無機硅廢渣處理裝置及工藝

王敬偉，紀發(fā)達

（山東龍港硅業(yè)科技有限公司，山東 濰坊 261300）

0 引言

無機硅是無機化工產(chǎn)品中產(chǎn)量和消費量都較大的品種，其品種較多，且產(chǎn)品多是上下鏈關(guān)系，是一種重要的材料。無機硅主要包括二氧化硅、硅酸鈉、偏硅酸鈉、原硅酸鈉等含硅無機物。

硅渣是無機硅化物生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物，這些廢棄物大概分兩種：一種是不合質(zhì)量要求、落地污染的，或者破碎污染失效的；另一種是堿硅泥，是經(jīng)壓濾或沉淀后排放的物質(zhì)，呈堿性，粘稠泥狀物，有腐蝕性，包括石英砂、硅酸鈉、一定量的水分和不溶性膠體顆粒雜質(zhì)，通常未參加反應(yīng)的石英砂占硅渣質(zhì)量的65～80%，硅酸鈉占硅渣質(zhì)量的10～20%，另外硅渣還含有5～10%質(zhì)量百分比的水和2～5%質(zhì)量百分比的不溶性膠體顆粒雜質(zhì)。由于企業(yè)不斷的生產(chǎn)，這些硅渣也在不斷的增加。

目前，對硅渣的利用，尚未發(fā)現(xiàn)科學有效的方法，多數(shù)以掩埋或堆積的方法處理。由于硅泥的存量很大，并且源源不斷的產(chǎn)生，對環(huán)境造成了大量污染。這些廢棄硅渣排放后既占用了大量土地，又污染了環(huán)境，同時又造成了能源的浪費[1]。

企業(yè)生產(chǎn)中除了帶來經(jīng)濟效益外，也會產(chǎn)生工業(yè)廢料[2]。因此，亟需一種能充分回用硅渣的裝置及處理方法，避免硅渣按照固體廢棄物直接廢棄處理造成環(huán)境污染和資源浪費。資源化處理，以及綜合利用是目前非常引人關(guān)注的一種資源循環(huán)利用手段，也是節(jié)能環(huán)保的基本措施之一，是我國的化工企業(yè)想要實現(xiàn)健康且可持續(xù)發(fā)展的一個非常重要的保障[3]。

1 無機硅廢渣處理裝置

無機硅廢渣回收利用裝置，包括用于過濾硅渣的過濾機，過濾機的底部設(shè)有硅渣出口，硅渣出口的下方設(shè)有洗砂槽，洗砂槽的下方設(shè)有螺旋輸送機，螺旋輸送機的進料端與洗砂槽的底部連接，螺旋輸送機的出料端設(shè)有砂出料口，砂出料口的下方設(shè)有砂收集斗。

圖中，1-過濾機，2-洗砂槽，3-螺旋輸送機，4-砂出料口，5-砂收集斗，6-沖洗水口，7-布水器，71-環(huán)形水管，72-噴水孔，8-濾渣承載架，9-溢流管，10-放凈口。

如圖1、圖2和圖3共同所示，一種無機硅廢渣回收利用裝置，包括用于過濾硅渣的過濾機1，過濾機1的底部設(shè)有硅渣出口，硅渣出口的下方設(shè)有洗砂槽2，洗砂槽2的下方設(shè)有螺旋輸送機3，螺旋輸送機3的進料端與洗砂槽2的底部連接，螺旋輸送機3的出料端設(shè)有砂出料口4，砂出料口4的下方設(shè)有砂收集斗5以收集石英砂；洗砂槽2上設(shè)有沖洗水口6，洗砂槽2內(nèi)設(shè)有與沖洗水口6連通的布水器7，洗砂槽2內(nèi)設(shè)有濾渣承載架8，布水器7位于濾渣承載架8的下方；洗砂槽2上設(shè)有溢流口，溢流口連接溢流管9，溢流口高于濾渣承載架8；濾渣承載架8包括若干縱橫交錯焊接在一起的圓鋼，具體地，可以由直徑8～10MM的圓鋼焊接而成，形成50～80MM見方的網(wǎng)格，結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，成本低，而且沖洗硅渣效果好；布水器7包括環(huán)形水管71，環(huán)形水管71與濾渣承載架8平行設(shè)置，環(huán)形水管71上設(shè)有若干噴水孔72，噴水孔72朝向濾渣承載架8，噴水孔72位于環(huán)形水管71的頂部，若干噴水孔72沿環(huán)形水管71的周向均勻分布；螺旋輸送機3的進料端的高度小于出料端的高度，螺旋輸送機3的進料端的底部設(shè)有用于排液排渣的放凈口10。

