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CN110723976B - 一种除尘灰烧胀陶粒及除尘灰的节能处理方法 - Google Patents

一种除尘灰烧胀陶粒及除尘灰的节能处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种除尘灰烧胀陶粒及除尘灰的节能处理方法，铸造除尘灰的节能处理方法，包括如下步骤：将主料和除尘灰混合，加入清水搅拌成泥状物，所述的主料为黏土、页岩、污泥、垃圾焚烧物中的一种或多种；将所述的泥状物造粒生成生料球，将所述的生料球第一次升温至500‑600℃，保温处理，继续第二次升温处理，冷却，进入振动筛，得到不同粒径的除尘灰烧胀陶粒。本发明利用除尘灰中的粉煤灰在灼烧时提供的大量热量，降低烧胀陶粒的天燃气消耗，节省燃料成本，相比普通陶粒能够提高经济效益，本发明的方法具有能耗低、性能好、无危害、范围广、可循环利用等优点。

Description

一种除尘灰烧胀陶粒及除尘灰的节能处理方法
技术领域
本发明属于固废处理、环保再生领域，具体涉及一种除尘灰烧胀陶粒及除尘灰的节能处理方法。
背景技术
随着国内经济发展，铸件不仅满足国内制造业需求，铸件出口也在稳步上升，我国铸件总产量已经接近5000万吨/年，采用砂型生产的铸件占总量80％以上，每生产1吨铸件产生1.2吨的废砂和0.3吨的除尘灰。可见除尘灰的量非常巨大。
潮模砂是硅砂、膨润土、煤粉及水按照一定配比组成的铸件生产的造型材料，是我国传统铸造运用范围最多的材料，是任何其他造型材料(冷芯砂、覆膜砂、水玻璃砂)都不能相比的。每年的吞吐量五百万吨以上，该工艺生产30％左右的除尘灰，主要由细硅砂粉、粘土、煤粉等组成。
国家政策加大了对节能减排的要求，国内铸造界人士也越来越重视旧砂再生的重要性，坚持绿色铸造战略，从节约资源方面要做到减量化、再循环、再利用，铸造排放废砂的再生工艺国内已经很成熟，关键是30％的除尘灰的有效利用。利用除尘灰可以制造出不同性能的产品，实现变废为宝的目的，铸造除尘灰来源可以替代粘土资源，原料成本低廉，制备的产品性能好，运用范围广。
目前，陶粒主要由粘土、页岩以及污泥等为主要原料加工制粒，然后经过高温烧结或者烧胀而成。黏土陶粒在生产时黏土材料主要取自耕地，页岩陶粒在生产时需要开山取石，这两种陶粒获取原材料的方式都会破坏生态环境，不符合可持续发展战略，也不符合我国注重环保节能的基本国策。
铸造除尘灰中有粉煤灰，热值很高，可充分利用；且还含有膨润土，常温下具有一定的吸水黏附性，即表现为成球性，高温区是一种良好的助熔剂，提高烧胀陶粒的强韧性。除尘灰中化学成分元素见表1。
表1
元素 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO C CaO NaO
百分比 42-45 10-18 6-7 2-4 2-3.5 2-3 0.5-1.2
目前还没有公开对铸造除尘灰的有效利用，比较常规的处理方法掩埋处理，掩埋处理会污染水体、土壤、扬尘危害，造成一系列的环境污染，其次是通过固化填埋，虽然解决了扬尘的问题，但是没有产生附加价值，且处理过程会产生成本付出，没有经过效益回报，往往不能完全落实。
鉴于以上原因，特提出本发明。
发明内容
为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种除尘灰烧胀陶粒及除尘灰的节能处理方法，通过本发明的方法将除尘灰回收利用制成烧胀陶粒，本发明的方法可以大范围的消耗粉尘类污染源，达到无害化处理，从而起到环保利废的作用，且产量高、节约能源，投资成本和压力小，经济效益高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铸造除尘灰的节能处理方法，包括如下步骤：
(1)将主料和除尘灰混合，加入清水搅拌成泥状物，所述的主料为黏土、页岩、污泥、垃圾焚烧物中的一种或多种；
(2)将所述的泥状物造粒生成生料球，将所述的生料球第一次升温至 500-600℃，保温处理，继续第二次升温处理，冷却，进入振动筛，得到不同粒径的除尘灰烧胀陶粒。
铸造除尘灰的煤粉在灼烧时提供大量热源，降低烧胀陶粒的天燃气消耗，节省燃料成本，相比普通陶粒能够提高经济效益；除尘灰中煤粉非常细小，在制备烧胀陶粒后的空隙呈现弥散分布，具备良好的孔隙率，还能够提高烧胀陶粒的强度，相比传统烧胀陶粒更轻，有更好的隔音、隔热效果；在焙烧的过程中，温度采用梯度上升的方式，除尘灰中的金属离子能够固化，从而制备的除尘灰陶粒的利用无害化，耐酸耐碱，本发明的方法得到的陶粒颗粒大小可控，烧胀陶粒可运用在建筑(隔音、隔热)，园林种植(蓄水、透水、过量)功效。
