一种有机硅浆渣处理工艺及系统的制作方法

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一种有机硅浆渣处理工艺及系统的制造方法与工艺

本发明涉及一种用于处理有机硅浆渣的工艺及设备,属于有机硅浆渣处理技术领域。



背景技术:

在甲基氯硅烷生产过程中,采用甲基氯硅烷的高沸点副物对合成的甲基氯硅烷混合物进行湿式除尘,产生了一种酱色的浆状液固混合物。这种混合物主要成分为高沸物,主要由1,2-二甲基四氯二硅烷等组成,并含少量的铜,总铜含量1.5-5%。这种混合物简称有机硅浆渣。

有机硅浆渣因含大量甲基氯硅烷的高沸点副物,遇水产生氯化氢气体而形成酸雾,污染环境。同时有机硅浆渣含铜,有一定的经济价值。

中国专利文献CN 2010106071036公开了一种有机硅浆渣处理工艺,用石灰水处理有机硅浆渣,有机硅浆渣水解产生的氯化氢气体和石灰水中和,有效的减少了环境污染。水解后的渣对外销售。这种方法能解决有机硅浆渣遇水水解释放氯化氢气体造成的污染问题,但主要缺点是水解渣和大量的石灰混合在一起,直接出售经济效益很低,并给下一步回收水解渣中的硅和铜增加更多的工序,消耗更多的费用。

CN2011201691564公开了一种有机硅生产过程中产生的浆渣专用焚烧设备,其采用焚烧的方法处理有机硅浆渣,能有效回收氯化氢气体,但产物中的硅和铜混合在一起,没有有效的分离。同时在焚烧过程中产生的高温氯化氢气体对设备的腐蚀很大,要求焚烧设备和管路系统的防腐很高,设备的损耗和投资很大,硅和铜没有有效分离,设备投资高,不具有应用和推广意义。

中国专利文献CN102180605A公开了一种《有机硅生产废物浆渣的综合处理工艺》,是将来自污水站外排水通过泵打入石灰池子,把外部添加的石灰溶解成石灰水,石灰水的pH≥11。该石灰水通过沙浆泵打到浆渣处理反应器中;然后在浆渣罐中加入氮气冲压到0.03MP,把浆渣压入浆渣处理反应器进行反应。

CN1618840公开了一种《有机硅单体合成过程中的废渣浆的处理方法》,包括如下步骤:(A)有机硅单体合成中的废渣浆经过离心重力沉降离心机分离出90%的高沸物,用于裂解和其他用途;(B)离心后的高黏度的废渣浆在水解釜中进行水解,水解介质为70%硫酸溶液;(C)少量含有硅氧烷的氯化氢气体从液相中析出;(D)水解物经液固分离,固体水解物排放,液相经后续处理回收铜。

CN101659672A公开了一种《一种有机硅废渣浆的裂解处理方法》,将有机硅废渣浆固含量为20%的液固混合物,加入相同质量的高沸物,配成裂解原料液;催化剂为三丁胺,裂解反应温度为80~160℃,通入HCl气体,氯化氢进料速度,与原料混合液比为1∶1.05~1∶1.12;使含固量为20%的渣浆与高沸物配合使用,裂解过程中直接分离产物单硅烷,转化率在70%以上,二甲基二氯硅烷选择性大于35%,一甲基氢硅烷选择性大于40%,裂解后的浆渣具有一定的流动性,能够进一步处理。

CN102390860B公开了一种《一种有机硅渣浆的环保处理方法及装置》,将有机硅渣浆降温后通入装有碱性溶液的密闭水解罐,在搅拌下渣浆中的高沸物与碱水反应,生成中性或碱性颗粒状水解物,收集至水解罐底采出,反应生成的氢氧化铜絮状沉淀随水溶液从密闭水解罐的上部溢流口流出。

