專利名稱：一種利用稻殼制取高純二氧化硅工藝方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)提取方法，尤其是指一種從稻殼中提取高純非晶質(zhì)二氧化硅的方法，同時(shí)涉及到一種從稻殼中提取高純非晶質(zhì)二氧化硅的裝置，主要用于稻殼制作硅基陶瓷材料的化學(xué)預(yù)處理工藝中。
背景技術(shù)：
二氧化硅富含在許多自然資源中，幾乎沒有以高純無定形形態(tài)存在。在自然資源的無機(jī)物中所發(fā)現(xiàn)的二氧化硅是典型的晶體形態(tài)，并且含有無機(jī)雜質(zhì)，這種晶質(zhì)狀的二氧化硅的作用并不大。相反地，生物質(zhì)中所含的二氧化硅是無定形結(jié)構(gòu)形態(tài)，這種非晶質(zhì)狀的二氧化硅的作用可就大了，特別是在制作特種陶瓷刀片等尖端科技中，都用到高純非晶質(zhì)狀的二氧化硅作為硅基陶瓷的前驅(qū)物。但現(xiàn)有生物質(zhì)中所含的二氧化硅都含包括各種碳?xì)浠衔锏扔袡C(jī)雜質(zhì)和微量無機(jī)雜質(zhì)，所以必須進(jìn)行提純處理。眾所周知，稻殼具有相當(dāng)高含量的無機(jī)物成分，接近干稻殼的20wt％，其中94wt％是二氧化硅，其余6wt％包括K2O，CaO，MgO，MnO，Al2O3，P2O5，含量依次遞減，它們因改變從稻殼中提取的二氧化硅的性能而稱為雜質(zhì)。主要干基有機(jī)化合物是纖維素和半纖維素50wt％，木質(zhì)素26wt％，其余4wt％為其它有機(jī)物如油脂、蛋白質(zhì)等。有機(jī)物和無機(jī)物成分取決于如下幾個(gè)因素氣候、土壤和品種。從稻殼和稻桿中提取的無定形和白色的二氧化硅具有很高的比表面積，稻桿(包括葉)的組分是二氧化硅13.1，纖維素37.4，半纖維素44.9和木質(zhì)素4.9，稻桿與稻殼的重量比接近3.6，全世界年產(chǎn)稻3億噸，表明從稻殼和稻桿中的潛在二氧化硅生產(chǎn)量達(dá)4千萬噸。現(xiàn)在人們一直在探討如何從稻殼中提出高純的非晶質(zhì)狀的二氧化硅。實(shí)質(zhì)上稻殼和其它生物質(zhì)一樣，主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種主要組成分以及一些可溶性極性或弱極性溶劑的提取物組成的。從生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)機(jī)理分析，生物質(zhì)的三種主要組成物常常被假設(shè)獨(dú)立地進(jìn)行熱分解，半纖維素主要在225～350℃分解，纖維素主要在325～375℃分解，木質(zhì)素在250～500℃分解。纖維素和半纖維素主要產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，而木質(zhì)素主要分解成炭。
生物質(zhì)的熱裂解過程分為三個(gè)階段(1)脫水 生物質(zhì)物料中的水分子受熱后首先蒸發(fā)汽化；(2)揮發(fā)物質(zhì)的分解析出 物料在缺氧條件下受熱分解，隨著溫度升高，物料中的各種物質(zhì)相應(yīng)析出。物料雖然達(dá)到著火點(diǎn)，但由于缺氧而不燃燒，不能出現(xiàn)氣相火焰；(3)炭化 隨著深層揮發(fā)物質(zhì)向外層的擴(kuò)散，最終形成生物質(zhì)炭。
因此，生物質(zhì)中的有機(jī)物去除最可靠的方法即是熱裂解(包括干餾、炭化和燃燒)。
稻殼中的堿金屬元素最大可能分散于有機(jī)基質(zhì)如碳?xì)浠衔镏?，或與木質(zhì)素或其它有機(jī)化合物弱結(jié)合。在干稻殼中，這些堿金屬雜質(zhì)元素并不與二氧化硅混合或結(jié)合。
稻殼中的二氧化硅并不與酸(除HF外)起化學(xué)反應(yīng)，而雜質(zhì)元素如鈉、鈣、鎂、鉀、錳、鐵等卻與酸起化學(xué)反應(yīng)，因此，由稻殼為原料制備高純二氧硅的工藝流程中，酸洗是必不可少的單元工藝過程。
稻殼中的二氧化硅在高溫下(如高于650℃)會(huì)與堿金屬氧化物起化學(xué)反應(yīng)生成熔融態(tài)的硅酸鹽，在更高的反應(yīng)燒結(jié)溫度(如高于1100℃)，無定形二氧化硅會(huì)變成晶態(tài)二氧化硅，而失去進(jìn)一步反應(yīng)燒結(jié)碳化硅、氮化硅陶瓷顆粒與晶須或四氯化硅的反應(yīng)活性。
由上述分析即可看出，用稻殼為原料制備高純活性炭、高純二氧化硅及硅基陶瓷材料與有機(jī)硅化合物，酸洗與控溫干餾炭化和控溫燃燒技術(shù)集成是最佳技術(shù)方案。
用稻殼為原料制備高純活性炭、高純二氧化硅及硅基陶瓷材料與有機(jī)硅化合物，已有許多專利文獻(xiàn)記裁。
Ramsey，Jr，et aL. USP 4,248,844(February 3，1981)描述了稻殼制備碳化硅晶須的工藝流程，SiC晶須是通過分選大量的以稻殼為原料經(jīng)兩部分工藝而形成的材料，首先在無氧氣氛下碳化，把另一部分稻殼在空氣氣氛中燒成灰，將碳化后的碳化殘?jiān)c無定形的二氧化硅SiO2在惰性氣氛中加熱得到SiC晶須。沒有提到原料的酸洗和炭化溫度與燃燒溫度的控制。
Shipley USP 6,406,678(June 18，2002)描述了稻殼制備高純超細(xì)二氧化硅的工藝流程，從含無定形二氧化硅的生物質(zhì)材料，尤其是稻殼，生產(chǎn)高純無定形二氧化硅的工藝過程是首先采用氧化劑打斷生物質(zhì)中的長(zhǎng)鏈有機(jī)化合物，然而熱氧化去除有機(jī)化合物，氧化劑處理工藝前可采用粉碎、篩分、表面活性劑洗滌、漂洗和浸泡于水中以加速和強(qiáng)化氧化劑的滲透，熱二氧化硅氧化去除揮發(fā)性雜質(zhì)后剩余的二氧化硅用純水沖洗、酸洗以去除痕量雜質(zhì)，最后得到高純超細(xì)白色的二氧化硅。雖然提到酸洗，但酸洗為該方法的前置工藝，而且未考慮燃燒溫度的控制。
歐陽東暨南大學(xué)中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?00410026459.5)描述了一種稻殼焚燒裝置，一種稻殼焚燒裝置及其產(chǎn)出的納米結(jié)構(gòu)SiO2稻殼灰，本焚燒裝置包括一個(gè)焚燒容器，容器底板上分布有許多小孔，容器內(nèi)分布有熱交換水管，通過調(diào)節(jié)熱交換水管的分布密度來控制稻殼內(nèi)的焚燒溫度在600℃以下，能確保生產(chǎn)出來的稻殼灰為納米結(jié)構(gòu)SiO2稻殼灰，而且利用了焚燒過程所產(chǎn)生的熱能，同時(shí)也解決了稻殼堆積體積受限制的問題。雖然提到焚燒溫度控制，未涉及酸洗。
