專利名稱：一種硅灰中殘碳的富氧煅燒脫除方法及其脫除裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于硅灰中殘碳的脫除技術領域，具體涉及一種硅灰中殘碳的富氧煅燒脫除方法及其脫除裝置。
背景技術：
娃灰又名微娃粉,是冶煉娃鐵和娃時還原電爐內產生的大量揮發性很強的SiO2和Si氣體被空氣迅速氧化并冷凝而生成的并被煙氣帶出爐外的無晶形細顆粒，其中主要成分是SiO2，具有優良的火山灰性能。生產每噸硅鐵即FeSi75可產生微硅粉200 250kg。微硅粉顆粒極其細微，粒度小于IMm占80%以上，平均粒徑為O. I O. 15Mm,比表面積大于15 m2 / g,比傳統的煤粉灰和水泥大幾十倍,微娃粉在冷凝時的氣、液、固相變的過程中受表面張力的作用，可形成大小不一的圓球狀，且表面較為光滑，有些可能是兩個或多個圓球粒粘凝在一起的，因而當微硅粉摻入物料中后，這種微小光滑的球狀體結構可以 起到潤滑作用，從而減少了物料顆粒之間的摩擦力，相應地降低了用水量，提高了材料的性能。X衍射分析表明，微硅粉的X衍射圖譜顯示為典型的玻璃態特征的彌散峰，其礦物屬于無定礦物，具有很大表面活性的火山灰物質，是一種優質的水泥、混凝土摻合料和低水泥澆注料的添加劑，目前微硅粉主要用在特殊工程中使用的混凝土、耐火材料、水泥等領域。目前市售微硅粉中含有較多的雜質C和Fe2O3,這種狀況和微硅粉的生產工藝緊密相連，雜質成份和電爐冶煉所采用的原料有極大的關系，其中焦碳和鐵屑的使用是造成微硅粉顏色發灰的主要原因。微硅粉含有大量的殘余碳和鐵氧化物嚴重影響微硅粉的品質，并限制了其廣泛的利用領域，必須選擇適當的工藝降低碳和鐵的含量。硅灰中的殘碳是影響下游產品外觀的主要因素，特別是在塑料、油漆等行業的應用，因此脫除硅灰中的殘碳十分必要。傳統脫除硅灰中殘碳的方法有煅燒法、濃硫酸氧化法、氫氟酸酸洗法、浮洗法等。煅燒法是把硅灰放置在煅燒窯中，在較高的溫度條件下，通過40 60min的煅燒，把硅灰中的碳氧化為二氧化碳，從而達到除去硅灰中殘碳的目的；該方法雖然能夠有效去除殘碳，但是在煅燒過程中硅灰中的二氧化硅微顆粒間容易高溫熔融，從而相互黏結變成大顆粒，降低了其比表面積，失去了其作為高比表面積填料的價值。濃硫酸氧化法是把硅灰浸泡在濃硫酸中，在加熱條件下濃硫酸把硅灰中的殘碳氧化為二氧化碳，其自身被還原為二氧化硫，該方法雖然也能去除部分殘碳，但因為使用濃硫酸為原料，其成本較高，并且濃硫酸還具有很強的腐蝕性，在生產過程中存在一定危險性。氫氟酸酸洗法工藝流程較長，并且氫氟酸也具有強烈腐蝕性。浮洗法對殘碳的脫除效率不太明顯。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種硅灰中殘碳的富氧煅燒脫除方法。本脫除方法能夠有效提高硅灰中殘碳的氧化速率，縮短煅燒時間，提高硅灰的脫碳效率；本脫除方法還可以有效防止硅灰中二氧化硅微粒間的熔融以及粘合聚并，保證了細微顆粒直徑不變。為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案一種硅灰中殘碳的富氧煅燒脫除方法，本脫除方法使含有雜質的、處于流化狀態的硅灰在600 800°C以及富氧條件下，煅燒I 2min即可，所述富氧條件是指煅燒時氣體中氧氣的摩爾分數為30 34%。本發明的目的之二是提供一種采用上述脫除方法的脫除裝置，其包括如下組成部分
