鑄造廢砂熱等離子體的再生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鑄造廢砂的再生利用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2012-2014年平均每年我國(guó)鑄件產(chǎn)量均突破4500萬(wàn) 噸，占全球鑄件產(chǎn)量的40%以上，但同時(shí)每年產(chǎn)生鑄造廢砂數(shù)量也達(dá)到4500萬(wàn)噸以上，目前 鑄造廢砂再生循環(huán)利用比例不足10%，大量鑄造廢砂以填埋或隨意丟棄處理為主，這樣一方 面嚴(yán)重浪費(fèi)自然資源，另一方面，眾所周知，由于鑄造廢砂含有樹脂膜、無(wú)機(jī)膜和鈉、鉀等金 屬氧化物等有害物質(zhì)，以填埋或隨意丟棄的方法處理會(huì)給環(huán)境造成極大隱患，所以鑄造廢 砂再生循環(huán)利用勢(shì)在必行。
[0003] 近年我國(guó)鑄造企業(yè)和科研單位開展了大量的鑄造廢砂再生工作，鑄造廢砂再生取 得了一定技術(shù)成果，目前具有代表性的鑄造廢砂再生方法主要有兩種，分別是熱法和機(jī)械 再生方法，典型的再生方法有：1.天然氣（LNG) 600-900°C焙燒結(jié)合干法機(jī)械再生；2.濕法 擦洗結(jié)合熱法烘干再生。
[0004] 天然氣（LNG) 600-900°C焙燒結(jié)合干法機(jī)械的再生方法雖然獲得接近原砂質(zhì)量水 平的再生砂，但由于焙燒溫度低，不能破壞鑄造廢砂中所含的二噁英前驅(qū)體，要達(dá)到我國(guó)新 環(huán)保法規(guī)下最嚴(yán)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)必須增加如RTO、RCO、DBD等繁瑣的尾氣處理系統(tǒng)，這不但增 加了再生投入和運(yùn)行成本，而且尾氣的有機(jī)氣體VOCs (酚類、醛類、酯類、氰類、高沸點(diǎn)烴類、 醇類、碳?xì)浠衔锏龋┡欧胖笜?biāo)也很難達(dá)到國(guó)內(nèi)20mg/m3的最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)。另外為保證再生砂 的品質(zhì)，后續(xù)需要增加離心、研磨等干法機(jī)械再生工藝，導(dǎo)致再生回收率低于70%(占廢砂總 量，單純LNG熱法再生可實(shí)現(xiàn)85%)，產(chǎn)生25%以上的大量細(xì)粉，需要進(jìn)行填埋或陶瓷化處理 再利用，這對(duì)鑄造廢砂再生的成本和再利用是不利的。
[0005] 廣西玉林玉柴工業(yè)化工有限公司2013年申請(qǐng)了《鑄造廢砂再生回用方法及設(shè)備》 的發(fā)明專利，【申請(qǐng)?zhí)枴?01310281323. 8，提出了一種鑄造廢砂再生回用方法，包括以下步 驟：廢砂的前處理：原廢砂通過(guò)封閉式柵格卸料機(jī)除去廢舊垃圾，然后經(jīng)過(guò)懸掛式磁選機(jī) 除去廢鐵，再經(jīng)過(guò)直線振動(dòng)篩除去大顆粒廢砂，最后通過(guò)貫通式磁選機(jī)除去廢鐵肩，進(jìn)入廢 砂儲(chǔ)罐存放；該方法是一種濕法擦洗結(jié)合熱法，烘干再生獲得的再生砂產(chǎn)品達(dá)到或好于原 砂質(zhì)量水平，雖然再生回收率達(dá)到80%，不存在尾氣排放問(wèn)題，但濕法再生需要增加較為繁 瑣的水循環(huán)處理系統(tǒng)和污泥深度處理再利用工藝，污泥被鑄造廠再利用不足1/3,剩余2/3 只能被制磚廠等低價(jià)值利用或陶瓷化處理，這都增加了再生工序及成本負(fù)擔(dān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種鑄造廢砂的再生利用方法，涉及一種對(duì)鑄造廢砂資源 化、無(wú)害化、高效化的熱等離子體再生方法，該方法適用于鑄造樹脂廢砂、濕型廢砂、水玻璃 廢砂、無(wú)機(jī)樹脂廢砂和以上兩種或多種廢砂混合的鑄造廢砂再生。
[0007] 本發(fā)明人為了達(dá)到上述目的而進(jìn)行深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：鑄造廢砂進(jìn)入熱等離子 體炬，表面被瞬間加熱至高溫，廢砂表面的樹脂膜被裂解成氣體徹底去除，廢砂表面的無(wú)機(jī) 膜與砂子由于膨脹系數(shù)不一樣在瞬間升至高溫時(shí)發(fā)生熱震脫落去除，廢砂表面附著的鈉、 鉀等金屬氧化物雜質(zhì)會(huì)因?yàn)楦邷厝廴趽]發(fā)去除，由于這一發(fā)現(xiàn)從而完成了本發(fā)明的目的。
