一种烟气脱硫副产物低温氧化装置的制作方法

本发明涉及脱硫副产物的资源化应用领域，更具体地说，涉及一种烟气脱硫副产物低温氧化装置。
背景技术：
：随着我国钢铁工业的持续迅猛发展，所产生的环境污染问题十分突出，尤其“三废”排放方面备受国家的高度关注，在最新修订的“钢铁工业污染排放标准”中将SO2的排放控制作为重要内容之一，强制性规定钢铁行业要限期实现减排量和烟气达标排放。在我国钢铁企业，SO2排放量仅次于电力工业和工业锅炉的排放量，居第3位，而钢铁企业排放的SO2中50％-70％来自烧结工序，采用半干法脱硫技术进行烧结烟气脱硫，不仅投资低，且脱硫率较高，但是在半干法脱硫过程中产生了大量的脱硫副产物，目前，国内外只有少部分脱硫副产物得到利用，绝大部分被抛弃，如果不加以合理利用，将会造成二次污染并占用大量土地。为了实现对脱硫副产物的资源化应用，高校和企业对烧结矿烟气脱硫副产物高附加值利用开展了大量研究，发现采用烧结烟气脱硫副产物制备硫酸钙晶须具有较高的附加值，硫酸钙晶须是以单晶形式生长出的一种短纤维，它具有均匀的横截面，完整的外形及高度完善的内部结构，与玻璃纤维相比，优点在于它具有极高的强度，细微的尺寸，更易与树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物结合，并且产品的外观质量优良。由于脱硫副产物中CaSO3的含量较高，限制了脱硫副产物的直接使用，脱硫副产物在进行制备硫酸钙晶须之前，要求脱硫副产物进行充分的氧化改性处理，通常需要在密闭容器中将脱硫副产物加热以促进CaSO3氧化。一方面现有的氧化方法难以实现对脱硫副产物的充分氧化，从而限制了脱硫副产物的高附加值应用；另一方面该氧化方法能耗大，脱硫副产物氧化成本高昂，从而限制了脱硫副产物的资源化应用。东北大学的史培阳也进行了先关研究，并申请了相关专利：利用烧结矿烟气脱硫副产物制备硫酸钙晶须的方法(申请号：201010545829.1；申请日：2010.11.16)和利用烟气脱硫石膏制备硫酸钙晶须的方法(申请号：200810011193.5；申请日：2008.04.25)，同样对脱硫副产物进行高温氧化改性，其中高温的改性氧化，高温的改性氧化温度为110℃-300℃，高温氧化提高了脱硫副产物中亚硫酸钙的氧化效率。但是，现有的人员一直致力于在高温条件下研发脱硫副产物的氧化方法，并普遍认为低温条件下难以实现脱硫副产物的有效氧化，而本发明提出的脱硫副产物的低温氧化打破该技术偏见。这是由于高温氧化方法虽然提高了脱硫副产物的氧化率，为了110℃-300℃的高温充分氧化，需要在高压密闭容器中对脱硫副产物的高效氧化；该方法需要营造密闭高压环境，而且需要向脱硫副产物溶液中加入复杂的氧化剂，使得氧化成本高昂，难以实现脱硫副产物的产业化应用。因此，迫切的需要开发出一种适用于工业应用的脱硫副产物的氧化改性装置，从而为脱硫副产物的高效资源化应用奠定基础。技术实现要素：1.发明要解决的技术问题本发明的目的在于克服现有技术中，脱硫副产物改性的过程中难以实现低温氧化的问题，提供一种烟气脱硫副产物低温氧化装置，大大提高了脱硫副产物的低温氧化率，为脱硫副产物的高效资源化应用奠定基础。2.技术方案为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：本发明的一种烟气脱硫副产物低温氧化装置，包括氧化单元，该氧化单元包括氧化吹气部件和研磨氧化腔体，其中氧化吹气部件位于研磨氧化腔体的下部，氧化吹气部件用于向研磨氧化腔体鼓入富氧空气，所述的研磨氧化腔体由弧形研磨段和研磨间隙段组成；搅拌研磨单元，该搅拌研磨单元包括驱动电机和搅拌研磨叶片，所述的驱动电机上设置有搅拌研磨叶片，该搅拌研磨叶片的圆周上设置有叶片研磨圆弧；上述的搅拌研磨叶片位于研磨氧化腔体内，且搅拌研磨叶片的叶片研磨圆弧与弧形研磨段相配合，在驱动电机的驱动下叶片研磨圆弧与弧形研磨段发生研磨运动。