需要以往的固液分离、精制工艺，所以可以简化工艺。
在此，所谓焚烧灰或含硅铝酸盐的组合物，就是含有天然沸石或用其他生产方法生产的尚未钙十字沸石化的沸石。也就是说，本发明还可用于提高天然沸石的性能。
在电磁波照射下，只是焚烧灰等捏和物发热，周边装置和气氛气体等都几乎不升温，所以热效率高，可降低能耗。另外，捏和物先预热再照射电磁波，可把热转换率提高到70％。在这种情况下，捏和物的预热温度以80～150℃为佳。
按本发明生成的沸石主要成分是钙十字沸石，还可有八面沸石(ホ-ジヤサイト)、沸石A、羟基方钠石或沸石以外的非沸石成分，如未燃烧碳和铁等。
另外，本发明中所谓的焚烧灰，是指含有硅铝酸盐的组合物的焚烧灰，还有煤灰、造纸污泥的焚烧灰，排水处理副生的活性污泥的焚烧灰、城市垃圾焚烧灰、垃圾等固化燃料的焚烧灰等。另外，所谓含硅铝酸盐的组合物，是指含硅酸盐或二氧化硅中的一部分被铝置换后生成的盐的矿物而言，例如正长石、钙长石、方沸石、菱沸石、云母等矿物。
通过把照射用电磁波的频率设为300MHz至30GHz，焚烧灰或含硅铝酸盐的组合物和碱性水溶液的捏和物中所含水分子的偶极矩剧烈振动(数亿～数十亿次/秒)，焚烧灰等粒子内部在高温下发热，瞬时进行热碱反应，所以过去需要数小时至数十小时的沸石化反应可在几分钟内完成。
焚烧灰或含硅铝酸盐的组合物和碱性水溶液的捏和物制成浆状或泥状物料，可提高生产工艺中的操作性、输送性，用电磁波照射发热效率可以很高。另外，由于反应所须碱量可以调到最低限度，故可大大减少废碱排出量。
通过在焚烧灰或含硅铝酸盐的组合物中预先添加成核用粒子，可以促进决定整个沸石化反应速度的沸石成核反应，所以沸石化反应速度增至3～5倍，而且在短时间内生产出人造沸石。作为成核用粒子，宜用沸石粒子、玻璃粉末等。
通过在连续输送焚烧灰或含硅铝酸盐的组合物和碱性水溶液的捏和物的过程中用电磁波进行照射，照射条件的管理、调整变得很容易，整个沸石生产工艺可连续化处理，故可实现工艺的高效化。如焚烧灰等的捏和物上有端面、突起部等存在，则此部分会有电场集中的趋势，可能形成升温不均。为了防止这一点，希望采用圆筒形回转加热装置或能使加热面上下移动的传送带式加热装置。
通过焚烧灰使用煤或垃圾焚烧伴生的飞灰，可实现工业废弃物的有效资源化。另外，所谓煤燃烧伴生的飞灰，是指煤在微粉碳燃烧锅炉中燃烧时由收尘器收集的微细灰粒，含有氧化硅、氧化铝和氧化钙等、强热灼减量5％以下，比重1.9以上，粒径分布为44μm标准筛75％以上通过。垃圾焚烧伴生的飞灰与煤焚烧伴生的飞灰同样具有氧化硅、氧化铝和石灰的组成。
另外，本发明的沸石生产装置，是配置有以下生产手段(means)的装置：在焚烧灰或含硅铝酸盐的组合物中添加碱性水溶液进行混捏(捏和)的混捏手段、对混捏手段成形的捏和物进行升温的加温手段、对升温后的捏和物照射电磁波使之沸石化的电磁波照射手段、洗净由电磁波照射生成的沸石的洗净手段、干燥洗净后沸石的干燥手段。
采用这种装置结构，与以往技术相比，可简化工艺、降低碱耗和排碱量、节能，而且能在短时间内生产出人造沸石。
附图简述
图1是表示沸石生产装置中的工艺流程图，图2是表示图1沸石生产装置中电磁波照射部的侧面图，图3是表示图2中电磁波照射部的电磁波发生器的概略图。
实施发明的最佳形式
以下根据附图说明本发明的实施方式。
如图1所示，用运输车辆运来的飞灰等焚烧灰贮存在原料贮槽1，用输送泵送入预热器2，然后加入从碱贮槽3供给的碱浓度为1～30％(重量)的碱水，加热到80～100℃后，送入混捏机4并在其中混捏。另外预热器2用蒸汽加热，混捏机4用马达18驱动。
混捏机4形成的浆状捏和物19载于输送带20上，送往电磁波照射部21，在输送过程中，用配置于输送带20上方的电磁波照射仪5发射的2450MHz电磁波照射1～15分钟。因此，捏和物19中，沸石化反应急剧进行，生成沸石。另外，电磁波的照射条件可以在频率300MHz～30GMz(波长1cm～1m)、照射时间1～30分钟范围内调整。
电磁波照射过后的捏和物19经固化后，送入洗净器7，在此，洗净附于生成沸石上的碱分后，置于离心分离机8上脱水，继而在蒸汽回转干燥机9上进行蒸汽加热式温和干燥，得到人造沸石。将该人造沸石放入贮槽10，称重至特定重量，包装后作为产品16出厂。
另一方面，从离心分离机8出来的碱水，送入贮槽11，经第一级废水处理装置12及第二级废水处理装置13处理之后，经由监控装置14作为废水15排放。
