一种煤基固废CO2深度矿化加工装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于危废处理技术领域，具体公开了一种煤基固废CO2深度矿化加工装置及方法，该加工装置包括反应塔、水解装置和反应罐；反应塔供富含Ca、Mg、Al的原液与CO2生成主相为CaCO3、MgCO3、Al2(CO3)3的矿化渣；水解装置供Al2(CO3)3与水反应生成絮状的Al(OH)3和CO2；反应罐供Al(OH)3生成Al2O3和水汽，且Al2O3与碳反应生成Al和CO2；该加工方法包括原液的制备、原液CO2矿化、Al2(CO3)3水解、Al(OH)3浓缩及分解以及Al2O3还原等步骤。本发明专利技术的加工装置实现煤基固废中的铝的资源化利用，CO2在反应系统中得以合理循环利用，加工过程绿色环保。加工过程绿色环保。加工过程绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种煤基固废CO2深度矿化加工装置及方法


[0001]本专利技术涉及危废处理
，尤其涉及一种煤基固废CO2深度矿化加工装置及方法。

技术介绍

[0002]煤炭是我国的主要能源和重要的化工原料，煤炭开采产生的煤矸石、燃煤发电产生的粉煤灰、炉底渣、脱硫石膏以及煤化工产生的气化渣，构成了常见的煤基固废。为避免资源的浪费，通常对煤基固废通过焚烧或者化学反应的方式对其进行处理，以便提取煤基固废中的铝、镁等有价金属，提高资源的利用率，而剩余的废渣也可当做建筑材料用于道路铺设。
[0003]现有的煤基固废CO2矿化制备填充材料的方法，中国专利CN202210280209.2公开了“一种用工/矿业固废矿化CO2制备矿山胶结充填材料的方法”，该方法包括以下步骤：将工矿业固废研磨后与硝酸铵均匀混合；将混合原料置于反应器中熔盐活化，将活化过程中产生的氨气收集起来，活化后原料中的Ca、Mg、Al转化成相应的金属硝酸盐；将金属硝酸盐活化混合物水浸处理，过滤得到主要成分为SiO2的水浸渣和富含Ca
2+
、Mg
2+
、Al
3+
的水浸液；将收集的氨气、得到的水浸液、预先准备的CO2通入反应容器发生碳酸化反应，过滤得到含硝酸铵的滤液和主要物相为CaCO3、MgCO3、Al2(CO3)3的矿化渣；将矿化渣与水泥和石膏混合制成胶凝材料；将胶凝材料与水和全尾砂混合搅拌制成胶结充填材料；该专利技术实现了对煤基固废的合理利用，但在使用时，其中具有一定价值的铝未被提取，而是直接将煤基固废反应产生的矿渣进行碾碎混合，用于道路铺设，存在对有价资源的利用不足的问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种煤基固废CO2深度矿化加工装置及方法，实现对煤基固废中的Al富集回收，提高煤基固废的经济价值。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种煤基固废CO2深度矿化加工装置，所述加工装置包括：反应塔，所述反应塔供富含Ca、Mg、Al的原液与CO2生成主相为CaCO3、MgCO3、Al2(CO3)3的矿化渣；水解装置，所述水解装置供Al2(CO3)3与水反应生成絮状的Al(OH)3和CO2；反应罐，所述反应罐供Al(OH)3生成Al2O3和水汽，且Al2O3与碳反应生成Al和CO2；第一输送管，所述第一输送管呈倾斜向下设置并连接反应塔底端与水解装置底端，供反应塔排出的矿化渣经由第一输送管进入水解装置；第二输送管，所述第二输送管呈倾斜向下设置并连接水解装置底端与反应罐，供富含Al(OH)3溶液进入反应罐。
[0006]优选的，所述水解装置包括箱体以及箱体内设置的分隔壳体；所述分隔壳体将箱体分隔成下部腔室和上部腔室；所述分隔壳体与第一输送管出
口对应设置有第一侧板，所述第一侧板呈倾斜向上设置，所述第一侧板的低端高于第一输送管出口端，且第一侧板为网格板；所述分隔壳体位于第一侧板高端纵向设置有分隔板，所述分隔板将水解装置的上部腔室分隔成左右分布的第一腔室和第二腔室，所述下部腔室通过第一侧板与第一腔室连通，第一腔室通过分隔板顶端溢流通道以第二腔室连通；其中，所述水解装置内盛装有水，其水位高于第一侧板，且不充满水解装置内腔。
[0007]优选的，所述分隔壳体位于分隔板后侧设置有第二侧板，所述第二侧板呈倾斜向下设置，且第二侧板低端低于第二输送管进口端。
[0008]优选的，所述第二侧板顶面由两侧向内倾斜形成两收集坡面；所述第二输送管进口端设置在两组收集坡面之间。
[0009]优选的，所述水解装置设置有加水管和排渣管；所述加水管设置在箱体顶端与第二侧板上方对应位置；所述排渣管下端连接有废渣罐，且排渣管连接有控制阀。
[0010]优选的，所述加工装置还包括吸气装置，所述吸气装置包括分别与水解装置和反应罐出气端连接的输送管路以及接入输送管路的气泵，所述输送管路与水解装置、反应罐连接处设置有控制阀门；所述输送管路出气端与反应塔进气端连接。
[0011]优选的，所述反应罐顶部固定设置有驱动电机，所述驱动电机输出端固定连接有伸入反应罐的搅拌轴，所述搅拌轴下端设置有搅拌桨叶。
[0012]优选的，所述反应罐内设置有加热管，所述加热管呈螺旋状贴合设置在反应罐内壁上，且加热管远离搅拌桨叶。
[0013]本专利技术还公开了一种煤基固废CO2深度矿化加工方法，所述加工方法包括以下步骤：步骤S1：将富含Ca、Mg、Al的原液引入反应塔，按照1.5~2.5倍原液体积分别向反应塔内注入二氧化碳、氨气，在反应温度20~90℃、反应压力0.15~2.0 kPa下矿化反应60~120 min，生成主相为CaCO3、MgCO3、Al2(CO3)3的矿化渣；步骤S2：将反应塔内反应液排出，将矿化渣通过第一输送管输送至水解装置内的下部腔室，矿化渣中Al2(CO3)3与水剧烈反应生成絮状Al(OH)3和CO2；絮状Al(OH)3随着反应液通过第一侧板进入第一腔室，在第一腔室内絮状Al(OH)3随着大量CO2气泡漂浮液体表面并通过溢流通道进入第二腔室；在第二腔室内随着CO2气泡破裂絮状的Al(OH)3沉淀至第二侧板上并由两侧收集坡面汇集经由第二输送管排入反应罐；水解装置内的反应废渣由第一侧板和第二侧板阻挡处于下部腔室内，在反应完成后经由排渣管排入废渣罐存储；步骤S3：步骤S2反应过程中同步启动吸气装置将水解装置逸出的CO2收集并引入反应塔内促进矿化反应进程；步骤S4：启动反应罐通过加热管对Al(OH)3液体加热至85~95℃进行蒸发浓缩，启动搅拌装置对Al(OH)3液体进行搅拌，并通过抽真空装置对反应罐抽真空；在真空条件下，Al(OH)3受热分解生成Al2O3和水汽，水汽排出反应罐；步骤S5：步骤S4中Al(OH)3受热分解完成后，加入配比为1.1~1.3倍氧化铝质量的碳粉充当催化剂，启动反应罐对反应原料加热，在反应温度140~150 ℃下反应60~120 min，使得Al2O3分解生成CO2和Al；步骤S6：步骤S5反应过程中同步启动吸气装置将CO2引入反应塔内促进矿化反应；
反应罐反应完成后将生成的Al排出。
[0014]优选的，步骤S1中原液得制备步骤如下：步骤S
11
：将煤基固废加入破碎研磨机中进行粉碎研磨，获得粒度尺寸在60~200μm的颗粒粉料；步骤S
12
：按照质量比为1:2将颗粒粉料与硝酸铵加入反应器中进行熔盐活化反应，在活化温度为20~90℃下反应2~4 h；颗粒粉料中的Ca、Mg、Al生成相应的硝酸盐混合物，并将产生氨气收集作为原料注入所述反应塔中；步骤S
13
