碳分反应器和碳分方法和粉煤灰的处理方法与流程

本发明涉及碳分领域，具体涉及一种碳分反应器和一种碳分方法和一种粉煤灰的处理方法。
背景技术：
：粉煤灰主要成分是氧化铝和二氧化硅，占粉煤灰总重80-90％以上。从粉煤灰中提取氧化铝，可以缓解我国铝土矿紧缺，是粉煤灰高值化利用的重要途径。为提高粉煤灰提铝的经济性，避免形成新的固体废弃物，有必要研究粉煤灰和提铝渣中二氧化硅提取和利用技术。cn101993087a提出在70-95℃温度下用20-38％盐酸浸取粉煤灰中酸可溶杂质后，在130-200℃温度下碱溶，溶出液稀释过滤沉淀得到硅酸钠溶液。cn101077777b从高杂质含量硅酸钠溶液出发，通过两步碳分制备白炭黑。cn102259874a用碱液在高温下浸取粉煤灰或者提铝残渣，固液分离得到水玻璃，采用连续碳分方法制备白炭黑。通过碱溶得到水玻璃，并经碳分提取二氧化硅，是粉煤灰及其提铝残渣利用的重要途径。在所述整个工艺中，碱溶制取水玻璃工艺比较成熟，碳分提取二氧化硅则存在瓶颈。在碳分反应过程中，随着二氧化碳不断通入，水玻璃溶液ph不断降低，二氧化硅沉淀析出后极易粘附并堵塞碳分管，使反应难以平稳进行甚至终止，这将导致产品质量下降，以及工序停车检修影响生产效率。为使碳分反应平稳进行，如图1所示，当前采用了防堵设施，当二氧化硅析出粘附甚至阻塞碳分管时，通过在线疏通保证反应不中断。采用这种碳分防堵的措施，需要人工频繁干预，同时存在疏通不及时和事后调整的弊端，难以保证碳分反应平稳进行，影响产品质量。例如，采用当前的技术难以制备满足hg/t3061-2009规定的低铁含量白炭黑，更难以制备满足jc/t2128-2012和jc/t2001-2009规定的高品质二氧化硅原料。对于反应器防堵，近年来提出了一些技术方案。例如，cn105586488a提供了一种冶金辅料用防堵塞下料器，防堵装置包括电机、传动轴、搅拌桨和防堵桨，螺旋形防堵桨深入出料口，可有效防止冶金辅料在下料器中堵塞、挤压成块、形成空穴等，保障冶金辅料下料持续均匀，消除下料不及时不均匀对成球质量和效率不良影响。cn205073961u提供了一种防堵塞结晶釜搅拌桨，包括釜顶定位架、锚型搅拌桨和搅拌电机。锚型搅拌桨装有锥形破碎头和电热加温体，可通过破碎和加热溶解两种方式，将釜底部的结晶体破碎排除，防止堵塞。cn205868260u提供了一种防粘结堵料的搅拌釜，包括反应釜本体、锚式搅拌桨、刮片和防堵桨叶等。刮片通过螺栓安装在锚式搅拌桨的侧面和底部，防止物料粘结在釜体上。固定板与搅拌轴底部焊接相连，防堵桨叶通过螺栓与固定板相连，防止物料沉降在底阀短管，形成堵塞。由此可见，上述技术方案，主要针对解决下料器固体物料下料出口堵塞，或者反应器底部结晶物和沉淀物堵塞出口问题，无法应用于碳分管的防堵和清堵。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种能够连续化进行碳分反应，且二氧化碳进气管道能够自清堵的反应器和一种碳分方法和一种粉煤灰的处理方法。为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种碳分反应器，该反应器包括：二氧化碳进气管道，搅拌装置和碳分反应器主体，所述搅拌装置包括：搅拌轴和搅拌桨，其中，所述二氧化碳进气管道与所述碳分反应器主体连通用于提供二氧化碳源；所述搅拌轴穿过所述二氧化碳进气管道伸入所述碳分反应器主体内部；所述搅拌桨通过所述搅拌轴带动搅拌使得碳分反应器内的碳分反应在搅拌条件下进行；在所述搅拌轴上设置刮片用于刮擦碳分反应过程中在所述二氧化碳进气管道的出料段产生的胶结粘附固体。