流化床煅燒塔，其上部和底部均設置有開口，用于使可燃氣體和硅灰中的碳成分在其中燃燒，所述流化床煅燒塔的外側設有保溫層；
燃燒機構，用于點火以使得流化床煅燒塔中的可燃成分燃燒；
測溫機構，用于監測和/或控制流化床煅燒塔內的溫度狀況，以確保流化床煅燒塔內的溫度處于600 800°C之間；
鼓風機構，用于自流化床煅燒塔底部向流化床煅燒塔內部鼓入氣體，以使硅灰在流化床煅燒塔中處于流化狀態，所述鼓風機構的風量應滿足硅灰在流化床煅燒塔內的停留時間為I 2min ；
輸料機構，用于向流化床煅燒塔中輸入娃灰，所述輸料機構的出料口設置在鼓風機構的出風口上側；
供氧機構，用于向流化床煅燒塔中輸入氧氣，供氧機構的氧氣出口設置在鼓風機構的出風口上側，且設置在輸料機構的出料口下側；所述供氧機構向流化床煅燒塔中所輸入的氧氣使得流化床煅燒塔中氧氣的摩爾分數為30 34% ；
產品收集機構，用于收集自流化床煅燒塔上側出口處排出的去除殘碳后的粉狀產品。本發明還可以通過以下技術措施得以進一步實現
優選的，所述流化床煅燒塔由剛玉管制成；或者所述流化床煅燒塔的外側為鋼制殼體，所述鋼制殼體的內側砌筑有耐火磚。優選的，所述燃燒機構為設置在流化床煅燒塔內側的電加熱器，所述保溫層包覆在電加熱器的外側。優選的，所述燃燒機構包括燃氣供應單元，燃氣供應單元的燃氣輸送管伸入流化床煅燒塔的內側，燃氣輸送管的管口處設置有點火器。當然，所述電加熱器和燃氣供應單元也可以組合使用。優選的，所述測溫機構為設置在流化床煅燒塔上側部位和下側部位處的熱電偶。優選的，所述鼓風機構包括設置在流化床煅燒塔下方的底座，所述底座為中空狀的殼體，且底座的上部設有與流化床煅燒塔底部開口相連通的出風孔，所述底座的一側開有人孔，底座的另一側設有與鼓風機相連接的進風孔。進一步的，所述底座出風孔的上側設置有使氣體在流化床煅燒塔內均勻分布的氣體分布器，所述供氧機構的氧氣出口設置在底座出風孔和氣體分布器之間，所述輸料機構的出料口設置在氣體分布器的上側。優選的，所述輸料機構為螺旋輸送機，螺旋輸送機的硅灰加料口設置在流化床煅燒塔的外側，螺旋輸送機的出料口設置在氣體分布器的上側。優選的，所述產品收集機構包括旋風收集器和布袋收集器；所述旋風收集器的進風口與流化床煅燒塔的上部開口相連通，旋風收集器的出風口與布袋收集器的進風口相連。本發明具有以下有益效果1)、本發明中的脫除方法采用了富氧狀態下的流化床煅燒工藝，在富氧狀態下煅燒可有效提高硅灰中殘碳的氧化速率，從而縮短了煅燒時間；在流化狀態下煅燒則可以有效防止硅灰中二氧化硅微粒間的熔融以及粘合聚并，保證細微顆粒直徑不變；
2)、本發明中的脫除裝置在流化床煅燒塔的底部開口處設置有氣體分布器，該氣體分布器能夠確保進塔氣體在塔內的均勻分布，以進一步提高塔體空間的利用效率；
3)、本發明中的脫除裝置在氣體分布器的上方設置螺旋輸送機，螺旋輸送機定量均勻地將硅灰輸送至流化床煅燒塔內，同時還可有效防止塔內氣體從加料口處泄漏出去；