如图2所示，在电磁波照射部21上，输送带20的始端附近配置有混捏机19的给料调整机22，在输送带20的上方配置有多个电磁波照射仪5。在输送带20的终端附近，配置有养护生成沸石的养护室25，在输送带20内配置有防微波导板(guide)26。
如图3所示，在微波振荡器23附近配置了如下装置：防微波泄漏的隔离器24，把发生的微波传送到微波照射部32用的定向耦合器27，功率监视器28，指示器29，匹配器30和固定分配器31、把微波照射到被加热物上的微波照射部32等。
经过给料调整机22载于输送带20上的捏和物19，用微波发振器23发出的微波进行照射，在输送过程中，其沸石化反应急剧进行，所以，在到达输送带终端的短时间内即可生成沸石。生成的沸石经在沸石固化室25内固化后，如前所述，送到洗净机7进行一定的处理。
这样，将碱性水溶液添加到焚烧灰中进行混捏，使形成的捏和物19升温，然后用电磁波照射使之沸石化，据此，在焚烧灰粒子的固相内，浸透了反应必须的最小量的碱，这些碱通过电磁波照射在粒子内部发热，瞬时发生沸石化反应，故可降低碱耗、排碱量，在短时间内制得人造沸石。还有，因为不需要以往的固液分离和精制工序，所以工艺可大大简化。
另外，由于电磁波照射只使捏和物19发热，周边装置和气氛气体等都几乎不升温，故可提高热效率，降低能耗。此外，捏和物19在预热到80～150℃后，在电磁波照射下，热转换率可提高到70％。
在本实施方式中生成的沸石主要成分是钙十字沸石，还有八面沸石、沸石A、羟基方钠石或沸石以外的非沸石成分，如未燃烧碳和铁等成分。
通过频率为2450MHz电磁波照射，捏和物中所含水分子的偶极矩剧烈振动(数亿～数十亿次/秒)，焚烧灰等粒子内部高温发热，瞬时进行热碱反应，所以过去需要数小时～数十小时的沸石化反应，只要几分钟就可告终。
因为捏和物19是浆状物料，生产工艺中的操作性、输送性良好，用电磁波照射可实现有效的发热。另外，由于反应所须碱量可以调到最低限度，故可大大减少废碱排出量。
另外，本发明并不限于上述实施方式，根据用作原料的焚烧灰等的种类、成分、性质等的不同，添加碱的水分、浓度、添加量可改变，捏和物的水分量、性状或照射电磁波的频率、照射时间等可作适当变化。
实施例1
将煤灰和造纸污泥焚烧灰按1∶2～5的比例混合而成的混合物，使用如图1所示的沸石生产装置，按上述条件进行处理，当上述比例为1∶2～3时，得到Ca型人造沸石转换率为90％左右的产品。另外，通过预先添加10～20％(重量)玻璃粉末于造纸污泥焚烧灰中，由于玻璃粉末可促进沸石核的生成，因此用电磁波照射3～5分钟就可高效地制得Ca型人造沸石。
实施例2
使用如图1所示的沸石生产装置处理城市垃圾的焚烧灰(RDF焚烧灰)，以相当于处理煤灰时电磁波照射时间1/2～1/3的时间，可完成沸石化反应。
实施例3
在处理Si/Al比不同的原料(焚烧灰等)的情况下，通过调整从碱贮槽3添加的碱水的成分-Ca、Na等的比例，或者，通过控制电磁波照射时间，可以控制生成的人造沸石的成分。
其次，本实施方式的人造沸石生产方法和以往用热碱方法生产人造沸石的方法相比，每1吨人造沸石的污浊负荷量，可由原来的100kg减少到5kg，每1吨人造沸石的能耗(换算为重油)，可由原来必须的0.5kl减少到0.05kl。另外，每1吨人造沸石的生产成本可以减低到原来的1/3.5～1/5。
产业上利用的可能性
本发明可用作为以焚烧灰或含硅铝酸盐的组合物(包括天然沸石)为原料高效率生产沸石的技术。

Claims (3)

1.一种沸石生产方法，其特征在于，在焚烧灰或含硅铝酸盐的组合物中添加碱性水溶液，制成浆状或泥状物料，在连续输送加热过的捏和物的过程中，以300MHz至30GHz频率的电磁波直接照射上述捏和物，使之沸石化。
2.根据权利要求1所述的沸石生产方法，其特征在于，上述组合物为天然沸石或尚未钙十字沸石化的沸石。
3.一种生产沸石的装置，其特征在于，它装备有：在焚烧灰或含硅铝酸盐的组合物中添加碱性水溶液进行混捏的混捏手段、对上述混捏装置形成的捏和物进行升温的加热手段、对升温的上述捏和物进行电磁波照射使之沸石化的电磁波照射手段、对上述经电磁波照射生成的沸石进行清洁的清洁装置和对清洁的沸石进行干燥的干燥手段。
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