CN206721040U - 一种由红土镍矿渣制备矿物纤维的系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种由红土镍矿渣制备矿物纤维的系统。该系统包括：酸浸设备、过滤设备、烘干设备、混合设备、蓄热式熔化炉、中间罐、制丝设备、冷却设备、除尘设备。过滤设备分别与酸浸设备和烘干设备相连，混合设备分别与烘干设备和蓄热式熔化炉相连，中间罐分别与蓄热式熔化炉和制丝设备相连，冷却设备分别与制丝设备和除尘设备相连，除尘设备还与蓄热式熔化炉相连。本实用新型回收了纤维尘、渣球和纤维束，提高了能源利用率，又解决了环境污染问题，而且矿物纤维板质量好，是一种优良的建筑材料。

Description

一种由红土镍矿渣制备矿物纤维的系统
技术领域
本实用新型属于废弃物资源领域，具体地，涉及一种由红土镍矿渣制备矿物纤维的系统。
背景技术
矿物纤维是一种无机纤维，具有保温、隔热、阻燃等特点，是一种优良的建筑材料。天然的矿物纤维储量极少，目前绝大多数的矿物纤维是采用不同的天然矿物通过配比调整化学成分生产的。开采天然矿物需要付出开采成本和环境破坏等代价。
红土镍矿渣是当下一种大宗的废弃物资源，目前由于技术所限，绝大部分的红土镍矿渣堆弃在尾渣坝内而未得到利用。
红土镍矿的主要成分为MgO、SiO2、CaO和Al2O3，红土镍矿渣为红土镍矿提取Fe、Ni、Co后得到的废渣，其MgO含量较高。矿物纤维生产中要求酸度系数(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)＝1.3-1.5，同时保证酸度系数(SiO2+Al2O3)/MgO≥1.5。红土镍矿渣的化学成分中MgO含量过高，需要进行除镁操作，除去MgO后的红土镍矿渣才可以用来来代替天然矿物生产矿物纤维。
纤维尘、渣球和纤维束是在制备矿物纤维过程中产生的废渣，现有工艺并未考虑回收纤维尘、渣球和纤维束的问题，不仅造成了浪费，还对环境造成了污染。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型首先提供了一种由红土镍矿渣制备矿物纤维的系统，包括：
酸浸设备，具有红土镍矿渣入口、酸入口和除镁矿渣出口；
过滤设备，具有除镁矿渣入口和过滤矿渣出口，所述除镁矿渣入口与所述酸浸设备的除镁矿渣出口相连；
烘干设备，具有过滤矿渣入口和烘干矿渣出口，所述过滤矿渣入口与所述过滤设备的过滤矿渣出口相连；
混合设备，具有烘干矿渣入口、添加剂入口和混合料出口，所述烘干矿渣入口与所述烘干设备的烘干矿渣出口相连，
蓄热式熔化炉，包括熔化炉和蓄热炉，所述熔化炉具有混合料入口、渣料入口、高温液态渣出口和高温烟气出口，所述蓄热炉具有燃料入口和助燃风入口，所述混合料入口与所述混合设备的混合料出口相连；
中间罐，具有高温液态渣入口和调温液态渣出口，所述高温液态渣入口与所述蓄热式熔化炉的高温液态渣出口相连；
制丝设备，具有调温液态渣入口和高温矿物纤维出口，所述调温液态渣入口与所述中间罐的调温液态渣出口相连；
冷却设备，具有高温矿物纤维入口、压缩空气入口、低温矿物纤维出口和含尘气体出口，所述高温矿物纤维入口与所述制丝设备的高温矿物纤维出口相连；
除尘设备，具有含尘气体入口、净化气出口和纤维尘出口，所述含尘气体入口与所述冷却设备的含尘气体出口相连，所述纤维尘出口与所述蓄热式熔化炉的渣料入口相连。
