CN110624506B - 一种利用煤气化炉渣制备净水剂的方法及得到的净水剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用煤气化炉渣制备净水剂的方法及得到的净水剂，属于废弃工业产物处理领域。一种利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，包括以下步骤：1)将细渣进行分选，得到细灰、多孔炭粒和粗灰三股物料；2)将粗灰物料抽至1mm筛上用清水冲洗并淋滤脱水、风干；将细灰物料送入沉降槽，加入絮凝剂沉降、浓缩后，送至压滤机脱水得到细灰滤饼；将细灰滤饼打散后进行干燥，脱除微珠孔隙结构中的内水；3)将干燥后细灰、粗灰与粘结剂混合，在造粒机上造粒，干燥后即得到球状净水剂；该制备方法得到的净水剂，在强度、比表面积、孔隙率及吸附性能均优于或者与同类产品持平，因造价低廉，具有很大的市场竞争力。

Description

一种利用煤气化炉渣制备净水剂的方法及得到的净水剂
技术领域
本发明属于废弃工业产物处理领域，尤其是一种利用煤气化炉渣制备净水剂的方法及得到的净水剂。
背景技术
煤化工企业每年排放气化灰渣超过1000万吨，使气化炉渣的排放、治理成为行业性难题。目前，煤气化炉渣尚未得到很好利用，国内外对于煤气化炉渣的研究以及利用报道较少，基本集中在煤气化炉渣的基本物理化学特性研究，汤云等针对Texaco煤气化炉渣的基础特征以及运用等问题开展分析，提出煤气化炉渣的核心构成属于SiO2以及残余碳等物质，实际的煤气化炉粗渣结构为多孔架构，其较多归属海绵状的架构，实际的不定形玻璃比较致密；同时也有使用煤气化炉渣来制造建筑用砖的研究，如A.Acosta利用煤气化炉渣与粘土制备了建筑用砖。云正、于鹏超等人在研究中，重点分析了煤气化炉渣对相关墙体材料性能带来的影响和作用等。
目前，大多是从气化炉中渣通过药物浮选分离出活性炭或多孔炭做为净水剂，剩余的尾渣当无用产品处理，仍有环保方面的隐患，且分离过程成本高、分离效果也不是很好，还有文献是采用电厂粉煤灰或灰渣经盐酸溶出其中的铝、铁成分后再合成净水剂，成本高且存在环保缺陷。
活性炭净水剂的作用大致分为脱色和吸附杂质两种。在水体脱色效果上，表现最好的是木质粉活性炭，它不仅拥有很好的脱色能力，吸附能力以及性价比方面也占有优势。而在实际的水体处理中，木质粉活性炭这样的粉状活性炭，在过滤环节上，存在着很大的弊端。在解决过滤问题上，最常见的就是利用压滤机对其进行过滤处理，但是这样的机器造价并不低廉，这对一些中小水处理厂来说，并不利于应用。
而煤质活性炭在小范围的饮用水处理中比较少见，因为过去使用的煤质活性炭中有少量的硫，对人体有着一定的影响，因此使用较少。但随着对煤质活性炭的深入研究，将制作煤质活性炭中的煤原料换成了无烟煤生产，将煤质活性炭中的硫含量降低到可以使用的范围。现在煤质活性炭多应用于大型水厂的水处理中。
发明内容
本发明的目的在于现有阶段煤气化炉渣得不到充分利用的缺点，提供一种利用煤气化炉渣制备净水剂的方法及得到的净水剂。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，包括以下步骤：
1)将取自煤气灰水***的细渣用螺旋分选机上进行分选，分别得到细灰、多孔炭粒和粗灰三股含水物料；
2)将粗灰物料抽至1mm筛网上进行冲洗，筛上的粗灰干燥待用；
将细灰物料送入沉降槽，加入絮凝剂沉降、浓缩后，送至压滤机脱水得到细灰滤饼；
将细灰滤饼打散后进行干燥，脱除微珠孔隙结构中的内水；
3)将干燥后细灰、粗灰与粘结剂水溶液混合均匀后，在造粒机上造粒得到3-4mm的陶粒，干燥后即得到球状净水剂；
所述粘结剂的包括以下组分，以质量份数计：
聚已烯醇40-60份、聚丁醛20-30份、硅酸钠20-40份；
粘结剂水溶液中各组分之和与水的质量比为15：100；
混合后的混合物，按质量份数计，细灰40-70份、粗灰20-35份，粘结剂水溶液8-15份。
进一步的，步骤1)还包括二次分选，具体操作为：
将粗灰物料与细灰物料混合后进入一次灰水池，泵送至二次螺旋分选机进行分选，再次得到细灰、多孔炭粒和粗灰三股含水物料。
进一步的，分选后得到的细灰物料中细灰烧失量10％-20％，粗灰物料中粗灰烧失量低于8％。
进一步的，步骤2)中采用回旋窑烟气或微波进行干燥。
