高純石英砂生產

行業: 新材料
階段: 種子期
地域: 浙江省 臺州市
融資方式: 股權融資(3000萬)
尋找: 風險投資、個人投資者、天使投資人
?? 未上傳
與其交換名片

項目簡介

年產5000噸高純石英砂建設項目
可行性研究報告
二零一九年九月

第一章 總論
1.1項目背景
高純石英砂(High-purity quartz sand)一般是指SiO2含量高于99.995%的石英粉體,具有極好的化學穩定性、高絕緣耐壓能力和極低的體膨脹系數,是電子核心器件、光導通訊材料、太陽能電池等高新技術產業不可缺少的重要原材料,是生產石英坩堝、制造單晶硅棒、芯片加工等的基礎原料,其高檔產品被廣泛應用在大規模及超大規模集成電路、太陽能電池、光纖、激光、航天、軍事等行業中。由于這些行業關系到國家的長遠發展,是一個國家高新技術行業可持續發展的必要條件,因此高純石英砂的戰略地位非常重要。由于石英砂高端產品的制造技術被美國、德國、俄羅斯等少數國家所壟斷,并限制技術和產品出口,致使高純石英砂產品價格一直居高不下。
從天然石英礦石直接提取高純石英砂是目前世界生產高純石英砂的最先進技術。俄羅斯、日本和德國等基本上可以實現自給自足,除了巴西出口未經加工的水晶原礦外,世界高純石英砂出口市場基本上被美國尤尼明(UNIMIN)公司控制。美國尤尼明公司代表著世界超純石英砂生產的最高水平,尤尼明公司生產的IOTA-CG石英砂二氧化硅含量為99.9978%,雜質是22ppm(尤尼明公司生產的最低檔級的高純石英砂),產品品質好,性能穩定;該公司目前已能生產二氧化硅含量為99.9992%,雜質是8ppm的超純石英砂,并且二氧化硅的純度正向99.9994﹪的方向發展。
  我國已經成為高純石英砂的消費大國,這主要與我國電子行業、太陽能行業等高端制造業的快速發展密切相關。目前,我國高純石英砂產品的消耗每年大約在3萬噸左右,其中只有極少部分是由國內企業生產,而利用國產石英礦石生產高純石英砂的廠家幾乎沒有,我國所需高純石英砂產品基本依賴進口,特別是從美國尤尼明(UNIMIN)公司進口,尤尼明公司在國際高純石英砂市場處于壟斷地位,這不僅導致了我國相關產品生產成本的增加,而且我國與此相關的高新技術領域的發展存在受制于人的被動局面。
我國還沒有完全解決從天然石英礦石提取高純石英砂的工藝技術問題,所以一方面是高新技術領域對石英玻璃的需求量越來越大、并且對品質要求越來越高,另一方面卻是制造石英玻璃的原料石英砂產量和提純技術存在著嚴重短腿的掣肘。這就是目前國產石英砂所面臨的窘境。
  因為美國尤尼明公司長期以來一直壟斷著國際高純石英砂市場,高純石英砂的定價話語權完全掌控于美國尤尼明公司, 雖然由于技術進步以及國際上其它國家高純石英砂產品也開始進入國際市場推廣,尤尼明公司出于競爭以及打壓競爭對手的目的,將IOTA-CG級高純石英砂價格降低了75%左右,目前在我國的銷售價格大約人民幣4萬元/噸左右,即便如此,與我國低廉的石英礦石價格相比,其利潤還是非常巨大。
  而且,問題還不僅僅是高昂的成本付出,如果由于某些原因導致高純石英砂的進口渠道被阻斷,我國生產高品質石英玻璃制品的企業將面臨著無米下鍋的局面,并直接影響電子工業、太陽能行業等一批與高品質石英玻璃相關的高科技領域,從而對國民經濟產生巨大影響。
