CN112662444B - 一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法 - Google Patents

一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铸造领域，尤其涉及一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，包括以下步骤：将铸造除尘灰倒入搅拌池中并加水搅拌均匀，铸造除尘灰和水的质量比为1:(2‑3)；在搅拌池两端加超声波发声装置，并进行超声处理，超声处理时间为18‑20min，超声波频率为30‑50KHz；将步骤(2)超声处理后的混合物快速引入静置池内静置1‑1.5h，抽取上层固体层，过滤烘干后得到煤粉。本发明的超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，采用超声处理工艺，利用超声的空化效应将吸附在二氧化硅颗粒表面的煤粉分离，并通过静置使得密度较低的煤粉与密度较高的二氧化硅等组分分离，煤粉回收率在70％以上。利用煤粉分离后的除尘灰制备的砖的强度提高，同时分离出的煤粉可作为热能使用，提高了能源利用率。

Description

一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法
技术领域
本发明涉及铸造领域，尤其涉及一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法。
背景技术
近些年，随着人们环保意识的不断提高，工业废弃物处理已经渐渐形成规模。铸造行业也一样，铸造废砂再生已经是必然的趋势。铸造生产过程中会有除尘灰的排放，据统计全国铸造产生的粉尘在30万吨以上，长期以来缺乏有效的处理手段，大多是露天堆放或掩埋，但随意堆放占用了大量的土地资源、破坏生态环境。如何有效地对铸造除尘灰进行利用从而避免对环境产生不利影响是亟待解决的问题。目前有部分厂家将除尘灰加入其他材料压制成砖或者其他建材，但普遍强度不高，销量受到限制；导致其强度不高的原因主要为除尘灰中的煤粉含量太高。经过检测每1kg废灰热值达到5.91MJ-6.98MJ(一汽铸造除尘灰)，若将其中的煤粉分离出来投入使用，将大大节约热能，而且剩余废灰处理将相对较简单。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，实现煤粉从铸造除尘灰中分离。
本发明采用以下技术方案：
一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，包括以下步骤：(1)将铸造除尘灰倒入搅拌池中并加水搅拌均匀，铸造除尘灰和水的质量比为1:(2-3)；(2)在搅拌池两端加超声波发声装置，并进行超声处理，超声处理时间为18-20min，超声波频率为30-50KHz；(3)将步骤(2)超声处理后的混合物快速引入静置池内静置1-1.5h，抽取上层固体层，过滤烘干后得到煤粉。
进一步的，铸造除尘灰由30-45wt％煤粉、35-50wt％二氧化硅和5-20wt％金属氧化物组成。
进一步的，超声波的功率密度为0.7-1W/cm2。
进一步的，步骤(1)中搅拌速度为500-900rpm。
进一步的，步骤(2)超声处理过程中还进行搅拌，搅拌速度500-900rpm。
进一步的，还包括将步骤(3)静置后的混合物抽取下层固体层，过滤烘干后得到二氧化硅及不溶盐。
进一步的，步骤(3)中烘干温度为60-80℃，烘干时间为40-60min。
本发明的超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，采用超声处理工艺，利用超声的空化效应将吸附在二氧化硅颗粒表面的煤粉分离，并通过静置使得密度较低的煤粉与密度较高的二氧化硅等组分分离，煤粉回收率在70％以上。利用煤粉分离后的除尘灰制备的砖的强度提高，同时分离出的煤粉作为热能使用，提高了能源利用率，避免大量热量被浪费。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明的超声分离铸造除尘灰中煤粉的装置示意图；
图中：1-搅拌池，2-静置池，3-超声波发声装置，4-搅拌叶片，5-第一出液口，6-第一开关，7-输液管，8-第二出液口，9-第二开关，10-抽离泵。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，包括以下步骤：(1)将铸造除尘灰倒入搅拌池中并加水搅拌均匀，铸造除尘灰和水的质量比为1:(2-3)；(2)在搅拌池两端加超声波发声装置，并进行超声处理，超声处理时间为18-20min，超声波频率为30-50KHz；(3)将步骤(2)超声处理后的混合物快速引入静置池内静置1-1.5h，抽取上层固体层，过滤烘干后得到煤粉。