进一步的，步骤3)混合过程中的加入粘结剂水溶液为12份。
进一步的，步骤2)中絮凝剂为K2FeO4。
本发明的制备净水剂的方法得到的净水剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，通过螺旋分选机的筛选分离，分选出细灰和粗灰，而后通过絮凝沉降，提高了对细灰的收集效率，并且挤压出的水分还可循环用于分选工艺水流的供给，避免了水资源的浪费；细灰孔隙十分发育，进行造粒时，以粗灰颗粒为骨架，粘结剂为复合型PVA型，细灰在粘结剂作用下逐渐在其表团聚成球，加热干燥时复合型PVA型粘合剂聚合固化，产生强度；粘结剂在保持净水剂的亲水性同时又能提高净水剂对水中有机质的吸附能力，造粒后产品无需烧结也能保持一定的强度；制备方法简单，使用设备常见，且原料低廉，能够大规模生产工业净水剂。
进一步的，进行二次分选，将获得包含在粗灰物料及细灰物料中的多孔炭，进一步的回收多孔炭，提高了分离效率；在分选过程中，利用水流下落的流速增加，在底端的三口分流通道处即可完成分离，无需施加动力，与浮选和其它分离方法相比，效率更高，且没有浮选药剂消耗及重介质回收等额外成本，设备投资小、能耗低，易于推广。
进一步的，分选后得到的细灰物料中细灰烧失量10％-20％，粗灰物料中粗灰烧失量低于8％，可以最大限度地回收细渣中的多孔炭，在生产过程中可以从5吨细渣中回收1吨多孔炭作为高炉喷吹料、特种钢冶炼原料，也可以经改性生产活性炭及其它炭材料；而将余下需填埋、治理的废弃灰渣加工为工业净水剂，实现煤气灰水***的细渣的完全利用；该制备方法步骤简单，可做到气化细渣分级资源化利用与完全转化，环境效益明显。
进一步的，加入粘结剂水溶液为12份时，造粒后产品强度较高
进一步的，细灰池中絮凝剂为K2FeO4，原料便宜，能实现水中细粒物质快速絮凝、沉降浓缩，可缩短生产周期。
本发明的制备方法得到的净水剂，在强度、比表面积、孔隙率及吸附性能均优于或者与同类产品持平，因造价低廉，具有很大的市场竞争力。
附图说明
图1为本发明的气化细渣的分选流程图；
参见图2，图2为实施例1分选得到的物质的SEM图，2(a)为细灰的SEM图，2(b)为粗灰的SEM图，2(c)为多孔炭的SEM图；
图3为实施例1吸附前后的对比图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
气化炉渣根据排放位置的不同可分为粗渣和细渣(有的称细灰)，粗渣为煤灰中的低熔点共熔物与水淬冷后形成的碎块状玻璃体，由炉底灰渣锁斗排出，结构较为致密，细渣是高难完全熔融的硅铝酸盐形成微米级的中空颗粒或颗粒烧结聚集体和一些尚未完全气化的细多孔残炭，随气一起煤气出气化炉后经洗涤后与煤气分离进入灰水***的沉降槽。气化时煤粒外部灰分熔聚成球壳体，内部有机质气后形成中空结构，球壳壁面受内部煤气外向扩散的影响形成十分发达的孔隙结构，并镶嵌着部分残炭微粒，本发明用气化细渣孔隙发达、比表面积高、吸附性能高的特点做成净水剂，可用于煤化工行业某些难治理的污水或突发性事故污水处理，尤其是对高盐污水处理效果更佳。本发明采用较为简单螺旋分选方法，工艺简单，且分离出的多孔炭做为高附加值产品利用，而是用分选出来的尾渣做为净水剂，一方面变废为宝，价格低廉，另一方面可做到气化细渣的吃干榨净，达到完全资源化利用。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，图1为本发明的流程图，具体步骤包括以下步骤：
步骤1)煤气化炉渣的分选
将煤气化炉渣与水混合搅拌并置于螺旋分选机上进行分选，螺旋分离机低端处滑道分为外层、中层和内层；煤气化炉渣随水流从顶部流向低端，水流在此过程中速度不断提升，煤气化炉渣到达低端后速度较高，在低端水流被分为三股，其中最内层主要为粒度较大的粗渣成分，中层为粒度适中的煤渣，外层为粒度较小的细渣，得到细灰；分选原理为：将煤气化炉细渣与水混合后泵送至螺旋分选机上，煤气化炉细渣随水流从顶部沿螺旋滑道流向低端，水流在此过程中速度不断提升，煤气化炉渣在离心力的作用下按颗粒大小及密度在滑道上分级，底盘设置三个切口分别收集滑道内侧、中间部分及外层物料，内侧细灰主要是单颗粒的多孔中空玻璃微珠，中间物料主要为多孔炭，外侧粗灰为烧结在一起的玻璃微珠或多孔无定形硅铝酸盐聚集体，风处侧物料进入一次灰水池，中间物料进入多孔炭水槽；
