專利名稱：生產沸石的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及以焚燒灰或含硅鋁酸鹽的組合物為原料生產沸石的方法。
背景技術：
以前，采用煤燃燒副生的飛灰和含硅鋁酸鹽的組合物作人造沸石原料。用熱堿溶液使其沸石化的方法和裝置，已在日本待審專利出版物平6-321525號公報、日本待審專利出版物平6-321526號公報中公開。
在日本待審專利出版物平10-324518號公報中，還公開了用循環流動床連續生產人造沸石的方法和連續生產人造沸石的裝置。
在現有生產人造沸石的方法中，飛灰和含硅鋁酸鹽的組合物和堿的混合物是用輻射熱、傳導熱來加熱的，但提高熱能密度很有限，所以有加熱時間長的傾向。另外，因為在熱堿溶液進行沸石化反應的速度慢，所以生產人造沸石需要的時間很長。也就是說，因是從粒子外部加熱，所以熱量進入粒子內部以及和堿的擴散都需要很長時間，其結果導致總反應時間變長。
另外，由于熱堿反應生成的沸石，往往在粒子表面形成一層殼，使粒子內部反應延遲，阻礙沸石的生成，所以沸石轉化率不高。
另外，在以往方法中，不參與反應的氫氧化鈉量多，所以堿的回收和再利用既費工又費時，很難生產高性能、低價格的人造沸石。
另外，還有把人造沸石從堿溶液分離、洗滌、干燥的工序。這些分離、干燥工序需要耗費大量能量，所以生產成本高，從節能觀點看也有問題。
本發明要解決的課題就是，提供一種與現有技術相比工藝簡單、堿耗低、排堿量少、能耗低、耗時少的人造沸石生產方法。
發明公開為了解決上述課題，本發明的人造沸石生產方法其特點在于在焚燒灰或含硅鋁酸鹽的組合物中，添加堿性水溶液制成漿狀或泥狀物料，在連續輸送加溫過的捏和物的同時，以頻率為300MHz至30GHz的電磁波直接照射上述捏和物，使之沸石化。按此工藝，用反應必須的最小量堿浸透到焚燒灰等粒子的固相內，這些堿受電磁波照射后，在粒子內部發熱，瞬時沸石化，所以在降低堿耗和排堿量的同時，在很短時間內就可生產出人造沸石。另外，因為不需要以往的固液分離、精制工藝，所以可以簡化工藝。
在此，所謂焚燒灰或含硅鋁酸鹽的組合物，就是含有天然沸石或用其他生產方法生產的尚未鈣十字沸石化的沸石。也就是說，本發明還可用于提高天然沸石的性能。
在電磁波照射下，只是焚燒灰等捏和物發熱，周邊裝置和氣氛氣體等都幾乎不升溫，所以熱效率高，可降低能耗。另外，捏和物先預熱再照射電磁波，可把熱轉換率提高到70％。在這種情況下，捏和物的預熱溫度以80～150℃為佳。
按本發明生成的沸石主要成分是鈣十字沸石，還可有八面沸石(ホ-ジヤサイト)、沸石A、羥基方鈉石或沸石以外的非沸石成分，如未燃燒碳和鐵等。
另外，本發明中所謂的焚燒灰，是指含有硅鋁酸鹽的組合物的焚燒灰，還有煤灰、造紙污泥的焚燒灰，排水處理副生的活性污泥的焚燒灰、城市垃圾焚燒灰、垃圾等固化燃料的焚燒灰等。另外，所謂含硅鋁酸鹽的組合物，是指含硅酸鹽或二氧化硅中的一部分被鋁置換后生成的鹽的礦物而言，例如正長石、鈣長石、方沸石、菱沸石、云母等礦物。
通過把照射用電磁波的頻率設為300MHz至30GHz，焚燒灰或含硅鋁酸鹽的組合物和堿性水溶液的捏和物中所含水分子的偶極矩劇烈振動(數億～數十億次/秒)，焚燒灰等粒子內部在高溫下發熱，瞬時進行熱堿反應，所以過去需要數小時至數十小時的沸石化反應可在幾分鐘內完成。
焚燒灰或含硅鋁酸鹽的組合物和堿性水溶液的捏和物制成漿狀或泥狀物料，可提高生產工藝中的操作性、輸送性，用電磁波照射發熱效率可以很高。另外，由于反應所須堿量可以調到最低限度，故可大大減少廢堿排出量。
通過在焚燒灰或含硅鋁酸鹽的組合物中預先添加成核用粒子，可以促進決定整個沸石化反應速度的沸石成核反應，所以沸石化反應速度增至3～5倍，而且在短時間內生產出人造沸石。作為成核用粒子，宜用沸石粒子、玻璃粉末等。