因铸造除尘灰(粒径较小，一般＞200目)中的煤粉吸附在SiO2颗粒表面，一般搅拌无法使之分离。需要利用超声波的空化效应，在极小的颗粒间作用，使吸附的煤粉和SiO2颗粒分离。
超声波和声波一样,是一种机械波,由介质中的质点受到外力的作用而发生周期性振动产生的。超声波在介质中传播的波形取决于介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。通常有如下三种:纵波波型、横波波型、表面波波型。超声波在液体中是以纵波的形式传播的，其交变声压在液体中周期性产生拉伸和压缩。对较弱的超声，在声压的负压阶段，气泡(空化核)被拉大，而在正压阶段，气泡又被压缩变小。气泡的大小随声波的频率而作脉动变化。在声场中振动的气泡，由于膨胀相气泡的表面积比压缩相的表面积大，使膨胀时扩散到气泡内的气体比压缩时扩散到气泡外的多，而使气泡在振动过程中增大。当达到共振半径后会使气泡由稳态转为瞬态空化，继而发生崩溃。本发明有效利用了超声波的空化效应，将吸附在二氧化硅表面的煤粉分离。
具体的，铸造除尘灰由30-45wt％煤粉、35-50wt％二氧化硅和5-20wt％金属氧化物组成。金属氧化物包括三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、二氧化钛。更具体的，铸造除尘灰由40-45wt％煤粉、35-40wt％二氧化硅、8-10wt％三氧化二铝、2-4wt％三氧化二铁、2-3wt％氧化钙、1-2wt％氧化镁、0.5-1wt％氧化钾、1.5-2wt％氧化钠、0.1-0.5wt％二氧化钛组成。
具体的，超声波的功率密度为0.7-1W/cm2。
具体的，步骤(1)中搅拌速度为500-900rpm。
具体的，步骤(2)超声处理过程中还进行搅拌，搅拌速度500-900rpm。
具体的，还包括将步骤(3)静置后的混合物抽取下层固体层，过滤烘干后得到二氧化硅及不溶盐。
具体的，步骤(3)中烘干温度为60-80℃，烘干时间为40-60min。
具体的，在本发明的一些实施例中，如图1所示，实现超声分离铸造除尘灰中煤粉的装置包括搅拌池1、静置池2，搅拌池1相对两侧壁上设置有超声波发声装置3，搅拌池1内还设置有搅拌叶片4，通过外设电机(图中未视出)驱动搅拌叶片4转动，实现对混合物的搅拌。搅拌池1靠近底部的侧壁上设置有第一出液口5，第一出液口5的外侧固定连接有第一开关6和输液管7，输液管7延伸至静置池2底部，实现将超声搅拌处理后的混合物引入静置池2中静置。优选的，静置池2为透明分层池，肉眼可见静置分层效果。在静置池2底部设置第二出液口8，第二出液口8的外侧固定连接有第二开关9和抽离泵10，在抽离泵10的作用下将下层密度大的组分从底部抽取，再将上层密度较小的煤粉从上层抽取，实现煤粉与其余组分的分离。该装置结构简单，有效实现对超声作用后铸造除尘灰中煤粉与其它组分的分离，具有良好的分离效果。
以上对本发明的超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法做了详细的描述，下面将结合具体实施例做进一步说明。
实施例1
一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，包括以下步骤：(1)将铸造除尘灰倒入搅拌池中并加水搅拌均匀，搅拌速度为500rpm，铸造除尘灰和水的质量比为1:3；(2)在搅拌池两端加超声波发声装置，边搅拌边进行超声处理，超声处理时间为18min，超声波频率为50KHz，超声波的功率密度为0.8W/cm2；(3)将步骤(2)超声处理后的混合物快速引入静置池内静置1h，抽取上层固体层，过滤烘干后得到煤粉，抽取下层固体层，过滤烘干后得到二氧化硅及不溶盐，烘干温度为60℃，烘干时间为50min。
本实施例中铸造除尘灰由42.60wt％煤粉、37.31wt％二氧化硅、9.12wt％三氧化二铝、3.40wt％三氧化二铁、2.38wt％氧化钙、1.72wt％氧化镁、0.84wt％氧化钾、1.80wt％氧化钠、0.43wt％二氧化钛组成。
实施例2
一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，包括以下步骤：(1)将铸造除尘灰倒入搅拌池中并加水搅拌均匀，搅拌速度为900rpm，铸造除尘灰和水的质量比为1:2；(2)在搅拌池两端加超声波发声装置，边搅拌边进行超声处理，超声处理时间为18min，超声波频率为40KHz，超声波的功率密度为0.7W/cm2；(3)将步骤(2)超声处理后的混合物快速引入静置池内静置1h，抽取上层固体层，过滤烘干后得到煤粉，抽取下层固体层，过滤烘干后得到二氧化硅及不溶盐，烘干温度为80℃，烘干时间为40min。