王子忱等吉林大學(xué)中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?3133335.4)描述了一種從稻殼制備高純納米二氧化硅的方法，它包括如下步驟先制備濃度為1～20wt％的無機(jī)酸處理劑，按2～50∶1的重量比在處理劑中加入稻殼，煮沸0.5～3h，經(jīng)水洗、干燥，再將稻殼于600～900℃環(huán)境下燃燒15～180分鐘，燃燒產(chǎn)物經(jīng)粉碎后得到粒徑為30～80nm、純度為98～99％的納米二氧化硅，所用的處理劑為鹽酸或硫酸。稻殼的燃燒熱回收，用于處理稻殼的干燥等用熱或其它用熱如采暖、浴池等。它是先酸洗，后燃燒，不能回收木醋等化學(xué)品，酸用量很大。
趙志祥專利(申請(qǐng))號(hào)(94111512.7)描述了用谷殼生產(chǎn)炭黑的方法，先去除谷殼中的癟谷、泥土，然后用無機(jī)酸溶液處理谷殼并攪動(dòng)以去除谷殼中的金屬雜質(zhì)或生物配體，接著用處理過的水清洗掉谷殼表面的氫離子、金屬雜質(zhì)或生物配體，最后加熱燃燒谷殼即可獲得白炭黑。雖提到原料酸洗，未涉及控溫燃燒，不能回收木醋等化學(xué)品，酸用量很大。
楊先和交通部公路科學(xué)研究所申請(qǐng)(專利)號(hào)92100466.4從稻殼內(nèi)提取高純度二氧化硅的方法將稻殼或稻殼灰置于密封罐內(nèi)，然后分別加入濃硝酸和濃度為30％的雙氧水，擰緊密封罐蓋，于150℃下保溫3小時(shí)；自然冷卻至室溫，打開密封罐蓋，用去離子水洗至中性，即可得到純度為99.99％以上的二氧化硅。
Jair C.C.Freitas，Jean S.Moreira，F(xiàn)rancisco G.Emmerich，Tito J.Bonagamba(Development ofSi/C/N/O ceramics from pyrolyzed and heat-treated rice hulls)介紹稻殼制硅基陶瓷工藝，由分散于富炭基質(zhì)中的硅化合物(SiO2，Si2N2O，Si3N4和SiC)制成硅基陶瓷是通過稻殼熱裂解和1450～1700℃高溫反應(yīng)燒結(jié)熱處理生產(chǎn)的。產(chǎn)品種類不同，高溫反應(yīng)燒結(jié)氣體氛圍(N2or Ar)和加熱速率不同。結(jié)果證明采用稻殼作為陶瓷材料制備的前驅(qū)體與含炭物質(zhì)占主導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的硅化合物結(jié)合制陶瓷材料的可行性。沒有提到原料的酸洗和炭化溫度與燃燒溫度的控制。
EGAMI KO JP 11-050060(CARBONIZATION APPARATUS FOR RICE HULL 23.02.1999)描述了一種稻殼炭化裝置，在燃燒室中有燃燒器和許多加熱管，加熱管之間有一定的空隙并穿過加熱室的頂板與底板。稻殼通過燃燒室和燃燒器頂板上的漏斗加入，燃燒室用燃燒器加熱到高溫。當(dāng)加熱管從外部加熱時(shí)，加熱管中的稻殼被加熱和炭化，當(dāng)加熱管底部的節(jié)氣閥打開時(shí)，炭化稻殼掉入貯料室。加熱管中產(chǎn)生的未燃?xì)怏w通過煙道管送入加熱室，煙道管上必須裝有冷凝器，以便收集黑液。沒有提到原料的酸洗和炭化溫度的控制。
NAGASAKI HIROMI JP 2001-335782(CARBONIZATION APPARATUS 04.12.2001)描述了一種稻殼炭化裝置，能完全燃燒煙塵的炭化裝置由以下工藝組成反應(yīng)釜裝滿待處理的物料，當(dāng)點(diǎn)燃反應(yīng)釜底部的待處理的物料時(shí)，鼓風(fēng)管頂部的風(fēng)管打開，鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，鼓風(fēng)管間歇地提升到反應(yīng)釜頂部，把風(fēng)送到反應(yīng)釜的整個(gè)爐膛從而炭化稻殼，黑液收集箱和煙塵燃燒爐用于處理炭化過程產(chǎn)生的煙塵。碳化釜內(nèi)部裝備了點(diǎn)火熱源，通風(fēng)導(dǎo)管可在反應(yīng)室上下移動(dòng)，該發(fā)明是在連續(xù)炭化谷殼或木材屑過程中短時(shí)鼓風(fēng)的炭化裝置，并在裝置后面連續(xù)地收集煙道氣中含有焦油和醋的黑液以及熱處理含燃燒氣的煙道氣。沒有提到原料的酸洗和炭化溫度的控制。
WADAICHIRO JP09-255964(PROCESS AND APPARATUS FOR PRODUCING HIGHLYACTIVE RICE HULL ASH 30.09.1997)描述了高活性稻殼灰的生產(chǎn)方法，點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)稻殼堆的頂層，導(dǎo)煙和炭化稻殼按從頂部至底部方向，出炭化的灰從底部到頂部，在稻殼底層鼓入含燃燒廢氣和空氣的混合燃?xì)?。沒有提到原料的酸洗和炭化溫度的控制。
VINOGRADOVVV；etc.RU2163708描述了稻殼生產(chǎn)二氧化硅的裝置，它包括加熱室、爐門、燃燒罐、頂蓋、軸、混合葉片、碾滾、控制桿。軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，稻殼從給料室裝入，爐膛溫度加熱至300～500℃，稻殼燃燒至黑煙排盡為止。燃燒的稻殼含氧化鐵不超過0.05％，炭黑5～7％。
U.S.Pat.No.3,125,043中Gravel描述了一個(gè)工藝一床稻殼在高溫空氣中向上流動(dòng)(大約500℃～800℃)，產(chǎn)生的灰由無定形二氧化硅組成，但仍含2-10％雜質(zhì)，對(duì)許多應(yīng)用來說所含雜質(zhì)太多。
美國(guó)專利文獻(xiàn)記載了采用納米級(jí)二氧化硅(氣相法生產(chǎn)，粒度為15～30nm)和碳在高溫下燒結(jié)反應(yīng)生成碳化硅晶須，晶須生成率可達(dá)50％(一般晶須生成率最高為35％)；中國(guó)和美國(guó)專利分別報(bào)道了用稻殼可以生產(chǎn)出高純超細(xì)二氧化硅，粒度為30～80nm，純度為99.5％以上。
以上相關(guān)專利技術(shù)及研究都說明了一個(gè)問題，由稻殼經(jīng)適當(dāng)?shù)墓に?主要是熱裂解和酸洗)可生產(chǎn)高附加值的活性炭、二氧化硅及硅基陶瓷材料，但現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)中都沒有對(duì)工藝流程進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化研究，尤其是如何采用綠色化學(xué)預(yù)處理工藝缺乏研究，而且大多含酸處理工藝都是先酸處理后焙燒，這樣的酸處理量很大，稻殼先酸洗再焙燒，酸的用量很大，而且強(qiáng)酸對(duì)有機(jī)物如纖維素、半纖維素和木質(zhì)素有腐蝕作用，焙燒時(shí)如采用二段燃燒(即先缺氧炭化，再富氧燃燒)，化學(xué)品與能源回收率均很少，所以污染也大，不利于工業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是根據(jù)高純超細(xì)硅基陶瓷材料的質(zhì)量要求，提供一種以稻殼為原料制備高純二氧化硅工藝方法的化學(xué)預(yù)處理工藝方法。
本發(fā)明的目的之二是提供一種上述工藝方法的以稻殼為原料制備高純二氧化硅工藝方法的化學(xué)預(yù)處理裝置。
根據(jù)本發(fā)明的目的所提出的技術(shù)實(shí)施方案是采用常規(guī)焙燒和酸洗相結(jié)合的方法提取稻殼中的二氧化硅，其特點(diǎn)在于本發(fā)明的工藝是先將稻殼先篩分除去泥砂、塵土，然后干燥稻殼，再控溫干餾炭化獲得炭化稻殼以及回收化學(xué)品與稻殼煤氣，控溫干餾炭化的控溫溫度為400-500℃，以保持稻殼中二氧化硅的活性狀態(tài)不改變。再將炭化稻殼酸洗去除炭化稻殼中堿金屬雜質(zhì)元素，酸洗炭化稻殼所用的酸為鹽酸或檸檬酸與乙酸，用微濾膜處理的自來水酸洗炭化稻殼至洗滌液pH值＝5.5-6.2，酸洗時(shí)所產(chǎn)生的含酸廢水采用離子交換和膜法回收的膜集成技術(shù)進(jìn)行處理，同時(shí)控溫干餾炭化和控溫燃燒所產(chǎn)生的熱水用于酸洗、水洗熱源。再干燥水洗酸處理后的炭化稻殼即可制得氮化硅、碳化硅顆粒與晶須含炭原料；再將干燥的水洗酸處理后的炭化稻殼進(jìn)行控溫燃燒便得到無定形二氧化硅作為氮化硅、碳化硅晶須用含硅原料，控溫燃燒的控溫溫度為500-600℃，以保持稻殼中二氧化硅的活性狀態(tài)不改變。也可在稻殼炭化酸洗去除炭化稻殼中堿金屬雜質(zhì)元素后，直接用純水洗滌控溫燃燒酸洗炭化稻殼得到高純超細(xì)白炭黑產(chǎn)品。
在該工藝中所用工藝裝置包括干燥裝置、控溫干餾或炭化裝置、酸洗裝置和控溫燃燒裝置，其特點(diǎn)在于是控溫干餾或炭化裝置是一種薄床控溫干餾方法的裝置，而控溫燃燒裝置是一種環(huán)形燃燒爐，酸洗裝置為一種用微濾膜處理的洗滌裝置。而且所述的控溫干餾或炭化裝置中還有回收稻殼干餾炭化產(chǎn)生的化學(xué)品和稻殼煤氣的回收裝置；所述的控溫燃燒裝置為內(nèi)外水循環(huán)冷卻控溫燃燒裝置。
采用本發(fā)明方法，將稻殼先干燥、控溫干餾炭化、然后酸洗，工藝流程中最大限度保證了化學(xué)品與能源回收，炭化后的稻殼重量只有原料稻殼的40％，炭化稻殼破碎后的堆密度是原料稻殼的1.3～2倍，炭化稻殼酸洗用酸量及含酸廢水產(chǎn)生量只有原料酸洗時(shí)的1/3～1/4，而且稻殼經(jīng)炭化產(chǎn)生多孔組織，有利于酸的浸潤(rùn)和生物質(zhì)燃燒，炭化稻殼燃燼時(shí)間比原料稻殼短得多，燃燼后含炭量大大減少，提高了產(chǎn)品的純度。
附圖及說明

圖1所示為該發(fā)明工藝流程(圖中虛線部分為本發(fā)明化學(xué)預(yù)處理工藝)；圖2所示為控溫干餾炭化裝置原理示意圖；圖3所示為控溫干餾炭化裝置加熱管布局的一個(gè)實(shí)施例；圖4所示為控溫干餾炭化裝置加熱管布局的另一個(gè)實(shí)施例；圖5所示為控溫酸洗炭化稻殼燃燒裝置原理示意圖。
圖中1、稻殼；2、燃燒室；3、燃燒尾氣排氣管；4、測(cè)溫?zé)犭娕迹?、列加熱管；6、燃燒噴嘴；7、炭化稻殼貯料室；8、多孔壁面內(nèi)圓柱體；9、加熱管底風(fēng)門；10、干餾煙氣排氣管；11、冷凝器；12、黑液收集室；13、冷凝黑液排液閥；14、稻殼貯料輻射熱干燥倉(cāng)；15、稻殼入料管；16、稻殼入料管口閘門；17、稻殼貯料輻射熱干燥倉(cāng)上部圓錐體；18、稻殼貯料輻射熱干燥倉(cāng)下部天方地圓錐體；19、貯料倉(cāng)出料口部分；20、給料調(diào)節(jié)閥門；21、安全壓力閥；22、干燥濕熱(煙)氣經(jīng)排氣管；31、燃燒爐本體；32、頂部圓錐形的多孔圓柱體；33、矩形斷面冷卻外水套；34、燃燒室；35、矩形斷面或圓形斷面冷卻內(nèi)水套；36、排料口；37、空氣入口管；38、煙氣排出管；39、出水口；40測(cè)溫?zé)犭娕迹?1、進(jìn)入口；42、進(jìn)水口；43、出水口44、炭化稻殼料貯料輻射熱干燥倉(cāng)。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，附圖1為本發(fā)明的工藝原理示意圖。從附圖中可以看出，本發(fā)明是一種稻殼提取二氧化硅的化學(xué)工藝方法及其裝置，其工藝路線是采用常規(guī)焙燒和酸洗相結(jié)合的方法提取稻殼中的二氧化硅，其特點(diǎn)在于本發(fā)明的工藝是先將稻殼先篩分除去泥砂、塵土，然后干燥稻殼，再控溫干餾炭化獲得炭化稻殼以及回收化學(xué)品與稻殼煤氣，控溫干餾炭化的控溫溫度為400-500℃，以保持稻殼中二氧化硅的活性狀態(tài)不改變。再將炭化稻殼酸洗去除炭化稻殼中堿金屬雜質(zhì)元素，酸洗炭化稻殼所用的酸為鹽酸或檸檬酸與乙酸，用微濾膜處理的自來水酸洗炭化稻殼至洗滌液pH值＝5.5-6.2，酸洗時(shí)所產(chǎn)生的含酸廢水采用離子交換和膜法回收的膜集成技術(shù)進(jìn)行處理，同時(shí)控溫干餾炭化和控溫燃燒所產(chǎn)生的熱水用于酸洗、水洗熱源。再干燥水洗酸處理后的炭化稻殼即可制得氮化硅、碳化硅顆粒與晶須含炭原料；再將干燥的水洗酸處理后的炭化稻殼進(jìn)行控溫燃燒便得到無定形二氧化硅作為氮化硅、碳化硅晶須用含硅原料，控溫燃燒的控溫溫度為500-600℃，以保持稻殼中二氧化硅的活性狀態(tài)不改變。也可在稻殼炭化酸洗去除炭化稻殼中堿金屬雜質(zhì)元素后，直接用純水洗滌控溫燃燒后的酸洗炭化稻殼得到高純超細(xì)白炭黑產(chǎn)品。
實(shí)施例一一種利用稻殼制取高純二氧化硅工藝方法，其工藝步驟為1、將稻殼先篩分除去泥砂、塵土；2、將篩分后的稻殼置于干燥爐內(nèi)干燥；3、再將干燥后的稻殼送入控溫干餾炭化裝置中進(jìn)行控溫干餾炭化獲得炭化稻殼，以及回收化學(xué)品與稻殼煤氣，控溫干餾炭化的稻殼置于控溫溫度為400℃，以保持稻殼中二氧化硅的活性狀態(tài)不改變，同時(shí)控溫干餾炭化所產(chǎn)生的熱水用于酸洗、水洗熱源；4、再將炭化稻殼置于酸洗裝置內(nèi)去除炭化稻殼中堿金屬雜質(zhì)元素，酸洗炭化稻殼所用的酸為5％的鹽酸，用微濾膜處理的自來水酸洗炭化稻殼至洗滌液pH值＝5.5，酸洗時(shí)所產(chǎn)生的含酸廢水采用離子交換和膜法回收的膜集成技術(shù)進(jìn)行處理；5、再干燥水洗酸處理后的炭化稻殼即可制得氮化硅、碳化硅顆粒與晶須含炭原料；6、再將干燥的水洗酸處理后的炭化稻殼進(jìn)行控溫燃燒便得到無定形二氧化硅作為氮化硅、碳化硅晶須用含硅原料，控溫燃燒的控溫溫度為500℃，以保持稻殼中二氧化硅的活性狀態(tài)不改變。
實(shí)施例二一種利用稻殼制取高純二氧化硅工藝方法，其工藝步驟與實(shí)施例一一樣，只是控溫干餾炭化的稻殼置于控溫溫度為450℃，控溫燃燒的控溫溫度為550℃，酸洗炭化稻殼所用的酸為15％的檸檬酸。
實(shí)施例三一種利用稻殼制取高純二氧化硅工藝方法，其工藝步驟與實(shí)施例一一樣只是控溫干餾炭化的稻殼置于控溫溫度為490℃，控溫燃燒的控溫溫度為600℃，酸洗炭化稻殼所用的酸為15％的乙酸，且在實(shí)施實(shí)施例一的步驟5以后，再進(jìn)行控溫燃燒，用純水洗滌得到高純超細(xì)白炭黑產(chǎn)品。
其實(shí)施本發(fā)明工藝的裝置包括稻殼篩分、干燥、控溫干餾炭化、炭化稻殼酸洗與水洗、控溫燃燒、煙氣冷凝、膜法制水及離子交換+膜法廢酸回收等單元操作裝置，其中控溫干餾炭化裝置+炭化稻殼酸洗和酸洗炭化稻殼焙燒裝置是本發(fā)明解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。附圖2-5給出了實(shí)施本發(fā)明工藝的控溫干餾炭化裝置和控溫燃燒裝置的一個(gè)實(shí)施例。從附圖中可以看出本發(fā)明的控溫干餾炭化裝置為薄床控溫干餾裝置，包括燃燒室2內(nèi)布多列加熱管5作炭化室，測(cè)溫?zé)犭娕?，加熱管用鋼或陶瓷制造，加熱管是同心圓柱體，內(nèi)外圓柱體之環(huán)形空隙為炭化室，內(nèi)圓柱體8是多孔壁面，加熱管底風(fēng)門9可調(diào)，燃燒噴嘴6為輔助燃?xì)鈬娮?，分四角?duì)稱分布，干餾產(chǎn)生的煙氣經(jīng)排氣管10和安裝在排氣管10上的冷凝器11、黑液收集室12進(jìn)入燃燒室2，冷凝黑液由排液閥13定期排放收集，稻殼經(jīng)貯料輻射熱干燥倉(cāng)14進(jìn)入炭化加熱管5的上部，貯料輻射熱干燥倉(cāng)14上設(shè)安全壓力閥21，干燥產(chǎn)生的濕熱(煙)氣經(jīng)排氣管22進(jìn)入冷凝器11，燃燒室上部布冷卻水管，實(shí)行燃燒溫度控制。加熱管5可采用兩種分布方式，可以呈方形等分布置，也可以呈井字型布置，分布原則是每個(gè)受熱管的熱力場(chǎng)相似。
而炭化稻殼控溫燃燒裝置為環(huán)形燃燒爐，包括燃燒爐本體31、頂部圓錐形的多孔圓柱體32、矩形斷面冷卻外水套33、燃燒室34、矩形斷面或圓形斷面冷卻內(nèi)水套35、排料口36、空氣入口管37、煙氣排出管38、冷卻外水套33進(jìn)入口41和出水口39、測(cè)溫?zé)犭娕?0、冷卻內(nèi)水套35進(jìn)水口42和出水口43、炭化稻殼料經(jīng)貯料輻射熱干燥倉(cāng)44進(jìn)入燃燒室34的上部，貯料輻射熱干燥倉(cāng)44上設(shè)安全壓力閥21干燥排出的濕熱氣經(jīng)煙氣排出管22進(jìn)入煙囪。內(nèi)外水冷管采用圓形或矩形斷面的螺旋結(jié)構(gòu)形式，在于彎曲管道中的迪恩渦二次流能強(qiáng)化傳質(zhì)效果。
權(quán)利要求
1.一種利用稻殼制取高純二氧化硅工藝方法，采用常規(guī)焙燒和酸洗相結(jié)合的方法提取稻殼中的二氧化硅，其特征在于所述的工藝方法是將稻殼先進(jìn)行控溫干餾炭化后再進(jìn)行酸處理，先將干燥的稻殼采用薄床控溫干餾法炭化去除稻殼有機(jī)物質(zhì)獲得炭化稻殼，然后再用酸洗去除炭化稻殼中堿金屬雜質(zhì)元素，再干燥水洗酸處理的炭化稻殼制得氮化硅、碳化硅顆粒與晶須含炭原料，再通過控溫燃燒干燥的水洗酸處理的炭化稻殼來制取高純非晶質(zhì)狀的二氧化硅。
2.一種如權(quán)利要求1所述的一種利用稻殼制取高純二氧化硅的工藝方法，其特征在于所述的工藝方法是稻殼在炭化酸洗去除炭化稻殼中堿金屬雜質(zhì)元素后，直接用用純水洗滌控溫燃燒后的酸洗炭化稻殼，得到高純超細(xì)白炭黑產(chǎn)品。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的一種利用稻殼制取高純二氧化硅的工藝方法，其特征在于所述的控溫干餾炭化的控溫溫度為400℃-500℃，以保持稻殼中二氧化硅的活性狀態(tài)不改變。
4.一種如權(quán)利要求1或2所述的一種利用稻殼制取高純二氧化硅的工藝方法，其特征在于所述的酸洗炭化稻殼所用的酸為鹽酸或檸檬酸與乙酸，酸洗時(shí)是用清水將炭化稻殼漂洗至洗滌液pH值＝5.5-6.2。
5.一種如權(quán)利要求1所述的一種利用稻殼制取高純二氧化硅的工藝方法，其特征在于所述的控溫燃燒的控溫溫度為500℃-600℃，以保持稻殼中二氧化硅的活性狀態(tài)不改變。
6.一種如權(quán)利要求1或2所述的一種利用稻殼制取高純二氧化硅的工藝方法，其特征在于酸洗時(shí)所產(chǎn)生的含酸廢水采用離子交換和膜法回收的膜集成技術(shù)進(jìn)行處理，同時(shí)控溫干餾炭化和控溫燃燒所產(chǎn)生的熱水用于酸洗、水洗熱源。
7.一種如權(quán)利要求1所述的一種利用稻殼制取高純二氧化硅的工藝方法的裝置，包括干燥裝置、控溫干餾或炭化裝置、酸洗裝置和控溫燃燒裝置，其特征在于控溫干餾或炭化裝置是一種薄床控溫干餾方法的裝置，而控溫燃燒裝置是一種環(huán)形燃燒爐，酸洗裝置為一種用微濾膜處理的洗滌裝置。
8.一種如權(quán)利要求7所述的一種利用稻殼制取高純二氧化硅的工藝方法的裝置，其特征在于所述的控溫干餾或炭化裝置中還有回收稻殼干餾炭化產(chǎn)生的化學(xué)品和稻殼煤氣的回收裝置。
9.一種如權(quán)利要求7所述的一種利用稻殼制取高純二氧化硅的工藝方法的裝置，其特征在于所述的控溫燃燒裝置為內(nèi)外水循環(huán)冷卻控溫燃燒裝置。
全文摘要
一種利用稻殼制取高純二氧化硅工藝方法及裝置，采用常規(guī)焙燒和酸洗相結(jié)合法提取稻殼中二氧化硅，其工藝是將稻殼篩分除泥砂、塵土，干燥稻殼，再控溫干餾炭化獲炭化稻殼及回收化學(xué)品與稻殼煤氣，控溫干餾炭化控溫為400℃－500℃。將炭化稻殼酸洗去除炭化稻殼中堿金屬雜質(zhì)元素，干燥水洗酸后的炭化稻殼即可制得氮化硅、碳化硅顆粒與晶須含炭原料；將干燥的水洗酸后的炭化稻殼控溫燃燒得無定形二氧化硅作為氮化硅、碳化硅晶須用含硅原料，控溫燃燒控溫500℃－600℃。也可在稻殼炭化酸洗去除炭化稻殼中堿金屬雜質(zhì)元素，直接用純水洗滌控溫燃燒后的酸洗炭化稻殼得高純超細(xì)白炭黑產(chǎn)品。所用工藝裝置包括干燥裝置、控溫干餾或炭化裝置、酸洗裝置和控溫燃燒裝置。
文檔編號(hào)C01B33/18GK1803599SQ20051003163
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月31日
發(fā)明者劉建文 申請(qǐng)人:株洲工學(xué)院科技開發(fā)部