：按照液固比2:1~4:1向硝酸盐混合物中添加去离子水进行浸泡，制得富含Ca、Mg、Al的水浸液，即为原液。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术的水解装置，将矿化渣浓缩浆通过第一输送管进入水解装置内的下部腔室内，矿化渣中Al2(CO3)3与水剧烈反应，其反应方程式为Al2(CO3)3+3H2O=2Al(OH)3+3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤基固废CO2深度矿化加工装置，其特征在于，所述加工装置包括：反应塔（1），所述反应塔（1）供富含Ca、Mg、Al的原液与CO2生成主相为CaCO3、MgCO3、Al2(CO3)3的矿化渣；水解装置（2），所述水解装置（2）供Al2(CO3)3与水反应生成絮状的Al(OH)3和CO2；反应罐（3），所述反应罐（3）供Al(OH)3生成Al2O3和水汽，且Al2O3与碳反应生成Al和CO2；第一输送管（5），所述第一输送管（5）呈倾斜向下设置并连接反应塔（1）底端与水解装置（2）底端，供反应塔（1）排出的矿化渣经由第一输送管（5）进入水解装置（2）；第二输送管（6），所述第二输送管（6）呈倾斜向下设置并连接水解装置（2）底端与反应罐（3），供富含Al(OH)3溶液进入反应罐（3）。2.根据权利要求1所述的煤基固废CO2深度矿化加工装置，其特征在于，所述水解装置（2）包括箱体以及箱体内设置的分隔壳体（21）；所述分隔壳体（21）将箱体分隔成下部腔室（213）和上部腔室；所述分隔壳体（21）与第一输送管出口对应设置有第一侧板（211），所述第一侧板（211）呈倾斜向上设置，所述第一侧板（211）的低端高于第一输送管（5）出口端，且第一侧板（211）为网格板；所述分隔壳体（21）位于第一侧板（211）高端纵向设置有分隔板（212），所述分隔板（212）将水解装置（2）的上部腔室分隔成左右分布的第一腔室（214）和第二腔室（215），所述下部腔室（213）通过第一侧板（211）与第一腔室（214）连通，第一腔室（214）通过分隔板（212）顶端溢流通道（218）以第二腔室（215）连通；其中，所述水解装置（2）内盛装有水，其水位高于第一侧板（211），且不充满水解装置（2）内腔。3.根据权利要求2所述的煤基固废CO2深度矿化加工装置，其特征在于，所述分隔壳体（21）位于分隔板（212）后侧设置有第二侧板（219），所述第二侧板（219）呈倾斜向下设置，且第二侧板（219）低端低于第二输送管（6）进口端。4.根据权利要求3所述的煤基固废CO2深度矿化加工装置，其特征在于，所述第二侧板（219）顶面由两侧向内倾斜形成两收集坡面（220）；所述第二输送管（6）进口端设置在两组收集坡面之间。5.根据权利要求4所述的煤基固废CO2深度矿化加工装置，其特征在于，所述水解装置（2）设置有加水管（24）和排渣管（22）；所述加水管（24）设置在箱体顶端与第二侧板（219）上方对应位置；所述排渣管（22）下端连接有废渣罐（23），且排渣管（22）连接有控制阀。6.根据权利要求1所述的煤基固废CO2深度矿化加工装置，其特征在于，所述加工装置还包括吸气装置（4），所述吸气装置（4）包括分别与水解装置（2）和反应罐（3）出气端连接的输送管路（42）以及接入输送管路（42）的气泵（41），所述输送管路（42）与水解装置（2）、反应罐（3）连接处设置有控制阀门（43）；所述输送管路（42）出气端与反应塔（1）进气端连接。7.根据权利要求1所述的煤基固废CO2深度矿化加工装置，其特征在于，所述反应罐（3）顶部固定设置有驱动电机（31），所述驱动电机（31）输出端固定连接有伸入反应罐的搅拌轴（32），所述搅拌轴（32）下端设置有搅拌桨叶（...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆诗建，陈思铭，刘玲，康国俊，孙文坛，牛皓，杨菲，杨森，宫千博，朱巨胜，倪中海，曹景沛，闫新龙，朱佳媚，桂夏辉，王全德，刘滋武，王瑞玉，奚弦，郭振坤，魏富，
申请(专利权)人：北京牡丹联友环保科技股份有限公司江苏碳捕集环保研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：