CN103550902A公开了一种《有机硅浆渣的水解再生环保工艺》,本发明公开了一种有机硅浆渣的水解再生环保工艺,通过高压水泵将碱水打入管式反应器的三通中,同时用隔膜气泵将有机硅浆渣打入管式反应器三通中的内管中;碱水与有机硅浆渣顺向进入管式反应器的直管中反应,反应完毕通过碱水将有机硅浆渣水解物带入地槽中,反应未完全的渣和反应生成的水利用隔栅板分离后,水循环使用;有机硅浆渣水解物进行下一个反应程序。

上述方法工艺过程复杂,处理成本高,处理量小,易产生其它污染源,不能真正做到无害化处理,限制了有机硅产业的发展。



技术实现要素:

本发明针对现有有机硅浆渣处理技术存在的不足,提供一种氯化氢得到有效利用、硅和铜有效分离且对设备要求低的有机硅浆渣处理工艺,同时提供一种实现该工艺的系统。

本发明的有机硅浆渣处理工艺,包括二硅烷水解、氯化铜浸出、压榨反洗、铜置换、硅渣焙烧和尾气处理,具体步骤如下:

(1)二硅烷水解:

将有机硅浆渣和水按质量比1:1-2的比例混合水解反应,时间10分钟-60分钟,吸收水解中产生的酸雾,吸收后的盐酸备用;

(2)氯化铜浸出:

保持水解液位稳定,水解的浆料排放后,补充适量盐酸,保持PH值0.5-2.0,搅拌反应1-8小时,搅拌温度40-90℃,搅拌速度80-100转/分钟(rpm),取样检测渣料中的铜的溶解比率,当铜的浸出率达99%以上时停止反应;

(3)压榨反洗:

对浸出氯化铜后的浆料进行压滤,压榨压力5Mpa-8Mpa,压榨后通清水反洗,洗涤出水经检测铜离子含量小于0.05g/l时停止反洗,并将反洗后的硅渣进行焙烧;压滤后的溶液送铜置换工序,洗涤水返回步骤(1)(二硅烷水解)作为有机硅浆渣混合水使用;

(4)铜置换:

步骤(3)中压滤后的含铜溶液进行海绵铜置,加入铁粉置换,置换后的浆液过滤分离得到海绵铜和氯化亚铁溶液,海绵铜含铜为70%以上,对氯化亚铁溶液进行氯化亚铁浓缩氧化,先加双氧水或者氯酸钠氧化,检测二价铁99%以上氧化为三价铁之后,结束氧化,再加热蒸发水分,直至三氯化铁质量含量大于38%;

(5)硅渣焙烧:

反洗后的硅渣焙烧的温度控制在500-850℃,焙烧时间30分钟-90分钟,水解后的含硅产物(硅醇等)氧化生成硅粉;

(6)尾气处理:

对硅渣焙烧产生的尾气余热进行回收,回收热量用于步骤(2)中浆料加热以提高搅拌浸出的温度,或者用于步骤(4)氯化亚铁浓缩氧化以浓缩氯化亚铁溶液;对回收余热后的尾气收尘。

实现上述工艺的有机硅浆渣处理系统,采用以下技术方案:

该系统,包括水解槽、搅拌反应釜、板框压滤机、海绵铜置换槽和回转窑,水解槽通过管道与搅拌反应釜连接,搅拌反应釜通过管道和泵与板框压滤机连接,板框压滤机的滤液口通过管道与海绵铜置换槽连接,海绵铜置换槽上连接有氯化亚铁浓缩氧化装置,板框压滤机的滤渣口通过皮带输送机与回转窑连接。

所述水解槽上部连接有酸雾吸收塔,酸雾吸收塔分别与碱液吸收塔和盐酸储罐连接,用于实现氯化氢回收以及残余氯化氢彻底清除,达到氯化氢气体零排放。所述盐酸储罐与水解槽连接,氯化氢的再利用。

所述回转窑连接有余热回收装置,余热回收装置与所述搅拌反应釜连接。所述余热回收装置与氯化亚铁浓缩氧化装置连接。所述余热回收装置还连接布袋收尘器。余热回收装置将过量的以及未能充分利用的热量充分利用,提高效益。