进一步地，所述系统还包括除渣设备，所述除渣设备具有低温矿物纤维入口、除渣矿物纤维出口和渣料出口，所述低温矿物纤维入口与所述冷却设备的低温矿物纤维出口相连，所述渣料出口与所述蓄热式熔化炉的渣料入口相连。
进一步地，所述制丝设备还具有压缩空气入口和吹喷气体出口，所述吹喷气体出口与所述除尘设备的含尘气体入口相连。
进一步地，所述蓄热式熔化炉的蓄热炉还具有高温烟气入口和低温烟气出口，所述高温烟气入口与所述熔化炉的高温烟气出口相连。
进一步地，所述系统还包括细磨机，所述细磨机具有进料口和出料口，所述出料口与所述酸浸设备的红土镍矿渣入口相连。
本实用新型回收了纤维尘、渣球和纤维束，提高了能源利用率，又解决了环境污染问题。
本实用新型使用的红土镍矿渣成本低廉，而且蓄热式熔化炉燃料消耗少、节约能源，因此本实用新型制得的矿物纤维的生产成本低。
本实用新型制得的矿物纤维质量好，是一种优良的建筑材料。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的一种由红土镍矿渣制备矿物纤维的系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。
需要说明的是，本实用新型涉及的所有百分数均为质量百分数。
本实用新型提供的由红土镍矿渣制备矿物纤维的系统包括：
酸浸设备，具有红土镍矿渣入口、酸入口和除镁矿渣出口；
过滤设备，具有除镁矿渣入口和过滤矿渣出口，除镁矿渣入口与酸浸设备的除镁矿渣出口相连；
烘干设备，具有过滤矿渣入口和烘干矿渣出口，过滤矿渣入口与过滤设备的过滤矿渣出口相连；
混合设备，具有烘干矿渣入口、添加剂入口和混合料出口，烘干矿渣入口与烘干设备的烘干矿渣出口相连；
蓄热式熔化炉，包括熔化炉和蓄热炉，熔化炉具有混合料入口、渣料入口、高温液态渣出口和高温烟气出口，蓄热炉具有燃料入口和助燃风入口，混合料入口与混合设备的混合料出口相连；
中间罐，具有高温液态渣入口和调温液态渣出口，高温液态渣入口与蓄热式熔化炉的高温液态渣出口相连；
制丝设备，具有调温液态渣入口和高温矿物纤维出口，调温液态渣入口与中间罐的调温液态渣出口相连；
冷却设备，具有高温矿物纤维入口、压缩空气入口、低温矿物纤维出口和含尘气体出口，高温矿物纤维入口与制丝设备的高温矿物纤维出口相连；
除尘设备，具有含尘气体入口、净化气出口和纤维尘出口，含尘气体入口与冷却设备的含尘气体出口相连，纤维尘出口与蓄热式熔化炉的渣料入口相连。
本实用新型回收了纤维尘，提高了能源利用率，又解决了环境污染问题。
本实用新型将红土镍矿渣脱镁后，采用蓄热式熔化炉进行熔融，蓄热式熔化炉采用燃气加热。红土镍矿渣中含有金属氧化物，若采用电炉熔化，由于电炉中的石墨电极的作用，电炉内的气氛是还原性气氛，会造成红土镍矿渣中的金属氧化物被还原为单质金属，致使难以获得矿物纤维或获得的矿物纤维过短。而蓄热式熔化炉的内部气氛为氧化性气氛，不会导致金属氧化物被还原。此外，电炉熔化时会预先形成金属熔池，靠石墨电极与金属熔池间起弧发热，金属熔池的存在会导致在制丝过程中形成金属夹杂，影响矿物纤维的生成，而燃气炉则不会产生这些问题。
本实用新型使用红土镍矿渣内MgO含量过高，需要进行酸浸除镁操作后才能制备矿物纤维。
混合料在蓄热式熔化炉内熔融后还需保温一段时间，使得熔融后的液体渣内部均一。
在本实用新型优选的实施例中，上述系统还可包括除渣设备，除渣设备具有低温矿物纤维入口、除渣矿物纤维出口和渣料出口，低温矿物纤维入口与冷却设备的低温矿物纤维出口相连，渣料出口与蓄热式熔化炉的渣料入口相连。