根据本发明的第二方面，本发明提供了一种碳分方法，该方法在本发明所述的碳分反应器内进行，该方法包括：将二氧化碳源通过所述二氧化碳进气管道输送至碳分反应器主体内部与硅酸钠源接触进行碳分反应，开启所述搅拌装置使所述碳分反应在搅拌条件下进行，同时搅拌轴上的刮片随着所述搅拌轴带动工作，在所述碳分反应过程中，所述刮片对所述二氧化碳进气管道的出料段产生的胶结粘附固体进行刮擦去除。根据本发明的第三方面，本发明提供了一种粉煤灰的处理方法，该方法包括：(1)从粉煤灰中提取水玻璃；(2)将所述水玻璃作为所述硅酸钠源按照本发明所述的方法进行所述碳分反应。本发明的碳分反应器，在具体应用过程中，存在如下主要优势：1、反应器自清堵结构设计巧妙，易实施；2、搅拌与清堵同步，清堵频率方便可调；3、清堵及时，不存在迟滞，清堵效果好；4、碳分反应平稳，夹杂少，产品质量高。采用传统的碳分反应器，针对粉煤灰的提取工艺提取得到的水玻璃，尤其是高铝粉煤灰及其提铝残渣通过碱溶得到的水玻璃，组成复杂，杂质含量多，在碳分过程中，二氧化碳进气管道易于堵塞，导致流量不稳甚至发生中断，影响反应平稳进行，大量杂质因而进入二氧化硅，降低产品质量，难以进行高端应用。而采用本发明的碳分反应器应用于粉煤灰的提取工艺提取得到的水玻璃，尤其是高铝粉煤灰及其提铝残渣通过碱溶得到的水玻璃的碳分反应时，能够成功提取得到高品质的二氧化硅原料，具体地，由于本发明的碳分反应器将搅拌轴置于二氧化碳进气管道中，并在搅拌轴上设置刮片，与二氧化碳进气管道内表面紧密配合，通过搅拌轴带动，在搅拌桨分散二氧化碳与水玻璃充分接触反应的同时，刮片同步对二氧化碳进气管道进行清堵，除去粘附的二氧化硅胶结固体，防止沉积和堵塞，确保碳分反应的平稳进行。综上，本发明至少具有如下技术效果：(1)针对碳分反应的特点和技术瓶颈，对现有碳分搅拌反应器进行再设计，引入自清堵结构，易于实施且效果显著；(2)采用共轴设计，搅拌与清堵同步，实现了自清堵，并且频率方便可调，适应性强；(3)自清堵采用主动模式，能清除早期粘附的二氧化硅胶结固体，有效防止沉淀累积堵塞管道，清堵及时且效果好；(4)基于以上反应器的特点，自清堵碳分反应器实现了碳分过程的平稳进行，产品质量得到极大提高，能够大大降低碳分产品中的fe含量。附图说明图1是现有技术采用的碳分反应器；图2是根据本发明的一种实施方式的碳分反应器。附图标记说明1反应器主体2搅拌轴3搅拌桨4二氧化碳进气管道5防堵阀6刮片7搅拌电机具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在本发明中，在未作特别说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指相应参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件或组件本身轮廓的内、外。本发明的碳分反应器包括：二氧化碳进气管道，搅拌装置和碳分反应器主体，所述搅拌装置包括：搅拌轴和搅拌桨，其中，所述二氧化碳进气管道与所述碳分反应器主体连通用于提供二氧化碳源；所述搅拌轴穿过所述二氧化碳进气管道伸入所述碳分反应器主体内部；所述搅拌桨通过所述搅拌轴带动搅拌使得碳分反应器内的碳分反应在搅拌条件下进行；在所述搅拌轴上设置刮片用于刮擦碳分反应过程中在所述二氧化碳进气管道的出料段产生的胶结粘附固体。本发明中，所述出料段产生的胶结粘附固体为本领域技术人员所熟知的概念，具体例如是碳分产生的二氧化硅及其包裹的水玻璃和碱液等，在干燥气流的作用下，在碳分管出料口形成胶结粘附或胶结的固体，严重的情况下将阻断气流和堵塞碳分管。