本发明中的造粒得到的生料球的尺寸根据对陶粒产品的要求而定，一般 0.5-3cm皆可。
所述的主料为黏土、页岩、污泥、垃圾焚烧物中的一种或多种；各原料之间以任意比例混合均可。
进一步的，步骤(1)中按照重量份，主料40-70重量份、除尘灰30-60重量份、水15-25重量份。
进一步的，主料50-60重量份、除尘灰40-50重量份、水18-22重量份。
进一步的，主料55重量份、除尘灰45重量份、水20重量份。
进一步的，步骤(2)中第一次升温和第二次升温均采用恒定速率升温。
进一步的，升温速率为5-10℃/min。
本发明采用恒定的速率升温，采用过低的升温速率会影响生产效率，升温速率过快的话，生料球内外受热不一致，容易导致开裂，采用本发明的升温速率具有较高的生产效率，且生料球不会产生开裂。
进一步的，步骤(2)中的保温时间为30-60min。
本发明中在500-600℃保温30-60min的目的是在此温度区域内让低熔点物质、粉煤灰充分灼烧，形成孔隙，若温度过高的话，MgO和SiO2等就会形成熔融相，煤粉来不及灼烧，影响孔隙的形成以及分布状态。
进一步的，步骤(2)中第二次升温至1000-1100℃后保温30-60min。
第二次升温后保温的目的是提高陶粒的强度，保温时间越长，强度会相应提高，但是能耗增加，综合各方面因素，选择本发明的保温时间30-60min。
进一步的，步骤(2)中冷却采用风冷，冷却温度60-120℃。
采用风冷的方法工作简单可靠，产生的热风可以收集用于前段补充热源加热生料球的热源。出冷后的陶粒温度太高影响产品的筛分、包装，温度太低影响效率。
一种除尘灰烧胀陶粒，由所述的铸造除尘灰的节能处理方法制备而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的方法利用除尘灰的特性，将除尘灰制成烧胀陶粒，具有热值的除尘灰提供热源，残留膨润土可降低对粘结剂的需求，相互渗透，取长补短，通过提高最终的焙烧温度，实现对除尘灰的无害化处理；
(2)本发明的方法能耗低：利用除尘灰中的粉煤灰在灼烧时提供的大量热量，降低烧胀陶粒的天燃气消耗，节省燃料成本，相比普通陶粒能够提高经济效益；性能好：除尘灰中的煤粉非常细小，在制备烧胀陶粒后的空隙呈现弥散分布，具备良好的孔隙率，同时提高烧胀陶粒的强度，相比传统的烧胀陶粒更轻，有更好的隔音、隔热效果；
(3)本发明的方法在焙烧的过程中，焙烧温度采用梯度上升的方式，可以将除尘灰中的金属离子固化，从而制备的除尘灰烧胀陶粒无害化，耐酸耐碱性好，本发明制备的陶粒颗粒大小可控，制备的烧胀陶粒可以运用在建筑(隔音、隔热)，园林种植(蓄水、透水、过量)功效，实现了废弃物循环再生的同时缓解了铸造企业环保压力，达到了环保利废的功效；
(4)本发明的方法产量高、节约能源、投资成本和压力小、经济效益高；同时由于陶粒配方和制作工艺水平的高效性，单位产品的投资更小，获取的最终利益也更大；烧胀陶粒具有密度小、耐酸碱性好、抗压强度高，化学稳定性好等优点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例的一种铸造除尘灰的节能处理方法，包括如下步骤：
(1)将40kg黏土和45kg除尘灰混合，加入15kg清水搅拌成泥状物；
(2)将所述的泥状物挤压造粒生成生料球，所述的生料球的尺寸根据实际生产需要进行设定，将所述的生料球以恒定的升温速率从室温升温，升温速率为5℃/min，第一次升温至500℃，保温处理60min，继续第二次升温处理至1000℃，保温60min，在流入冷却管路冷却，烧胀后的高温陶粒砂采用风冷来冷却，产生的热风收集用于给前段补充热源加热生料球的热源，出冷后的陶粒进入振动筛，冷却后的陶粒温度为60℃，按照要求得到不同粒径的除尘灰烧胀陶粒。
实施例2
本实施例的一种铸造除尘灰的节能处理方法，包括如下步骤：
(1)将50kg页岩和32kg除尘灰混合，加入18kg清水搅拌成泥状物；
(2)将所述的泥状物挤压造粒生成生料球，所述的生料球的尺寸根据实际生产需要进行设定，将所述的生料球以恒定的升温速率从室温升温，升温速率为6℃/min，第一次升温至520℃，保温处理50min，继续第二次升温处理至 1020℃，保温50min，在流入冷却管路冷却，烧胀后的高温陶粒砂采用风冷来冷却，产生的热风收集用于给前段补充热源加热生料球的热源，出冷后的陶粒进入振动筛，冷却后的陶粒温度为80℃，按照要求得到不同粒径的除尘灰烧胀陶粒。
实施例3
本实施例的一种铸造除尘灰的节能处理方法，包括如下步骤：
(1)将30kg污泥、25kg页岩和45kg除尘灰混合，加入20kg清水搅拌成泥状物；
