TWI622652B - 一種轉爐石廢料的處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種轉爐石廢料的處理方法，主要係在解決的技術問題在於克服轉爐石廢料的強鹼性極強，如果直接排放會造成環境污染的缺陷，而提供了一種轉爐石廢料的處理方法，並藉本發明所提供的處理方法避免了二次污染的產生，而且可以變廢為寶，經濟效益十分顯著。

Description

一種轉爐石廢料的處理方法
本發明係有關一種轉爐石廢料的處理方法。
各種煉鋼爐、高爐與焚化爐經過長時間焚燒後產生的爐石爐渣，其中有幾項可能的污染：A.焚燒過程加入石灰、瑩石、石英石等，致爐石、爐渣中含高比率強鹼性物質，如氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀等。B.焚燒過程產生重金屬污染。C.產生戴奧辛污染。
由於轉爐石廢料中含有大量強鹼性物質，pH值很大，如果直接排放，將會直接造成環境污染，該現狀極待解決。
＜所欲解決之技術問題＞ 本發明人有鑑於上述習知之實用困難及有待改善之缺失，盼能提供一突破性之設計，以增進實用效果，乃潛心研思、設計組製，綜集其多年從事相關產品設計產銷之專業技術知識與實務經驗及研思設計所得之成果，終研究出本發明一種轉爐石廢料的處理方法，以提供使用者。
＜解決問題之技術手段＞ 本發明是採用如下技術方案來解決上述技術問題的：
本發明提供了一種轉爐石廢料的處理方法，其包括如下步驟：將轉爐石廢料與活性水溶液A或活性水溶液B混合均勻，在密封條件下反應0.2-5小時，固液分離，即可，其中，所述的活性水溶液A的pH值為1-2，其由鹽酸水溶液經電催化水設備製得，所述的活性水溶液B的pH值為5-7，其由碳酸水溶液經電催化水設備製得，所述的轉爐石廢料與活性水溶液A或活性水溶液B的質量之比為1：（0.5-10）。
本發明中，所述的轉爐石廢料具有本領域常規含義，其成分分析數據和虛比重、pH值如表1所示： 【表1】轉爐石的成分表 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 成分分析 （wt %） </td><td> 項目 </td><td> 結果 </td></tr><tr><td> SiO<sub>2</sub></td><td> 11.45 </td></tr><tr><td> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub></td><td> 4.48 </td></tr><tr><td> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub></td><td> 21.60 </td></tr><tr><td> CaO </td><td> 39.37 </td></tr><tr><td> MgO </td><td> 6.39 </td></tr><tr><td> TiO<sub>2</sub></td><td> 0.49 </td></tr><tr><td> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub></td><td> 1.97 </td></tr><tr><td> MnO </td><td> 4.01 </td></tr><tr><td> LOI（氧指數） </td><td> 3.94 </td></tr><tr><td> 總計 </td><td> 93.70 </td></tr><tr><td> 虛比重 </td><td> 3.2 </td></tr><tr><td> pH </td><td> 12 </td></tr></TBODY></TABLE>
本發明中，所述的轉爐石廢料與活性水溶液A或活性水溶液B的質量之比較佳地為l：（2-5）。
以下，對活性水溶液A作進一步介紹：
本發明中，所述的活性水溶液A的pH值較佳地為1.5，其中，所述的鹽酸水溶液由鹽酸溶液經稀釋製得，所述的鹽酸水溶液的濃度較佳地為0.1%-5%，更佳地為0.3%，所述百分比為質量百分比，所述的鹽酸水溶液的pH值較佳地為4-7，其中，所述的鹽酸水溶液在所述電催化水設備中的循環時間較佳地為3-30分鐘，更佳地為20分鐘。
其中，在製備所述活性水溶液A時，所述電催化水設備內發生如下電化學反應： 【化1】 2HCl+H 2O→4H ++Cl -+ClO -+2e ；
其原理在於：低濃度鹽酸水溶液在電催化水設備下，發生以上電化學反應，產生了大量的Ｈ +使溶液的pH值大幅度降低。
當活性水溶液A處理轉爐石廢料時，所述的轉爐石廢料與活性水溶液A所發生的反應包括CaO反應生成CaCl 2和Ca(ClO) 2，MgO反應生成MgCl 2和Mg(ClO) 2，K 2O反應生成KCl和KClO等過程，具體的反應方程式例舉如下： 【化2】 CaO+H 2O=Ca(OH) 2； Ca(OH) 2+2HCl=CaCl 2+H 2O ； Ca(OH) 2+2HClO=Ca(ClO) 2+2H 2O ； Ca(ClO) 2+2HCl=CaCl 2+2HClO ； Ca 2++2ClO -+H 2O+CO 2=CaCO 3↓+2HClO 或 ClO -+H +=HClO ； CaO+2HCl=CaCl 2+H 2O ；