本实施例中铸造除尘灰由44.80wt％煤粉、36.25wt％二氧化硅、8.54wt％三氧化二铝、2.94wt％三氧化二铁、2.24wt％氧化钙、1.54wt％氧化镁、0.85wt％氧化钾、1.62wt％氧化钠、0.40wt％二氧化钛组成。
实施例3
一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，包括以下步骤：(1)将铸造除尘灰倒入搅拌池中并加水搅拌均匀，搅拌速度为700rpm，铸造除尘灰和水的质量比为1:2；(2)在搅拌池两端加超声波发声装置，边搅拌边进行超声处理，超声处理时间为20min，超声波频率为30KHz，超声波的功率密度为1W/cm2；(3)将步骤(2)超声处理后的混合物快速引入静置池内静置1.5h，抽取上层固体层，过滤烘干后得到煤粉，抽取下层固体层，过滤烘干后得到二氧化硅及不溶盐，烘干温度为80℃，烘干时间为60min。
本实施例中铸造除尘灰的组分与实施例1一致。
实施例4
一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，包括以下步骤：(1)将铸造除尘灰倒入搅拌池中并加水搅拌均匀，搅拌速度为800rpm，铸造除尘灰和水的质量比为1:2；(2)在搅拌池两端加超声波发声装置，边搅拌边进行超声处理，超声处理时间为20min，超声波频率为50KHz，超声波的功率密度为1W/cm2；(3)将步骤(2)超声处理后的混合物快速引入静置池内静置1h，抽取上层固体层，过滤烘干后得到煤粉，抽取下层固体层，过滤烘干后得到二氧化硅及不溶盐，烘干温度为70℃，烘干时间为60min。
本实施例中铸造除尘灰的组分与实施例1一致。
对比例1
一种分离铸造除尘灰中煤粉的方法，包括以下步骤：(1)将铸造除尘灰倒入搅拌池中并加水搅拌均匀，搅拌速度为500rpm，铸造除尘灰和水的质量比为1:3；(2)将步骤(1)搅拌处理后的混合物快速引入静置池内静置1h，抽取上层固体层，过滤烘干后得到煤粉，抽取下层固体层，过滤烘干后得到二氧化硅及不溶盐，烘干温度为60℃，烘干时间为50min。
本对比例中铸造除尘灰的组分与实施例1一致。
对比例2
一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，包括以下步骤：(1)将铸造除尘灰倒入搅拌池中并加水搅拌均匀，搅拌速度为500rpm，铸造除尘灰和水的质量比为1:3；(2)在搅拌池两端加超声波发声装置，边搅拌边进行超声处理，超声处理时间为10min，超声波频率为50KHz，超声波的功率密度为0.8W/cm2；(3)将步骤(2)超声处理后的混合物快速引入静置池内静置1h，抽取上层固体层，过滤烘干后得到煤粉，抽取下层固体层，过滤烘干后得到二氧化硅及不溶盐，烘干温度为60℃，烘干时间为50min。
本对比例中铸造除尘灰的组分与实施例1一致。
将实施例1-4和对比例1-2中抽取的上层固体层烘干后采用HJ761-2015灼烧减量法测定煤粉的含量，并与铸造除尘灰中本身含有的煤粉量比较得到煤粉的回收率。同时将抽取的下层固体层作为原料制砖，测试制备得到的砖的抗压强度。结果如表1所示。
表1性能测试结果
Figure BDA0002235767600000061
由表1可知，本发明通过利用超声波的空化效应，将吸附在二氧化硅颗粒表面的煤粉进行了有效分离，煤粉的回收率达到70％以上。同时煤粉分离后的铸造除尘灰用于建材原料时，提高了建材的强度，增加了铸造除尘灰的利用率和销量，有效实现了固体废弃物的有效再利用。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (2)

1.一种超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，其特征在于，由以下步骤组成：
(1)将铸造除尘灰倒入搅拌池中并加水搅拌均匀，所述铸造除尘灰和水的质量比为1:(2-3)；
(2)在搅拌池两端加超声波发声装置，并进行超声处理，超声处理时间为18-20min，超声波频率为30-50KHz；
(3)将步骤(2)超声处理后的混合物快速引入静置池内静置1-1.5h，抽取上层固体层，过滤烘干后得到煤粉；抽取下层固体层，过滤烘干后得到二氧化硅及不溶盐；
所述铸造除尘灰由30-45wt％煤粉、35-50wt％二氧化硅和5-20wt％金属氧化物组成；
所述超声波的功率密度为0.7-1W/cm 2；
步骤(1)中搅拌速度为500-900rpm；
步骤(2)超声处理过程中还进行搅拌，搅拌速度500-900rpm。
2.根据权利要求1所述的超声分离铸造除尘灰中煤粉的方法，其特征在于，步骤(3)中烘干温度为60-80℃，烘干时间为40-60min。
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