对此，本发明在此不做详细介绍。根据本发明的一种优选实施方式，优选所述刮片与所述二氧化碳进气管道存在间隙，更优选所述间隙的距离小于1mm。存在上述间隙，优选前述间隙范围，能够方便所述刮片用于清堵且清堵的足够充分，同时能够保证最终碳分产品的质量。根据本发明的一种优选实施方式，优选所述刮片沿所述搅拌轴的周向均匀间隔设置。按照前述设置，能够使所述刮片清堵的足够充分，同时能够保证最终碳分产品的质量。根据本发明的一种优选实施方式，在所述搅拌轴的同一轴向高度上设置的刮片在垂直于所述搅拌轴的水平面的投影面积小于同一轴向高度的所述二氧化碳进气管道的横截面积的50％，优选为10-20％。采用上述设置，能够保证所述反应器用于碳分反应得到的产品质量大大提高。根据本发明的一种优选实施方式，沿所述搅拌轴的轴向方向，设置多个平行排布的刮片层。采用上述设置，能够使所述刮片清堵的足够充分，同时能够保证所述反应器用于碳分反应得到的产品质量大大提高。根据本发明的一种优选实施方式，相邻的两个刮片层交错排布。采用上述设置，能够使所述刮片清堵的足够充分，同时能够保证所述反应器用于碳分反应得到的产品质量大大提高。根据本发明的一种优选实施方式，所述出料段为所述二氧化碳进气管道的出料口至所述二氧化碳进气管道总长的10％-30％的距离段。根据本发明的方法，所述搅拌装置可以为手动也可以为自动的，当所述搅拌装置为自动时，优选所述搅拌装置还包括搅拌电机，所述搅拌电机用于驱动所述搅拌轴转动。所述搅拌电机的选择可以为本领域的常规选择和设置，对此，本发明无特殊要求，在此不详细描述。所述搅拌桨只要通过所述搅拌轴带动搅拌使得碳分反应器内的碳分反应能够在搅拌条件下进行即可，对其设置方式无特殊要求，可以按照本领域的常规设置，且所述搅拌桨的形式和材料选择均可以参照本领域的常规设置方式和本领域的常规材料，在此不详细描述。根据本发明的一种实施方式，所述搅拌桨设置于与所述碳分反应器主体连通的搅拌轴的底端，其中，在所述搅拌轴的底端设置刮片用于对所述二氧化碳进气管道的胶结粘附固体进行刮擦。根据本发明的一种实施方式，所述搅拌装置包括：搅拌电机、搅拌轴和搅拌桨，其中，优选所述搅拌轴穿过所述二氧化碳进气管道与所述碳分反应器主体连通，所述搅拌电机用于驱动所述搅拌轴转动。根据本发明的方案，搅拌桨和清堵刮片共用搅拌轴。在具体使用过程中，可以根据碳分浆料的混合搅拌效果，设置最小搅拌转速，例如30-150rpm。同时，可根据二氧化碳进气管道的堵塞和设备情况，采用大搅拌转速清堵。即本发明的反应器，在低搅拌转速下在二氧化碳进气管道上由于碳分反应粘附的二氧化硅胶结固体，通过提高转速，例如300rpm，进行有效清堵。根据本发明的反应器，其自清堵原理为：将全部搅拌轴或部分搅拌轴置于二氧化碳进气管道中，并在靠近二氧化碳进气管道出口的搅拌轴上设置清堵刮片。通过搅拌轴带动，使得在搅拌桨分散二氧化碳与水玻璃充分接触反应的同时，搅拌轴上的刮片同步对二氧化碳进气管道进行清堵，除去粘附的二氧化硅胶结固体，防止沉积和堵塞，确保碳分反应的平稳进行。本发明提出的一种自清堵的碳分反应器，可以采用主动和调频自清堵模式，有效解决了水玻璃碳分时，二氧化硅堵塞二氧化碳进气管道的瓶颈，并且减少杂质含量，提高了二氧化硅的纯度。根据本发明的方案，搅拌桨可以设置为多层搅拌叶片，优选1-3层轴流性桨，形成沿轴向向下的射流流动，对反应器主体底部有效冲刷，防止固体颗粒的沉降、聚集。根据本发明的反应器的设置方案，自清堵的碳分反应器适用于所有水玻璃碳分制备二氧化硅的应用场景，尤其适合用于粉煤灰及其提铝残渣通过碱溶得到的水玻璃的碳分场景。