以下，對活性水溶液B做進一步介紹：
本發明中，所述的碳酸水溶液由二氧化碳加水稀釋製得，所述的碳酸水溶液的濃度較佳地為3%-30%，所述百分比為質量百分比，所述的碳酸水溶液的pH值較佳地為5-7，其中，所述的碳酸水溶液在所述電催化水設備中的循環時間較佳地為3-30分鐘，更佳地為20分鐘。
其中，在製備所述活性水溶液B時，所述電催化水設備內發生如下電化學反應： 【化3】 H 2CO 3→H 2O+CO 2↑
當用活性水溶液B處理轉爐石廢料時，所述轉爐石廢料與活性水溶液B所發生的反應包括： 【化4】 CaO+H 2O=Ca(OH) 2； Ca(OH) 2+CO 2=CaCO 3↓+H 2O ； MgO+H 2O=Mg(OH) 2； Mg(OH) 2+2CO 2=Mg(HCO 3) 2；
反應產生的Mg(HCO 3) 2經後續的固液分離後，再進行曝曬去水後發生如下反應： 【化5】 Mg(HCO 3) 2=MgCO 3+H 2O+2CO 2↑
本發明中，密封可以採用常規設有蓋子的容器完成，其目的是減少溶液中的H +、OH -、Cl -、ClO -等離子未參與酸鹼中和反應，便揮發到空氣中的機率。
本發明中，所述的固液分離得到的固相的pH值較佳地為6-9，更佳地為7-8，得到的液相的pH值較佳地為5-7。
較佳地，將液相靜置後排出，靜置的目的是待溶液中的H ＋與OH -中和成水，次氯酸濃度降低至國家標準後外排，如果液相中的重金屬超標，較佳地還將液相經過重金屬吸附纖維吸附，待達標後再排放，如此一來，液相就可以保證無污染環境的問題，可以直接排汙。
偏中性的固相物質則可以直接取出，由於其中不含重金屬與戴奧辛，可以作為建材廢料或鋪路用的路基。
其中，所述的鹽酸水溶液或所述的碳酸水溶液分別較佳地經一耐酸鹼水泵泵入所述電催化水設備中。
下面，對本申請所述的電催化水設備作進一步描述：
所述的電催化水設備較佳地為蘇州旺德科技有限公司生產的電催化水設備，例如中國實用新型專利CN 202265444 U的實施例1公開的“一種連續生成高氧化還原性水的反應器”、中國發明專利CN 104722184 A的實施例1公開的電磁水處理裝置，或者採用如下結構的電催化水設備：
一種電催化水設備，包括一組由下至上平行疊置的N個電催化單元，該些電催化單元的首尾端通過連通水管依次連通，其中，N為大於或等於2的整數，其特點在於，各該電催化單元包括：
電解管道，形成有密閉空腔，該密閉空腔內設有相對設置的正極板和負極板，該正極板和負極板分別與該電解管道的側壁相對設置且用於在該電解管道內施加一電場，該正極板和負極板分別與一電源的正極和負極電連接；
絕緣管道，位於該正極板與負極板之間，該絕緣管道內設有一低介電常數材料形成的填充層，該填充層內形成有可供水流通的空間，且該填充層與該絕緣管道的側壁之間形成有與該空間相連通的間隙，該絕緣管道的側壁上設有若干與該間隙相連通的通孔；
其中，第一個該電催化單元中電解管道的一端設置有一進水口，第N個該電催化單元中電解管道的端部的兩個相對的側壁上分別設置有一出水口，且兩個該出水口分別位於靠近該正極板和負極板的位置處。
在本方案中，在電解管道內設置正極板和負極板，使得在正極板和負極板通電後，會在兩個電極板之間產生強大的電場，使得附著在正極板和負極板上的金屬氧化物觸媒在電場中會感應成為半導體，該金屬氧化物觸媒能起到催化劑的作用，促進水分子與氧氣生成氫離子和氫氧根離子，從而提高了電催化水中的氫氧自由基含量，使得中和重金屬離子電荷的能力更強。
另外，在正極板和負極板之間設置有絕緣管道和低介電常數材料形成的填充層，能夠避免正極板和負極板分別直接對絕緣管道放電，且位於正極板與絕緣管道之間的離子、以及為負極板與絕緣管道之間的離子均能穿過絕緣管道以及填充層到達對應的區域，且由於低介電常數材料的存在，能夠增加阻抗，使得正極板和負極板之間形成的電場更加均勻，從而提高水中放電的均勻性，使得水分子的電解更加充分，降低電流節省能耗，提高電極片的壽命超過30%。
此外，採用本發明的電催化水設備的結構，當設備運行時，兩高壓電極通電放電，高壓電流穿過低介電常數材料，使它們因極化產生電容式感應電場而放電，極大地增大放電的範圍，提高放電產生的效果，能使得所產生的電催化水在分解有機、有毒物質，殺滅細菌，中和重金屬離子電荷等方面均有大幅提升，並且產生的電催化水中的氫氧自由基含量高。
進一步地，靠近該正極板和負極板的位置處分別設有一出水口，則可以根據實際情況的需要選擇酸性水和鹼性水，使得該電催化水設備的應用場合更廣，且在第一個該電催化單元中設置有一進水口，在第N個該電催化單元中設置有一出水口，使得水經過了N個電催化單元，從而使得水的電解更加充分，從而提高了酸性水的酸度和鹼性水的鹼度，從而提高了電催化水分解有機有毒物質、油污、殺死細菌的能力。
較佳地，第N個該電催化單元中該電解管道的一端設置有另一出水口，該另一出水口位於相對應的兩個該出水口之間並與兩個該出水口位於該電解管道的同一端，且該正極板、負極板分別與該另一出水口的軸線之間的距離相等。
在本方案中，第N個該電催化單元中設置有位於正極板和負極板之間的中間位置處的另一出水口，從而可以根據實際情況的需要選擇中性水，進一步擴大了該電催化水設備的應用場合。
較佳地，該正極板和該電解管道中與該正極板相對設置的側壁的內表面之間、該負極板和該電解管道中與該負極板相對設置的側壁的內表面之間分別形成有一第一流道和第二流道，且該第一流道與第二流道的寬度相等。
在本方案中，第一流道與第二流道的寬度相等，使得正極板與負極板之間產生的強大的電場更加均勻，從而提高了水分子的電解效率。
較佳地，該正極板和負極板上分別均佈設有若干貫穿孔。
在本方案中，貫穿孔的設置使得位於正極板與電解管道之間的水分子、以及位於負極板與電解管道之間的水分子分別能夠穿過正極板、負極板到達正極板與負極板之間形成的強大電場內，從而使得電解管道內水分子的催化更加充分，進一步充分地提高了水分子的電解效果，使得電解管道內水分子的電解不存在死角。
較佳地，該正極板和負極板中遠離該進水口的一端分別向外延伸有電極柱，兩個該電極柱上分別開設有一連接孔，且兩個該電極柱分別通過導線、該連接孔與該電源的正極、負極電連接。
在本方案中，該正極板和負極板通過電極柱與電源的正極、負極電連接，僅將導線焊接於電極柱的連接孔內便可實現正極板、負極板分別與電源的正極、負極的電連接，降低了生產成本，且電連接更加可靠。
較佳地，該電源為高壓直流電源，該電源的電壓為20V-18000V，或者，該電源為高壓交流電源，該電源的電壓為20V-23000V。
較佳地，各該電解管道包括：中空、兩端為開口的殼體和兩個端蓋，兩個該端蓋分別通過一密封件密封連接於該殼體的兩端並形成有該密閉空腔。
在本方案中，密封件的設置提高了該密閉空腔的密封性。
較佳地，該些通孔均勻分別於該絕緣管道的側壁，且該些通孔形成一網狀結構；
該絕緣管道位於該正極板與負極板之間的中間位置，且該絕緣管道的材質為UPVC、PVC、PP或聚四氟乙烯。
在本方案中，採用上述結構形式，可以保持因放電或電解產生的正離子正常地移往陽極，負離子正常地移往陰極，可以保持較大部分正離子保持靠近陽極，負離子保持靠近陰極。
較佳地，該填充層包括若干依次排列設置的填充物，該填充物的形狀為球狀、立方體狀或橢球狀，且該填充物的材質為低介電常數材料。
在本方案中，絕緣管道和填充層的設置使正極板與負極板間的放電透過低介電常數材料而達到均勻放電的目的，同時，無需使用陽離子交換膜或使用陰離子交換膜，即可將水中正離子較大比例地集中於陽極並使負離子較大比例地分離並集中於陰極附近，具有替代陽離子交換膜與陰離子交換膜的功能。
較佳地，該低介電常數材料為玻璃、氧化鋁、陶瓷、剛玉瓷和金紅石瓷中的一種或多種，該填充物的當量直徑為6mm-7mm。
較佳地，各該填充物的外表面均包覆有一催化層。
在本方案中，填充物當作載體，在其表面塗佈有催化層，該催化層在水中形成濕式氧化觸媒，而此濕式氧化觸媒位於正負電極所形成的高壓電場之間，吸收電場能量形成濕式電觸媒，具有提高氧化並破壞廢氣的能力，使原來困難分解破壞的廢氣變得容易處理。
較佳地，該催化層的材質為非均相貴金屬催化系列材料，該非均相貴金屬催化系列材料優選為Ru、Rh、Pt、Ir和Pd的金屬氧化物中的一種或多種，或者，該催化層的材質為過渡金屬氧化物催化系列材料，該過渡金屬氧化物催化系列材料優選為Cu、Mn、Fe和Zn的金屬氧化物中的一種或多種。
在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。
＜對照先前技術之功效＞ 本發明之主要目的係藉本發明之處理方法，避免了二次污染的產生，而且可以變廢為寶，經濟效益十分顯著。
本發明之次一目的係本發明所用試劑和原料均市售可得，材料取得便利。
本發明之再一目的係藉本發明之處理方法，完全無二次污染產生、處理效果顯著、處理迅速、成本低，處理一噸爐石、爐渣成本約為50～100元人民幣。
為使　貴審查委員能更了解本發明之結構特徵及其功效，茲配合圖式並詳細說明於後。
下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，按照常規方法和條件，或按照商品說明書選擇。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
實施例1 實施例1中使用的轉爐石廢料的處理方法，包括如下步驟：將轉爐石廢料與活性水溶液A混合均勻，在密封條件下反應3小時，固液分離，即可，其中，所述的活性水溶液A的pH值為1.5，其由鹽酸水溶液經電催化水設備製得，所述的轉爐石廢料與活性水溶液A的質量之比為1：5。
所述的活性水溶液A的製備過程中，所述的鹽酸水溶液由鹽酸溶液經稀釋製得，所述的鹽酸水溶液的濃度為0.3%，所述百分比為質量百分比，所述的鹽酸水溶液的pH值為5，其中，所述的鹽酸水溶液在所述電催化水設備中的循環時間為20分鐘。
其中，在製備所述活性水溶液A時，所述電催化水設備內發生如下電化學反應： 【化6】 2HCl＋H 2O→4H ++Cl -＋ClO -＋2e ；