将粗灰物料抽至1mm筛网上进行冲洗，筛上的粗灰干燥待用；
步骤2)细灰的提取
将外层细渣与水的混合物通入沉降池，向沉降池加入的K2FeO4作为絮凝剂，通过水槽不断向沉降池内通入细灰，并按照比例不断加入K2FeO4絮凝剂，使细灰浓缩、沉降；
S3)细灰的回收与的压滤脱水
将步骤2)将浓缩灰水泵送到板框回滤机中挤压出水分，得到细灰滤饼，此时含水量约为40％～50％，经挤压出的水分通过管道传输至沉降池循环使用；
S4)细灰的进一步干燥
将S3)细灰滤饼打散后物置于105℃鼓风干燥烘箱中干燥24h，进一步脱除内在水分。
S5)造粒
将干燥后细灰、粗灰与粘结剂水溶液混合均匀后，在造粒机上造粒得到3-4mm的陶粒，干燥后即得到球状净水剂；
粘结剂的包括以下组分，以质量份数计：
聚已烯醇40-60份、聚丁醛20-30份、硅酸钠20-40份；
粘结剂水溶液中各组分之和与水的质量比为15：100；
按质量份数计，细灰40-70份、粗灰20-35份，粘结剂水溶液8-15份。
煤气化炉渣除了残余的大量的不定形碳外，还含有部分杂质，主要为SiO2、Al2O3、CaO及灰分，该杂质成分均不与水发生反应，因此不会在吸附污水中杂质、重金属离子等过程中引入新的杂质，符合净水剂的使用条件。本发明从煤气化炉渣中提取出的细灰，属于一种活性稍低的活性炭成分。
实施例1
一种利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，包括以下步骤：
1)将取自煤气灰水***的细渣用螺旋分选机上进行分选，分别得到细灰、多孔炭粒和粗灰三股含水物料；分选后得到的细灰物料中细灰烧失量10％-20％，粗灰物料中粗灰烧失量低于8％。
2)将粗灰物料抽至1mm筛网上进行冲洗，筛上的粗灰干燥待用，采用回旋窑烟气干燥。
将细灰物料送入沉降槽，加入K2FeO4沉降、浓缩后，送至压滤机脱水得到细灰滤饼；
将细灰滤饼打散后进行干燥，脱除微珠孔隙结构中的内水；
3)将干燥后细灰、粗灰与粘结剂水溶液混合均匀后，在造粒机上造粒得到3-4mm的陶粒，干燥后即得到球状净水剂；
所述粘结剂的包括以下组分，以质量份数计：
聚已烯醇40份、聚丁醛20份、硅酸钠20份；
粘结剂水溶液中各组分之和与水的质量比为15：100；
按质量份数计，细灰70份、粗灰35份，粘结剂水溶液15份。
实施例1得到的净水剂，测试性能如下：
参见图2，图2为实施例1分选得到的物质的SEM图，2(a)为细灰的SEM图，2(b)为粗灰的SEM图，2(c)为多孔炭的SEM图，从SEM电镜分析可以看成出，细灰孔隙十分发育，造粒时，以粗灰颗粒为骨架，细灰在粘结剂作用下逐渐在其表团聚成球，粘结剂在干燥受热时快速固化，保持一定的强度。
一、强度测试
本发明制得的净水剂可于1.5m高度自由下落不解体，将该颗粒置于水中一段时间，颗粒不存在吸水膨胀及颗粒解体的现象，满足用作净水剂的基本使用强度。
二、吸附性能测试
以氮气为吸附介质，在比表面积及孔隙率全自动分析仪上测试结果为，见表1，从表中看出，净水剂与活性炭比表面积及孔隙率相当。
表1实施例1得到的净水剂与活性炭的比表面积及孔隙率参数比较
Figure BDA0002246569950000091
见表2，表2吸水剂与水处理活性炭污水脱色及脱除重金属离子的比较，在200mL蒸馏水中，分别加入碘水、亚甲基兰、苯酚、氨水、含重金属的盐，配制成100ppm相应溶液，装入100ml的烧瓶中，分别加入0.5g将本发明的净水剂与水处理活性炭超声波震30min后，用滴定法测定溶液中残留，计算净水剂和活性炭对各种物质的脱除率，以比较两者对模拟工业废水的处理效果，可经看出净水剂在脱色性能与活性炭接近，但在去除重水中金属离子方面明显高于活性炭，因此可在煤化工废水处理及高盐度废水处理方面发挥作用。参见图3，图3为实施例1吸附前后的对比图，吸附后溶液上面变无色透明，具有良好的吸附性能。
表2吸水剂与水处理活性炭污水脱色及脱除重金属离子的比较
项目 吸水剂 吸附量(mg/g)
碘 99.87％ 99.94
苯酚 99.92％ 99.67
亚甲基兰 98.93 97.62
NH<sub>4</sub><sup>+</sup> 85.36 92.12
Pd<sup>2+</sup> 64.34 47.44
Cu<sup>2+</sup> 58.25 46.44
Cd<sup>2+</sup> 57.63 47.54
