[發明專利]二氧化硅熔體的制備方法

有效

• 申請號: 201680007345.7
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN107207305B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: G·德莫特;B·馬羅爾特;D·迪卡姆
• 申請（專利權）人: 克瑙夫絕緣私人有限公司
• 主分類號: C03B3/00
• 分類號: C03B3/00;C03B5/235;C03B5/44
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 李躍龍

本發明涉及一種通過利用細二氧化硅粉末例如飛灰(fly ash)和/或稻殼灰(rice husk ash)制備二氧化硅基熔體的方法。

飛灰通常被定義為煤燃燒后除了粗底灰之外的剩余的細殘留物。大于約80重量％的飛灰顯示出小于45μm的顆粒尺寸。飛灰可能含有一些殘留的碳，即至多25重量％的碳，盡管這種殘留碳在飛灰的某些用途中可能是不希望的。其主要成分是二氧化硅。飛灰是通過垃圾填埋處置或混合到水泥組合物中的廢棄物。還提出將飛灰與原料或礦物廢料混合以制備合成渣料或其他玻璃質材料。

稻殼灰是例如在動力或蒸汽發生單元中燃燒稻殼后剩余的殘留物。它由二氧化硅組成，水平為80至95％以上。顆粒尺寸變化約35μm。稻殼灰通常用于水泥和混凝土制備中、用于油漆、阻燃劑和其他應用中。

然而，考慮到操作這種細粉狀材料的難度，仍然需要用于經濟上感興趣和環境友好的處置細二氧化硅粉末的進一步選擇，該細二氧化硅粉末含有大于50重量％，優選大于60重量％，甚至更優選大于70重量％或大于80重量％的顯示小于50微米，優選小于45微米的顆粒尺寸的顆粒，如飛灰和稻殼灰。

本發明提出了在浸沒式燃燒熔爐中制備二氧化硅熔體，其包含至少35重量％的二氧化硅，優選至少40重量％的二氧化硅，更優選至少45重量％的二氧化硅或至少50重量％的二氧化硅，該浸沒式燃燒熔爐包含優選地設置在熔爐底部的至少一個浸沒式燃料燃燒器，以及在熔爐中的熔體水平下方和/或起泡熔體水平下方進料的細二氧化硅粉末例如飛灰和/或稻殼灰。可以將熔體的至少一部分從熔爐中取出并在冷卻時使其玻璃化以產生玻璃化的產物。然后可以適當地進一步處理玻璃化的產物，并在制備混凝土組合物、建筑元件、道路施工等方面得到應用。在玻璃制造工藝中，更具體在玻璃熔化工藝中，還可以進一步發現作為玻璃化的原料(基本是二氧化硅)的用途。相比細粉狀材料如飛灰或稻殼灰，更容易和更環境友好地操作、運輸和使用玻璃化的產物。本發明還提供了一種處置這種細二氧化硅粉末的方法，并找到其用途而不是填埋它。

可以使用在WO 2015/014919，WO 2015/014920或WO 2015/014921中公開的方法和/或熔爐進行制備二氧化硅熔體的方法，其各自通過引用并入本文。

將細粉狀二氧化硅(如飛灰或稻殼灰)與用于在標準玻璃熔爐中裝料的原料(例如在熔體頂部上方)混合似乎不合適，因為來自熔體的煙道氣將輕質粉狀材料從熔爐設備帶出。觀察浸沒式燃燒熔爐，從熔體水平上方裝載包含細粉狀二氧化硅的原料配合料似乎更不合適，這歸因于傾向于將輕質粉狀材料從系統中抽出的升高的煙道氣流和熔池的高湍流。通過浸沒式燃燒器的底部燃燒器吹入作為燃料仍顯示出降低碳含量的飛灰或稻殼灰可能將灰排放系統，這歸因于在這種浸沒式燃燒燃燒器中產生的高的氣體速度。

浸沒式燃燒熔爐是已知的。這些熔爐的特征在于它們具有設置在熔體水平下方，優選地在熔爐底部的一個或多個燃燒器噴嘴，使得燃燒器火焰和/或燃燒產物通過熔體并直接將能量轉移到熔體。浸沒式燃燒熔爐進一步確保熔體中的有效混合，并在溫度分布和組成方面使熔體均勻化。它還有利于將原料吸收到熔體中，從而減少灰塵顆粒通過煙囪逸出的風險，并改善對新原料的熱傳遞。這在取出用于下游處理和/或成形之前減少了在熔爐中所需的停留時間。

現在已經發現，可以有利地在起泡熔體水平下方和/或熔體水平下方下將細二氧化硅粉末引入到浸沒式燃燒熔爐中，優選地通過螺旋給料器或液壓進料器引入，而無需任何預先的調節或制備，所述浸沒式燃燒熔爐包含設置在該熔爐底部中的浸沒式燃燒器。

在本上下文中，將“起泡熔體水平下方”理解為意指在熔爐操作期間由熔體的起泡和/或泡沫物質達到的離熔爐底部的最高點的下方。

在一個說明性實施方案中，在熔體水平下方引入細二氧化硅粉末意指在熔爐操作期間在離熔爐底部的一定高度處，在此液體熔體與熔爐側壁連續接觸。

包含在浸沒式燃燒熔爐中的熔體有利地保持在湍流狀態中。已知浸沒式燃燒在熔池中產生高度攪拌和湍流，這歸因于在高壓下注入到熔體中的燃燒氣體并且歸因于由此在熔體中產生的對流流動。優選地，對浸沒式燃燒器進行控制，使得湍流熔體的體積比沒有任何燃燒器燒制時將會具有的體積大至少8％，更優選至少10％，甚至更優選至少15％。已經發現，在液體熔體中的氣體注入和由此在熔體中產生的對流流動降低了其密度。氧-燃料燃燒器的適當控制產生所需的密度降低或體積增加。優選地，運行該方法，使得在熔體水平的頂部上方完全不產生顯著的泡沫層或沒有泡沫層。已經發現，這樣的泡沫層對于在熔爐內的能量傳遞是不利的，因此不利于其效率。