所述氯化铁浓缩氧化装置为搅拌蒸发釜。

本发明有效利用水解产生的氯化氢气体,使得氯化氢气体零排放。采用搅拌浸出,并控制溶液的温度和PH值,铜的浸出率高达99%。海绵铜的含铜量70%以上,副产品氯化铁含量控制在30%以上可以出售,提高了经济价值。水解渣通过焙烧,焙烧后的产物是硅粉,氧化硅含量大于98%,可以直接出售给建材公司使用。

本发明可以将有机硅浆渣中的硅和铜合理分离,有效利用水解产生的氯化氢气体,整个工艺路线无废水、废渣外排,废气只有回转窑焙烧的二氧化碳。对环境的危害降到最低,产品为金属铜和硅粉,是产品可以出售,经济价值高;整个工艺流程采用管道输送和皮带输送,生产效率高;整个工艺废水和废渣零排放,环境效益显著,而且设备简单,造价低;水解和浸出都是在低于90℃下常压反应,对设备的材质和强度要求不高,焙烧温度为500-850℃,并且因硅粉不含腐蚀性的氯化氢,对回转窑材质的要求也不高。

附图说明

图1是本发明有机硅浆渣处理系统的结构示意图。

图中:1.水解槽,2.搅拌反应釜,3.板框压滤机,4.海绵铜置换槽,5.回转窑,6.泵,7.氯化亚铁浓缩氧化装置,8.皮带输送机,9.酸雾吸收塔,10.碱液吸收塔,11.余热回收装置,12.布袋收尘器,13.海绵铜收集槽,14.硅粉收集槽,15.盐酸储罐。

具体实施方式

如图1所示,本发明的有机硅浆渣处理系统,包括水解槽1、搅拌反应釜2、板框压滤机3、海绵铜置换槽4和回转窑5。

水解槽1通过管道与搅拌反应釜2连接。搅拌反应釜2通过管道与板框压滤机3连接,该管道上设置有泵6。板框压滤机3的滤液口通过管道与海绵铜置换槽4连接。海绵铜置换槽4上连接有氯化亚铁浓缩氧化装置7和海绵铜收集槽13,氯化铁浓缩氧化装置7为搅拌蒸发釜。

板框压滤机3的滤渣口通过皮带输送机8与回转窑5连接,回转窑5与硅粉收集槽14连接。回转窑5连接余热回收装置11,余热回收装置11与搅拌反应釜2连接。余热回收装置11还与氯化亚铁浓缩氧化装置7和布袋收尘器12连接。余热回收装置11采用冷却水循环管道。余热回收装置11将过量的以及未能充分利用的热量充分利用,提高效益。

水解槽1上部连接有酸雾吸收塔9,酸雾吸收塔9分别与碱液吸收塔10和盐酸储罐15连接,用于实现氯化氢回收以及残余氯化氢彻底清除,达到氯化氢气体零排放。盐酸储罐15 与水解槽1连接,使氯化氢的再利用。

上述系统对有机硅浆渣处理的工艺,包括二硅烷水解、氯化铜浸出、压榨反洗、铜置换、硅渣焙烧和尾气处理。

(1)二硅烷水解

将有机硅浆渣和水按质量比为1:1-2的比例加入水解槽1中反应,反应时间10分钟-60分钟,水解槽1中产生的酸雾由酸雾吸收塔9吸收,吸收后的盐酸流入盐酸储罐15备用。

(2)氯化铜浸出

调节水解槽1的底部有阀门,保持水解槽1内的液位稳定。水解槽1的浆料排放到搅拌反应釜2,补充适量盐酸,保持溶液PH值0.5-2.0,盐酸可由吸收后的盐酸补充。搅拌反应1-8小时,溶液温度40-90℃,搅拌速度80-100rpm,取样检测渣料中的铜的溶解比率,当铜的浸出率达99%以上时停止反应。