  我國也一直在進行高純石英砂生產技術的研發,但產品一直達不到尤尼明公司的高純標準,目前只有少數企業利用進口石英礦石原料生產的品質較高的石英砂,可用來部分替代非關鍵部位使用的進口高純石英砂,因此我國高純石英砂還主要依賴美國進口,雖然我國也大量生產、并出口石英砂,但都屬于初級產品,該初級石英砂成為日本、韓國等國家生產高純石英砂的原料。由于我國已經成為世界電子工業以及太陽能行業的重要生產基地,對高純石英砂的需求一直呈現快速增長趨勢,為使我國相關高新技術領域健康發展,同時應對日益復雜的國際形勢,我國必須打破高純石英砂依賴美國進口的被動局面。
1.2立項依據
本項目團隊不但具有堅實的研發基礎和研發能力,而且具有豐富的高純石英砂生產及管理經驗。
研發方面,項目團隊具有十多年的高純石英砂研發基礎,并在對石英礦石雜質分布特征的研究基礎上,研發了針對各種雜質的去除技術和工藝。
天然產出的石英礦石,除少量達到水晶級的礦石外,其它石英礦石都含大量雜質,包括礦物雜質、流體雜質和晶格元素雜質。礦物雜質只要相互之間充分解析、分離,利用常規的選礦工藝就能去除。但只去除礦物雜質的產品很少能達到電子工業、半導體和太陽能等高新技術領域用石英玻璃的原料要求,在石英礦石中除礦物雜質外,在石英晶體中還包含有大量氣液包裹體中的流體雜質以及晶格中的元素雜質;石英中的流體雜質不但使石英玻璃中產生大量氣泡、氣線,影響石英玻璃的表觀特征,而且還嚴重影響石英玻璃的光學性能、機械強度以及使用壽命;而石英晶格中的元素雜質不但嚴重影響石英玻璃的高溫穩定性,而且制約了石英玻璃的使用,因為在高溫下石英玻璃中的元素雜質會擴散到其它產品中,對其它產品(如半導體產品)形成污染。
不同類型的石英礦石,其雜質組合特征也完全不同。目前用來生產高純石英砂的礦石原料有二大類:石英脈中的石英以及花崗巖類巖石中的石英。脈石英礦石雖然石英含量相對較高,但石英中元素雜質以及流體雜質一般也高,以這類礦石生產高純石英砂,必須在去除礦物雜質、元素雜質的同時,考慮流體雜質的去除,這樣才可能生產出合格的高純石英砂;花崗巖類石英礦石,其特征是石英含量不高,在礦石中只占30%左右,但石英本身的品質一般比較好,不但晶格中元素雜質相對較少,而且石英中的氣液包裹體也少。
針對各類石英礦石中雜質類型及其特征,本項目團隊研發了物理除雜、化學除雜和高溫氣化除雜的生產技術及其配套生產設備,用以進行高純石英砂生產。石英礦石中的礦物雜質,主要采用物理選礦的手段進行去除;只有少量鑲嵌于石英顆粒表面的礦物雜質采用化學處理的方式進行去除。石英礦石中的流體雜質,主要通過高溫爆裂方法去除,本項目是將流體雜質的去除工序與干燥工序并合進行,只要在進行烘干工序時對烘干溫度和烘干時間進行適當調整。石英礦石中的晶格元素雜質,只能通過高溫氣化工藝進行去除,在高溫下利用高活性氣體與石英顆粒進行氣-固反應,以去除石英晶格中的堿金屬元素雜質,該工序只在對品質要求很高的產品中實施,并且也可以將該工序與烘干工序以及流體雜質去除工序結合(三合一)。本項目團隊可以根據不同的石英礦石類型、并結合高純石英砂產品的不同用途,選擇性的采用不同的高純石英砂生產工藝及工序,以實現利益最大化。
高純石英砂生產和管理經驗方面,項目團隊中有多年在高純石英砂生產企業擔任生產經理和銷售經理的人員,已經將團隊研發的高純石英砂生產技術、特別是研發的生產設備在生產實踐中進行了應用,并進行了充分的磨合、修正,團隊成員具有豐富的實戰經驗,積累了大量與高純石英砂生產相關的經驗教訓及生產關鍵細節。