除渣设备排出的渣球和纤维束被送回蓄热式熔化炉中，与红土镍矿渣和添加剂一起制备液态渣，提高了能源利用率，又解决了环境污染问题。
在本实用新型优选的实施例中，制丝设备还具有压缩空气入口和吹喷气体出口，吹喷气体出口与除尘设备的含尘气体入口相连。
吹喷气体里也含有纤维尘，将其送入除尘设备中回收纤维尘后再排出，能提高能源利用率，减少环境污染。
在本实用新型优选的实施例中，蓄热式熔化炉的蓄热炉还具有高温烟气入口和低温烟气出口，高温烟气入口与熔化炉的高温烟气出口相连。
将熔化炉排出的高温烟气作为蓄热炉的热源，回收高温烟气的热量，能减小系统的能耗，降低矿物纤维的生产成本。
在本实用新型优选的实施例中，上述系统还包括细磨机。细磨机具有进料口和出料口，出料口与酸浸设备的红土镍矿渣入口相连。细磨机用于将红土镍矿渣磨成粉料。
红土镍矿渣粉料可以直接购买，也可以自行制备，降低矿物纤维的生产成本。
本实用新型使用的红土镍矿渣来源广泛、成本低廉，而且蓄热式熔化炉燃料消耗少、节约能源，因此本实用新型制得的矿物纤维的生产成本低。
本实用新型制得的矿物纤维的质量好。
下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述实用新型内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。
实施例1
本实施例采用图1所示的系统生产矿物纤维板，具体流程如下：
准备3000kgRKEF红土镍矿渣、300kg粉煤灰和600kg生石灰。
所用红土镍矿渣化学成分如表1所示：
表1 RKEF红土镍矿渣主要化学成分
成分 FeO SiO2 MgO CaO Al2O3
含量 11.51 48.42 20.17 12.05 9.52
在细磨机1中将红土镍矿渣中细磨至粒径≤60μm。粉料在酸浸设备2中经过酸浸后得到脱镁矿渣，其化学成分如表2所示：
表2脱镁RKEF红土镍矿渣主要化学成分
成分 FeO SiO2 MgO CaO Al2O3
含量 6.41 63.22 3.59 6.22 15.52
所用酸为10％的稀盐酸，用量为20吨。采用常压酸浸的方法，酸浸时间为10h，酸浸温度为50℃。
将脱镁后的RKEF红土镍矿渣依次送入过滤设备3和烘干设备4中，经过过滤和烘干后获得烘干矿渣。烘干温度为120℃，时间为12h。
将烘干矿渣送入混合设备5与粉煤灰和生石灰混合均匀，获得混合料。
将混合料送入蓄热式熔化炉6内，在1500℃的温度下熔融，然后保温40min，得到内部成分均一的液态渣。蓄热式熔化炉6包括熔化炉601和蓄热炉602。熔化炉601会排出热烟气，将热烟气送入蓄热炉602中预热燃料和助燃风。
将液态渣引流至中间罐7，在中间罐中降温至1200℃。
将调温后的液态渣送入制丝设备8，通过喷吹制丝工艺将液态渣吹成矿物纤维。采用压缩空气喷吹。
将制丝设备8排出的高温矿物纤维送入集棉箱9中，并往集棉箱9中通入压缩空气冷却矿物纤维。
将制丝设备8排出的吹喷气体和集棉箱9排出的含尘气体送入除尘设备10除尘，获得净化气和纤维尘。
将纤维尘送入蓄热式熔化炉6，与混合料一起制备液态渣。
将集棉箱9排出的低温矿物纤维送入除渣设备11中除渣，获得除渣矿物纤维(即成品)、渣球和纤维束。
将渣球和纤维束送入蓄热式熔化炉6，与混合料一起制备液态渣。