(2)将所述的泥状物挤压造粒生成生料球，所述的生料球的尺寸根据实际生产需要进行设定，将所述的生料球以恒定的升温速率从室温升温，升温速率为7.5℃/min，第一次升温至550℃，保温处理45min，继续第二次升温处理至 1050℃，保温45min，在流入冷却管路冷却，烧胀后的高温陶粒砂采用风冷来冷却，产生的热风收集用于给前段补充热源加热生料球的热源，出冷后的陶粒进入振动筛，冷却后的陶粒温度为90℃，按照要求得到不同粒径的除尘灰烧胀陶粒。
实施例4
本实施例的一种铸造除尘灰的节能处理方法，包括如下步骤：
(1)将50kg黏土和40kg除尘灰混合，加入22kg清水搅拌成泥状物；
(2)将所述的泥状物挤压造粒生成生料球，所述的生料球的尺寸根据实际生产需要进行设定，将所述的生料球以恒定的升温速率从室温升温，升温速率为9℃/min，第一次升温至580℃，保温处理40min，继续第二次升温处理至 1080℃，保温40min，在流入冷却管路冷却，烧胀后的高温陶粒砂采用风冷来冷却，产生的热风收集用于给前段补充热源加热生料球的热源，出冷后的陶粒进入振动筛，冷却后的陶粒温度为100℃，按照要求得到不同粒径的除尘灰烧胀陶粒。
实施例5
本实施例的一种铸造除尘灰的节能处理方法，包括如下步骤：
(1)将70kg垃圾焚烧物和60kg除尘灰混合，加入25kg清水搅拌成泥状物；
(2)将所述的泥状物挤压造粒生成生料球，所述的生料球的尺寸根据实际生产需要进行设定，将所述的生料球以恒定的升温速率从室温升温，升温速率为10℃/min，第一次升温至600℃，保温处理30min，继续第二次升温处理至 1100℃，保温30min，在流入冷却管路冷却，烧胀后的高温陶粒砂采用风冷来冷却，产生的热风收集用于给前段补充热源加热生料球的热源，出冷后的陶粒进入振动筛，冷却后的陶粒温度为100℃，按照要求得到不同粒径的除尘灰烧胀陶粒。
对比例1
本对比例按照实施例3的方法得到烧胀陶粒，不同之处在于，不添加除尘灰。
对比例2
本对比例的除尘灰的节能处理方法与实施例3相同，不同之处在于，步骤(2)中升温采用一次升温处理，不采用两次升温处理。
试验例1
分别按照实施例1-5和对比例1-2方法制得烧胀陶粒，测定烧胀陶粒的性能如表2所示。
表2
Figure BDA0002302173520000071
从表1中可以看出，对比例1与实施例1-5相比，不添加除尘灰每立方陶粒的天燃气能耗显著升高，堆积密度增加，孔隙率降低，筒压强度降低，吸水率降低，这是由于除尘灰中含有煤粉，天燃气消耗量明显降低，孔隙率提高，孔隙呈现弥散分布，能够提高陶粒的筒压强度，从对比例2和实施例1-5相比，孔隙率明显降低，筒压强度降低，这是由于分段焙烧保温处理，可以将除尘灰中的MgO和SiO2等形成熔融相，增加孔隙之间的连接骨架，达到质轻强度高的特点。
试验例2
对实施例1制备的陶粒进行重金属物质检测，引用标准《GB5085-3-2007 危险废物鉴别标准》，具体检测结果如表3所示。
表3
化学成分 铅 铬 钡 砷 汞
鉴别标准mg/L 5 1 100 5 0.1
检测结果mg/L ND 0.061 ND 2.88×10<sup>-3</sup> 2.65×10<sup>-3</sup>
备注：1.“ND”标示未测出。
从上表可以看出，本发明的方法得到的陶粒具有安全无毒的特点，满足各种场合的运用。
本发明人也对其他实施例做了上述试验，结果基本一致，由于篇幅有限，不再一一列举。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种铸造除尘灰的节能处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将主料和除尘灰混合，加入清水搅拌成泥状物，所述的主料为黏土、页岩、污泥、垃圾焚烧物中的一种或多种，按照重量份，主料50-60重量份、除尘灰40-50重量份、水18-22重量份；
(2)将所述的泥状物造粒生成生料球，将所述的生料球第一次升温至500-600℃，保温处理30-60min，继续第二次升温处理，冷却，冷却采用风冷，冷却温度60-120℃，进入振动筛，得到不同粒径的除尘灰烧胀陶粒；
其中，第一次升温和第二次升温均采用恒定速率升温，升温速率为5-10℃/min，第二次升温至1000-1100℃后保温30-60min。
2.根据权利要求1所述的铸造除尘灰的节能处理方法，其特征在于，主料55重量份、除尘灰45重量份、水20重量份。
3.一种除尘灰烧胀陶粒，其特征在于，由权利要求1或2所述的处理方法制备而成。
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