实施例2
一种利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，包括以下步骤：
1)将取自煤气灰水***的细渣用螺旋分选机上进行分选，分别得到细灰、多孔炭粒和粗灰三股含水物料；分选后得到的细灰物料中细灰烧失量10％-15％，粗灰物料中粗灰烧失量低于3％-8％。
2)将粗灰物料抽至1mm筛网上进行冲洗，筛上的粗灰干燥待用，采用微波进行干燥。
将细灰物料送入沉降槽，加入K2FeO4沉降、浓缩后，送至压滤机脱水得到细灰滤饼；
将细灰滤饼打散后进行干燥，脱除微珠孔隙结构中的内水；
3)将干燥后细灰、粗灰与粘结剂水溶液混合均匀后，在造粒机上造粒得到3-4mm的陶粒，干燥后即得到球状净水剂；
所述粘结剂的包括以下组分，以质量份数计：
聚已烯醇50份、聚丁醛25份、硅酸钠30份；
粘结剂水溶液中各组分之和与水的质量比为15：100；
按质量份数计，细灰40份、粗灰20份，粘结剂水溶液10份。
实施例3
一种利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，包括以下步骤：
1)将取自煤气灰水***的细渣用螺旋分选机上进行分选，分别得到细灰、多孔炭粒和粗灰三股含水物料；分选后得到的细灰物料中细灰烧失量15％-20％，粗灰物料中粗灰烧失量低于1％-4％。
2)将粗灰物料抽至1mm筛网上进行冲洗，筛上的粗灰干燥待用，采用回旋窑烟气干燥。
将细灰物料送入沉降槽，加入K2FeO4沉降、浓缩后，送至压滤机脱水得到细灰滤饼；
将细灰滤饼打散后进行干燥，脱除微珠孔隙结构中的内水；
3)将干燥后细灰、粗灰与粘结剂水溶液混合均匀后，在造粒机上造粒得到3-4mm的陶粒，干燥后即得到球状净水剂；
所述粘结剂的包括以下组分，以质量份数计：
聚已烯醇45份、聚丁醛27份、硅酸钠32份；
粘结剂水溶液中各组分之和与水的质量比为15：100；
按质量份数计，细灰55份、粗灰33份，粘结剂水溶液13份。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将取自煤气灰水***的细渣用螺旋分选机上进行分选，分别得到细灰、多孔炭粒和粗灰三股含水物料；
2)将粗灰物料抽至1mm筛网上进行冲洗，筛上的粗灰干燥待用；
将细灰物料送入沉降槽，加入絮凝剂沉降、浓缩后，送至压滤机脱水得到细灰滤饼；
将细灰滤饼打散后进行干燥，脱除微珠孔隙结构中的内水；
3)将干燥后细灰、粗灰与粘结剂水溶液混合均匀后，在造粒机上造粒得到3-4mm的陶粒，干燥后即得到球状净水剂；
所述粘结剂的包括以下组分，以质量份数计：
聚已烯醇40-60份、聚丁醛20-30份、硅酸钠20-40份；
粘结剂水溶液中各组分之和与水的质量比为15：100；
混合后的混合物，按质量份数计，细灰40-70份、粗灰20-35份，粘结剂水溶液8-15份。
2.根据权利要求1所述的利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，其特征在于，步骤1)还包括二次分选，具体操作为：
将粗灰物料与细灰物料混合后进入一次灰水池，泵送至二次螺旋分选机进行分选，再次得到细灰、多孔炭粒和粗灰三股含水物料。
3.根据权利要求1或2所述的利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，其特征在于，分选后得到的细灰物料中细灰烧失量10％-20％，粗灰物料中粗灰烧失量低于8％。
4.根据权利要求1所述的利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，其特征在于，步骤2)中采用回旋窑烟气或微波进行干燥。
5.根据权利要求1所述的利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，其特征在于，步骤3)混合过程中的加入粘结剂水溶液为12份。
6.根据权利要求1所述的利用煤气化炉渣制备净水剂的方法，其特征在于，步骤2)中絮凝剂为K2FeO4。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的制备净水剂的方法得到的净水剂。
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