圖1 無機硅廢渣回收利用裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 濾渣承載架的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 布水器的結(jié)構(gòu)示意圖

主要技術(shù)改進如下：

（1）洗砂槽上設(shè)有沖洗水口，洗砂槽內(nèi)設(shè)有與沖洗水口連通的布水器，洗砂槽內(nèi)設(shè)有濾渣承載架，布水器位于濾渣承載架的下方。

（2）洗砂槽上設(shè)有溢流口，溢流口連接溢流管，溢流口高于濾渣承載架。

（3）濾渣承載架包括若干縱橫交錯焊接在一起的圓鋼。

（4）布水器包括環(huán)形水管，環(huán)形水管與濾渣承載架平行設(shè)置，環(huán)形水管上設(shè)有若干噴水孔，噴水孔朝向濾渣承載 架，噴水孔位于環(huán)形水管的頂部，若干噴水孔沿環(huán)形水管的周向均勻分布。

（5）螺旋輸送機的進料端的高度小于出料端的高度，螺旋輸送機的進料端的底部設(shè)有用于排液排渣的放凈口。

采用上述技術(shù)方案的有益效果是：

（1）過濾機過濾后的硅渣進入洗砂槽內(nèi)進行清洗，堿溶于水中，實現(xiàn)砂堿分離，石英砂在洗砂槽的下部沉降并由螺旋輸送機送至砂出料口，進入砂收集斗，使得硅渣可以進一步被利用，降低生產(chǎn)消耗及生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

（2）洗砂槽內(nèi)設(shè)有濾渣承載架，洗砂槽內(nèi)濾渣承載架的下方設(shè)有布水器，硅渣在濾渣承載架上堆積，沖洗水由沖洗水口進入洗砂槽，并通過布水器噴向硅渣承載架上的硅渣，對硅渣進行清洗，實現(xiàn)砂堿分離。

（3）洗砂槽上設(shè)有溢流口，溢流口連接溢流管，溢流口高于濾渣承載架， 硅渣中溶解于水的硅酸鈉通過溢流管流出，便于回收利用，而且避免硅酸鈉直 接排放而污染環(huán)境。

（4）濾渣承載架包括若干縱橫交錯焊接在一起的圓鋼，可以由直徑8～10MM的圓鋼焊接而成，形成50～80MM見方的網(wǎng)格，結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，成本低，而且沖洗硅渣效果好。

（5）布水器包括環(huán)形水管，環(huán)形水管與濾渣承載架平行設(shè)置，環(huán)形水管上設(shè)有若干噴水孔，噴水孔朝向濾渣承載架，噴水孔位于環(huán)形水管的頂部，若干噴水孔沿環(huán)形水管的周向均勻分布，沖洗水通過環(huán)形水管的噴水孔噴出噴向濾渣承載架，使得硅渣中的石英砂從濾渣承載架上落到洗砂槽底部，同時硅渣中的硅酸鈉溶解于沖洗水中，實現(xiàn)砂堿分離，砂堿分離效率高而且效果好。

（6）螺旋輸送機的進料端的高度小于出料端的高度，螺旋輸送機的進料端的底部設(shè)有用于排液排渣的放凈口，沉積在洗砂槽下部的石英砂通過螺旋輸送機輸出到砂收集斗內(nèi)，在硅渣回收利用裝置停機時，可以打開放凈口進行排液排渣。

無機硅廢渣回收利用裝置，結(jié)構(gòu)簡單，將硅渣中的砂與堿分離，使得濾渣可以進一步被利用，減少對環(huán)境的污染，降低了生產(chǎn)消耗及生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)效益。