通過在連續輸送焚燒灰或含硅鋁酸鹽的組合物和堿性水溶液的捏和物的過程中用電磁波進行照射，照射條件的管理、調整變得很容易，整個沸石生產工藝可連續化處理，故可實現工藝的高效化。如焚燒灰等的捏和物上有端面、突起部等存在，則此部分會有電場集中的趨勢，可能形成升溫不均。為了防止這一點，希望采用圓筒形回轉加熱裝置或能使加熱面上下移動的傳送帶式加熱裝置。
通過焚燒灰使用煤或垃圾焚燒伴生的飛灰，可實現工業廢棄物的有效資源化。另外，所謂煤燃燒伴生的飛灰，是指煤在微粉碳燃燒鍋爐中燃燒時由收塵器收集的微細灰粒，含有氧化硅、氧化鋁和氧化鈣等、強熱灼減量5％以下，比重1.9以上，粒徑分布為44μm標準篩75％以上通過。垃圾焚燒伴生的飛灰與煤焚燒伴生的飛灰同樣具有氧化硅、氧化鋁和石灰的組成。
另外，本發明的沸石生產裝置，是配置有以下生產手段(means)的裝置在焚燒灰或含硅鋁酸鹽的組合物中添加堿性水溶液進行混捏(捏和)的混捏手段、對混捏手段成形的捏和物進行升溫的加溫手段、對升溫后的捏和物照射電磁波使之沸石化的電磁波照射手段、洗凈由電磁波照射生成的沸石的洗凈手段、干燥洗凈后沸石的干燥手段。
采用這種裝置結構，與以往技術相比，可簡化工藝、降低堿耗和排堿量、節能，而且能在短時間內生產出人造沸石。
附圖簡述圖1是表示沸石生產裝置中的工藝流程圖，圖2是表示圖1沸石生產裝置中電磁波照射部的側面圖，圖3是表示圖2中電磁波照射部的電磁波發生器的概略圖。
實施發明的最佳形式以下根據
本發明的實施方式。
如圖1所示，用運輸車輛運來的飛灰等焚燒灰貯存在原料貯槽1，用輸送泵送入預熱器2，然后加入從堿貯槽3供給的堿濃度為1～30％(重量)的堿水，加熱到80～100℃后，送入混捏機4并在其中混捏。另外預熱器2用蒸汽加熱，混捏機4用馬達18驅動。
混捏機4形成的漿狀捏和物19載于輸送帶20上，送往電磁波照射部21，在輸送過程中，用配置于輸送帶20上方的電磁波照射儀5發射的2450MHz電磁波照射1～15分鐘。因此，捏和物19中，沸石化反應急劇進行，生成沸石。另外，電磁波的照射條件可以在頻率300MHz～30GMz(波長1cm～1m)、照射時間1～30分鐘范圍內調整。
電磁波照射過后的捏和物19經固化后，送入洗凈器7，在此，洗凈附于生成沸石上的堿分后，置于離心分離機8上脫水，繼而在蒸汽回轉干燥機9上進行蒸汽加熱式溫和干燥，得到人造沸石。將該人造沸石放入貯槽10，稱重至特定重量，包裝后作為產品16出廠。
另一方面，從離心分離機8出來的堿水，送入貯槽11，經第一級廢水處理裝置12及第二級廢水處理裝置13處理之后，經由監控裝置14作為廢水15排放。
如圖2所示，在電磁波照射部21上，輸送帶20的始端附近配置有混捏機19的給料調整機22，在輸送帶20的上方配置有多個電磁波照射儀5。在輸送帶20的終端附近，配置有養護生成沸石的養護室25，在輸送帶20內配置有防微波導板(guide)26。
如圖3所示，在微波振蕩器23附近配置了如下裝置防微波泄漏的隔離器24，把發生的微波傳送到微波照射部32用的定向耦合器27，功率監視器28，指示器29，匹配器30和固定分配器31、把微波照射到被加熱物上的微波照射部32等。
經過給料調整機22載于輸送帶20上的捏和物19，用微波發振器23發出的微波進行照射，在輸送過程中，其沸石化反應急劇進行，所以，在到達輸送帶終端的短時間內即可生成沸石。生成的沸石經在沸石固化室25內固化后，如前所述，送到洗凈機7進行一定的處理。
這樣，將堿性水溶液添加到焚燒灰中進行混捏，使形成的捏和物19升溫，然后用電磁波照射使之沸石化，據此，在焚燒灰粒子的固相內，浸透了反應必須的最小量的堿，這些堿通過電磁波照射在粒子內部發熱，瞬時發生沸石化反應，故可降低堿耗、排堿量，在短時間內制得人造沸石。還有，因為不需要以往的固液分離和精制工序，所以工藝可大大簡化。
