一种利用粉煤灰合成沸石处理废水制作干粉灭火剂的方法及装置与流程

[0001]
本发明涉及一种利用粉煤灰合成沸石处理废水制作干粉灭火剂的方法及装置，属于粉煤灰的综合利用技术领域。


背景技术：

[0002]
伴随着经济的飞速发展，人们对电力的需求不断提高，火力发电仍然在电力生产结构中占据主要地位，因而每年均会产生大量的工业废物-粉煤灰，据有关部门统计：2016年粉煤灰的总产量为6.55亿吨，2017年粉煤灰的总产量为6.86亿吨，预计2020年这一数字将达到7.81亿吨。尽管近几年来粉煤灰的利用率不断提高，但每年仍有很多未被有效利用，占用土地且破坏环境。
[0003]
粉煤灰中主要成分是sio
2
与al
2
o
3
，还有少量的fe
2
o
3
、cao等物质。其利用方式主要在以下几个方面：建筑、冶金、化工、农业。目前在环境方面主要体现在用其对废水、废气进行处理，对废水的处理即是利用它的吸附性，直接处理或对其改性后再处理，或将其与其它具有吸附性的物质制成过滤层处理废水。而在消防领域的磷酸铵盐干粉灭火剂的制造中，多用磷酸二氢铵作为原料，从未考虑过在该领域中利用粉煤灰。
[0004]
以上所述这些方法存在的弊端是：对于处理废水来说，仅仅依赖粉煤灰自身的吸附性或者对其稍作改性处理，对废水的处理效果可能达不到国家允许的排放标准，并且过滤废水后的残渣仍未进行利用，既浪费资源又可能会造成二次污染；对于制作磷酸铵盐干粉灭火剂来说，存在着制作原材料过于单一的问题，亟需找到其他可替代的物质。


技术实现要素：

[0005]
(一)要解决的技术问题
[0006]
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种利用粉煤灰合成沸石处理废水制作干粉灭火剂的方法，其利用粉煤灰首先合成沸石处理含氨氮的废水，然后将处理废水后形成的细小晶体制作成干粉灭火剂的方法。
[0007]
(二)技术方案
[0008]
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
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一种利用粉煤灰合成沸石处理废水制作干粉灭火剂的方法，其包括如下步骤：
[0010]
s1、粉煤灰通过碱熔-晶化法对粉煤灰进行处理合成粉煤灰沸石；
[0011]
s2、将待处理的废水与磷酸根离子、镁离子的水溶液充分混合均匀作为混合溶液，将混合溶液在粉煤灰沸石的辅助下于带有ph调节器的流化床反应器内反应，然后，将粉煤灰沸石形成的细小晶体进行干燥，并研磨成粉末；
[0012]
s3、将步骤s2获得的粉末加入氯化钠、硅油、疏水白炭黑及云母制作成新型干粉灭火剂。
[0013]
如上所述的方法，优选地，在步骤s1中，所述粉煤灰中所含硅元素与铝元素的摩尔
比为1.5～2.0；所述碱熔-晶化法为将活化剂naoh固体加入到粉煤灰中混合，之后在温度为450～650℃下焙烧1～2h，按照液固比6：1的比例加入蒸馏水，搅拌老化后，进行晶化，完成粉煤灰到沸石的转化获得粉煤灰沸石。
[0014]
如上所述的方法，优选地，naoh与粉煤灰按照质量比1.2：1混合，所述老化的时间为12h，晶化温度100℃，晶化时间9h。
[0015]
如上所述的方法，优选地，在步骤s2中，所述待处理的废水为ph值为6～8、氨氮浓度为500mg/l～900mg/l的废水。
[0016]