根據目前我國高純石英砂生產及應用現狀,本項目團隊設計三步推進項目的規劃:第一步,以進口石英礦石為原料,生產出用于制作石英玻璃坨的打坨料,以及用于制作石英坩堝外層的高純石英砂產品;第二步,還是以進口石英礦石為原料,生產出用于制作整個坩堝的高純石英砂產品,完全替代美國進口高純石英砂產品;第三步,積極找尋國內合適的石英礦石,逐步用國產石英礦石取代進口石英礦石生產高純石英砂,在實現高純石英砂生產的完全國產化的同時,可獲得更高的產品利潤。
1.3項目概況
(1)企業基本情況
單位名稱:
項目名稱:年產5000噸高純石英砂生產項目
項目投資:3000萬元
法人代表: 電話:
聯 系 人: 電話:
通訊地址:
建設地點:
占地面積:
建設面積:
人員情況:從業人員200人
預計投產日期:
(2)產品種類及年產量:
①產品名稱:高純石英砂
②生產能力:年產5000噸高純石英砂
(3)項目投入總資金及效益情況
年產5000噸高純石英砂項目,除基建費用外,還需投資人民幣3000萬元,用于設備費用、原料費用以及流動資金。年銷售收入超過1.5億元。

第二章 市場分析
我國半導體、電子工業特別是太陽能行業發展迅猛,對高品質石英玻璃的需求日益增加,相應地對高純石英砂的需求量也大幅度增加。最近幾年,特別是國際環保大會的召開,各國加大了對綠色能源開發、應用研究的投資和資助力度,而太陽能作為世界公認的環保能源,得到了世界各國的政策性扶持。我國為了達到對國際社會的減排承諾,更是加大了對太陽能行業的扶持和投資力度,我國已成為單晶硅片的生產大國,單晶硅的生產必須使用高純石英砂制成的坩堝,而且這種坩堝是一次性的,這就導致了我國對高純石英砂需求量的迅猛增長。
另外,國際上高純石英砂市場被美國尤尼明公司所壟斷,世界各國對高純石英砂需求量的迅猛增長,已導致尤尼明公司高純石英砂生產原料的短缺,原來的生產原料已近于枯竭,目前正在世界范圍內尋求原材料,原材料的變化導致尤尼明公司的高純石英砂質量不穩定,從而引起下游產品的質量波動。
我國目前在打坨和坩堝生產方面,高純石英砂的需求量大約在3萬噸左右,主要依賴進口,特別是從美國尤尼明公司進口,只有少量的高純石英砂是國內企業利用進口的石英礦石生產的;而隨著我國對企業環保要求的提高,很多小的石英砂生產廠商都因環保要求不達標而被關閉,因此規?;纳a高純石英砂,并逐步取代進口,這將使我國逐步擺脫高純石英砂一直依賴進口的被動局面,使我國相關高新技術領域得到健康、穩定發展,同時將打破美國尤尼明公司在國際高純石英砂市場的壟斷地位,并使我國石英礦石的使用價值得到充分發揮。
因此,本項目的實施,不但可引起強烈的社會效應,而且可帶來巨大的經濟效益。年產5000噸高純石英砂項目,除基建投資外,還需投資人民幣3000萬元(包括設備費用、原料費用以及流到資金),年銷售收入超過1.5億元。項目的風險相對較小,但對技術要求會很高,每年的研發費用投入也會較高。

第三章 項目主要設備、原輔材料、能源消耗
3.1主要原輔材料和能源消耗
項目主要原料為石英礦石,各物料和能源消耗見表3-1。
表3-1 項目主要原輔材料消耗
序號 名稱 單位 用量 規格
1 石英礦石 t/a 9500 塊體小于20cm
2 HF酸 t/a 400 60%
3 濃鹽酸 t/a 240 31%
