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煤矸石精细化、无害化综合利用新工艺
本工艺适用于对不同性质煤矸石的综合利用,产品方向为冰晶石、高分散白炭黑、氧化铁红并回收煤炭。
1、工艺原理
在特定工艺条件下,以无机酸为分解剂直接对煤矸石进行分解,使其中的铝、铁元素溶出并进入液相,二氧化硅、碳和硫不与酸反应被留存于残渣中。分解完成后,经分离收得含有铝、铁离子的酸浸出液和主要成分为二氧化硅、碳和硫的分解残渣。将溶液中的铝、铁进行分离,用于生产六氟铝酸钠(冰晶石)和氧化铁系工业颜料(铁红、铁黄、铁黑、铁棕等)。
将分解残渣与碱反应制得水玻璃和碱解残渣。碱解残渣的主要成份是不与酸碱反应的碳和硫,经洗涤后用作锅炉燃料。采用酸法工艺对水玻璃进行处理,控制工艺条件制得高分散性轮胎专用白炭黑。工艺过程对废气、废水进行控制、收集、回用,没有排放。所产生的分解残渣主要成分为碳和硫,热值达4500大卡以上,可直接用作锅炉燃料。生产过程对环境基本无影响。
本工艺无需对煤矸石做热活化处理。
2、主要经济技术指标
(1)分解率:
SiO2≥85%;Al2O3≥92%,Fe2O3≥90%。
(2)收率(以分解率为基数):
SiO2≥95%;Al2O3≥95%,Fe2O3≥96%。
(3)主要物资能源消耗(按每处理1000kg煤矸石计):
以贵州黔桂焦化煤矸石为例,其化学组成为SiO2:35.22%;Al2O3:20.54%;Fe2O3:11.89%;MgO:3.48%。
名称 | 消耗/kg | 备注 | 名称 | 消耗/kg | 备注 |
硫酸 | 483 | 氟化物 | 1440 | ||
氢氧化钠 | 593 | 生石灰 | 972 | ||
外购氨水 | 473 | 煤 | 800 | ||
回收氨水 | 4244 | 水 | 6m3 | ||
铁皮 | 166.4 | 电 | 800kwh |
3、产品及产量:
序号 | 名称 | 产量/kg | 单价/元 | 金额/元 | 备注 |
1 | 冰晶石 | 760 | 6.8 | 5168 | |
2 | 氧化铁红 | 243 | 6.3 | 1530.9 | |
3 | 高分散白炭黑 | 310 | 5.3 | 1643 | |
4 | 回收普通白炭黑 | 245 | 3 | 735 | |
5 | 回收氨水 | 4244 | 0.5 | 848.8 | |
合计 | 9925.7 |
4、三废控制与处理
(1)废气:
①酸性蒸汽:
产生位置:煤矸石酸浸工序、碱解残渣酸浸工序、铁沉淀物酸解与还原工序。
控制措施:与反应器配套安装冷凝回流装置,使酸性蒸汽冷凝、吸收转化为酸性液体返回反应器并参加反应,无排放。
②产品干燥过程产生的尾气
产生位置:各种产品干燥工序。
控制措施:采用旋风除尘、脉冲布袋除尘和水膜除尘相结合的方式,控制尾气中粉尘含量不大于30mg/m3,达标排放。
③含氨气体
产生位置:铁沉淀工序、氧化铁红制备工序、铝沉淀工序、冰晶石制备工序、氟化铵制备工序。
控制措施:采用封闭式反应装置并配套安装尾气吸收系统,在封闭条件下对所产生的含氨气体进行吸收,收氨水返回系统循环使用,无氨气弥散。
(2)废水
①分解过程所产生的洗涤液:
产生位置:酸解残渣洗涤、碱解残渣洗涤。
控制措施:返回分解系统循环使用。
②含硫酸钠废水
产生位置:高分散白炭黑分离工序。
控制措施:主要成份为硫酸钠,经物相转化后经苛后制得碳酸钙和液体氢氧化钠。碳酸钙循环用作转化剂,氢氧化钠经调整浓度后返回碱解工序循环使用。
③铵氮废水
产生位置:铁沉淀物分离工序、氧化铁红分离工序、铝沉淀物分离工序。
控制措施:送工艺废水综合利用系统,经分解回收氨水循环使用。铵分解后所产生的残液铵氮含量<10mg/m3,达标排放或循环使用。
④含氟废水
产生位置:冰晶石分离工序。
控制措施:以氢氧化钙处理后达标排放,同时收得副产品氟化钙,氟化钙循环用作反应活化剂。
(3)废渣
①分解残渣
产生位置:碱解残渣酸浸工序。
控制措施:分解残渣主要成份为未燃尽的碳和硫,热值在4500大卡以上,洗涤后用做锅炉燃料。
②还原残渣
产生位置:铁沉淀物酸解与还原工序。
控制措施:主要成份为铁,返回酸解及还原工序循环使用。
③铝碱溶残渣
产生位置:铝沉淀物碱溶分离工序;
控制措施:主要成份为铁和少量的氢氧化铝,返回煤矸石酸解工序循环分解。
5、技术状态
本工艺由河南睿博环境工程技术有限公司研发,历经5年实验室研究、6次中试研究和4次3000t/a级小型工业化生产验证,已成为成熟可靠的工业化生产技术。
6、本工艺优势
1、成熟、可靠,具有较高的工业实用价值。
2、处理过程无需对煤矸石做热活化处理,设备投资省,处理成本低。
3、实现了对煤矸石的全元素、无害化综合利用,对环境无污染。
4、产品符合市场需要,附加值高,运行成本低,经济效益十分可观。
作者单位:南阳东方应用化工研究所 河南南阳
邮编:473000 电话:13213779951
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