(3)压榨反洗

浸出反应完的浆料泵入反洗式板框压滤机3,压榨压力5-8Mpa,压榨后通清水反洗,洗涤出水经检测含的铜离子小于0.05g/l时停止反洗,并将反洗后的硅渣送到回转窑5焙烧。压滤后的溶液送铜置换工序,洗涤水返回步骤(1)二硅烷水解工序,用于与有机硅浆渣混合。

(4)铜置换

压滤的含铜溶液送到海绵铜置换槽4,加入铁粉置换,置换后的浆液过滤分离得到海绵铜和氯化亚铁溶液,海绵铜含铜70%以上,氯化亚铁溶液流入氯化亚铁浓缩氧化装置7(即搅拌蒸发釜),先加双氧水或者氯酸钠氧化,检测二价铁99%以上氧化为三价铁之后,结束氧化,再加热蒸发水分,达到设计指标:三氯化铁质量含量大于38%就完成。

(5)硅渣焙烧

反洗后的硅渣用皮带输送到回转窑5进行焙烧,焙烧的温度控制在500-850摄氏度,焙烧时间30-90分钟,水解后的含硅产物硅醇等氧化生成硅粉。

(6)尾气处理

回转窑5的尾气余热用余热回收装置11(冷却水循环管道)回收,通过尾气对冷却水进行加热,热量由冷却水收集通入搅拌反应釜2用来提高搅拌浸出的温度,或者通入氯化亚铁浓缩氧化装置7中用于浓缩氯化亚铁溶液。回收余热后的尾气用布袋收尘器12收尘。

以下给出上述工艺的具体实施例。

实施例1

(1)二硅烷水解:将1吨有机硅浆渣和2吨水加入水解槽1中反应,反应时间60分钟。

(2)氯化铜浸出:保持水解槽的液位稳定在80%左右,水解槽的浆料排放到搅拌反应釜,补充适量盐酸,调节溶液PH值为0.5,溶液温度40℃,搅拌速度100rpm,开启搅拌继续反应4小时,取样检测渣料中的铜的溶解比率,当铜的浸出率达99%时停止反应。

(3)压榨反洗:浸出反应完的浆料泵入反洗式板框压滤机3,压榨压力6Mpa,压榨后通清水反洗,洗涤出水经检测含的铜离子小于0.05g/l时停止反洗,并将反洗后的硅渣送到回转窑焙烧。

(4)铜置换:压滤后的溶液送铜置换工序,洗涤水返回二硅烷水解工序使用。压滤的含铜溶液,加入铁粉置换,置换后的浆液过滤分离得到海绵铜和氯化亚铁溶液,海绵铜含铜70%以上(即42.43公斤)。

(5)硅渣焙烧:反洗后的硅渣焙烧的温度750℃,焙烧时间50分钟,水解后的含硅产物硅醇等氧化生成硅粉(309.3公斤,含量97%)。

实施例2

本实施例与实施例1的参数基本相同,其不同点是将1吨有机硅浆渣和1.5吨水加入水解槽1中反应,反应时间30分钟。

氯化铜浸出步骤中溶液PH值1.5,溶液温度70℃,搅拌速度80rpm,搅拌反应时间8小时,最终海绵铜的产量为42.21公斤。

实施例3

本实施例与实施例1的参数基本相同,其不同点是将1吨有机硅浆渣和1吨水加入水解槽1中反应,反应时间10分钟。

氯化铜浸出步骤中铜的浸出率为99.5%,控制溶液PH值2,反应溶液温度90℃,搅拌速度100rpm,反应时间1小时。最终1吨有机硅浆渣产出42.64公斤海绵铜。

实施例4

本实施例与实施例1的参数基本相同,其不同点仅仅在于硅渣焙烧步骤中,焙烧温度500℃,产出硅粉302公斤。

实施例5

本实施例与实施例1的参数基本相同,其不同点仅仅在于硅渣焙烧步骤中,焙烧温度850℃,产出硅粉317.5公斤。

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