4 燒堿 t/a 170 液態
5 HCl氣體 t/a 8 氣體
6 氮氣(N2) t/a 10 氣體
7 水 t/a 15000 生產用
8 電 kWh/a 200萬
3.2主要生產設備
項目主要生產設備見表3-2。
表3-2 項目主要生產設備
名 稱 數量(臺/套) 型號 功率 金額(萬元)
粉碎設備 1套 購買 50
篩分設備 2套 定制 20
磁選機 2臺 定制 70
浮選機 10臺 定制 40
化學反應釜 8套 定制 500
高純水裝置 1套 購買 100
烘干、氣化設備 5套 定制 300
空氣凈化裝置 1套 定制 50
廢水處理設備 1套 定制 70
低分辨ICP-MS 1臺 購買 130
紅外分光光度計 1臺 購買 80
超凈實驗室 1套 定制 50
體視顯微鏡 1臺 購買 10
物理除雜實驗室 1臺 購買 10
化學除雜實驗室 1套 定制 5
高溫氣化實驗室 1套 定制 5
水質、酸質實驗室 1套 購買 10
3.3主要生產設備節能措施
在確保正常生產的基礎上,為了最大限度地降低能源消耗,達到節能減排的目的,本項目在對生產工藝、生產設備選型、生產設備的設計和加工制作方面進行了充分考慮。
首先在生產工藝方面,根據產品用途不同對生產工藝流程進行整合,部分產品將流體雜質的高溫去除工藝與產品干燥工序相結合,部分產品甚至將流體雜質的高溫去除工藝和晶格元素雜質的高溫氣化工藝一起與產品干燥工序相結合,以最大限度地節省能源。
其次對定型設備全部選擇節能型的型號及改良后的新產品。浮選機選擇了低能耗的SF型浮選機,它本身具有自吸氣、自吸漿功能,不需要外配空氣壓縮機以及砂漿泵,該型號浮選機能降低40%左右的能耗。
第三,通過對定型設備的改進,增加設備的使用功能,達到一機多用的目的,以此來減少生產設備的使用數量,降低生產能耗。浮選機正常生產過程中,一般需先使用攪拌桶對物料進行預處理,本項目通過對浮選機進行改良,增強了浮選機的攪拌功能,從而在實際生產時就不需要配置攪拌桶,這樣能降低能耗30%左右。
第四,通過對加熱設備的結構進行改進,提高熱轉化率、減少熱能損耗。本項目中能源消耗主要集中在化學反應釜以及烘干、氣化設備上。為了降低能耗,本項目對化學反應釜的結構進行了重大改進,將化學反應釜的外加熱結構改造成內加熱,不但消除了外加熱過程中熱能對環境的擴散,而且提高了熱能的轉化率,這項改進將化學反應釜的能耗從130kW降到了75kW,節能達40%左右。而對烘干、氣化設備的改進,主要體現在對設備的保溫材質和結構的改進,一方面利用保溫材料消除加熱器直接對環境的熱輻射引起的熱能損耗,另一方面利用保溫材料對烘干、氣化設備進行嚴密的保溫處理,這些措施能將烘干、氣化設備的能耗降低10%左右。
總之,本項目涉及的主要生產設備都是選擇的最新型的節能型設備,生產工藝中都考慮了節能減排效應。

第四章 項目生產工藝
4.1主要生產工藝
本項目生產工藝主要包括:石英礦石采購→粉碎→篩分→磁選→浮選→酸洗→清洗→烘干→冷卻→分裝→銷售。見圖1 生產工藝流程示意圖。
(1)石英礦石采購
a、 對準備采購的石英礦石進行實驗室選礦、提純試驗;
b、 對實驗室提純試驗合格的礦石進行小批量采購,并進行小批量生產,將產品送下游廠商進行加工生產試驗;
c、 對下游廠商試驗合格的石英礦石,進行正常的生產性采購;
d、 石英礦石塊體盡量小,最好小于20cm。