4)、本發明中的脫除裝置在流化床煅燒塔的上部依次安裝有旋風收集器和布袋收集器，煅燒脫除殘碳后的粉狀產品分別依次被旋 風收集器和布袋收集器收集，同時也達到了對顆粒直徑初步分級的目的，較細粒徑的二氧化硅在布袋收集器中捕集獲得。
圖I是本發明中的脫除裝置的結構示意圖。圖中標注符號的含義如下
I一鼓風機、2—底座、3—人孔、4一氧氣供應管道、5—螺旋輸送機、6—保溫層、7一電加熱器、8—流化床鍛燒塔、9一旋風收集器、10—布袋收集器、11 一氣體分布器、12—燃氣輸送管。
具體實施例方式下面結合圖1，并通過實施例對本發明的工作過程作進一步描述。實施例I
流化床煅燒塔8的外殼由耐火鋼焊接制作，在鋼制殼體內筑砌耐火磚；流化床煅燒塔8內的有效空間直徑為1400mm，有效高度12000mm。在流化床煅燒塔8的底部設置有燃氣輸送管12，燃氣輸送管12向塔內輸送天然氣(或煤氣)，天然氣燃燒以提供熱量，從而保證煅燒過程中塔內溫度為720V。在流化床煅燒塔8的外圍包裹保溫層6，該保溫層6的厚度為260mm,以有效防止塔內的熱量散失。在流化床煅燒塔8的上、下部位分別安裝熱電偶，以用于測量和控制流化床煅燒塔8內的溫度保持在720°C。在流化床煅燒塔8的底部設置有底座2，底座2為邊長Im的立方體型中空殼體。底座2的上部開設有直徑800mm的圓孔即出風孔與流化床煅燒塔8連接；底座2的一側開設有直徑450_的人孔3，人孔3用于清除和取出塔內未被流化而沉落下來的較大顆粒；底座2的另一側開設有450X600mm方孔即進風孔與鼓風機I連接。所述鼓風機I為娃灰的流態化輸送提供動力，其風量應滿足硅灰在流化床煅燒塔8內的停留時間為2min。在流化床煅燒塔8的底部設置有氣體分布器11，該氣體分布器11用于有效提高進塔氣體在塔內的均勻分布，以進一步提高塔體空間的利用效率。在氣體分布器11和底座2之間設置有氧氣供應管道4，氧氣供應管道4與氧氣瓶相連，所述氧氣供應管道4與氧氣瓶共同組成供氧機構。經過氧氣供應管道4通入氧氣，使經過氣體分布器11的氣體中氧氣的摩爾分數為32%，提高了氣相中氧氣的含量，有效地促進了硅灰中碳成分的氧化燃燒，提高了反應速率，縮短了硅灰在流化床煅燒塔8內的停留時間，防止了二氧化硅微粒間的聚并。在氣體分布器11的上方設置螺旋輸送機5，硅灰通過螺旋輸送機5均勻地輸送至流化床煅燒塔8內，輸送量為I. 2t/h ;同時螺旋輸送機5還可有效防止氣體從硅灰加料口處泄漏出去。在流化床煅燒塔8的上部依次安裝有旋風收集器9和布袋收集器10，煅燒脫除殘碳后的粉狀產品從流化床煅燒塔8的上部排出，分別依次被旋風收集器9和布袋收集器10收集，同時也達到了對顆粒直徑初步分級的目的，較細粒徑的二氧化硅在布袋收集器10中捕集獲得。經實驗測試原料硅灰由深灰色變為淺白色，殘碳含量從3. 2%變為O. 03%，產品中的二氧化硅無結塊現象，煅燒前后二氧化硅微顆粒直徑分布基本保持不變。實施例2