本实施中的液态渣中的SiO2的含量为10wt％，CaO的含量为4wt％，Al2O3的含量为60wt％，MgO的含量为10wt％，Na2O和K2O等碱金属氧化物的总量为8wt％。
本实施例制得的矿物纤维的平均长度为1-200mm，纤维平均直径为4.4μm，纤维板密度为156kg/m3，渣球含量小于2.8％，抗拉强度为15KPa，压缩强度为70KPa，防火等级为A级。
实施例2
本实施例采用图1所示的系统生产矿物纤维板，具体工艺流程如下：
准备3000kgRKEF红土镍矿渣、400kg粉煤灰。
所用RKEF红土镍矿渣化学成分如表3所示：
表3 RKEF红土镍矿渣主要化学成分
成分 FeO SiO2 MgO CaO Al2O3
含量 6.16 37.74 17.65 14.65 14.05
在细磨机1中将红土镍矿渣中细磨至粒径≤60μm。粉料在酸浸设备2中经过酸浸后得到脱镁矿渣，其化学成分如表4所示：
表4脱镁RKEF红土镍矿渣主要化学成分
成分 FeO SiO2 MgO CaO Al2O3
含量 5.21 61.22 4.59 6.22 22.52
所用酸为40％的稀硫酸，用量为15吨。采用常压酸浸的方法，酸浸时间为5h，酸浸温度为40℃。
将脱镁后的RKEF红土镍矿渣依次送入过滤设备3和烘干设备4中，经过过滤和烘干后获得烘干矿渣。烘干温度为105℃，时间为24h。
将烘干矿渣送入混合设备5与粉煤灰混合均匀，获得混合料。
将混合料送入蓄热式熔化炉6内，在1800℃的温度下熔融，然后保温20min，得到内部成分均一的液态渣。蓄热式熔化炉6包括熔化炉601和蓄热炉602。熔化炉601会排出热烟气，将热烟气送入蓄热炉602中预热燃料和助燃风。
将液态渣引流至中间罐7，在中间罐中降温至1500℃。
将调温后的液态渣送入制丝设备8，通过喷吹制丝工艺将液态渣吹成矿物纤维。采用压缩空气喷吹。
将制丝设备8排出的高温矿物纤维送入集棉箱9中，并往集棉箱9中通入压缩空气冷却矿物纤维。
将制丝设备8排出的吹喷气体和集棉箱9排出的含尘气体送入除尘设备10除尘，获得净化气和纤维尘。
将纤维尘送入蓄热式熔化炉6，与混合料一起制备液态渣。
将集棉箱9排出的低温矿物纤维送入除渣设备11中除渣，获得除渣矿物纤维(即成品)、渣球和纤维束。
将渣球和纤维束送入蓄热式熔化炉6，与混合料一起制备液态渣。
本实施中的液态渣中的SiO2的含量为70wt％，CaO的含量为1wt％，Al2O3的含量为10wt％，MgO的含量为10wt％，Na2O和K2O等碱金属氧化物的总量为6wt％。
本实施例制得的矿物纤维的平均长度为1-500mm，纤维平均直径为4.2μm，纤维板密度为145kg/m3，渣球含量小于2.6％，抗拉强度为13KPa，压缩强度为72KPa，防火等级为A级。
实施例3
本实施例采用图1所示的系统生产矿物纤维板，具体工艺流程如下：
准备3000kg小高炉红土镍矿渣、200kg生石灰。
所用小高炉红土镍矿渣化学成分如表5所示：
表5小高炉红土镍矿渣主要化学成分
成分 FeO SiO2 MgO CaO Al2O3
含量 10.66 42.64 18.49 12.47 8.62
在细磨机1中将小高炉红土镍矿渣中细磨至粒径≤60μm。粉料在酸浸设备2中经过酸浸后得到脱镁矿渣，其化学成分如表6所示：
表6脱镁小高炉红土镍矿渣主要化学成分
成分 FeO SiO2 MgO CaO Al2O3
含量 4.13 63.75 3.86 5.48 14.64
