[发明专利]利用工业硅副产微硅粉和废热生产水玻璃的方法及装置

说明书

本发明公开了一种利用工业硅副产微硅粉和废热生产水玻璃的方法及装置，所述方法以焙烧后的微硅粉为硅源，利用工业硅冶炼烟气为热源，通过液相法生产高纯水玻璃；所述装置包括分离单元、焙烧单元、反应单元、换热冷却单元、过滤单元和废热回收单元，利用所述装置并按照上述方法生产高纯水玻璃。本发明将微硅粉先通过焙烧除去微硅粉中的可挥发性杂质，继而充分利用废气余热来进行液相反应，所产水玻璃无色透明、模数高且纯度高，工艺合理、转化率高且成本低，解决了粉尘污染问题，提高了附加值，具有很好的经济和社会效益。

技术领域

本发明属于液体水玻璃生产的技术领域，更具体地讲，涉及一种利用工业硅副产微硅粉和废热生产水玻璃的方法及装置。

背景技术

微硅粉是工业硅或硅铁合金生产过程中，在矿热电炉内产生的SiO和Si气体逸出并被空气迅速氧化、冷却而成的含硅工业微细粉尘，是微米级细粉且二氧化硅含量高，被人吸入后对身体危害大，属于固体废弃物。随着国家环保力度的加强，工业硅生产企业烟气中的微硅粉开始通过环保布袋除尘设备进行收集，以达到达标排放；而含微硅粉的烟气排放温度高达500～650℃，有时甚至达到900℃，为保护布袋在安全温度范围内运行，大多数企业都是在布袋除尘器前加装一个空气冷却器进行大气散热降温，而后在烟气降至200℃左右进入布袋除尘器收集微硅粉，该烟气量巨大，使得空气冷却器造价不菲，并且最终大量热能散失于大气中，没有得到有效利用。

工业硅冶炼烟气中收集的微硅粉中SiO₂含量一般在90～98.2％，理论上可用做混凝土原料、耐火材料，具有较好的耐腐蚀性、绝缘性、耐磨性、抗渗性、抗冻性、耐高温性，也可用于橡胶、树脂等有机化合物的填充材料。但因工业硅生产的特性，其炉内负压、烟气温度有波动，因而其烟气中的微硅粉含量很不稳定，直接应用的力学性能又欠佳，微硅粉的实际加入量比例很少，作用不明显，实际应用量非常有限，大量的微硅粉屯积，市场消化困难，已成为制约工业硅企业清洁环保生产的一大障碍。

工业硅微硅粉中的SiO₂呈非晶态无定型结构，含量高达90～98.2％，与晶态SiO₂比较，其化学反应活性更高，加之粒度细小，表面积大，在碱性溶液中的反应活性很强，因此，以此微硅粉为原料制备高品质钾、钠水玻璃是工业硅固废变废为宝和减少粉尘二次污染的有除途径。

水玻璃是一种应用广泛的无机化工基础材料。它的主要品种有钾水玻璃和钠水玻璃，生产方法分为固相高温熔融法和液相法两种，其中固相高温熔融法是用晶态石英砂和碳酸钠(钾)或硫酸钠(钾)在1400～1500℃的高温融炉内熔融反应制得，其优点是可根据需要制备不同模数的水玻璃产品，其缺点是能耗大、废气环保处理费用高并且石英砂等原料中的金属杂质全部融入了产品中。液相法则是用氢氧化钠溶液和石英砂在130～160℃的温度、0.3～0.63MPa的反应压力下反应制得，优点是能耗相对前者更低，缺点是生产的水玻璃模数低且碱耗大。

综上所述，现有技术存在的问题是：

1、现有生产水玻璃技术受限于各自原料来源、特定的工艺条件，要么注重产品模数的提高，要么注重能耗、成本降低，要么注重产品纯度的提高，未能很好地同时做到生产的水玻璃成本低、产品模数高、纯度高。

2、微硅粉制备水玻璃的现有技术中，所采用的微硅粉未经处理，所含硫、磷、碳及碳氢氧化合物等有害成分会进入反应制备的水玻璃和滤渣中，使水玻璃色度深、有异味、有害成分多，属于低端水玻璃产品，无法应用于高端产品，而且滤渣更易造成二次污染。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种利用工业硅微硅粉和废气热源液相法生产高纯水玻璃的方法及装置，通过去除微硅粉中煤焦油、碳等有机挥发份来避免其对后续产品生产和质量的影响并充分利用烟气废热进行反应，有效地利用工业硅硅微粉实现了水玻璃产品的工业化生产，同时实现生产的水玻璃成本低、产品模数高、纯度高的效果。