流化床煅燒塔8由內徑為100mm、長度為1200mm的剛玉管制成,流化床煅燒塔8的外部周圍安裝有總功率為4Kw的電加熱器7，保證在煅燒過程中塔內溫度760°C。在電加熱器7以及流化床煅燒塔8的外圍包裹保溫層6，該保溫層6的厚度為300_，以有效防止塔內的 熱量散失。在流化床煅燒塔8的上、下部位分別安裝熱電偶，以用于測量和控制流化床煅燒塔8的溫度保持在760V。在流化床煅燒塔8的底部設置有邊長400mm的立方體型殼體底座2，底座2的上部開設有直徑120mm的圓孔即出風孔與流化床煅燒塔8相連通。底座2的一側開設有直徑450mm的人孔3，人孔3用于清除和取出塔內未被流化而沉落下來的較大顆粒；底座2的另一側開設有進風孔與鼓風機I連接。所述鼓風機I為硅灰的流態化提供動力，其風量應滿足硅灰在流化床煅燒塔8內的停留時間為lmin。在流化床煅燒塔8的底部設置有氣體分布器11，該氣體分布器11用于有效提高進塔氣體在塔內的均勻分布，以進一步提高塔體空間的利用效率。氧氣供應管道4連接氧氣鋼瓶并向流化床煅燒塔8內通入氧氣，保證經過氣體分布器11的氣體中氧氣的摩爾分數為34%，以有效促進硅灰中碳成分的氧化燃燒，提高反應速率，縮短娃灰在煅燒塔內的停留時間。在氣體分布器11上方設置小型螺旋輸送機5,娃灰進料量為6Kg/h，螺旋輸送機5同時還可有效防止塔內氣體從硅灰加料口處泄漏出去。在流化床煅燒塔8的上部依次安裝有旋風收集器9和布袋收集器10，煅燒脫除殘碳后的粉狀產品從流化床煅燒塔8的上部排出，分別依次被旋風收集器9和布袋收集器10收集，同時也達到對顆粒直徑初步分級的目的，較細粒徑的二氧化硅在布袋收集器10中捕集獲得。經實驗測試原料硅灰由深灰色變為淺白色，殘碳含量從3. 2%變為O. 02%，產品中的二氧化硅無結塊現象，煅燒前后二氧化硅微顆粒直徑分布基本保持不變。
權利要求
1.一種硅灰中殘碳的富氧煅燒脫除方法，其特征在于使含有雜質的、處于流化狀態的硅灰在600 800°C以及富氧條件下，煅燒I 2min即可，所述富氧條件是指煅燒時氣體中氧氣的摩爾分數為30 34%。
2.一種用于富氧煅燒脫除硅灰中殘碳的脫除裝置，其特征在于包括如下組成部分 流化床煅燒塔(8)，其上部和底部均設置有開口，用于使可燃氣體和硅灰中的碳成分在其中燃燒，所述流化床煅燒塔(8)的外側設有保溫層(6)； 燃燒機構，用于點火以使得流化床煅燒塔(8)中的可燃成分燃燒； 測溫機構，用于監測和/或控制流化床煅燒塔(8)內的溫度狀況，以確保流化床煅燒塔(8)內的溫度處于600 800°C之間； 鼓風機構，用于自流化床煅燒塔(8)底部向流化床煅燒塔(8)內部鼓入氣體，以使硅 灰在流化床煅燒塔(8)中處于流化狀態，所述鼓風機構的風量應滿足硅灰在流化床煅燒塔(8)內的停留時間為I 2min ； 輸料機構，用于向流化床煅燒塔(8 )中輸入娃灰,所述輸料機構的出料口設置在鼓風機構的出風口上側； 供氧機構，用于向流化床煅燒塔(8 )中輸入氧氣,供氧機構的氧氣出口設置在鼓風機構的出風口上側，且設置在輸料機構的出料口下側；所述供氧機構向流化床煅燒塔(8)中所輸入的氧氣使得流化床煅燒塔(8)中氧氣的摩爾分數為30 34% ； 產品收集機構，用于收集自流化床煅燒塔(8 )上側出口處排出的去除殘碳后的粉狀產品O