(2)粉碎
a、 全部采用濕法粉碎工藝,以消除粉塵;
b、 根據所采購礦石塊體的大小,分粗碎和細碎二道工序;粗碎工序將礦石塊體粉碎到小于2cm,細碎工序將礦石粉碎到小于0.25mm;
c、 粉碎工序用水全部使用回用水,即生產廢水經達標處理后的清水。
(3)篩分
a、 采用震動篩網對細碎后的產品進行分級,采用二級篩分工藝;
b、 第一級篩分設備置于細碎設備后,將細碎后的石英砂篩分出50-180目的產品,粗于50目的顆粒返回細碎設備繼續粉碎,細于180目的尾砂收集后,待處理;
c、 第二級篩分設備置于磁選設備后,將磁選后的石英砂篩分出50-120目和120-180目二種規格的產品;
d、 該工序用水也使用回用水。
(4)磁選
a、 利用磁選機將石英砂中的鐵質及含鐵礦物去除,該工序采用二級磁選;
b、 利用稀土永磁磁選機將第一級篩分后的石英砂中強磁性礦物(如磁鐵礦)以及粉碎過程中產生的鐵屑去除;
c、 再利用高梯度磁選機將永磁磁選后的石英砂中弱磁性礦物(如黑云母、角閃石等)去除;
d、 該工序用水也使用回用水。
(5)浮選
a、 通過簡單的酸堿洗滌將礦漿中雜質礦物的疏水性增強,并利用壓縮空氣形成的氣泡將疏水性雜質礦物帶到礦漿表層(上?。?,浮選機上的刮板自動將礦漿表層懸浮的泡沫層從礦漿體系中去除,從而達到去除雜質礦物的目的;
b、 該工序用水使用酸洗工序和清洗工序產生的廢水。
(6)酸洗
a、 在一定溫度下,利用化學試劑將浮選獲得的石英砂中少量鑲嵌于石英顆粒表面的雜質礦物溶解、去除;
b、 使用HF和HCl為主的混合酸在反應釜中加熱處理石英砂,混酸的總酸度為10%,酸用量為石英砂重量的75%,反應釜容量7立方,加熱溫度不超過90oC,酸洗工序處理周期為48小時。
c、 該工序用水使用自來水。
(7)清洗
a、 利用純凈水對反應釜內酸洗并排出反應液后的石英砂進行清洗,共清洗6次;
b、 該工序利用自來水制作純凈水;清洗后3次的廢水,作為下一輪次清洗前3次的用水,即每個清洗輪次只需補充后3次的用水。
(8)烘干
a、 在烘干設備中,利用800~1200oC高溫,對清洗后的石英砂進行干燥;
b、 對于流體雜質比較高的石英砂,在進行烘干的同時,通過調節烘干溫度及烘干時間,以去除流體雜質;
c、 對于需要去除晶格中堿金屬元素雜質的產品,可以在進行高溫干燥的同時,利用HCl氣體在高溫下將石英晶格中的堿金屬雜質元素活化轉移到氣相中加以去除,這主要是通過調節烘干溫度和烘干時間,來實現烘干、流體雜質去除以及晶格中堿金屬元素雜質去除的、三合一的“高溫氣化除雜”工藝。
(9)冷卻、分裝
在玻璃器皿中用水對烘干后的石英砂進行冷卻,然后進行包裝。

圖1 高純石英砂生產工藝示意圖
4.2項目物料平衡和水平衡
(1)項目物料平衡
以脈石英礦石為例來計算高純石英砂項目的物料平衡。在高純石英砂生產過程中,原料的損耗主要出現在粉碎、磁選、浮選以及酸洗工序;利用脈石英礦石粉碎制作石英砂,石英砂的成砂率一般在60%左右;而在磁選和浮選工序,石英砂的成品率總共在90%左右;酸洗工序的損耗主要表現為HF對石英及其雜質礦物的溶解,我們按照最大損耗來考慮,1噸100%的HF能溶解500kg石英。按照年產5000噸高純石英砂的設計產量,每天大約需要生產出24噸成品高純石英砂。根據上述分析,每天需45.5噸石英礦石,粉碎獲得27.3噸符合規格的石英砂、以及18.2噸的細粒尾砂,經過磁選和浮選后獲得24.57噸石英砂、以及2.73噸雜質砂,而在酸洗過程中,有553kg的石英被1106kg 100%HF溶解,即酸洗后獲得的成品高純石英砂24.017噸,反應后的廢酸液需737kg燒堿(NaOH)來中和,生成1732.7kg的氟硅酸鈉(Na2SiF6)沉淀物。圖2為本項目物料平衡示意圖。