优选地，所述的弧形研磨段与搅拌研磨叶片转动轴心的距离等于弧形研磨段与搅拌研磨叶片转动轴心的距离，且弧形研磨段的圆弧半径与叶片研磨圆弧的圆弧半径相同。优选地，所述的研磨间隙段与搅拌研磨叶片转动轴心的距离大于弧形研磨段与搅拌研磨叶片转动轴心的距离。优选地，所述的研磨氧化腔体的横截面为椭圆形，所述的椭圆形的短轴顶点处为弧形研磨段。优选地，所述的氧化单元还包括锥形收集仓，该锥形收集仓为倒锥形，所述的氧化吹气部件通过锥形收集仓与研磨氧化腔体相连。优选地，所述的搅拌研磨单元还包括电机驱动轴和叶片连接杆，所述的驱动电机通过电机驱动轴与叶片连接杆相连，该叶片连接杆上设置有搅拌研磨叶片。优选地，所述的电机驱动轴的底部设置有驱动轴顶吹气孔。优选地，所述的搅拌研磨叶片上设置有叶片倒角。优选地，所述的氧化吹气部件内安放有陶瓷球。优选地，所述的研磨氧化腔体外部设置有水浴加热箱。3.有益效果采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：(1)本发明的一种烟气脱硫副产物低温氧化装置，研磨将脱硫副产物颗粒表面的难溶物研磨去除，即将附着在脱硫副产物颗粒表面的硫酸钙在机械力研磨的作用下被研磨去除，使得颗粒内部的亚硫酸钙暴露在颗粒表面，促进了氧气分子与亚硫酸钙表面的接触，使得脱硫副产物中的亚硫酸钙时时与氧接触，加快并促进了颗粒内部的亚硫酸钙的氧化，并大大提高了脱硫副产物中硫酸钙的氧化率，使得SO32-的氧化率达到78.52％，脱硫副产物得到有效的氧化。(2)本发明的一种烟气脱硫副产物低温氧化装置，在氧化的过程中进行间歇研磨，即保证了将脱硫副产物表面的难溶物去除，又保证了研磨后脱硫副产物及时与搅拌研磨叶片分离，使得去除表面难溶物的颗粒能及时与溶液中的氧结合，从而促进脱硫副产物的快速氧化；(3)本发明的一种烟气脱硫副产物低温氧化装置，搅拌研磨叶片上设置有叶片倒角，叶片倒角促进了脱硫副产物颗粒进入弧形研磨段与叶片倒角之间的间隙，从而促进了脱硫副产物颗粒的机械研磨；(4)本发明的一种烟气脱硫副产物低温氧化装置，电机驱动轴底部设置有驱动轴顶吹气孔，研磨氧化的过程中驱动轴顶吹气孔同样可以将富氧空气吹入研磨氧化腔体，驱动轴顶吹气孔和底吹气孔的共同作用下，脱硫副产物颗粒及液体不断的由研磨氧化腔体的中心运动至研磨氧化腔体的弧形研磨段，促使着脱硫副产物颗粒在弧形研磨段发生机械研磨，从而加速了脱硫副产物颗粒的氧化效果；(5)本发明的一种烟气脱硫副产物低温氧化装置，研磨间隙段内上设置有间隙段吹气孔，该间隙段吹气孔向研磨氧化腔体同时吹入富氧空气，间隙段吹气孔的吹气流量小于底吹气孔的吹气流量，防止脱硫副产物颗粒在研磨间隙段停留时间过长，从而促进脱硫颗粒氧化和研磨。附图说明图1为本发明的一种烟气脱硫副产物低温氧化装置的整体结构示意图；图2为本发明的一种烟气脱硫副产物低温氧化装置的搅拌研磨单元的示意图；图3为本发明的搅拌研磨单元的仰视示意图；图4为本发明的实施例4的结构示意图；图5为本发明的实施例5的结构示意图；图6为本发明的实施例6的结构示意图；图7为本发明的实施例1制备的硫酸钙晶须的扫描电镜图片。示意图中的标号说明：100、氧化单元；110、氧化吹气部件；111、底吹气孔；120、锥形收集仓；130、研磨氧化腔体；131、弧形研磨段；132、研磨间隙段；133、间隙段吹气孔；140、水浴加热箱；200、搅拌研磨单元；210、驱动电机；220、电机驱动轴；221、驱动轴顶吹气孔；230、叶片连接杆；231、连接杆顶吹气孔；232、连接杆水平气孔；240、搅拌研磨叶片；241、叶片倒角；242、叶片研磨圆弧。具体实施方式下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。实施例1本实施例的氧化装置包括氧化单元100和搅拌研磨单元200，其中氧化单元100包括氧化吹气部件110、锥形收集仓120和研磨氧化腔体130，其中氧化吹气部件110位于研磨氧化腔体130的下部，氧化吹气部件110用于向研磨氧化腔体130鼓入富氧空气，氧化吹气部件110内安放有4-8层陶瓷球，优选5层，陶瓷球促进了富氧空气的均匀分布；研磨氧化腔体130由弧形研磨段131和研磨间隙段132组成；上述的锥形收集仓120为倒锥形，氧化吹气部件110通过锥形收集仓120与研磨氧化腔体130相连。氧化吹气部件110上设置有底吹气孔111，底吹气孔111用于向研磨氧化腔体130内吹入富氧空气。将脱硫副产物溶液加入氧化装置后，脱硫副产物在重力作用下下沉至底部，由于锥形收集仓120为倒锥形，在重力作用下脱硫副产物颗粒灰自动的聚集在锥形收集仓120中，氧化吹气部件110将富氧空气吹入氧化装置，在富氧空气的驱动下，沉积在锥形收集仓120的脱硫副产物颗粒运动至氧化装置顶部的研磨氧化腔体130内，在搅拌研磨叶片240旋转搅拌的作用下，脱硫副产物颗粒运动至研磨氧化腔体130的内壁边缘位置并发生氧化反应，部分脱硫副产物颗粒氧化后在重力作用下又再次聚集在下部的锥形收集仓120中，下部的氧化吹气部件110再次将脱硫副产物颗粒吹起，从而促进了脱硫副产物颗粒的充分氧化。本实施例的搅拌研磨单元200包括电机驱动轴220、叶片连接杆230、驱动电机210和搅拌研磨叶片240，所述的驱动电机210上设置有搅拌研磨叶片240，具体的说明是：驱动电机210通过电机驱动轴220与叶片连接杆230相连，叶片连接杆230位于电机驱动轴220下部，该叶片连接杆230上设置有搅拌研磨叶片240，搅拌研磨叶片240能以电机驱动轴220为转动轴心转动，该搅拌研磨叶片240的圆周上设置有叶片研磨圆弧242；上述的搅拌研磨叶片240位于研磨氧化腔体130内，且搅拌研磨叶片240的叶片研磨圆弧242与弧形研磨段131相配合，在驱动电机210的驱动下叶片研磨圆弧242与弧形研磨段131发生研磨运动。研磨氧化过程中，脱硫副产物颗粒氧化的过程中颗粒表面的亚硫酸钙先与氧气反应生成硫酸钙，由于硫酸钙微溶于水溶液，亚硫酸钙氧化生成硫酸钙后附着于颗粒表面，阻止了氧气分子向脱硫副产物颗粒内部的扩散传质，从而阻碍了颗粒内部的亚硫酸钙的充分氧化；脱硫副产物颗粒运动至弧形研磨段131时，研磨氧化腔体130的内壁与搅拌研磨叶片240的叶片研磨圆弧242发生挤压碰撞，脱硫副产物颗粒在弧形研磨段131的内壁与叶片研磨圆弧242的挤压、碰撞作用下，将脱硫副产物颗粒表面的难溶物研磨去除，即将附着在脱硫副产物颗粒表面的硫酸钙在机械力研磨的作用下被研磨去除，使得颗粒内部的亚硫酸钙暴露在颗粒表面，促进了氧气分子与亚硫酸钙表面的接触，从而加快并促进了颗粒内部的亚硫酸钙的氧化。脱硫副产物始终处于研磨的过程中，则由于研磨的过程中搅拌研磨叶片240与研磨氧化腔体130内壁之间的间隙较小，研磨过程中富氧空气的气泡难以进入搅拌研磨叶片240与研磨氧化腔体130内壁之间的间隙之中，使得在研磨过程中，脱硫副产物颗粒难以与氧结合发生氧化反应。研磨后的脱硫副产物颗粒在研磨间隙段132与叶片研磨圆弧242分离，富氧空气将内部的亚硫酸钙氧化为硫酸钙，而后脱硫副产物颗粒再次运动至弧形研磨段131时发生再次研磨、氧化。发明人创新的提出的间歇研磨大大提高了氧化过程的氧化效率，即将附着于氧化物表面的硫酸钙研磨去除后，脱硫副产物颗粒尽快与搅拌研磨叶片240分离，从而促进了脱硫副产物颗粒与氧气的接触，加快了氧化效率。本实施例的弧形研磨段131与搅拌研磨叶片240转动轴心的距离等于弧形研磨段131与搅拌研磨叶片240转动轴心的距离，该转动轴心即为电机驱动轴220的轴心，且弧形研磨段131的圆弧半径与叶片研磨圆弧242的圆弧半径相同，所述的研磨间隙段132与搅拌研磨叶片240转动轴心的距离大于弧形研磨段131与搅拌研磨叶片240转动轴心的距离。