二氧化硅熔体的制备方法技术

本发明专利技术提供了在浸没式燃烧熔炉中熔化飞灰和/或稻壳灰的，可能与助熔剂和/或另外的玻璃化标记材料一起熔化，并在冷却时玻璃化。

Process for preparing silicon dioxide melt

The present invention provides melting of fly ash and / or rice husk ash in an immersion combustion furnace and may fuse with flux and / or other glass marker material and be vitrified in cooling.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种通过利用细二氧化硅粉末例如飞灰(flyash)和/或稻壳灰(ricehuskash)制备二氧化硅基熔体的方法。飞灰通常被定义为煤燃烧后除了粗底灰之外的剩余的细残留物。大于约80重量％的飞灰显示出小于45μm的颗粒尺寸。飞灰可能含有一些残留的碳，即至多25重量％的碳，尽管这种残留碳在飞灰的某些用途中可能是不希望的。其主要成分是二氧化硅。飞灰是通过垃圾填埋处置或混合到水泥组合物中的废弃物。还提出将飞灰与原料或矿物废料混合以制备合成渣料或其他玻璃质材料。稻壳灰是例如在动力或蒸汽发生单元中燃烧稻壳后剩余的残留物。它由二氧化硅组成，水平为80至95％以上。颗粒尺寸变化约35μm。稻壳灰通常用于水泥和混凝土制备中、用于油漆、阻燃剂和其他应用中。然而，考虑到操作这种细粉状材料的难度，仍然需要用于经济上感兴趣和环境友好的处置细二氧化硅粉末的进一步选择，该细二氧化硅粉末含有大于50重量％，优选大于60重量％，甚至更优选大于70重量％或大于80重量％的显示小于50微米，优选小于45微米的颗粒尺寸的颗粒，如飞灰和稻壳灰。本专利技术提出了在浸没式燃烧熔炉中制备二氧化硅熔体，其包含至少35重量％的二氧化硅，优选至少40重量％的二氧化硅，更优选至少45重量％的二氧化硅或至少50重量％的二氧化硅，该浸没式燃烧熔炉包含优选地设置在熔炉底部的至少一个浸没式燃料燃烧器，以及在熔炉中的熔体水平下方和/或起泡熔体水平下方进料的细二氧化硅粉末例如飞灰和/或稻壳灰。可以将熔体的至少一部分从熔炉中取出并在冷却时使其玻璃化以产生玻璃化的产物。然后可以适当地进一步处理玻璃化的产物，并在制备混凝土组合物、建筑元件、道路施工等方面得到应用。在玻璃制造工艺中，更具体在玻璃熔化工艺中，还可以进一步发现作为玻璃化的原料(基本是二氧化硅)的用途。相比细粉状材料如飞灰或稻壳灰，更容易和更环境友好地操作、运输和使用玻璃化的产物。本专利技术还提供了一种处置这种细二氧化硅粉末的方法，并找到其用途而不是填埋它。可以使用在WO2015/014919，WO2015/014920或WO2015/014921中公开的方法和/或熔炉进行制备二氧化硅熔体的方法，其各自通过引用并入本文。将细粉状二氧化硅(如飞灰或稻壳灰)与用于在标准玻璃熔炉中装料的原料(例如在熔体顶部上方)混合似乎不合适，因为来自熔体的烟道气将轻质粉状材料从熔炉设备带出。观察浸没式燃烧熔炉，从熔体水平上方装载包含细粉状二氧化硅的原料配合料似乎更不合适，这归因于倾向于将轻质粉状材料从系统中抽出的升高的烟道气流和熔池的高湍流。通过浸没式燃烧器的底部燃烧器吹入作为燃料仍显示出降低碳含量的飞灰或稻壳灰可能将灰排放系统，这归因于在这种浸没式燃烧燃烧器中产生的高的气体速度。浸没式燃烧熔炉是已知的。这些熔炉的特征在于它们具有设置在熔体水平下方，优选地在熔炉底部的一个或多个燃烧器喷嘴，使得燃烧器火焰和/或燃烧产物通过熔体并直接将能量转移到熔体。浸没式燃烧熔炉进一步确保熔体中的有效混合，并在温度分布和组成方面使熔体均匀化。它还有利于将原料吸收到熔体中，从而减少灰尘颗粒通过烟囱逸出的风险，并改善对新原料的热传递。