所用酸为50％稀硫酸，用量为10吨。采用常压酸浸的方法，酸浸时间为5h，酸浸温度为50℃。
将脱镁后的小高炉红土镍矿渣依次送入过滤设备3和烘干设备4中，经过过滤和烘干后获得烘干矿渣。烘干温度为110℃，时间为20h。
将烘干矿渣送入混合设备5与生石灰混合均匀，获得混合料。
将混合料送入蓄热式熔化炉6内，在1600℃的温度下熔融，然后保温30min，得到内部成分均一的液态渣。蓄热式熔化炉6包括熔化炉601和蓄热炉602。熔化炉601会排出热烟气，将热烟气送入蓄热炉602中预热燃料和助燃风。
将液态渣引流至中间罐7，在中间罐中降温至1250℃。
将调温后的液态渣送入制丝设备8，通过喷吹制丝工艺将液态渣吹成矿物纤维。采用压缩空气喷吹。
将制丝设备8排出的高温矿物纤维送入集棉箱9中，并往集棉箱9中通入压缩空气冷却矿物纤维。
将制丝设备8排出的吹喷气体和集棉箱9排出的含尘气体送入除尘设备10除尘，获得净化气和纤维尘。
将纤维尘送入蓄热式熔化炉6，与混合料一起制备液态渣。
将集棉箱9排出的低温矿物纤维送入除渣设备11中除渣，获得除渣矿物纤维(即成品)、渣球和纤维束。
将渣球和纤维束送入蓄热式熔化炉6，与混合料一起制备液态渣。
本实施中的液态渣中的SiO2的含量为10wt％，CaO的含量为50wt％，Al2O3的含量为10wt％，MgO的含量为10wt％，Na2O和K2O等碱金属氧化物的总量为5wt％。
本实施例制得的矿物纤维的平均长度为20-400mm，纤维平均直径为4.8μm，纤维板密度为182kg/m3，渣球含量小于1.9％，抗拉强度为16.5KPa，压缩强度为81KPa，防火等级为A级。
实施例4
本实施例采用图1所示的系统生产矿物纤维板，具体工艺流程如下：
准备3000kg小高炉红土镍矿渣、200kg粉煤灰和150kg生石灰。
所用小高炉红土镍矿渣化学成分如表7所示：
表7小高炉红土镍矿渣主要化学成分
成分 FeO SiO2 MgO CaO Al2O3
含量 12.66 46.52 17.64 11.84 10.23
在细磨机1中将小高炉红土镍矿渣中细磨至粒径≤60μm。粉料在酸浸设备2中经过酸浸后得到脱镁矿渣，其化学成分如表8所示：
表8脱镁小高炉红土镍矿渣主要化学成分
成分 FeO SiO2 MgO CaO Al2O3
含量 5.87 65.48 4.31 6.14 13.73
所用酸为15％稀盐酸，用量为20吨。采用常压酸浸的方法，酸浸时间为3h，酸浸温度为60℃。
将脱镁后的小高炉红土镍矿渣依次送入过滤设备3和烘干设备4中，经过过滤和烘干后获得烘干矿渣。烘干温度为120℃，时间为12h。
将烘干矿渣送入混合设备5与粉煤灰和生石灰混合均匀，获得混合料。
将混合料送入蓄热式熔化炉6内，在1400℃的温度下熔融，然后保温25min，得到内部成分均一的液态渣。蓄热式熔化炉6包括熔化炉601和蓄热炉602。熔化炉601会排出热烟气，将热烟气送入蓄热炉602中预热燃料和助燃风。
将液态渣引流至中间罐7，在中间罐中降温至1350℃。
将调温后的液态渣送入制丝设备8，通过喷吹制丝工艺将液态渣吹成矿物纤维。采用压缩空气喷吹。
将制丝设备8排出的高温矿物纤维送入集棉箱9中，并往集棉箱9中通入压缩空气冷却矿物纤维。
将制丝设备8排出的吹喷气体和集棉箱9排出的含尘气体送入除尘设备10除尘，获得净化气和纤维尘。
将纤维尘送入蓄热式熔化炉6，与混合料一起制备液态渣。
将集棉箱9排出的低温矿物纤维送入除渣设备11中除渣，获得除渣矿物纤维(即成品)、渣球和纤维束。
将渣球和纤维束送入蓄热式熔化炉6，与混合料一起制备液态渣。
本实施中的液态渣中的SiO2的含量为17wt％，CaO的含量为5wt％，Al2O3的含量为10wt％，MgO的含量为50wt％，Na2O和K2O等碱金属氧化物的总量为7wt％。
本实施例制得的矿物纤维的平均长度为14-400mm，纤维平均直径为4.5μm，纤维板密度为178kg/m3，渣球含量小于2.1％，抗拉强度为16KPa，压缩强度为77KPa，防火等级为A级。
从上述实施例可知，本实用新型制得的矿物纤维板质量好，是一种优良的建筑材料。
本实用新型回收了纤维尘、渣球和纤维束，提高了能源利用率，又解决了环境污染问题。
本实用新型使用的红土镍矿渣成本低廉，而且蓄热式熔化炉燃料消耗少、节约能源，因此本实用新型制得的矿物纤维的生产成本低。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种由红土镍矿渣制备矿物纤维的系统，其特征在于，所述系统包括：
酸浸设备，具有红土镍矿渣入口、酸入口和除镁矿渣出口；
过滤设备，具有除镁矿渣入口和过滤矿渣出口，所述除镁矿渣入口与所述酸浸设备的除镁矿渣出口相连；
烘干设备，具有过滤矿渣入口和烘干矿渣出口，所述过滤矿渣入口与所述过滤设备的过滤矿渣出口相连；
混合设备，具有烘干矿渣入口、添加剂入口和混合料出口，所述烘干矿渣入口与所述烘干设备的烘干矿渣出口相连，
蓄热式熔化炉，包括熔化炉和蓄热炉，所述熔化炉具有混合料入口、渣料入口、高温液态渣出口和高温烟气出口，所述蓄热炉具有燃料入口和助燃风入口，所述混合料入口与所述混合设备的混合料出口相连；
中间罐，具有高温液态渣入口和调温液态渣出口，所述高温液态渣入口与所述蓄热式熔化炉的高温液态渣出口相连；
制丝设备，具有调温液态渣入口和高温矿物纤维出口，所述调温液态渣入口与所述中间罐的调温液态渣出口相连；
冷却设备，具有高温矿物纤维入口、压缩空气入口、低温矿物纤维出口和含尘气体出口，所述高温矿物纤维入口与所述制丝设备的高温矿物纤维出口相连；
除尘设备，具有含尘气体入口、净化气出口和纤维尘出口，所述含尘气体入口与所述冷却设备的含尘气体出口相连，所述纤维尘出口与所述蓄热式熔化炉的渣料入口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括除渣设备，所述除渣设备具有低温矿物纤维入口、除渣矿物纤维出口和渣料出口，所述低温矿物纤维入口与所述冷却设备的低温矿物纤维出口相连，所述渣料出口与所述蓄热式熔化炉的渣料入口相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制丝设备还具有压缩空气入口和吹喷气体出口，所述吹喷气体出口与所述除尘设备的含尘气体入口相连。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓄热式熔化炉的蓄热炉还具有高温烟气入口和低温烟气出口，所述高温烟气入口与所述熔化炉的高温烟气出口相连。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括细磨机，所述细磨机具有进料口和出料口，所述出料口与所述酸浸设备的红土镍矿渣入口相连。
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