如上所述的方法，优选地，在步骤s2中，待处理的废水与磷酸根离子、镁离子的水溶液按铵根离子：镁离子：磷酸根离子摩尔比为1：1.2：1.3进行添加混合。
[0017]
如上所述的方法，优选地，在步骤s2中，ph调节器内设有naoh溶液(可采用1～2mol/l的浓度)，用于调节流化床反应器内ph值在9.0～9.5范围。
[0018]
如上所述的方法，优选地，在步骤s2中，粉煤灰沸石与混合溶液循环混合直至废水达到国家允许工业氨氮废水正常排放标准：氨氮浓度为0.02mg/l～150mg/l停止，将粉煤灰沸石形成的细小晶体进行干燥。
[0019]
如上所述的方法，优选地，在步骤s2中，流化床反应器包括主体罐、ph调节器、入口节流阀门、出口节流阀门、反应器壁、隔板和可拉伸反应仓，主体罐的上端设为反应器壁，反应器壁顶端设有流体入口，流体入口与反应器壁之间设置有入口节流阀门，流体入口内壁上设有ph调节器，主体罐的中间设有两个隔板，所述可拉伸反应仓可拉伸地设于两个隔板之间，隔板上设有通孔，主体罐的下端设有两个排水口和流体出口，流体出口与主体罐之间设有出口节流阀门。
[0020]
如上所述的方法，优选地，在步骤s3中，按质量份计进行添加步骤s2获得的粉末50～60份、氯化钠20～25份、硅油5～8份、疏水白炭黑5～8份、云母10～14份。
[0021]
一种利用粉煤灰合成沸石处理废水制作干粉灭火剂的装置，其包括主体罐、ph调节器、入口节流阀门、出口节流阀门、反应器壁、隔板和可拉伸反应仓，主体罐的上端设为反应器壁，反应器壁顶端设有流体入口，流体入口与反应器壁之间设置有入口节流阀门，流体入口内壁上设有ph调节器，主体罐的中间设有两个隔板，所述可拉伸反应仓可拉伸地设于两个隔板之间，隔板上设有通孔，主体罐的下端设有两个排水口和流体出口，流体出口与主体罐之间设有出口节流阀门。
[0022]
(三)有益效果
[0023]
本发明的有益效果是：
[0024]
本发明公开了一种利用粉煤灰合成沸石处理废水制作干粉灭火剂的方法，从粉煤灰处理废水的角度出发，利用此过程中产生的磷酸铵镁晶体，最终落实于消防领域-制作灭火剂，并且本发明获取最终产物磷酸铵镁所采用的反应设备，不再是通用的磁力搅拌器，而是具有ph调节功能的流化床反应器。最后，将处理废水后的粉渣制作成新型干粉灭火剂。整个过程不会产生对人体或环境造成危害的任何物质，充分响应了国家“变废为宝”的号召。
[0025]
与现有技术相比，处理氨氮废水后的粉渣被充分利用起来，并且生成磷酸铵镁的反应容器不再是常用的磁力搅拌器，而是流化床反应器，使得反应进行的更加充分彻底，并且打破了人们一贯的将磷酸铵镁应用于农业或者建筑领域的想法，而是将其与氯化钠、硅油、疏水白炭黑、云母等混合，配制成新型干粉灭火剂应用到消防领域中。磷酸铵镁遇火则
分解成焦磷酸镁，这种磷酸镁对于织物和纤维材料具有明显的阻燃效果。再此也不必考虑使用磷酸铵镁后的结块性，除了配比中用到的成分，粉末中含有少量的粉煤灰沸石也对磷酸铵镁的结块起到良好的抑制效果。
[0026]
从氨氮废水处理角度考虑，使用常见的流化床反应器，不用花费巨大建造专门的废水处理设备，这就使处理费用节省40％-60％。并且操作简单，省时省力。从制作磷酸铵盐型干粉灭火剂的角度出发，提供一种可代替磷酸二氢铵作为主要原料的路线，并且磷酸铵镁较磷酸二氢铵的获取更方便。综合以上角度来看，整个过程中不仅使氨氮废水得到净化达到国家排放标准、制成新型干粉灭火剂，而且并未产生任何对人体有害、污染环境的物质。粉煤灰的这一全新的利用方式，使其变废为宝，降低了对环境的污染，符合当前社会可持续发展的趋势，更具有重要的环境效益、经济价值和社会意义。