这在取出用于下游处理和/或成形之前减少了在熔炉中所需的停留时间。现在已经发现，可以有利地在起泡熔体水平下方和/或熔体水平下方下将细二氧化硅粉末引入到浸没式燃烧熔炉中，优选地通过螺旋给料器或液压进料器引入，而无需任何预先的调节或制备，所述浸没式燃烧熔炉包含设置在该熔炉底部中的浸没式燃烧器。在本上下文中，将“起泡熔体水平下方”理解为意指在熔炉操作期间由熔体的起泡和/或泡沫物质达到的离熔炉底部的最高点的下方。在一个说明性实施方案中，在熔体水平下方引入细二氧化硅粉末意指在熔炉操作期间在离熔炉底部的一定高度处，在此液体熔体与熔炉侧壁连续接触。包含在浸没式燃烧熔炉中的熔体有利地保持在湍流状态中。已知浸没式燃烧在熔池中产生高度搅拌和湍流，这归因于在高压下注入到熔体中的燃烧气体并且归因于由此在熔体中产生的对流流动。优选地，对浸没式燃烧器进行控制，使得湍流熔体的体积比没有任何燃烧器烧制时将会具有的体积大至少8％，更优选至少10％，甚至更优选至少15％。已经发现，在液体熔体中的气体注入和由此在熔体中产生的对流流动降低了其密度。氧-燃料燃烧器的适当控制产生所需的密度降低或体积增加。优选地，运行该方法，使得在熔体水平的顶部上方完全不产生显著的泡沫层或没有泡沫层。已经发现，这样的泡沫层对于在熔炉内的能量传递是不利的，因此不利于其效率。为了清楚性和完整性，可以基于熔体组成计算和/或通过使熔体在熔炉中冷冻来验证在没有燃烧器烧制时该熔体将会具有的水平。湍流熔体的水平可以通过适当的测量装置来确定，例如已知的激光指示器或类似装置，其在给定的时间段内例如1或5分钟对熔体水平求平均。熔池的增加体积或降低密度被认为是熔体中湍流水平的反映；熔体越湍流，气泡在熔体内被吸收越多，从而使熔体“充气”。在熔体水平顶部上方的减少的泡沫层进一步反映出由气体注入产生的气体气泡保持在熔池内，而不是积聚在其表面上。除了碳和二氧化硅之外，飞灰还可以包含许多不同的氧化物、金属和少量的其它物质。稻壳灰也是一样。本专利技术设想将细粉状二氧化硅原料与助熔剂一起熔化，而没有任何另外矿物材料的显著添加。在本上下文中使用的词语“显著”应理解为是指小于5％的飞灰-助熔剂组合物的重量，或小于3％，优选小于2％，更优选小于1％。来自玻璃制造业的助熔剂是已知的。它们用于降低熔体粘度和能量需求，以在较低温度下达到所需的粘度。示例性地，助熔剂可以选自氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化铅、氧化锌、氧化钙、氧化钡、氧化镁、氧化锶和氧化硼、以及它们的组合。鉴于最终获得的玻璃化组合物的期望应用，具有玻璃熔化领域的经验和技术的人员能够选择合适的助熔剂。在某些最终应用中，实际上用作助熔剂的一些氧化物可能是不希望的。作为示例，B2O3是优选的助熔剂，但是在用熔化的细二氧化硅粉末制备的玻璃的某些最终应用中，硼可能是不希望的；在这种情况下，可以使用不同的助熔剂，例如K2O和/或Na2O和/或CaO。类似地，助熔剂的含量可以在组合物的0.5至25重量％之间，优选在0.5至20重量％之间，或在1.0至15重量％之间变化。在在替代性专利技术方法中，可以在如上所述的浸没式燃烧熔炉中将细粉状二氧化硅引入玻璃熔体或石(stone)熔体中。这意味着将细粉状二氧化硅进料到所述熔炉中，并且也将额外的可玻璃化原料进料到所述熔炉。可以从熔体上方排放额外的可玻璃化原料。在替代方案中，可以通过设置在熔体的起泡水平下方或熔体水平下方的进料器装入额外的可玻璃化原料。可有利地将熔化室壁冷却，并且其包括通过循环冷却液体优选水所分离的双重钢壁。特别是在圆柱形熔化室的情况下，这种组件相对容易构造并且能够抵抗高机械应力。熔炉的圆柱形状有助于平衡外壁上的应力。当壁冷却时，例如水冷时，熔体优选固化并在熔炉壁的内侧形成保护层。熔炉组件可能不需要任何内部耐火衬里，因此需要较少或较廉价的维护。熔炉壁的内表面可以有利地配备有朝向熔炉内部突出的舌片或锭子或其它小元件。