一种对钙基固废进行杂质分离-高效矿化-固液分离的方法及装置 |
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| 申请号 | CN202311574485.0 | 申请日 | 2023-11-23 | 公开(公告)号 | CN117772746A | 公开(公告)日 | 2024-03-29 |
| 申请人 | 山西大学; | 发明人 | 潘子鹤; 陈霖; 王飞; 成怀刚; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属CO2的捕集利用技术领域，提供一种对 钙 基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离的方法及装置。包括杂质分离装置、高效矿化装置和固液分离装置；利用初分离装置以及浆料反应器对钙基固废进行 净化 ，除去漂浮焦粉杂质， 磁选 去除 硅 铁 杂质；初净化后的钙基固废在浆料反应器中与来自 水 槽中的水搅拌进行混合，形成钙基固废浆料，释放钙离子；钙基固废浆料与CO2通入矿化反应器完成矿化反应，形成CaCO3悬浊液；悬浊液通入板框 压滤机 中进行固液分离得到CaCO3。实现气‑液‑固三相反应同时发生，同时进行；工艺流程简单，耗时短，效率高，设备投资运行成本低， 试剂 可实现循环利用，无二次污染，生产能耗低，产品 质量 好，还可实现 碳 减排。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种对钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离装置，其特征在于：该装置包括杂质分离装置、高效矿化装置和固液分离装置； |
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| 说明书全文 | 一种对钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离的方法及装置 技术领域[0001] 本发明属于CO2的捕集利用技术领域，具体涉及一种对钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离的方法及装置。 背景技术[0002] 钙基固废，即含有大量钙元素的固体废弃物，常见钙基固废有：电石渣、钢渣、脱硫石膏等，其兼具固碳能力和一定的反应活性，可以将CO2固定为热力学稳定的碳酸盐永久封存，或者是合成具有商业价值的产品，如高品质碳酸钙、燃料及聚合物等。 [0003] 钙基固废的主要成分是CaO和Ca(OH)2，此外还含有未反应的炭粒、SiO2、Al2O3、硫化物、镁和铁等金属的氧化物、氢氧化物等无机物以及少量有机物，钙基固废中的杂质一方面影响处理工艺与成本，如大颗粒的硅铁存在可能会损伤滤布，增加滤布的更换频率，另一方面，杂质的存在降低了氢氧化钙的纯度，影响钙基固废的后续利用，如涂料方面的应用、化工用石灰、脱硫用石灰以及电石渣循环用于电石的生产方面等。 [0004] 随着大量化石能源的消耗，大气中的CO2浓度逐年增加，所引起的温室效应也越发严重，在1906年至2005年间，全球平均接近地面的大气层温度上升了0.74℃，全球性的温度增量带来包括海平面上升和降雨量的变化，这些变动会促使极端气候事件更加频繁，譬如洪水、旱灾、热浪和飓风，进一步的，将会导致农作物产量下降，冰河消退，物种消失和疾病肆虐。CO2的大规模储存与固定是CO2减排的主要途径，主要包括地质储存、海洋储存以及矿物碳酸化固定。CO2的矿物碳酸化固定是模仿了自然界中CO2的矿物吸收过程，即CO2与含有碱性或碱土金属氧化物的矿石反应，生成永久的、更为稳定的碳酸盐这样一系列过程。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种对钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离的方法及装置。 [0006] 本发明由如下技术方案实现的：一种对钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离装置，该装置包括杂质分离装置、高效矿化装置和固液分离装置；所述杂质分离装置为水槽、初分离装置通过液压泵分别与浆料反应器连接，所述 浆料反应器内部设置螺旋搅拌器；初分离装置的内壁或螺旋搅拌器上设置磁铁； 所述高效矿化装置为与浆料反应器侧壁出口连接的矿化反应器，矿化反应器通过 加压泵与CO2储气罐连接，矿化反应器顶部连接CO2回收装置； 所述矿化反应器顶部设置废气出口，废气出口连接CO2回收装置；；矿化反应器底部设置CO2气体入口；CO2气体入口的顶端设置曝气底盘；曝气底盘对应的矿化反应器底部侧壁设置钙基固废浆料入口，对侧壁设置矿化产物出口；矿化反应器内对应于曝气底盘顶部设置有搅拌筒体，搅拌筒体的中心设置桨式搅拌器，搅拌筒体的侧壁间隔设置若干回流孔道，搅拌筒体壁向外延升间隔设置若干挡流板；搅拌筒体的下段内侧壁上对称设置有2个pH计； 所述固液分离装置为与矿化反应器底部连接的板框压滤机。 [0007] 所述CO2气体入口为倒锥形CO2气体通道，通道底部设置CO2气体管道，管道侧壁设置CO2气体入口。 [0008] 所述曝气底盘上间隔设置若干曝气通孔。 [0009] 进一步的，曝气通孔以曝气底盘中心为对称轴，向外等距环形设置。 [0010] 所述钙基固废为干式钙基固废，初分离装置为旋风分离器，旋风分离器(1)内壁设置磁铁，外接气泵；所述浆料反应器为釜式搅拌反应器。 [0012] 利用所述装置进行对钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离的方法，包括如下步骤：（1）初净化：利用初分离装置以及浆料反应器对钙基固废进行净化，除去漂浮焦粉杂质，磁选去除硅铁杂质； （2）释放钙基固废中钙离子：初净化后的钙基固废在浆料反应器中与来自水槽中的水搅拌进行混合，调整固液比，形成钙基固废浆料，释放钙离子； （3）钙基固废浆料高效矿化：步骤（2）中的释放钙离子的钙基固废浆料与CO2通入矿化反应器中完成矿化反应，形成CaCO3悬浊液； （4）分离CaCO3：将悬浊液通入板框压滤机中进行固液分离，去除水分，从而得到CaCO3，其晶型为均一方解石（干式钙基固废矿化产物为棒状，湿式钙基固废矿化产物为层块状）。 [0013] 步骤（2）中控制钙基固废浆料的固液比为1：100‑1：10；步骤（3）中CO2流速控制在5m/s‑20m/s；步骤（4）中压滤脱水后所得CaCO3的含水率低于10%。 [0014] 所述钙基固废为干式钙基固废，初分离装置为旋风分离器，旋风分离器的进料速度为5m/s‑15m/s。 [0015] 步骤（3）中CaCO3悬浊液的pH为6.5‑7.5时停止CO2的输入。 [0016] 本发明中：杂质分离装置的作用在于对钙基固废中的干粉、焦粉、硅铁等杂质进行去除，以得到较为纯净的钙基固废。高效矿化装置中，CO2与杂质分离装置中输入的钙基固废浆料发生化学反应，生成碳酸钙，以达到固定CO2的目的。高效矿化装置中，回流孔道用于浆液回流至矿化反应器内进一步反应，挡流板用于矿化产物和浆液的分离，回流孔道和挡流板可以实现矿化产物收集与未反应完全的浆液回流同步进行。曝气底盘用于改变通入气体的气泡大小以及防止矿化产物堆积至反应器底部。 [0017] 本发明所述钙基固废是富含钙组分的工业固体废弃物，与现有技术相比，本发明提供的杂质分离方法及装置可以有效的保留钙基固废中的含钙组分；且本发明可以实现气‑液‑固三相反应同时发生，同时进行；工艺流程简单，耗时短，效率高，设备投资运行成本低，试剂可实现循环利用，无二次污染，生产能耗低，产品质量好，还可以一定程度的实现碳减排，是一种环境友好型工程工艺。附图说明 [0018] 图1为本发明所述对干式钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离装置结构示意图；图2为高效矿化装置内部结构示意图； 图3为高效矿化装置俯视图； 图4为螺旋搅拌器俯视图； 图5为曝气底盘示意图； 图6为干式钙基固废处理后的矿化产物微观形貌图； 图7为湿式钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离的装置； 图8为湿式钙基固废处理后的矿化产物微观形貌图。 [0019] 图中：1‑旋风分离器；2‑水槽；3‑液压泵；4‑釜式搅拌反应器；5‑螺旋搅拌器；6‑气泵；7‑矿化反应器；8‑加压泵；9‑CO2储气罐；10‑板框压滤机；11‑桨式搅拌器；12‑pH计；13‑曝气底盘；14‑回流孔道；15‑挡流板；16‑废水沉淀池。 具体实施方式[0020] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0021] 除非另有定义，所有在此使用的技术和科学术语，和本发明所属领域内的技术人员所通常理解的意思相同，在此公开引用及他们引用的材料都将以引用的方式被并入。 [0022] 本领域技术人员意识到的通过常规实验就能了解到的描述的特定实施方案的等同技术，都将包含在本申请中。 [0023] 下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的仪器设备，如无特殊说明，均为实验室常规仪器设备；下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均为由常规生化试剂商店购买得到的。 [0024] 实施例1：本发明所提供的对干式钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离的装置示意图如图1所示。该装置包括杂质分离装置、高效矿化装置和固液分离装置；所述杂质分离装置为旋风分离器1、水槽2通过液压泵3分别与釜式搅拌反应器4连 接，所述釜式搅拌反应器4内部设置螺旋搅拌器5；所述旋风分离器1内壁设置磁铁，外接气泵6； 如图2‑4所示，所述高效矿化装置为与釜式搅拌反应器4侧壁出口连接的矿化反应器7，所述矿化反应器7通过加压泵8与CO2储气罐9连接，矿化反应器7顶部连接CO2回收装置； 所述矿化反应器7顶部设置废气出口；矿化反应器7底部设置CO2气体入口；CO2气体入口的顶端设置曝气底盘13；曝气底盘13对应的矿化反应器7底部侧壁设置钙基固废浆料入口，对侧壁设置矿化产物出口；矿化反应器7内对应于曝气底盘13顶部设置有搅拌筒体，搅拌筒体的中心设置桨式搅拌器11，搅拌筒体的侧壁间隔设置若干回流孔道14，搅拌筒体壁向外延升间隔设置若干挡流板15；搅拌筒体的下段内侧壁上对称设置有2个pH计12； 所述固液分离装置为与矿化反应器7底部连接的板框压滤机10。 [0025] 进一步的，所述CO2气体入口为倒锥形CO2气体通道，通道底部设置CO2气体管道，管道侧壁设置CO2气体入口。 [0026] 如图5所示，所述曝气底盘13上间隔设置若干曝气通孔。曝气通孔以曝气底盘13中心为对称轴，向外等距环形设置。 [0027] 利用实施例1所述装置对于干式钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离，如图6所示，矿化产物为形貌均一的棒状CaCO3，其晶型均为方解石。 [0029] 将电石渣储存装置并联在旋风分离装置进气管道，旋风分离器开始进气时，将电石渣带入旋风分离器中，进行风选。控制电石渣进料速度为10.0m/s，电石渣中焦粉杂质的去除效率为89.1%。 [0030] 控制电石渣进料速度为15.0m/s，电石渣中焦粉杂质的去除效率为90.3%。 [0031] 实施例3：使用钢渣为原料，钢渣中含有少量的硅铁杂质，利用磁选的方法将硅铁杂质去除。在旋风除尘器进料口处的内壁上放置磁铁，利用磁选方法对硅铁杂质进行吸附，钢渣中硅铁杂质去除效率为88.2%。 [0032] 改变磁铁设置位置，在旋风除尘器中部内壁上放置磁铁，利用磁选方法对硅铁杂质进行吸附，钢渣中硅铁杂质去除效率为86.7%。 [0033] 改变磁铁设置位置，在旋风除尘器出料口处的内壁上放置磁铁，利用磁选方法对硅铁杂质进行吸附，钢渣中硅铁杂质去除效率为85.2%。 [0034] 在旋风除尘器进料口处、中部及出料口处内壁上均放置磁铁，利用磁选方法对硅铁杂质进行吸附，钢渣中硅铁杂质去除效率为91.4%。 [0035] 实施例4：以实施例2中经过旋风除尘器除杂后的电石渣为原料，与水槽输入的水在釜式搅拌反应器中进行混合，形成电石渣浆料，以释放电石渣中的钙离子。 [0036] 当输入的干电石渣与输入水之比为1:50时，电石渣中钙离子释放率可达87.7%。 [0037] 当输入的干电石渣与输入水之比为1:20时，电石渣中钙离子释放率可达89.8%。 [0038] 当输入的干电石渣与输入水之比为1:10时，电石渣中钙离子释放率可达93.4%。 [0039] 实施例5：以杂质分离装置中输入的脱硫石膏浆料为原料。CO2储气罐向矿化反应器中输入CO2与脱硫石膏浆料发生化学反应，当矿化反应pH达到7左右，停止通入CO2，矿化反应完成，得到CaCO3悬浊液。 [0040] 当通入CO2流速为5.0L/min时，CO2吸收率为89.2%。 [0041] 当通入CO2流速为10.0L/min时，CO2吸收率为91.4%。 [0042] 当通入CO2流速为15.0L/min时，CO2吸收率为93.1%。 [0043] 实施例6：本发明所提供的对湿式钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离的装置示意图如图7所示。该装置包括杂质分离装置、高效矿化装置和固液分离装置；所述杂质分离装置为水槽2、湿式钙基固废储存罐通过液压泵3分别与曝气池连 接，曝气池内顶部设置刮除装置，内部中心设置螺旋搅拌器5，螺旋搅拌器5上设置磁铁，曝气池顶部与废水沉淀池16连接。 [0044] 所述高效矿化装置、固液分离装置与实施例1所述高效矿化装置、固液分离装置相同。 [0045] 利用实施例6所述装置对于湿式钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离。 [0046] 实施例7：杂质分离装置，使用电石渣浆料为原料。焦粉的密度为0.4‑0.5g/cm3，因此可利用曝气方法使焦粉等杂质漂浮于水面，从而达到去除的目的。 [0047] 曝气流速为8m/s时，电石渣浆料中焦粉杂质的去除效率可达87.5%。 [0048] 曝气流速为10m/s时，电石渣浆料中焦粉杂质的去除效率可达90.2%。 [0049] 曝气流速为15m/s时，电石渣浆料中焦粉杂质的去除效率可达93.6%。 [0050] 实施例8：使用钢渣浆料为原料，钢渣中含有少量的硅铁杂质，利用磁选的方法将硅铁杂质去除。在螺旋搅拌器上设置磁铁，在对钢渣浆料与输入的水进行搅拌的同时，吸附钢渣浆料中的硅铁杂质。 [0051] 在螺旋搅拌器没入水中的上部设置磁铁，利用磁选方法对硅铁杂质进行吸附，钢渣浆料中硅铁杂质去除效率为85.1%。 [0052] 在螺旋搅拌器没入水中的中部设置磁铁，利用磁选方法对硅铁杂质进行吸附，钢渣浆料中硅铁杂质去除效率为85.4%。 [0053] 在螺旋搅拌器没入水中的下部设置磁铁，利用磁选方法对硅铁杂质进行吸附，钢渣浆料中硅铁杂质去除效率为86.1%。 [0054] 在螺旋搅拌器没入水中的上、中、下三部分均设置磁铁，利用磁选方法对硅铁杂质进行吸附，钢渣浆料硅铁杂质去除效率为92.7%。 [0055] 实施例9：以电石渣浆料为原料，与水槽输入的水在曝气池中搅拌混合，释放电石渣中的钙离子。 [0056] 当输入的电石渣浆料与输入水之比为1:50时，电石渣中钙离子释放率可达89.7%。 [0057] 当输入的电石渣浆料与输入水之比为1:20时，电石渣中钙离子释放率可达91.1%。 [0058] 当输入的电石渣浆料与输入水之比为1:10时，电石渣中钙离子释放率可达92.9%。 [0059] 实施例10：以杂质分离装置中输入的脱硫石膏浆料为原料。CO2储气罐向矿化反应器中输入CO2与脱硫石膏浆料发生化学反应，当矿化反应pH达到7左右，停止通入CO2，矿化反应完成，得到CaCO3悬浊液。 [0060] 当通入CO2流速为5m/s时，CO2吸收率为90.2%。 [0061] 当通入CO2流速为10m/s时，CO2吸收率为92.4%。 [0062] 当通入CO2流速为15m/s时，CO2吸收率为94.1%。 [0063] 利用实施例6所述装置对于湿式钙基固废进行杂质分离‑高效矿化‑固液分离，如图8所示，矿化产物为形貌均一的层块状CaCO3，其晶型均为方解石。 [0064] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。 |
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