一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的成套设备的制作方法

本实用新型涉及焚烧含硅灰渣资源化处理的固废(包括危废)的综合利用领域，具体为制无钠硅溶胶领域,特别涉及一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的成套设备。

背景技术：

传统的焚烧含硅灰渣中不属于危废的主要是制水泥、砖、砌块等建筑材料，属于危废的与交联剂一起用于固化重金属，然后用水泥固化后填埋处理，或者还有用玻璃熔融后再填埋处理，属于无害化处理。还有将其添到水泥中做为配料，添加量不超过15％烧制水泥的。属于低附加值的处理方法。

传统的硅溶胶生产所需原料为硅酸钠(又称水玻璃、泡花碱)，采用稀释后用离子交换树脂脱大部分钠后，再浓缩叫碱法，产品为碱性硅溶胶。还有一种方法先稀释后用硫酸中和硅酸钠中的钠形成硫酸钠，采取溶剂萃取法分出硫酸钠后再浓缩称酸法硅溶胶。还有一种方法是将金属硅用水溶解，用氨中和的方法，虽然无钠但成本特别高。(化工产品手册、无机化工产品p465－p468)

用焚烧含硅灰渣的固体废弃物做原料，用硫酸将杂质fe、ai、ca、mg、k、na等用硫酸强制溶出后，再高温高压下催化还原法制硅溶胶是无钠的，具有生产成本低，原料来源广，固废又得到处理。由于无钠提高了产品质量，用废弃物做原料低成本、低售价，拓宽了硅溶胶的应用领域。

技术实现要素：

传统理论认为，只有金属硅和硅酸钠做原料，才能产生硅溶胶，用硫酸和催化剂同二氧化硅反应生产硅溶胶未加报导，“《无机化学丛书》第三卷、碳、硅、锗分族科学出版社2018.4”。

本实用新型打破了这一禁区，是在含硅灰渣经焚烧热活化和用水或常温空气输送过程的冷活化基础上经高速剪切机械力化学活化，进一步松动硅同其它成分的结合键再用硫酸进行前处理除去其它杂质fe、ae、ca、mg、k、na后的纯净二氧化硅同硫酸进行高温高压催化还原反应；其中硫酸在水中解离的二个氢离子攻击二氧化硅中的氧原子形成一分子水，不可逆。硫酸根在催化剂作用下还原成硫离子，同硅反应形成二硫化硅和二硫化硅、二氧化硅混和类型的硅溶胶。

化学反应式如下：单一类型

h2so4→2h⁺+so4^＝so4^2－+2m→s^2－+2m⁺·o2

sio2+4h⁺+s^2－→2h2o+sis2

也有部分反应形成sio2、sis2混合的硅溶胶

sio2+4h⁺+2s^2－→2h2o+sis2·sio2

m⁺为亚态的金属氧化物催化剂如低价亚态的feo、mno、cuo等。

本实用新型为原始创新理论性原理性创新、技术工艺创新。

本实用新型是为了解决下述技术问题：

1、解决焚烧含硅灰渣的传统水泥、建材利用的低附加值问题，实现高值化利用。

2、解决硅溶胶传统方法用硅酸钠为原料生产含钠硅溶胶，质量比无钠硅溶胶差，且生产过程复杂、成本高、产量低、售价高，限制了它的应用范围。

3、传统无钠硅溶胶用金属硅做原料，用氨中和，但成本特别高，只能用于特殊场合，限制了它的应用范围。

本实用新型要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的成套设备，包括灰渣储槽、高速剪切活化机、加温加压溶出罐、第一硫酸储罐、离心机、离心液槽、离心料罐、单螺杆泵输送机、硅溶胶反应罐、催化剂储罐、第二硫酸储罐、盐浴循环加热设备、泄料罐、过滤机、滤渣槽、滤液槽、蒸发浓缩机组、冷却器、计量灌装机、硅溶胶产品储罐；所述灰渣储槽的出口与所述高速剪切活化机的入口连接，所述高速剪切活化机的出口与所述加温加压溶出罐的一个入口连接，所述加温加压溶出罐的另一个入口与所述第一硫酸储罐的出口连接；所述加温加压溶出罐的出口与所述离心机的入口连接，所述离心机的离心液相出口与所述离心液槽的入口连接，所述离心机的离心固相出口与所述离心料罐的入口连接，所述离心料罐的出口与所述单螺杆泵输送机的入口连接；