本实施中研磨氧化腔体130的横截面为椭圆形，所述的椭圆形的短轴顶点处为弧形研磨段131，在椭圆形的短轴顶点处搅拌研磨叶片240与研磨氧化腔体130相接处，叶片研磨圆弧242与弧形研磨段131发生相对运动，并对脱硫副产物颗粒产生挤压力，将脱硫副产物颗粒挤压破碎，叶片研磨圆弧242离开椭圆形的短轴顶点处即进入研磨间隙段132，此时脱硫副产物颗粒与叶片研磨圆弧242分离，并发生氧化反应。采用本发明的一种烟气脱硫副产物低温氧化装置，吹气氧化脱硫副产物，对脱硫副产物进行氧化改性处理的具体步骤如下：首先，采用100目的圆孔筛对脱硫副产物进行水筛，并将大颗粒的杂质去除，将脱硫副产物去杂后加入硫酸进行酸洗，将酸洗液进行真空抽滤得到脱硫副产物颗粒，对脱硫副产物颗粒进行水洗2-4次，本实施例优选3次，并得到呈中性的脱硫副产物溶液；其中所述的脱硫副产物为铁矿烧结过程中烧结烟气干法脱硫或者半干法脱硫的脱硫副产物，水洗过程中的水为去离子水。其次，将脱硫副产物溶液加入氧化装置，向脱硫副产物溶液中吹入富氧空气进行吹气氧化，吹气氧化的过程中对脱硫副产物颗粒进行间歇研磨，并控制脱硫副产物溶液的氧化温度为90℃；更具体的说，吹气氧化步骤如下：A、将脱硫副产物溶液加入氧化装置之中，脱硫副产物在重力作用下下沉至底部的锥形收集仓120中；B、氧化吹气部件110将富氧空气吹入氧化装置，在富氧空气的驱动下，沉积在锥形收集仓120的脱硫副产物颗粒运动至氧化装置顶部的研磨氧化腔体130内，在搅拌研磨叶片240旋转搅拌的作用下，脱硫副产物颗粒运动至研磨氧化腔体130的内壁边缘位置；C、在研磨氧化腔体130的内壁边缘对脱硫副产物颗粒进行间歇研磨，间歇研磨为脱硫副产物颗粒运动至弧形研磨段131时，研磨氧化腔体130的内壁与搅拌研磨叶片240的叶片研磨圆弧242发生挤压碰撞，脱硫副产物颗粒在弧形研磨段131的内壁与叶片研磨圆弧242的挤压、碰撞作用下，将脱硫副产物颗粒表面的难溶物研磨去除，研磨后的脱硫副产物颗粒在研磨间隙段132与叶片研磨圆弧242分离，富氧空气将内部的亚硫酸钙氧化为硫酸钙，而后脱硫副产物颗粒再次运动至弧形研磨段131时发生再次研磨、氧化。其中富氧空气的温度为150±5℃，150±5℃的氧化气体为研磨氧化腔体130内的脱硫副产物溶液进行加热，富氧空气中的氧气体积比为60％。表1脱硫副产物的氧化率样品名称SO32-氧化率现有技术40.20％实施例178.52％在资源化利用脱硫副产物制备硫酸钙晶须的过程中，不能直接利用亚硫酸钙(CaSO3)制备硫酸钙晶须，因此在采用脱硫副产物进行改性处理，其中所述的改性处理为对脱硫副产物进行改性氧化处理，使得脱硫副产物中的亚硫酸钙(CaSO3)转化为硫酸钙(CaSO4)。如表1所示，现有的氧化方法在氧化改性脱硫副产物时，SO32-的氧化率仅为40.20％，致使SO32-的氧化率较低，并造成脱硫副产物的利用效率较差；而采用本实施例的氧化装置，通过在氧化的过程中进行间歇研磨，将脱硫副产物颗粒表面的难溶物研磨去除，即将附着在脱硫副产物颗粒表面的硫酸钙在机械力研磨的作用下被研磨去除，使得颗粒内部的亚硫酸钙暴露在颗粒表面，促进了氧气分子与亚硫酸钙表面的接触，从而加快并促进了颗粒内部的亚硫酸钙的氧化，并大大提高了脱硫副产物中硫酸钙的氧化率，使得SO32-的氧化率达到78.52％。采用该一种烟气脱硫副产物低温氧化装置对脱硫副产物吹气氧化后，再将脱硫副产物溶液进行干燥得到脱硫副产物粉料，将脱硫副产物粉料与媒晶剂混合后向混合物中加入水，并控制固液比为1/8；加入稀硫酸调节PH为5.0，搅拌使其充分乳化制得浆料；将上述得到的浆料加入反应釜中，在140±5℃的密闭条件下进行下反应120min，并得到反应产物；水热反应时的搅拌速度为15-25r/min，优选20r/min。对反应产物水洗1-3次，优选2次，水洗的过程中，用于水洗的水温为90℃，抽滤得到滤饼，得到滤饼后采用无水乙醇对滤饼清洗，从而将脂溶性的杂质去除；再将滤饼置于干燥箱中干燥，其中干燥箱的干燥温度为90℃，干燥完成得到CaSO4晶须，制备得到的晶须如图7所示。