本发明的碳分方法在本发明所述的碳分反应器内进行，具体包括：将二氧化碳源通过所述二氧化碳进气管道输送至碳分反应器主体内部与硅酸钠源接触进行碳分反应，开启所述搅拌装置使所述碳分反应在搅拌条件下进行，同时搅拌轴上的刮片随着所述搅拌轴带动工作，在所述碳分反应过程中，所述刮片对所述二氧化碳进气管道的出料段产生的胶结粘附固体进行刮擦去除。本发明的碳分方法得到的产品质量大大提高。本发明对所述二氧化碳源的具体配方和组成无特殊要求，按照常规选择即可，根据本发明的一种优选实施方式，所述二氧化碳源中co2气体的浓度在30体积％以上。本发明对所述硅酸钠源的具体配方和组成无特殊要求，按照常规选择即可，根据本发明的一种优选实施方式，所述硅酸钠源中硅酸钠的浓度为8-15重量％。本发明对所述碳分反应的条件无特殊要求，按照常规选择即可，根据本发明的一种优选实施方式，所述碳分反应的条件包括：ph值为7-12。采用本发明的碳分反应器尤其适合应用于粉煤灰的提取工艺提取得到的水玻璃，尤其是高铝粉煤灰及其提铝残渣通过碱溶得到的水玻璃的碳分反应时，能够成功提取得到高品质的二氧化硅原料，具体地，由于本发明的碳分反应器将搅拌轴置于二氧化碳进气管道中，并在搅拌轴上设置刮片，与二氧化碳进气管道内表面紧密配合，通过搅拌轴带动，在搅拌桨分散二氧化碳与水玻璃充分接触反应的同时，刮片同步对二氧化碳进气管道进行清堵，除去粘附的二氧化硅胶结固体，防止沉积和堵塞，确保碳分反应的平稳进行。根据本发明的一种优选实施方式，本发明的粉煤灰的处理方法，包括：(1)从粉煤灰中提取水玻璃；(2)将所述水玻璃作为所述硅酸钠源按照本发明所述的方法进行所述碳分反应。根据本发明，水玻璃的制备，可以参考cn101993087a、cn101077777b、cn102259874a等技术中使用的工艺条件。对此，本发明无特殊要求，在此不进行详细描述。采用传统的碳分反应器，针对粉煤灰的提取工艺提取得到的水玻璃，尤其是高铝粉煤灰及其提铝残渣通过碱溶得到的水玻璃，组成复杂，杂质含量多，在碳分过程中，二氧化碳进气管道易于堵塞，导致流量不稳甚至发生中断，影响反应平稳进行，大量杂质因而进入二氧化硅，降低产品质量，难以进行高端应用。而采用本发明的碳分反应器应用于粉煤灰的提取工艺提取得到的水玻璃，尤其是高铝粉煤灰及其提铝残渣通过碱溶得到的水玻璃的碳分反应时，能够成功提取得到高品质的二氧化硅原料，具体地，由于本发明的碳分反应器将搅拌轴置于二氧化碳进气管道中，并在搅拌轴上设置刮片，与二氧化碳进气管道内表面紧密配合，通过搅拌轴带动，在搅拌桨分散二氧化碳与水玻璃充分接触反应的同时，刮片同步对二氧化碳进气管道进行清堵，除去粘附的二氧化硅胶结固体，防止沉积和堵塞，确保碳分反应的平稳进行。综上，本发明至少具有如下技术效果：(1)针对碳分反应的特点和技术瓶颈，对现有碳分搅拌反应器进行再设计，引入自清堵结构，易于实施且效果显著；(2)采用共轴设计，搅拌与清堵同步，实现了自清堵，并且频率方便可调，适应性强；(3)自清堵采用主动模式，能清除早期粘附的二氧化硅胶结固体，有效防止沉淀累积堵塞管道，清堵及时且效果好；(4)基于以上反应器的特点，自清堵碳分反应器实现了碳分过程的平稳进行，产品质量得到极大提高，能够大大降低碳分产品中的fe含量。现通过以下实施例，对本发明的碳分反应器及碳分方法及其应用进行介绍。