圖2 高純石英砂項目物料平衡示意圖
以每天生產大約24噸高純石英砂為例進行計算


(2)項目水平衡
用水量估算:本項目實施的高純石英砂生產工藝,新鮮水(自來水)的補充主要在酸洗工序和清洗工序,其它工序都是使用的循環水或者回用水;水的消耗主要在烘干工序以及細粒尾砂中的含水,另外,還有一點自然蒸發,自然蒸發在水平衡計算時不予考慮。
冷卻工序是使用自來水,循環使用,其蒸發量較小,冷卻1噸高溫石英砂蒸發100kg水。
烘干工序主要是水的消耗,清洗后的石英砂成品經真空脫水后,含水率大約在10%左右,即每噸石英砂在烘干工序消耗水100kg。
酸洗工序使用自來水,每噸石英砂需用750kg混合酸液來處理,考慮到進入反應釜的石英砂中含水率大約在30%,以及各種酸中的水含量,處理1噸石英砂需再加入400kg自來水;酸洗后倒出反應釜的廢酸液大約在450kg,廢酸液直接流入廢酸箱,部分用于浮選工序調節水介質的pH值,用不完的廢酸液先利用燒堿(NaOH)進行中和,形成氟硅酸鈉結晶體,經沉淀、過濾后,氟硅酸鈉沉淀物收集、待處理,獲得的清水抽到污水處理箱中進行達標處理,達標處理后的清水流入回用水收集箱。
清洗工序使用純凈水,酸洗后的石英砂必須清洗6次,前面3次均使用上一輪清洗保留于清洗循環水收集箱A-1、A-2、A-3的后3次清洗水,后3次清洗使用新的純凈水,清洗1噸石英砂使用600kg水,考慮到石英砂中含水率大約30%,每次新加入的純凈水實際為300kg,3次總共加入的新純凈水為900kg左右,考慮到一些損耗,清洗1噸酸洗石英砂需補充1000kg純凈水;前3次清洗后排出的廢水大約1000kg,流入浮選工序的循環水收集箱B-1。另外,1噸自來水只能生產0.6噸純凈水,生產1噸純凈水需自來水1.667噸,即清洗1噸酸洗石英砂需1.667噸自來水,其中1噸純凈水用于清洗工序,0.667噸廢水流入浮選工序的循環水收集箱B-1。
浮選工序全部使用廢水,浮選工序采用1次浮選、1次清洗的工藝;浮選后的清洗用水來源于浮選工序的循環水收集箱B-1,還有部分來源于回用水收集箱(達標處理后的清水),浮選清洗產生的廢水流入浮選循環水收集箱B-2;而浮選用水則來自循環水收集箱B-2,少量來自廢酸箱,浮選產生的廢水流入污水箱中、與廢酸中和后的清水一起經達標處理后流入回用水收集箱;浮選及其清洗時礦漿濃度一般為25%,即浮選1噸石英砂需3噸水,浮選后清洗1噸石英砂也需要3噸水。
磁選工序使用回用水收集箱中回用水以及磁選循環水收集箱C-1中水,磁選產生的廢水經收集后流入磁選循環水收集箱C-1,磁選工藝一般使用25%的礦漿進行磁選,由于永磁磁選與高梯度磁選是串連的,永磁磁選后的礦漿直接流入高梯度磁選機,所以1噸石英砂需3噸水。
篩分工序全部使用循環水收集箱C-1中的水,第二級篩分產生的廢水收集于循環水收集箱C-1中,第一級篩分產生的廢水經收集、沉淀后,流入循環水收集箱C-2,在細粒尾砂中會保留30%的水,這部分水是消耗掉的水;篩分用水相對較多,1噸石英砂需9噸水,第二級篩分的廢水全部循環使用,第一級篩分的廢水有部分消耗于細粒尾砂中,只有8.7噸進入循環。