當用活性水溶液A處理轉爐石廢料時，所述的轉爐石廢料與活性水溶液A所發生的的反應包括CaO反應生成CaCl 2和Ca(ClO) 2，MgO反應生成MgCl 2和Mg(ClO) 2，K 2O反應生成KCl和KClO等過程，具體的反應方程式例舉如下： 【化7】 CaO+H 2O=Ca(OH) 2； Ca(OH) 2+2HCl=CaCl 2+H 2O ； Ca(OH) 2+2HClO=Ca(ClO) 2+2H 2O ； Ca(ClO) 2+2HCl=CaCl 2+2HClO ； Ca 2++2ClO -+H 2O+CO 2=CaCO 3↓+2HCO 或 ClO -+H +=HClO ； CaO+2HCl=CaCl 2+H 2O ；
所述的固液分離得到的固相的pH值為7-8，得到的液相的pH值為5-7。
將液相靜置後排出，靜置的目的是待溶液中的H +與OH -中和成水，次氯酸濃度降低至國家標準後外排，如果液相中的重金屬超標，還將液相經過重金屬吸附纖維吸附，待達標後再排放，如此一來，液相就可以保證無污染環境的問題，可以直接排汙。
偏中性的固相物質則可以直接取出，由於其中不含重金屬與戴奧辛，可以作為建材廢料或鋪路用的路基。
所述的鹽酸水溶液經一耐酸鹼水泵泵入所述電催化水設備中。
圖1、圖2及圖3示出了實施例1使用的電催化水設備1的結構，該電催化水設備1包括一組由下至上平行疊置的N個電催化單元11、12，該些電催化單元11、12的首尾端通過連通水管15依次連通，其中，N為大於或等於2的整數，且N為偶數，在本實施例中，N為2。
其中，請根據圖4及圖5所示，各該電催化單元11、12包括：電解管道13和絕緣管道14，該電解管道13內形成有一密閉空腔131，在實際的使用過程中，各電催化單元11、12的密閉空腔131通過連通水管15相互連通，使得從進水口16進來的水可依次流過各電催化單元11、12，從而提高了水分子的催化效率，進而保證了水分子的充分電解。
如圖10所示，各該電解管道13包括：中空、兩端為開口的殼體132和兩個端蓋133，兩個端蓋133分別通過一密封件（圖中未示出）密封連接於該殼體132的兩端並形成有該密閉空腔131，密封件的設置提高了該密閉空腔131的密封性，避免密閉空腔131內的水溢出。
其中，該密閉空腔131內設有相對設置的正極板135和負極板136，該正極板135和負極板136分別與該電解管道13的殼體132的兩個側壁相對設置且用於在該電解管道13內施加一電場，同時，該正極板135和負極板136分別與一電源137的正極和負極電連接。
該正極板135和該電解管道13中與該正極板135相對設置的側壁的內表面之間、該負極板136和該電解管道13中與該負極板136相對設置的側壁的內表面之間分別形成有一第一流道和第二流道，且該第一流道與第二流道的寬度相等，第一流道與第二流道的寬度相等，使得正極板135與負極板136之間產生的強大的電場更加均勻，從而提高了水分子的電解效率。
如圖5、圖7所示，該正極板135和負極板136上分別均佈設有若干貫穿孔1351、1361，其中，貫穿孔1351、1361的設置使得位於正極板135與電解管道13之間的水分子、以及位於負極板136與電解管道13之間的水分子分別能夠穿過正極板135、負極板136到達正極板135與負極板136之間形成的強大電場內，從而使得電解管道13內水分子的催化更加充分，進一步充分地提高了水分子的電解效果，使得電解管道13內水分子的電解不存在死角。
請結合圖5、圖7予以理解，該正極板135和負極板136中遠離該進水口16的一端分別向外延伸有電極柱1352、1362，兩個該電極柱1352、1362上分別開設有一連接孔1353、1363，且兩個該電極柱1352、1362分別通過導線1354、1364、該連接孔1353、1363與該電源137的正極、負極電連接，其中，電源137放置於第二個該電催化單元12的頂部。
在本實施例中，該正極板135和負極板136通過電極柱1352、1362與電源137的正極、負極電連接，僅將導線1354、1364焊接於電極柱1352、1362的連接孔1353、1363內便可實現正極板135、負極板136分別與電源137的正極、負極的電連接，降低了生產成本，且電連接更加可靠。
在本實施例中，該電源137為高壓直流電源，該電源137的電壓為20V-18000V，該電源137的電壓優選為50V-15000V，當然，根據實際情況的需要，該電源137也可以為高壓交流電源，該電源137的電壓為20V-23000V，該電源137的電壓優選為50V-20000V。
如圖5、圖6所示，絕緣管道14位於該正極板135與負極板136之間，該絕緣管道14內設有一低介電常數材料形成的填充層141，該填充層141內形成有可供水流通的空間1411，且該填充層141與該絕緣管道14的側壁之間形成有與該空間1411相連通的間隙142，該絕緣管道14的側壁上設有若干與該間隙142相連通的通孔143，在實施例中，如圖8所示，該絕緣管道14內形成有空腔144，且該絕緣管道14的兩端為開口，同時，該絕緣管道14的橫截面形狀為矩形。