采用本装置对脱硫副产物氧化改性处理后，制备得到的晶须如图7所示，其中晶须直径小于1μm，长径比到达80，硫酸钙晶须的强度的理论强度达到0.02E-0.05E，表明光洁度较高，提高了硫酸钙晶须的制备质量，符合工业应用要求，实现了脱硫副产物的高附加值应用。实施例2本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：搅拌研磨叶片240上设置有叶片倒角241，在研磨氧化的过程中，在搅拌研磨叶片240驱动下，脱硫副产物颗粒运动至弧形研磨段131与叶片倒角241之间的间隙，后续的运动过程中，脱硫副产物颗粒继续运动至弧形研磨段131与叶片研磨圆弧242之间，而后脱硫副产物颗粒进行机械研磨，叶片倒角241促进了脱硫副产物颗粒进入弧形研磨段131与叶片倒角241之间的间隙，从而促进了脱硫副产物颗粒的机械研磨。实施例3本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：电机驱动轴220底部设置有驱动轴顶吹气孔221(如图3所示)，研磨氧化的过程中驱动轴顶吹气孔221同样可以将富氧空气吹入研磨氧化腔体130，且驱动轴顶吹气孔221与底吹气孔111的几何中心位于同一条轴线上，驱动轴顶吹气孔221和底吹气孔111的共同作用下，脱硫副产物颗粒及液体不断的由研磨氧化腔体130的中心运动至研磨氧化腔体130的弧形研磨段131，促使着脱硫副产物颗粒在弧形研磨段131发生机械研磨，从而加速了脱硫副产物颗粒的氧化效果。值得进一步说明的是，叶片连接杆230的底部设置有连接杆顶吹气孔231，该连接杆顶吹气孔231吹气方向向下，即气流由上至下进入脱硫副产物溶液(如图2所示)；另外，叶片连接杆230的侧面上设置有连接杆水平气孔232，该连接杆水平气孔232的出气方向平行于水平面，连接杆水平气孔232喷入的富氧空气，不仅促进了脱硫副产物颗粒与氧气分子的混合，而且促使着脱硫副产物颗粒随水流运动至研磨氧化腔体130的边缘位置，加速了脱硫副产物颗粒的研磨、氧化过程。实施例4如图4所示，本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例研磨氧化腔体130由2个弧形研磨段131和2个研磨间隙段132组成，其中研磨间隙段132为矩形槽状。实施例5如图5所示，本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例研磨氧化腔体130由4个弧形研磨段131和4个研磨间隙段132组成，其中研磨间隙段132为矩形槽状，且研磨间隙段132内设置有间隙段吹气孔133，该间隙段吹气孔133向研磨氧化腔体130同时吹入富氧空气，间隙段吹气孔133的吹气流量小于底吹气孔111的吹气流量；防止脱硫副产物颗粒在研磨间隙段132停留时间过长，从而促进脱硫颗粒氧化和研磨。实施例6如图6所示，本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例的研磨氧化腔体130外部设置有水浴加热箱140，该水浴加热箱140用于为研磨氧化腔体130进行水浴加热。在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，
背景技术：
旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、(例如各个实施例之间的)组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。例如，在本发明中，术语“优选地”不是排他性的，这里它的意思是“优选地，但是并不限于”。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。当前第1页1 2 3