附图说明
[0027]
图1为流化床反应器结构示意简图；
[0028]
图2为可拉伸反应仓(反应中)结构示意简图；
[0029]
【附图标记说明】
[0030]
1：流体入口；
[0031]
2：ph调节器；
[0032]
3：入口节流阀门；
[0033]
4：反应器壁；
[0034]
5：隔板；
[0035]
6：可拉伸反应仓；
[0036]
7：排水口；
[0037]
8：出口节流阀门；
[0038]
9：流体出口；
[0039]
10：粉煤灰沸石；
[0040]
11：拉伸把手。
具体实施方式
[0041]
本发明的发明原理在于：通过碱熔-晶化法将粉煤灰制备成沸石，用制备出的沸石处理一定浓度范围的氨氮废水，在此过程中添加特定比例的镁离子与磷酸根离子，从而确保了在适宜的ph条件下，会产生磷酸铵镁沉淀，此种方法也称为化学沉淀法，但区别于已有技术方法，本发明的特点在于将吸附法与化学沉淀法结合，获得的最终产物除磷酸铵镁外，还有粉煤灰沸石。制得的产物作为原料的一种，与氯化钠、硅油、疏水白炭黑及云母制作成新型干粉灭火剂。部分粉煤灰沸石的加入使得干粉灭火剂各方面性能有所提高。本发明用到的设备也不同于常见化学沉淀法所用设备，其操作简单，成本低廉。整个工艺流程，提高了工业废弃物粉煤灰的高值利用率，同时处理了高浓度氨氮废水，最后得到的粉渣制作成新型干粉灭火剂，解决了目前过于依赖磷酸二氢铵作为灭火剂主要原料的难题。
[0042]
本发明中所用的naoh是经大量实验验证获得，其在碱融阶段主要为了活化粉煤灰，使其更有利于合成沸石，而在ph调节器内的naoh溶液，主要作用为保证加入镁离子与磷
酸根离子后的氨氮废水与粉煤灰沸石接触时，环境中反应的ph值达到9.0～9.5，此时最有利于磷酸铵镁沉淀的形成。为保证无其他杂质离子混入，要求在碱融阶段所用碱性活化剂与ph调节器内的碱性溶液成分一致。本发明优选的焙烧温度450～650℃、固液比例、晶化温度100℃、晶化时间9h、老化时间12h等均为达到本发明最终目的最佳范围或最佳数值。例如：焙烧温度范围是450～650℃，低于450℃焙烧粉煤灰活性不能被充分激发，降低合成沸石的纯度；高于650℃时，粉煤灰内部孔道被破坏，内部活性物质失活，会直接导致沸石合成失败。再如：加入镁离子与磷酸根离子后的氨氮废水，此时只有保证混合溶液中铵根离子：镁离子：磷酸根离子摩尔比为1：1.2：1.3，在适宜的碱性条件下，当混合溶液与粉煤灰沸石接触时会形成磷酸铵镁沉淀。
[0043]
此外，对于本发明而言只有保证所用粉煤灰的所含硅元素与铝元素的摩尔比(硅铝比)在1.5～2.0内，才能使制备出来的沸石对氨氮废水的去除效果达最佳，即对水中氨氮的去除率高。若用高于或低于此硅铝比范围的粉煤灰合成沸石，会导致处理后的氨氮废水达不到正常排放标准，最终得到的产物中磷酸铵镁含量也会大大减少，并且由此制备出的干粉灭火剂各方面性能均有所下降。
[0044]
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
[0045]
实施例1
[0046]
首先将电厂粉煤灰(所含硅元素与铝元素的摩尔比为1.8)合成沸石，具体操作如下：将活化剂naoh固体与粉煤灰按照质量比1.2：1充分混合，混合均匀后在较高温550℃下焙烧2h，将焙烧后的产物按照液固比6：1的比例加入蒸馏水，搅拌老化12h，然后在100℃下进行晶化9h，此时完成粉煤灰到沸石的转化。