其中，該些通孔143均勻分別於該絕緣管道14的側壁，且該些通孔143形成一網狀結構，該些通孔143的直徑均優選為5mm-6mm，該絕緣管道14位於該正極板135與負極板136之間的中間位置，且該絕緣管道14的材質為絕緣高分子材料，優選為UPVC、PVC、PP或聚四氟乙烯，在使用時，這樣可以保持因放電或電解產生的正離子正常地移往陽極（即正極板135位置處），負離子正常地移往陰極（即負極板136位置處），可以保持較大部分正離子保持靠近陽極，負離子保持靠近陰極。
另外，如圖9所示，該填充層141包括若干依次排列設置的填充物1412，該填充物1412的形狀為球狀、立方體狀或橢球狀，且該填充物1412的材質為低介電常數材料，該低介電常數材料為玻璃、氧化鋁、陶瓷、剛玉瓷和金紅石瓷中的一種或多種，該填充物1412的當量直徑為6mm-7mm，在實際的使用過程中，所述填充物1412的直徑與所述通孔143的直徑相匹配，一般所述填充物1412的直徑大於所述通孔143的直徑。
在使用中，採用上述結構形式的絕緣管道14和填充層141使正極板135與負極板136間的放電透過低介電常數材料而達到均勻放電的目的，同時，無需使用陽離子交換膜或使用陰離子交換膜，即可將水中正離子較大比例地集中於陽極並使負離子較大比例地分離並集中於陰極附近，具有替代陽離子交換膜與陰離子交換膜的功能。
此外，各該填充物1412的外表面均包覆有一催化層，其中，填充物1412當作載體，在其表面塗佈有催化層，該催化層在水中形成濕式氧化觸媒，而此濕式氧化觸媒位於正負電極所形成的高壓電場之間，吸收電場能量形成濕式電觸媒，具有提高氧化並破壞廢氣的能力，使原來困難分解破壞的廢氣變得容易處理。
進一步地，該催化層的材質為非均相貴金屬催化系列材料，其中，該非均相貴金屬催化系列材料優選為Ru、Rh、Pt、Ir和Pd的金屬氧化物中的一種或多種，當然，在實際的使用過程中，該催化層的材質也可以採用過渡金屬氧化物催化系列材料，其中，該過渡金屬氧化物催化系列材料優選為Cu、Mn、Fe和Zn的金屬氧化物中的一種或多種。
請根據圖1、圖2及圖3予以理解，第一個該電催化單元11中電解管道13的一端設置有一進水口16，第二個該電催化單元12中電解管道13中殼體132的端部的兩個相對的側壁上分別設置有一出水口17，且兩個該出水口17分別位於靠近該正極板135和負極板136的位置處，在本實施例中，進水口16設置於遠離電極柱1352、1362的一端，兩個出水口17均與該進水口16位於該電催化水設備1的同一端。
進一步地，第二個該電催化單元12中該電解管道13中靠近該出水口17位置處的其中一個端蓋133的一端設置有另一出水口18，該另一出水口18位於相對應的兩個該出水口17之間並與兩個該出水口17位於該電解管道13的同一端，且該正極板135、負極板136分別與該另一出水口18的軸線之間的距離相等，在本實施例中，另一出水口18也與該進水口16位於該電催化水設備1的同一端。
其中，兩個該出水口17、另一出水口18處均設置有一控制閥19，通過該控制閥19可調節出水量。
使用時，將正極板135通過第一導線1354與電源137的正極電連接，將負極板136通過第二導線1364與電源137的負極電連接，該正極板135與負極板136之間相互放電並形成強大的電場，在電場的作用下，附著在正極板135和負極板136上的金屬氧化物觸媒在電場中會感應成為半導體，該金屬氧化物觸媒能起到催化劑的作用，促進水分子與氧氣生成氫離子和氫氧根離子，與此同時，由於低介電常數材料的存在，極大地增大放電的範圍，並使得正極板135和負極板136之間形成的電場更加均勻，使得水分子的電解更加充分，進而使得水分子中氫離子穿過絕緣管道14和填充層141向該正極板135運動，最終在該正極板135附近形成酸性水，相應地，氫氧根離子穿過絕緣管道14和填充層141向該負極板136運動，在該負極136板附近形成鹼性水，同時，在該絕緣管道14和填充層141附近形成中性水。
本實施例的電催化水設備1具有以下技術效果：
第一、在電解管道13內設置正極板135和負極板136，使得在正極板135和負極136板通電後，會在兩個電極板之間產生強大的電場，使得附著在正極板135和負極板136上的金屬氧化物觸媒在電場中會感應成為半導體，該金屬氧化物觸媒能起到催化劑的作用，促進水分子與氧氣生成氫離子和氫氧根離子，從而提高了電催化水中的氫氧自由基含量，使得中和重金屬離子電荷的能力更強。
第二、在正極板135和負極板136之間設置有絕緣管道14和低介電常數材料形成的填充層141，能夠避免正極板135和負極板136分別直接對絕緣管道14放電，且位於正極板135與絕緣管道14之間的離子、以及為負極板136與絕緣管道14之間的離子均能穿過絕緣管道14以及填充層141到達對應的區域，且由於低介電常數材料的存在，能夠增加阻抗，使得正極板135和負極板136之間形成的電場更加均勻，從而提高水中放電的均勻性，使得水的電解更加充分，降低電流節省能耗，提高電極片的壽命超過30%。
第三、採用本發明的電催化水設備1的結構，當設備運行時，兩高壓電極通電放電，高壓電流穿過低介電常數材料，使它們因極化產生電容式感應電場而放電，極大地增大放電的範圍，提高放電產生的效果，能使得所產生的電催化水在分解有機、有毒物質，殺滅細菌，中和重金屬離子電荷等方面均有大幅提升，並且產生的電催化水中的氫氧自由基含量高。
第四、靠近該正極板135和負極板136的位置處分別設有一出水口17，則可以根據實際情況的需要選擇酸性水和鹼性水，使得該電催化水設備1的應用場合更廣，且在第一個該電催化單元11中設置有一進水口16，在第N個該電催化單元中設置有一出水口17，使得水經過了N個電催化單元，從而使得水的電解更加充分，從而提高了酸性水的酸度和鹼性水的鹼度，從而提高了電催化水分解有機有毒物質、油污、殺死細菌的能力。
第五、第N個該電催化單元中設置有位於正極板135和負極板136之間的中間位置處的另一出水口18，從而可以根據實際情況的需要選擇中性水，進一步擴大了該電催化水設備1的應用場合。
實施例2 本實施例中，轉爐石廢料的處理方法包括如下步驟：將轉爐石廢料與活性水溶液B混合均勻，在密封條件下反應5小時，固液分離，即可，其中，所述的活性水溶液B的pH值為6，其由碳酸水溶液經電催化水設備製得，所述的轉爐石廢料與活性水溶液B的質量之比為l：10。
所述的活性水溶液B的製備過程中，所述的碳酸水溶液由二氧化碳加水稀釋製得，所述的碳酸水溶液的濃度為15%，所述百分比為質量百分比，所述的碳酸水溶液的pH值為6，其中，所述的碳酸水溶液在所述電催化水設備中的循環時間為20分鐘。
其中，在製備所述活性水溶液B時，所述電催化水設備2內發生如下電化學反應： 【化8】 H 2CO 3→H 2O+CO 2↑
當用活性水溶液B處理轉爐石廢料時，所述的轉爐石廢料與活性水溶液B所發生的反應包括： 【化9】 CaO+H 2O= Ca(OH) 2； Ca(OH) 2+CO 2=CaCO 3↓+H 2O ； MgO+H 2O=Mg(OH) 2； Mg(OH) 2+2CO 2=Mg(HCO 3) 2；
反應產生的Mg(HCO 3) 2經後續的固液分離後，再進行曝曬去水後發生如下反應： 【化10】 Mg(HCO 3) 2=MgCO 3+H 2O+2CO 2↑
本實施例的電催化水設備2與實施例1的電催化水設備1的結構具有較多相似之處，在此不做過多贅述，本實施例的電催化水設備2與實施例1的不同之處在於，如圖11、圖12所示，該電催化水設備2包括一組由下至上平行疊置的N個電催化單元21、22、23，該些電催化單元21、22、23的首尾端通過連通水管24依次連通，其中，N為大於或等於2的整數，且N為奇數，如圖11所示，N為3。
其中，進水口25設置於第一個該電催化單元21中遠離電極柱1352、1362的一端，兩個該出水口26和另一出水口27均設置於第三個該電催化單元23中靠近電極柱1352、1362的一端。
另外，兩個出水口26和另一出水口27均位於該電催化水設備2中遠離該進水口25的一端。
在相同的實驗條件下，對本實施例電催化水設備2與傳統的電催化水設備的水分子的電解效率、分解有機有毒物質、油污、殺死細菌等能力進行了以下測試，測試結果如表2所示。 【表2】本實施例電催化水設備與傳統的電催化水設備對比 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 參數 </td><td> 本實施例電催化水設備與 傳統的電催化水設備對比 </td></tr><tr><td> 分解有機有毒物質、油汙、 殺死細菌等能力 </td><td> 提高50%以上 </td></tr><tr><td> 正極板和負極板的使用壽命 </td><td> 提高30%以上 </td></tr><tr><td> 水分子的電解效率 </td><td> 提高30%以上 </td></tr><tr><td> 電流節省能耗 </td><td> 提高30%以上 </td></tr><tr><td> 氫氣自由基產生量 </td><td> 提高40%以上 </td></tr></TBODY></TABLE>
實施例3 本實施例提供的轉爐石廢料的處理方法，其步驟與實施例1基本相同，不同之處僅在於：反應時間為0.2小時，所述的活性水溶液A的pH值為1，所述的轉爐石廢料與活性水溶液A的質量之比為1：0.5。
本實施例中的電催化水設備為CN 202265444 U的實施例1公開的設備，如圖13、圖14和圖15所示，本實施例連續生成高氧化還原性水的反應器由正電極7、負電極5、陽離子交換膜6、絕緣外殼8、電控箱9所組成，絕緣外殼8是一段橫截面為長方形的箱體結構，由耐酸鹼、耐高壓的工程塑料製成，絕緣外殼8兩側留有進水口4和數個出水口3，管道上部蓋板可拆卸，但使用時嚴格密封，將正電極7、負電極5置於絕緣外殼8內側長度方向相互平行等距離的位置，正電極7與負電極5分別距管道壁5mm，正電極7與負電極5之間距離為50mm，在正電極7與負電極5中間設置陽離子交換膜6，陽離子交換膜6分別與正電極7、負電極5平行等距離。
反應器運行時，先封閉出水口3，通過進水口4向反應器注滿水，然後在正電極7與負電極5之間施加3000伏直流電壓，一段時間後，出水口3放水，保持進水量和出水量平衡，控制進水流量，即可連續不斷地獲得高氧化還原性水。
實施例4 本實施例提供的轉爐石廢料的處理方法，其步驟與實施例1基本相同，不同之處僅在於：反應時間為5小時，所述的活性水溶液A的pH值為2，所述的轉爐石廢料與活性水溶液A的質量之比為1：10。
本實施例中的電催化水設備為中國發明專利CN 104722184 A的實施例1公開的電磁水處理裝置，結合圖16、圖17，說明本實施例的電磁水處理裝置，所述的電磁水處理裝置包括一陽離子交換膜143’、一流水管道14’、至少一正極板111和至少一負極板112，一磁性裝置，所述正極板111和所述負極板112設於所述流水管道14’上、施加一電場，用於電解所述流水管道14’中的溶液，所述陽離子交換膜143’設於所述流水管道14’內部、位於所述正極板111和所述負極板112之間且將所述流水管道14’分為一第一流水通道142’和一第二流水通道141’，所述磁性裝置設於所述流水管道14’上，用於在流水管道14’內施加與所述電場垂直方向的一磁場，本實施例當中，磁性裝置為多個磁片121，磁片121產生的磁場強度為6000高斯，正極板111、負極板112上分佈有若干放電針114，正極板111和負極板112通過電線113分別與電源137的正極和負極連接，自來水通入電磁水處理裝置的時候，通電進行電解，自來水中一般含有氯化鈉、氯化鎂等礦物質鹽，根據電解水原理，在陽離子交換膜143’的作用下，正極板111附近會產生電解酸性水，並且含有大量的負氧離子（O 2-,O 3-），具有很強的氧化性，負極板112附近會產生電解鹼性水，並且在存在垂直於流水管道14’的磁場存在下，水在管道中流動，水中的正負離子切割磁場的情況下會受到勞侖茲力的影響會對正負離子向電極板的移動有加速效果，本實施例為例，根據圖17所示，管道上部分的磁片121為N極磁片、管道下部分的磁片121為S極磁片，電解過程當中陽離子大量移動至負極板112的同時，還會隨著水流方向（水流方向在圖17中以×表示）移動並且切割磁感線受到指向負極板112方向的勞侖茲力的影響，加速陽離子移動，第一流水通道142’和第二流水通道141’合流出水得到電解中性水，第一流水通道142’和第二流水通道141’分別出水可同時得到電解鹼性水和電解酸性水。
實際應用中，正負極板的設置以及磁片121的N極和S極，以及水流的方向均可以根據實際情況進行調整配合，只要達到電解和磁場配合加速水中離子移動即可。
效果實施例1 經計算，利用本發明實施例1的處理方法處理1m 3轉爐石，需要1.2m 3的電催化處理水量，0.3%的鹽酸（pH約1.5）加水至pH6.5，即需要的鹽酸的量是5.32Kg。
需要的水量是1.1噸，採用1t電催化水設備需連續運行1小時，1t電催化水設備功率為7.7KW，則處理lm 3轉爐石，所需的總電量為7.7KW。
即可以用少量的鹽酸溶液經電催化水設備，用少量的水和電，即可治理轉爐石的廢棄物的鹼性污染。
同時，對實施例2~4的處理方法進行經濟效益計算，也能得到與上述結果相似的數據，這說明，本發明所提供的處理方法避免了二次污染的產生，而且可以變廢為寶，經濟效益十分顯著。
綜上所述，本發明具提供避免了二次污染的產生，而且可以變廢為寶，經濟效益十分顯著，所用試劑和原料均市售可得，材料取得便利，完全無二次污染產生、處理效果顯著、處理迅速、成本低，為一甚具新穎性、進步性及可供產業上應用之發明，實已符合發明專利之給與要件，爰依法提出專利申請，尚祈　貴審查委員能詳予審查，並早日賜准本案專利，實為德便。
唯以上所述者，僅為本發明所舉之其中較佳實施例，當不能以之限定本發明之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
電催化水設備：l、2 電催化單元：11、12、21、22、23 正極板：111、135 負極板：112、136 電線：113 放電針：114 磁片：121 電解管道：13 密閉空腔：131 殼體：132 端蓋：133 貫穿孔：1351、1361 電極柱：1352、1362 連接孔：1353、1363 導線：1354、1364 電源：137 絕緣管道：14 流水管道：14’ 填充層：141 第二流水通道：141’ 空間：1411 填充物：1412 間隙：142 第一流水通道：142’ 通孔：143 空腔：144 連通水管：15、24 進水口：16、25、4 出水口：17、26、3 另一出水口：18、27 控制閥：19 負電極：5 陽離子交換膜：6、143’ 正電極：7 絕緣外殼：8 電控箱：9
圖1為本發明實施例1的電催化水設備的立體結構示意圖。 圖2為本發明實施例1的電催化水設備的分解結構示意圖。 圖3為本發明實施例1的電催化水設備的另一位置狀態的立體結構示意圖。 圖4為本發明實施例1的電催化水設備中其中一個電催化單元的結構示意圖。 圖5為本發明實施例1的電催化水設備中其中一個電催化單元的內部結構示意圖。 圖6為圖5的剖視圖。 圖7為圖5中正極板的結構示意圖。 圖8為圖5中絕緣管道的局部結構示意圖。 圖9為圖5中填充層的結構示意圖。 圖10為圖4中電解管道的分解結構示意圖。 圖11為本發明實施例2的電催化水設備的立體結構示意圖。 圖12為本發明實施例2的電催化水設備的另一位置狀態的立體結構示意圖。 圖13為本發明實施例3中生產活性水溶液的反應器結構圖。 圖14為本發明實施例3中生產活性水溶液的反應器結構截面圖。 圖15為本發明實施例3中生產活性水溶液的帶電控箱的連續生成高氧化還原性水的反應器外形圖。 圖16為本發明實施例4中生產活性水溶液的電磁水處理裝置的部分結構示意圖。 圖17為本發明實施例4中生產活性水溶液的電磁水處理裝置的流水管道內部結構示意圖。