[0008] 本發(fā)明的鑄造廢砂熱等離子體的再生方法，其特征在于：包括以下工藝步驟： (1)預(yù)處理 鑄造廢砂經(jīng)篩分、破碎、磁選和除塵工序，得到粒徑< 2mm的預(yù)處理廢砂，將預(yù)處理廢 砂貯存于廢砂罐內(nèi)； (2 )熱等尚子體焙燒 氣流通入熱等離子發(fā)生器內(nèi)，在高電壓的作用下，產(chǎn)生等離子，形成高溫的熱等離子體 炬，預(yù)處理廢砂通過(guò)定量給料進(jìn)入熱等離子燃燒室內(nèi)，在高溫、熱震、表面熔融的作用下除 去其表面粘附的樹脂膜、無(wú)機(jī)膜、金屬氧化物和雜質(zhì)，熱等離子發(fā)生器電壓為500-5000V，熱 等離子體炬平均溫度2000-4500°C，廢砂表面溫度1000-3000°C，廢砂加熱時(shí)間為5-60分 鐘；焙燒產(chǎn)生的尾氣和細(xì)粉經(jīng)冷卻降溫由排風(fēng)機(jī)引出； (3) 冷卻 經(jīng)熱等離子體焙燒的砂子，冷卻至室溫； (4) 篩分 經(jīng)冷卻后的砂子進(jìn)入粒度篩分機(jī)進(jìn)行篩分獲得高性能的再生砂，并貯存于再生砂成品 罐； 以上步驟（2)氣流通入等離子發(fā)生器內(nèi)的氣流為空氣或惰性氣體，例如氮?dú)?、氬氣、?氣等。
[0009] 以上步驟（2)熱等離子發(fā)生器的功率為103-106w。這樣高的功率足夠產(chǎn)生 2000-4500 °C 的高溫。
[0010] 以上步驟（2)排風(fēng)機(jī)引出的焙燒產(chǎn)生的尾氣和細(xì)粉直接通過(guò)脈沖除塵器處理，無(wú) 須做尾氣濃縮二次燃燒等后處理。
[0011] 以上步驟（2)的熱等離子加熱焙燒廢砂的后段設(shè)有水冷夾套冷卻。
[0012] 以上步驟（3)的冷卻是進(jìn)入沸騰流化冷卻器進(jìn)行冷卻。沸騰流化冷卻器設(shè)有沸騰 流化冷卻床，沸騰流化冷卻床上方有排氣管通到脈沖除塵器處理達(dá)標(biāo)排放。
[0013] 本發(fā)明所述的鑄造廢砂熱等離子體的再生方法，可以在處理鑄造樹脂廢砂、濕型 廢砂、水玻璃廢砂、無(wú)機(jī)樹脂廢砂和以上兩種或多種廢砂混合鑄造廢砂的再生的應(yīng)用。
[0014] 本發(fā)明所述的熱等離子體，是由電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組合成的 電中性集合體，是部分或全部電離的氣體。是在高電壓（500-5000伏特)的作用下將氣體電 離成等離子狀態(tài)，溫度高達(dá)2000-5000°C以上。
[0015] 等離子體中的離子、電子、激發(fā)態(tài)原子、分子及自由基都是極活潑的反應(yīng)性物種， 使通常條件下難以進(jìn)行或速度很慢的反應(yīng)變得十分迅速，尤其適合于污染物的處理。
[0016] 本發(fā)明所述的鑄造廢砂熱等離子體的再生方法采用的設(shè)備包括落砂床、篩分機(jī)、 粉碎機(jī)、磁選機(jī)、除塵器、廢砂罐、熱等離子發(fā)生器、沸騰流化冷卻床以及再生砂成品罐；落 砂床接篩分機(jī)、粉碎機(jī)和磁選機(jī)后連到廢砂罐，細(xì)小的粉塵接除塵器，廢砂罐接熱等離子發(fā) 生器的進(jìn)料口，熱等離子發(fā)生器出口接沸騰流化冷卻器，然后接篩分機(jī)進(jìn)入再生砂成品罐 提供鑄造廠重新使用；熱等離子發(fā)生器入口接有空氣或惰性氣體輸送管。
[0017] 所述的熱等離子發(fā)生裝置包括整流器、穩(wěn)壓器、熱等離子發(fā)生器和熱等離子燃燒 室；所述的熱等離子發(fā)生器的進(jìn)口有壓縮空氣或惰性氣體入口、熱等離子發(fā)生器的出口是 熱等離子燃燒室，廢砂料斗安裝在熱等離子發(fā)生器的出口和熱等離子燃燒室之間；熱等離 子燃燒室上出口有引風(fēng)機(jī)，將細(xì)灰塵抽出處理，熱等離子燃燒室下出口接篩分機(jī)；熱等離子 燃燒室的周圍有水冷夾套。
[0018] 沸騰流化冷卻器由安裝在箱體內(nèi)部的風(fēng)冷體系和水冷體系構(gòu)成，風(fēng)冷體系在箱體 下部，包括風(fēng)管、風(fēng)箱和風(fēng)箱隔板，鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)風(fēng)管與風(fēng)箱隔板連通，風(fēng)箱隔板上開有若干 個(gè)風(fēng)眼；水冷體系安裝在風(fēng)冷體系的上方，包括冷卻水箱、進(jìn)水管、出水管和冷卻水盤管，冷 卻水箱出口接冷卻水盤管，冷卻水從箱體外部的進(jìn)水管進(jìn)入，熱水從出水管引出，熱砂從箱 體上部的進(jìn)砂口進(jìn)入，沸騰干燥后的冷干砂從箱體一側(cè)的出砂口導(dǎo)出，廢氣從出風(fēng)口排出。