2 無機硅廢渣處理工藝

簡易步驟如下：

（1）將過濾后的硅渣加入固液分離裝置中利用高壓沖洗水流進行沖洗，硅渣中的硅酸鈉溶解并與不溶性膠體顆粒隨沖洗水流出固液分離裝置，將硅渣中的石英砂分離出來。

（2）將分離出的石英砂再次進行水洗處理，并經(jīng)離心脫水后回收利用。

（3）將含有不溶性膠體顆粒的沖洗水和石英砂水洗后的水洗液進行絮凝沉淀處理，使其中的不溶性膠體顆粒絮凝形成膠體大顆粒并沉降，分離沉降的膠體大顆粒。

具體實施方法如下：

將過濾后的硅渣加入到固液分離裝置中，利用固液分離裝置中的高壓沖洗水流將粘稠泥狀的硅渣進行破碎打散并使得具有高粘度的硅酸鈉溶解并與不溶性膠體顆粒隨沖洗水流出固液分離裝置，此時可以將硅渣中的石英砂分離出來，將分離出來的石英砂再次進行水洗處理，并經(jīng)離心脫水后回收利用，將含有不溶性膠體顆粒的沖洗水和分離出石英砂再次水洗后的水洗液進行絮凝沉淀處理，使其中的不溶性膠體顆粒絮凝形成膠體大顆粒并沉降，分離沉降的膠體大顆粒，除去其中的膠體大顆粒雜質(zhì)的沖洗水和水洗液繼續(xù)作為高壓沖洗用水使用，當高壓沖洗用水中的硅酸鈉達到一定濃度時，進行過濾及濃縮處理[4-5]。

高壓沖洗用水循環(huán)使用是因為低濃度的硅酸鈉易發(fā)生水解形成硅酸溶膠，一定程度上抑制了低濃度硅酸鈉的水解，并且控制高壓沖洗用水中的硅酸鈉含量在10～20wt%，當高壓沖洗用水中的硅酸鈉濃度達到10～20wt%時，再進一步過濾高壓沖洗用水，使水中的不溶物含量小于0.1wt%，然后蒸發(fā)濃縮至水中硅酸鈉含量35～50wt%，可以進行回收利用。

由于硅渣含有硅酸鈉和不溶性膠體雜質(zhì)顆粒，外觀呈粘稠泥狀，具有很大粘性，處理難度很大，對此利用水壓為0.5-1MPa的高壓沖洗水流將硅渣進行破碎打散，并使硅渣中的硅酸鈉溶解，使其中的不溶性膠體顆粒隨沖洗水流出，從而將硅渣中的石英砂分離出，并且高壓沖洗用水的溫度為50～90℃，提高硅酸鈉的溶解性，進一步提高石英砂的分離效果，但由于高壓沖洗用水循環(huán)使用，維持水溫在50～60℃，分離效果好，而且減少需要蒸汽預熱的能耗[6]。

由于步驟（2）中石英砂的再次水洗為溢流式水洗，水洗用水為蒸發(fā)后冷凝水，水溫為50～80℃，水量為水洗石英砂質(zhì)量的1.5-3倍，使得硅酸鈉充分溶解，使得石英砂與硅酸鈉充分分離。

由于步驟（2）中脫水處理后石英砂的雜質(zhì)含量小于0.5wt%，含水率小于5wt%，可以直接作為反應(yīng)原料使用。

由于步驟（3）中絮凝所用的絮凝劑為聚丙烯選胺類絮凝劑，絮凝劑用量為0.2～0.5g/L，沖洗水和水洗液經(jīng)過絮凝沉淀后濁度小于30度，使得膠體顆粒絮凝沉降效果好，有利于充分分離硅渣中的不溶性膠體顆粒雜質(zhì)。

對無機硅化物生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的硅渣進行處理，分離其中的石英砂作為反應(yīng)原料使用，溶解提取硅渣中的硅酸鈉加以回收利用，并去除其中的不溶性膠體顆粒雜質(zhì)，充分回用硅渣中的有用成分，符合國家資源循環(huán)綜合利用政策，變廢為寶給企業(yè)增加效益。

3 結(jié)語

隨著當前環(huán)保治理力度的加大，節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)已成為化工企業(yè)發(fā)展的主題，針對廢渣處理的技術(shù)和途徑也更加多樣化。本文的無機硅廢渣處理方法，不但為生產(chǎn)企業(yè)減少了處理垃圾費用，而且降底了原材料成本，實現(xiàn)了對廢渣的無害化處理，工藝合理，設(shè)備簡單。合理利用無機硅廢渣是促進化工企業(yè)健康發(fā)展的保證，對廢渣的回收利用、變廢為寶，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟、社會效益和環(huán)保效益，其處理方法的研究和推廣對國家經(jīng)濟健康發(fā)展具有重要意義。