所述硅溶胶反应罐的两个入口分别与所述催化剂储罐的出口和所述单螺杆泵输送机的出口连接，所述硅溶胶反应罐中的加热盘管的出口和入口分别与所述盐浴循环加热设备的入口和出口连接；所述硅溶胶反应罐的出口与所述泄料罐的入口连接；所述泄料罐的出口与所述过滤机的入口连接，所述过滤机的滤渣出口和滤液出口分别与所述滤渣槽的入口、滤液槽的入口连接；

所述滤液槽的出口与所述蒸发浓缩机组的入口连接，所述蒸发浓缩机组的水出口与所述冷却器连接，所述蒸发浓缩机组的产品出口与所述计量灌装机的入口连接，所述计量灌装机的出口与所述硅溶胶产品储罐连接；

所述灰渣储槽内的焚烧含硅灰渣进入到所述高速剪切活化机进行处理后进入所述加温加压溶出罐内，与由所述第一硫酸储罐进来的硫酸进行活化处理，除去非硅杂质成份后得到活化后的焚烧含硅灰渣；活化后的焚烧含硅灰渣通过离心机进行离心分离，离心分离后的离心液相进入离心液槽中备用，离心分离后的离心固相进入所述离心液槽；

所述离心液槽内的离心固相通过所述单螺杆泵输送机进入所述硅溶胶反应罐内，与由所述第二硫酸储罐过来的硫酸和由所述催化剂储罐过来的催化剂一起在所述硅溶胶反应罐内进行硅溶胶反应得到粗硅溶胶溶液，所述硅溶胶反应罐内的热源来自其内的盘管，所述硅溶胶反应罐内的盘管热量来自所述盐浴循环加热设备；

粗硅溶胶溶液进入所述泄料罐内，所述泄料罐内的粗硅溶胶溶液通过过滤机进行过滤，过滤后的滤渣进入所述滤渣槽另行处理，过滤后的滤液进入所述滤液槽内；所述滤液槽内的滤液送入所述蒸发浓缩机组进行蒸发浓缩；蒸发浓缩后的水进行冷却器冷却回收，蒸发浓缩后的硅溶胶产品通过所述计量灌装机进入所述硅溶胶产品储罐入库。

本实用新型的创新方法生产的无钠硅溶胶同传统方法比较具有如下优越性：

1、本实用新型创新方法所用原料就是焚烧含硅灰渣和硫酸及还原催化剂；氧化亚铁、氧化亚锰和氧化亚铜等之一种或二种，要比传统方法所用原料阴阳离子交换树脂和硅酸钠(水玻璃)要便宜。硫酸全消耗成为硅溶胶组成部分，增加了产品产量和产品质量。

2、本实用新型创新方法不用传统方法的先大比例稀释，用离交树脂或硫酸脱钠后再大比例浓缩。只用一定浓度的硫酸先低温低压预处理溶出杂质，然后高温高压催化还原反应，在浓缩脱水的比例不大。能源消耗的差别也不太大。本实用新型能源消耗略高于传统方法，但综合成本是低的。

3、本实用新型的产品为无钠硅溶胶，解决用传统金属硅做原料生产无钠硅溶胶的生产成本极高的问题。传统无钠硅溶胶用工业金属硅做主要原料，吨价格超过万元，成本太高，只能应用于电子行业的特殊场合做为粘合剂，而且用量不大，严重影响了它的应用范围。

4、低成本的无钠硅溶胶解决了高成本无钠硅溶胶应用面很小的问题，可广泛应用在防腐材料、防水材料，利用废石块和粉料搞人造石材、优良的粘合剂，农业上用做用途广泛的水溶性硅肥，可增加农产品产量和品质，减轻病虫害的危害，减少化学农药的施用。