3.根據權利要求2所述的用于富氧煅燒脫除硅灰中殘碳的脫除裝置，其特征在于所述流化床煅燒塔(8)由剛玉管制成；或者所述流化床煅燒塔(8)的外側為鋼制殼體，所述鋼制殼體的內側砌筑有耐火磚。
4.根據權利要求2所述的用于富氧煅燒脫除硅灰中殘碳的脫除裝置，其特征在于所述燃燒機構為設置在流化床煅燒塔(8 )外側的電加熱器(7 )，所述保溫層(6 )包覆在電加熱器(7)的外側。
5.根據權利要求2所述的用于富氧煅燒脫除硅灰中殘碳的脫除裝置，其特征在于所述燃燒機構包括燃氣供應單元，燃氣供應單元的燃氣輸送管(12)伸入流化床煅燒塔(8)的內側，燃氣輸送管(12)的管口處設置有點火器。
6.根據權利要求2所述的用于富氧煅燒脫除硅灰中殘碳的脫除裝置，其特征在于所述測溫機構為設置在流化床煅燒塔(8)上側部位和下側部位處的熱電偶。
7.根據權利要求2所述的用于富氧煅燒脫除硅灰中殘碳的脫除裝置，其特征在于所述鼓風機構包括設置在流化床煅燒塔(8)下方的底座(2)，所述底座(2)為中空狀的殼體，且底座(2)的上部設有與流化床煅燒塔(8)底部開口相連通的出風孔，所述底座(2)的一側開有人孔(3 )，底座(2 )的另一側設有與鼓風機(I)相連接的進風孔。
8.根據權利要求7所述的用于富氧煅燒脫除硅灰中殘碳的脫除裝置，其特征在于所述底座(2)出風孔的上側設置有使氣體在流化床煅燒塔(8)內均勻分布的氣體分布器(11)，所述供氧機構的氧氣出口設置在底座(2 )出風孔和氣體分布器(11)之間，所述輸料機構的出料口設置在氣體分布器(11)的上側。
9.根據權利要求8所述的用于富氧煅燒脫除硅灰中殘碳的脫除裝置，其特征在于所述輸料機構為螺旋輸送機(5 ),螺旋輸送機(5 )的娃灰加料口設置在流化床煅燒塔(8 )的外偵1J,螺旋輸送機(5)的出料口設置在氣體分布器(11)的上側。
10.根據權利要求2 9任一項所述的用于富氧煅燒脫除硅灰中殘碳的脫除裝置，其特征在于所述產品收集機構包括旋風收集器(9)和布袋收集器(10);所述旋風收集器(9)的進風口與流化床煅燒塔(8)的上部開口相連通，旋風收集器(9)的出風口與布袋收集器(10)的進風口相連。
全文摘要
本發明屬于硅灰中殘碳的脫除技術領域，具體涉及一種硅灰中殘碳的富氧煅燒脫除方法及其脫除裝置。本發明中的脫除方法使含有雜質的、處于流化狀態的硅灰在600～800℃以及富氧條件下，煅燒1～2min即可，所述富氧條件是指煅燒時氣體中的氧氣摩爾分數為30～34%。本發明中的脫除裝置包括流化床煅燒塔、燃燒機構、測溫機構、鼓風機構、輸料機構、供氧機構和產品收集機構。本發明采用了富氧狀態下的流化床煅燒工藝，在富氧狀態下煅燒可有效提高硅灰中殘碳的氧化速率，從而縮短了煅燒時間；在流化狀態下煅燒則可以有效防止硅灰中二氧化硅微粒間的熔融以及粘合聚并，保證細微顆粒直徑不變。
文檔編號C01B33/18GK102849751SQ20121039313
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月17日 優先權日2012年10月17日
發明者陳明功, 李廣程, 萬亞麗, 王珊, 余水情, 顏凌燕 申請人:安徽理工大學