本发明如下实施例采用的碳分反应器的具体设置如图2所示，具体为：碳分反应器包括：二氧化碳进气管道4，搅拌装置和碳分反应器主体1，所述搅拌装置包括：搅拌轴2、搅拌桨3和搅拌电机7，其中，所述二氧化碳进气管道4与所述碳分反应器主体1连通用于提供二氧化碳源；所述搅拌轴2穿过所述二氧化碳进气管道4伸入所述碳分反应器主体1内部；所述搅拌桨3通过所述搅拌轴2带动搅拌使得碳分反应器主体1内的碳分反应在搅拌条件下进行；在所述搅拌轴上设置刮片6用于刮擦碳分反应过程中在所述二氧化碳进气管道的出料段产生的胶结粘附固体；所述刮片与所述二氧化碳进气管道存在间隙，所述间隙的距离为0.5mm；所述刮片6沿所述搅拌轴2的周向均匀间隔设置；沿所述搅拌轴的轴向方向，设置2个平行且交错排布的刮片层；在所述搅拌轴的同一轴向高度上设置的刮片在垂直于所述搅拌轴的水平面的投影面积为同一轴向高度的所述二氧化碳进气管道的横截面积的15％；所述出料段为所述二氧化碳进气管道的出料口至所述二氧化碳进气管道总长的20％的距离段。本发明如下对比例采用的碳分反应器的具体设置如图1所示，具体为：碳分反应器包括：二氧化碳进气管道4，搅拌装置和碳分反应器主体1，所述搅拌装置包括：搅拌轴2、搅拌桨3和搅拌电机7，其中，所述二氧化碳进气管道4与所述碳分反应器主体1连通用于提供二氧化碳源；所述搅拌轴2伸入所述碳分反应器主体1内部；所述搅拌桨3通过所述搅拌轴2带动搅拌使得碳分反应器主体1内的碳分反应在搅拌条件下进行；在所述二氧化碳进气管道上设置防堵阀5用于二氧化碳进气管道的清堵；清堵的过程为当二氧化硅析出粘附甚至阻塞二氧化碳进气管道时，通过在线疏通保证反应不中断。制备实施例1一种高铝粉煤灰，化学成分如表1。表1高铝粉煤灰的化学组成分析(重量百分比)sio2al2o3tfe2o3caotio2c27.6948.902.203.971.696按照氢氧化钠和二氧化硅摩尔比为2.0，称取氢氧化钠，并配制质量浓度为10％的碱溶液。与表1粉煤灰混合并在95℃下搅拌反应60min，过滤得到水玻璃。制备实施例2一种高铝粉煤灰酸法提铝残渣，化学成分如表2。表2酸法提铝残渣的化学组成分析(重量百分比)sio2al2o3tfe2o3caotio2c60.0413.241.641.353.2417按照氢氧化钠和二氧化硅摩尔比为1.3，量取氢氧化钠，并配制质量浓度为30％的碱溶液。与表2粉煤灰混合并在135℃下搅拌反应60min，冷却过滤得到水玻璃。实施例1取制备实施例1中得到的水玻璃，采用图2本发明提出的自清堵碳分反应器，在80℃下碳分，反应平稳，终点ph值为8.5，过滤得到沉淀二氧化硅，洗涤干燥后氧化铁含量为83ppm。实施例2取制备实施例2中得到的水玻璃，采用图2本发明提出的自清堵碳分反应器，在80℃下碳分，反应平稳，终点ph值为8.5，过滤得到沉淀二氧化硅，洗涤干燥后氧化铁含量为135ppm。对比例1取制备实施例1中得到的水玻璃，采用图1传统碳分反应器，在80℃下碳分，气流不稳且发生8次堵塞，终点ph值为8.5，过滤得到沉淀二氧化硅，洗涤干燥后氧化铁含量为570ppm。对比例2取制备实施例2中得到的水玻璃，采用图1传统碳分反应器，在80℃下碳分，气流不稳且发生9次堵塞，终点ph值为8.5，过滤得到沉淀二氧化硅，洗涤干燥后氧化铁含量为850pm。由实施例1以及对比例1可见，对高铝粉煤灰进行碱溶脱硅后，采用本发明提出的自清堵碳分反应器进行碳分，反应平稳，产物中铁含量由570ppm降低至83ppm。由实施例2以及对比例2可见，对酸法提铝残渣进行碱溶脱硅后，采用本专利提出的自清堵碳分反应器进行碳分，反应平稳，产物中铁含量由850ppm降低至135ppm。由实施例和对比例可见，采用本发明提出的自清堵碳分反应器，可确保碳分过程平稳进行，提高提取二氧化硅的纯度，可满足白炭黑和高品质二氧化硅原料的需要。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。当前第1页12