[0047]
其次如图1所示，流化床反应器包括主体罐、ph调节器2、入口节流阀门3、出口节流阀门8、反应器壁4、隔板5和可拉伸反应仓6，主体罐的上端设为反应器壁4，反应器壁4顶端设有流体入口1，流体入口1与反应器壁4之间设置有入口节流阀门3，流体入口1的内壁上设有ph调节器2，主体罐的中间设有两个隔板4，可拉伸反应仓6可拉伸地设于两个隔板之间，隔板上设有通孔，主体罐的下端设有两个排水口和流体出口，流体出口与主体罐之间设有出口节流阀门，可拉伸反应仓6上设有拉伸把手11，通过拉伸把手11将可拉伸反应仓6可拉出主体罐，可拉伸反应仓6的内仓底面设有通孔，可拉伸反应仓6的内仓底面的通孔与主体罐下边的隔板上的通孔错位设置，当推入可拉伸反应仓6时，可拉伸反应仓6的内仓底面是封闭的，不会流出液体，拉出可拉伸反应仓6，液体可流出。将待处理废水(ph值为7、氨氮浓度为820mg/l)与磷酸根离子、镁离子的水溶液充分混合均匀，并保证此时溶液ph值一直处于8以下，且混合溶液中铵根离子：镁离子：磷酸根离子摩尔比为1：1.2：1.3；将合成的粉煤灰沸石放入可拉伸反应仓6内，放入的量为可拉伸反应仓6体积的4/5，关闭两个排水口7，打开入口节流阀门3、出口节流阀门8，然后把配比好的混合溶液从流体入口1通入，使用ph调节器2中装有2mol/l的naoh溶液，保证混合溶液与反应仓6内粉煤灰沸石充分接触时ph在9.0-9.5范围内，并不断增加流体流速，当粉煤灰沸石10完全在可拉伸反应仓6内飘散开(如图2)后稳定流体流速不变，流体从出口9流出后，在流化床反应器另一侧的压力泵的作用下再次从流体入口1进入，反复循环，直至废水达到氨氮浓度为0.03mg/l，关闭出口节流阀门8，打开两个排水口7，将处理后的废水排出，取出可拉伸反应仓6内的细小晶体，晾晒后研磨
成粉。
[0048]
最后，磨制成的粉末中含有大量的磷酸铵镁以及少量的粉煤灰沸石，按照如下质量份数进行配比：制成的粉末55份、氯化钠22份、硅油5份、疏水白炭黑6份、云母12份，制作成新型干粉灭火剂。实际应用表明，按照该配比制得的干粉灭火剂可以达到快速灭火的使用目的，且防潮疏水效果更好。
[0049]
实施例2
[0050]
由粉煤灰制备沸石的过程及各项参数与实施例1相同，与其不同的是，将最后磨制的粉末与其他材料按照如下质量分数进行配比：制成的粉末60份、氯化钠25份、硅油8份、疏水白炭黑8份、云母14份，制作成配比范围内的另一新型干粉灭火剂。
[0051]
由于配比中各组分添加比例不同，得到的实际效果亦不同：在二者皆可以满足通用干粉灭火剂基本要求前提下，相比较实施例1得到的干粉灭火剂而言，实施例2由于粉末比例增加，粉末内原有沸石含量较实施例1多，且硅油、疏水白炭黑、云母等比例相应增加，使得实施例2的干粉灭火剂在抗结块性能上明显优于实施例1的干粉灭火剂，干粉流动性更好，使用时喷射更均匀、流畅，在相同贮存条件下，实施例2保质期较1比时间相对更长。
[0052]
采用上述方法处理氨氮废水，可不需要花费巨资建造专门的废水处理设备，这就使处理费用节省40％-60％，并且操作简单，省时省力。且由此发明制备出来的新型干粉灭火剂与现有技术制备的灭火剂相比，具有原材料易获取、抗结块性能强、吸湿率低、制作成本更低等特点，灭火效果更好，保质期更长也使其在日常生活、民用、工业等方面更具量产使用的优势。
[0053]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。