另外，由于電磁波照射只使捏和物19發熱，周邊裝置和氣氛氣體等都幾乎不升溫，故可提高熱效率，降低能耗。此外，捏和物19在預熱到80～150℃后，在電磁波照射下，熱轉換率可提高到70％。
在本實施方式中生成的沸石主要成分是鈣十字沸石，還有八面沸石、沸石A、羥基方鈉石或沸石以外的非沸石成分，如未燃燒碳和鐵等成分。
通過頻率為2450MHz電磁波照射，捏和物中所含水分子的偶極矩劇烈振動(數億～數十億次/秒)，焚燒灰等粒子內部高溫發熱，瞬時進行熱堿反應，所以過去需要數小時～數十小時的沸石化反應，只要幾分鐘就可告終。
因為捏和物19是漿狀物料，生產工藝中的操作性、輸送性良好，用電磁波照射可實現有效的發熱。另外，由于反應所須堿量可以調到最低限度，故可大大減少廢堿排出量。
另外，本發明并不限于上述實施方式，根據用作原料的焚燒灰等的種類、成分、性質等的不同，添加堿的水分、濃度、添加量可改變，捏和物的水分量、性狀或照射電磁波的頻率、照射時間等可作適當變化。
實施例1將煤灰和造紙污泥焚燒灰按1∶2～5的比例混合而成的混合物，使用如圖1所示的沸石生產裝置，按上述條件進行處理，當上述比例為1∶2～3時，得到Ca型人造沸石轉換率為90％左右的產品。另外，通過預先添加10～20％(重量)玻璃粉末于造紙污泥焚燒灰中，由于玻璃粉末可促進沸石核的生成，因此用電磁波照射3～5分鐘就可高效地制得Ca型人造沸石。
實施例2使用如圖1所示的沸石生產裝置處理城市垃圾的焚燒灰(RDF焚燒灰)，以相當于處理煤灰時電磁波照射時間1/2～1/3的時間，可完成沸石化反應。
實施例3在處理Si/Al比不同的原料(焚燒灰等)的情況下，通過調整從堿貯槽3添加的堿水的成分-Ca、Na等的比例，或者，通過控制電磁波照射時間，可以控制生成的人造沸石的成分。
其次，本實施方式的人造沸石生產方法和以往用熱堿方法生產人造沸石的方法相比，每1噸人造沸石的污濁負荷量，可由原來的100kg減少到5kg，每1噸人造沸石的能耗(換算為重油)，可由原來必須的0.5kl減少到0.05kl。另外，每1噸人造沸石的生產成本可以減低到原來的1/3.5～1/5。
產業上利用的可能性本發明可用作為以焚燒灰或含硅鋁酸鹽的組合物(包括天然沸石)為原料高效率生產沸石的技術。
權利要求
1.一種沸石生產方法，其特征在于，在焚燒灰或含硅鋁酸鹽的組合物中添加堿性水溶液，制成漿狀或泥狀物料，在連續輸送加熱過的捏和物的過程中，以300MHz至30GHz頻率的電磁波直接照射上述捏和物，使之沸石化。
2.根據權利要求1所述的沸石生產方法，其特征在于，上述組合物為天然沸石或尚未鈣十字沸石化的沸石。
3.一種生產沸石的裝置，其特征在于，它裝備有在焚燒灰或含硅鋁酸鹽的組合物中添加堿性水溶液進行混捏的混捏手段、對上述混捏裝置形成的捏和物進行升溫的加熱手段、對升溫的上述捏和物進行電磁波照射使之沸石化的電磁波照射手段、對上述經電磁波照射生成的沸石進行清潔的清潔裝置和對清潔的沸石進行干燥的干燥手段。
全文摘要
在包含焚燒灰或硅鋁酸鹽作為原料的組合物中加入來自堿貯槽(3)的堿性水溶液并加熱。然后混合所得預混物,用捏和機(4)捏和,制得漿狀或泥狀形式的捏和物(19)。使捏和物(19)連續移動,并在電磁波照射部(21)中用頻率為300MHz至30GHz的電磁波直接照射,從而使其轉變成沸石。生成的沸石用洗滌機(7)洗凈后,用蒸汽回轉干燥機(9)干燥。該方法可在短時間內以小的堿用量、排堿量和能耗生產出人造沸石。
文檔編號H05B6/78GK1370132SQ00811861
公開日2002年9月18日 申請日期2000年7月26日 優先權日1999年8月9日
發明者蓮山伸子, 仁田隆, 北條純一 申請人:蓮山伸子, 仁田隆, 北條純一, 有限會社伸東產業