附图说明

图1为一种利用焚烧含硅灰渣资源化处理生产无钠硅溶胶的设备结构示意图。

图2为一种利用焚烧含硅灰渣资源化处理生产无钠硅溶胶的设备工艺流程图。

具体实施方式

结合附图和实施例对本实用新型进一步的描述。

参见图1，图中所示的一种焚烧含硅灰渣的资源化处理生产无钠硅溶胶的成套设备，包括灰渣储槽1、高速剪切活化机2、加温加压溶出罐3、第一硫酸储罐4、离心机5、离心液槽6、离心料罐7、单螺杆泵输送机8、硅溶胶反应罐9、催化剂储罐10、第二硫酸储罐11、盐浴循环加热设备12、泄料罐13、过滤机14、滤渣槽15、滤液槽16、蒸发浓缩机组17、冷却器18、计量灌装机19、硅溶胶产品储罐20。

灰渣储槽1的出口与高速剪切活化机2的入口连接，高速剪切活化机2的出口与加温加压溶出罐3的一个入口连接，加温加压溶出罐3的另一个入口与第一硫酸储罐4的出口连接；加温加压溶出罐3的出口与离心机5的入口连接，离心机5的离心液相出口与离心液槽6的入口连接，离心机5的离心固相出口与离心料罐7的入口连接，离心料罐7的出口与单螺杆泵输送机8的入口连接；

硅溶胶反应罐9的两个入口分别与催化剂储罐10的出口和单螺杆泵输送机8的出口连接，硅溶胶反应罐9中的加热盘管的出口和入口分别与盐浴循环加热设备12的入口和出口连接；硅溶胶反应罐9的出口与泄料罐13的入口连接；泄料罐13的出口与过滤机14的入口连接，过滤机14的滤渣出口和滤液出口分别与滤渣槽15的入口、滤液槽16的入口连接；

滤液槽16的出口与蒸发浓缩机组17的入口连接，蒸发浓缩机组17的水出口与冷却器18连接，蒸发浓缩机组17的产品出口与计量灌装机19的入口连接，计量灌装机19的出口与硅溶胶产品储罐20连接。

本实用新型将灰渣储槽1内焚烧含硅灰渣先送入高速剪切活化机2进行高速剪切活化处理，高速剪切活化机2的转数为5000转/分。

然后经过高速剪切活化机2处理后的焚烧含硅灰渣送入加温加压溶出罐3内，接着将第一硫酸储罐4内的硫酸加入加温加压溶出罐3进行加温加压溶出铁、铝、钙、镁、钾、钠和其它微量金属杂质成分后，送入离心机5进行离心分离。

经过离心机5离心分离的离心液相杂质送入离心液槽6另行处理。经过离心机5离心分离的离心固相为活化后的焚烧含硅灰渣，送入离心料罐7内

加温加压溶出罐3内加温加压溶出用硫酸的质量百分比浓度为20％，固液比为1:3压力控制在0.5mpa，溶出时间为3h。

离心料罐7内的活化后的焚烧含硅灰渣通过单螺杆泵输送机8送入硅溶胶翻印罐9内，与由第二硫酸储罐11送过来的硫酸和由催化剂储罐10送过来的催化剂一起进行硅溶胶反应。硅溶胶反应中的催化剂加量为活化后的焚烧含硅灰渣的二氧化硅干基的2‰，加硫酸的质量百分比浓度为30％，加量为活化后的焚烧含硅灰渣的二氧化硅干基重量的3倍，用盐浴循环加热、间接加热的温度控制在350℃，硅溶胶反应温度控制在250℃，压力控制在2.5mpa，溶出时间为2h。硅溶胶反应罐9内的热源来自盐浴循环加热设备12。

反应完成后的粗硅溶胶溶液送入泄料罐13内，然后经过过滤机14进行过滤，过滤机14的过滤介质为聚偏二氟乙烯纤维，过滤速度为5m/h。过滤周期为15h，反冲洗水量为1m³/m³·min。过滤后，滤渣杂质送入滤渣槽15内另行处理。滤液即硅溶胶溶液送入滤液槽16，然后送入蒸发浓缩机组17进行真空蒸发浓缩，浓缩后的硅溶胶浓度为30％，同其它指标即完全符合化工行业标准《hg/t2521－2008酸性工业硅溶胶标准。》。浓缩后的硅溶胶浓度经过计量灌装机19计量后送入硅溶胶产品储罐20中，真空蒸发浓缩后的水送入冷却器18冷却回收。

以上实施例用于进一步说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的保护范围，实施例中的条件可以根据具体条件做进一步调整，在本实用新型的构思前提下对本实用新型的方法简单改进都属于本实用新型要求保护的范围。

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