[0019] 熱等離子體高溫焚燒熔融處理技術(shù)是近十多年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，因熱等離 子體弧溫度極高、能量集中的特性，對(duì)污染物有很高的處理效率，尤其適合難處理的污物和 有特殊要求的污染物，如低中放廢物、PCBs、石棉廢物等等。美國(guó)、俄羅斯、日本、韓國(guó)等國(guó)家 的研究和初步應(yīng)用表明等離子體高溫焚燒熔融處理技術(shù)因其設(shè)備體積小，處理速度快，能 夠處理各種各樣的廢物，減容比高且熔融產(chǎn)物穩(wěn)定，投資運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)成為低 放廢物處理領(lǐng)域最有發(fā)展前途的技術(shù)之一。
[0020] 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是： 1、 鑄造廢砂含有樹脂膜、無(wú)機(jī)膜和鈉、鉀等金屬氧化物等有害物質(zhì)，廢砂在熱等離子體 高溫、熱震和熔融揮發(fā)的共同作用下，無(wú)論廢砂表面的有機(jī)雜質(zhì)還是無(wú)機(jī)雜質(zhì)都能去除較 為徹底，再生砂表面更加圓整，活性更高，綜合性能更為優(yōu)異，回收率高達(dá)85%以上，這是目 前所有再生方法所不能比的； 2、 再生過(guò)程產(chǎn)生的氣體在高溫和離子化作用下，二噁英前驅(qū)體等極毒物質(zhì)全部被裂解 破壞，尾氣排放指標(biāo)遠(yuǎn)低于中國(guó)及歐美最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)，不需要增加繁瑣的尾氣后處理系統(tǒng)，降低 了投資和運(yùn)行成本； 3、 再生過(guò)程產(chǎn)生的細(xì)粉數(shù)量同比其它再生方法大幅減少，而且經(jīng)高溫和離子化作用， 是無(wú)污染的和對(duì)環(huán)境安全的，可直接作為建筑材料的填充料等進(jìn)行再利用，降低了鑄造廢 砂資源化綜合利用成本； 4、 本發(fā)明的鑄造廢砂再生方法工序比其它再生方法更為簡(jiǎn)約，再生效率更高； 5、 本發(fā)明的鑄造廢砂再生方法再生回收率多85% (占廢砂總量)，再生砂技術(shù)指標(biāo)好于 同源新砂和其它再生方法，完全能被鑄造廠循環(huán)再利用，尾氣排放指標(biāo)遠(yuǎn)低于中國(guó)和歐美 等國(guó)最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)，所產(chǎn)生的細(xì)粉數(shù)量大幅減少，而且經(jīng)高溫和離子化作用，是無(wú)污染的和 對(duì)環(huán)境安全的，可直接作為建筑材料再利用，使得鑄造廢砂再生具有較高的資源化利用率。
[0021] 6、本發(fā)明的鑄造廢砂再生方法適用于但不僅限于鑄造樹脂廢砂、濕型廢砂、水玻 璃廢砂、無(wú)機(jī)樹脂廢砂和以上兩種或多種廢砂混合鑄造廢砂的再生。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0023] 圖2是熱等離子加熱焙燒廢砂過(guò)程的等離子發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖3是沸騰流化冷卻器的結(jié)構(gòu)圖。
[0025] 圖1、圖2所示，鑄造廢砂熱等離子體的再生方法采用的設(shè)備包括落砂床、篩分機(jī)、 粉碎機(jī)、磁選機(jī)、除塵器、廢砂罐、熱等離子發(fā)生裝置、沸騰流化冷卻床以及再生砂成品罐； 落砂床接篩分機(jī)、粉碎機(jī)和磁選機(jī)后連到廢砂罐，細(xì)小的粉塵接除塵器，廢砂罐接熱等離子 發(fā)生裝置的進(jìn)料口，熱等離子發(fā)生裝置出口接沸騰流化冷卻床，然后接篩分機(jī)進(jìn)入再生砂 成品罐提供鑄造廠重新使用；熱等離子發(fā)生裝置入口接有空氣或惰性氣體輸送管。
[0026] 220伏的市電經(jīng)過(guò)整流器和穩(wěn)壓器得到穩(wěn)定的500-5000V直流電，添加到熱等離 子發(fā)生器的正負(fù)極，使送入的空氣或氮?dú)庾兂?