这些可有助于在内熔炉壁上构建和固定固化的熔体层，从而产生具有耐热性的衬里，并减少对熔炉的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备二氧化硅熔体的方法，该二氧化硅熔体包含至少35重量％的二氧化硅，优选至少40重量％的二氧化硅，更优选至少45重量％的二氧化硅或至少50重量％的二氧化硅，其中将细二氧化硅粉末进料到浸没式燃烧熔炉中的起泡熔体水平的下方，该浸没式燃烧熔炉包括设置在该熔炉底部的至少一个浸没式燃烧器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.27 GB 1501307.11.一种用于制备二氧化硅熔体的方法，该二氧化硅熔体包含至少35重量％的二氧化硅，优选至少40重量％的二氧化硅，更优选至少45重量％的二氧化硅或至少50重量％的二氧化硅，其中将细二氧化硅粉末进料到浸没式燃烧熔炉中的起泡熔体水平的下方，该浸没式燃烧熔炉包括设置在该熔炉底部的至少一个浸没式燃烧器。2.根据权利要求1的方法，其中细二氧化硅粉末是飞灰和/或稻壳灰。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中控制所述至少一个浸没式燃烧器，以将所述熔体保持在湍流状态中，使得湍流熔体的体积为比如果没有燃烧器烧制时熔体将具有的水平高至少8％，优选至少10％，更优选至少15％。4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中对其进行操作使得在熔体水平的顶部上方不产生显著的泡沫层。5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中还将助熔剂引入熔体中，优选与细二氧化硅粉末组合。6.根据权利要求5的方法，其中助熔剂选自氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化铅、氧化锌、氧化钙、氧化钡、氧化镁、氧化锶和氧化硼、及其组合。7.根据权利要求6的方法，其中以组合物的0.5-25重量％，优选0.5-20重量％，或1.0-15重量％的量加入助熔剂。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将额外的可玻璃化原料进料到所述熔炉中。9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述熔炉中的熔体水平上方进料所述额外的可玻璃化原料。10.根据权利要求8或9所述的方法，其中在所述起泡熔体水平下方，有利地在熔体水平下方进料所述可玻璃化原料。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述熔体的至少一部分从所述熔炉中取出并在冷却时使其玻璃化以产生玻璃化的产物。12.根据权利要求11的方法，其中进一步合适地处理玻璃化的产物以用于混凝土组合物、结构元件的制备、用于道路结构、或用作玻璃制造工艺更具体是玻璃熔化工艺中的玻璃化的原料。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述熔化室壁进行冷却，例如其包括通过循环冷却液体优选水所分离的双重钢壁，优选地将从所述冷却液体回收的能量进行再循环，并且内熔炉壁不是耐火材料衬里的。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中从所述热烟气和/或所述冷却液体回收热。15.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·德莫特，B·马罗尔特，D·迪卡姆，
申请(专利权)人：克瑙夫绝缘私人有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE