[发明专利]H2O2预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO2的方法及所使用的循环流化床锅炉

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及H₂O₂预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO₂的方法及所使用的循环流化床锅炉。

背景技术

二氧化硅是一种应用非常广泛的化工添加剂，在橡胶、油墨、塑料、医药、农药、牙膏、化妆品、油漆等许多产品生产中有着重要的作用。稻壳灰是稻壳燃烧的产物，稻壳灰的二氧化硅含量高达90%以上，因此，稻壳是制备生产高纯无定形态二氧化硅的理想原料。

循环流化床锅炉可以准确控制燃烧时间和温度，是燃烧稻壳制备生产高纯无定形态二氧化硅的理想设备。

稻壳在600℃温度下燃烧可得到较高纯度的无定形态二氧化硅，但在实际生产应用中，稻壳的燃烧温度较高，会导致稻壳中的二氧化硅与碱金属氧化物发生共晶反应生成低熔点的硅酸盐使得无定形二氧化硅转化为石英晶体，从而失去进一步反应的活性。所以需要将稻壳在燃烧前除去阻碍反应的碱金属杂质，以保证二氧化硅的质量。

目前利用稻壳制备高纯度二氧化硅是先采用一定浓度的无机酸浸泡稻壳，除去阻碍反应的碱金属，然后将稻壳清洗、干燥后控温燃烧。或者先将稻壳干馏炭化然后再酸洗燃烧制得二氧化硅，存在以下缺陷：

1、无机酸（H₂SO₄、HNO₃及HCl）处理稻壳后燃烧会造成SO₂、NO_X、HCl等二次污染；

2、现有工艺采用固定床间歇燃烧或干馏稻壳，温度难以控制，不能连续生产；

3、在干馏炭化之后增加了酸洗步骤，增加了废水处理难度及成本；

4、热量回收率不高或者不能回收。

因此，很有必要提供一种低污染、以稻壳为原料连续高效生产制备高纯纳米级二氧化硅的工艺方法及装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前利用稻壳制备高纯度二氧化硅存在的上述问题，提供了H₂O₂预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO₂的方法及所使用的循环流化床锅炉，其技术方案如下：

H₂O₂预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO₂的方法，它包含以下步骤：

第一步，将稻壳用浓度为5～30%的H₂O₂在20～50℃下进行1~10h的浸泡处理，然后进行清洗并脱水，再用正负压结合气流干燥机干燥至水分达到15%以下，正负压结合气流干燥机已由于1996年公开，专利号为95216460.4；

第二步，将干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧，燃烧产生的稻壳灰随烟气经布袋除尘器收集，得到白色稻壳灰即纯度为99%以上的纳米级活性二氧化硅，具体参数如下：

炉内床料采用纯度为99.8%以上的石英砂颗粒，石英砂颗粒的粒径为0.1～1mm，石英砂颗粒的主要成份是SiO₂，以石英砂颗粒充当循环物料，即使有少量石英砂颗粒在炉内摩擦、碰撞成为粉末而带入所制备的稻壳灰中，对所制备的纳米SiO₂品质的影响也很小；

炉内燃烧温度设置为700～900℃，控制流化速度为4～6m/s，烟气停留时间为10～15秒。

由于要保证烟气停留时间为10～15秒，现有循环流化床锅炉都难以满足要求，所以本发明对现有的循环流化床锅炉进行了改进，提供了一种H₂O₂预处理的稻壳燃烧制备纳米SiO₂所使用的循环流化床锅炉，它包含主炉膛、旋风分离器和尾部烟道竖井，主炉膛的内壁是膜式水冷壁，在主炉膛的下锥段设置有进料口和二次风口，在主炉膛的底部设有风室，风室的侧壁设有一次风口，在风室与主炉膛之间设置有布风板，在布风板上设置有排渣管用于排放底渣；在旋风分离器的底部设有回料装置与主炉膛连接，用于未燃烬的燃料循环燃烧；在旋风分离器的顶部设置出口芯管与尾部烟道竖井连接，尾部烟道竖井内由上到下依次布置高温过热器、中温过热器、省煤器、空气预热器一和空气预热器二；空气预热器一通过一次风道与一次风口连接，空气预热器二通过二次风道与二次风口连接；

所述进料口与正压的螺旋给料器连接，由螺旋给料器输送H₂O₂处理后的稻壳至炉内；螺旋给料器的输送行程为渐缩型，螺旋给料器为正压给料且输送行程为渐缩型有效的解决了以往其他给料装置负压给料造成的物料反烧的问题；