Claims (9)

  1. 一種轉爐石廢料的處理方法，其特徵在於，其包括如下步驟：將轉爐石廢料與活性水溶液A或活性水溶液B混合均勻，在密封條件下反應0.2-5小時，固液分離，即可，其中，所述的活性水溶液A的pH值為1-2，其由鹽酸溶液經稀釋後得鹽酸水溶液，再經電催化水設備製得，所述的鹽酸水溶液的濃度為0.1%-5%，所述百分比為質量百分比，所述的鹽酸水溶液的pH值為4-7，所述的鹽酸水溶液在所述電催化水設備中的循環時間為3-30分鐘，所述的活性水溶液B的pH值為5-7，其由碳酸水溶液經電催化水設備製得，所述的轉爐石廢料與活性水溶液A或活性水溶液B的質量之比為1：(0.5-10)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的一種轉爐石廢料的處理方法，其中所述的碳酸水溶液由二氧化碳加水稀釋製得，所述的碳酸水溶液的濃度為3%-30%，所述百分比為質量百分比，所述的碳酸水溶液的pH值為5-7，其中，所述的碳酸水溶液在所述電催化水設備中的循環時間為3-30分鐘。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的一種轉爐石廢料的處理方法，其中所述的固液分離得到的固相的pH值為6-9，得到的液相的pH值為5-7。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的一種轉爐石廢料的處理方法，其中所述的電催化水設備包括一組由下至上平行疊置的N個電催化單元，該些電催化單元的首尾端通過連通水管依次連通，其中，N為大於或等於2的整數，各該電催化單元包括：電解管道，形成有密閉空腔，該密閉空腔內設有相對設置的正極板和負極板，該正極板和負極板分別與該電解管道的側壁相對設置且用於在該電解管道內施加一電場，該正極板和負極板分別與一電源的正極和負極電連接；絕緣管道，位於該正極板與負極板之間，該絕緣管道內設有一低介電常數材料形成的填充層，該填充層內形成有可供水流通的空間，且該填充層與該絕緣管道的側壁之間形成有與該空間相連通的間隙，該絕緣管道的側壁上設有若干與該間隙相連通的通孔；其中，第一個該電催化單元中電解管道的一端設置有一進水口，第N個該電催化單元中電解管道的端部的兩側壁上分別設置有一出水口，且兩個該出水口分別位於靠近該正極板和負極板的位置處。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的一種轉爐石廢料的處理方法，其中第N個該電催化單元中該電解管道的一端設置有另一出水口，該另一出水口位於相對應的兩個該出水口之間並與兩個該出水口位於該電解管道的同一端，且該正極板、負極板分別與該另一出水口的軸線之間的距離相等；該正極板和該電解管道中與該正極板相對設置的側壁的內表面之間、該負極板和該電解管道中與該負極板相對設置的側壁的內表面之間分別形成有一第一流道和第二流道，且該第一流道與第二流道的寬度相等，該正極板和負極板上分別均佈設有若干貫穿孔。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的一種轉爐石廢料的處理方法，其中該正極板和負極板中遠離該進水口的一端分別向外延伸有電極柱，兩個該電極柱上分別開設有一連接孔，且兩個該電極柱分別通過導線、該連接孔與該電源的正極、負極電連接；該電源的電壓為20V-18000V，或者，該電源為高壓交流電源，該電源的電壓為20V-23000V。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的一種轉爐石廢料的處理方法，其中各該電解管道包括：中空、兩端為開口的殼體和兩個端蓋，兩個該端蓋分別通過一密封件密封連接於該殼體的兩端並形成有該密閉空腔。
  8. 如申請專利範圍的7項所述的一種轉爐石廢料的處理方法，其中該些通孔均勻分別於該絕緣管道的側壁，且該些通孔形成一網狀結構；該絕緣管道位於該正極板與負極板之間的中間位置，且該絕緣管道的材質為UPVC、PVC、PP或聚四氟乙烯；該填充層包括若干依次排列設置的填充物，該填充物的形狀為球狀、立方體或橢球狀，且該填充物的材質為低介電常數材料，該低介電常數材料為玻璃、氧化鋁、陶瓷、剛玉瓷和金紅石瓷中的一種或多種，該填充物的當量直徑為6mm-7mm。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的一種轉爐石廢料的處理方法，其中各該填充物的外表面均包覆有一催化層，該催化層的材質為非均相貴金屬催化系列材料，該非均相貴金屬催化系列材料為Ru、Rh、Pt、Ir和Pd的金屬氧化物中的一種或多種，或者，該催化層的材質為過渡金屬氧化物催化系列材料，該過渡金屬氧化物催化系列材料為Cu、Mn、Fe和Zn的金屬氧化物中的一種或多種。
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