粉碎工序全部使用循環水收集箱C-2中的水,球磨機的用水量為1噸礦石3噸水,顎破機的用水量為1噸礦石1噸水,粉碎工序產生的廢水經收集后流入循環水收集箱C-2。
本項目實施的高純石英砂生產工藝中,每生產1噸高純石英砂需補充自來水量:酸洗工序400kg,清洗工序1.667噸(包括1噸純凈水和667kg的生產純凈水產生的廢水),在對烘干后高溫石英砂進行冷卻過程中會有水的蒸發,估算蒸發量10%,即100kg,再考慮到生產過程中水的自然蒸發等因素,每生產1噸高純石英砂自來水的消耗量不超過3噸,每年生產方面的水消耗量大約在15000噸(按5000噸/年計算)。消耗方面,每噸高純石英砂在烘干工序消耗100kg水;生產1噸成品石英砂會產生700kg細粒尾砂,尾砂含水率30%,消耗水210kg,水消耗量大約在1.1噸左右。
按每天生產24噸高純石英砂來計算水用量以及產生的廢水量見表4-1。
圖3為本項目水流程示意圖以及按每天生產24噸高純石英砂的水平衡示意圖,水的流程大致為:清洗工序補水40噸(24噸純凈水+16噸廢水),酸洗工序補水9.6噸;清洗工序產生的廢水用于浮選工序,酸洗產生的廢酸除部分用于浮選外,多余廢酸與浮選工序產生的廢水一起經達標處理后用于磁選工序和篩分工序,磁選工序和篩分工序產生的廢水用于粉碎工序,最后多余的廢水經達標處理后排放市場污水管網。
整個生產工藝主要的水消耗在產品烘干工序(蒸發水2.4噸),以及細粒尾砂含水(7.2噸),由于補水量(49.6噸)大于消耗量(9.6噸),生產用水經循環使用后多余的清水會在粉碎工序后達標排放。
另外,烘干后的高溫石英砂冷卻是單獨的水循環,其每天的消耗量2.4噸。

表4-1 項目每天用水量和排水量計算
工序 補(耗)水量(噸) 循環水用量(噸) 廢水量
(噸) 備注
顎破機 24 24
球磨機 72 72
篩分1 7.2(耗) 216 208.8 細粒尾砂中含水30%
篩分2 216 216
磁選 72 72 永磁磁選與高梯度磁選串連在一起
浮選 72+72 72+72 浮選+浮選后清洗用水
酸洗 9.6(補) 10.8 廢水中包括加入的酸液量
清洗1-3 24 24 前3次用上一輪后3次清洗廢水;生產后3次的純凈水產生廢水16噸;
清洗4-6 24(補) 16
烘干 2.4(耗) 水蒸發量
冷卻 2.4(補) 50 水蒸發量
總量 45.6 818 787.6 生產純凈水的廢水也屬補充水,及自然蒸發等,實際補水量72噸




圖3 項目水流程和水平衡示意圖
按照每天24噸的產量計算
第五章 環境保護
5.1廢水
本項目生產工藝流程中,“廢水”經過中和、沉淀后主要進行循環使用,用不完的、經沉淀過濾后的清水,達標排放,圖4為本項目水流程示意圖。本項目生產過程中,浮選工序和酸洗工序會產生少量含化學試劑的廢水,浮選工序產生的廢水中和沉淀方案為:
浮選廢水經地溝管網收集于污水處理箱,加入燒堿(NaOH)進行中和,并經達標處理(達標處理方案見酸洗工序廢水處理方案)后,流入回用水箱,進行循環使用。
酸洗工序產生的廢水中和沉淀方案:
酸洗后的廢酸液經管道流入廢酸箱,除部分作為浮選工序浮選液的pH調節劑外,大部分廢酸液利用燒堿(NaOH)進行中和,反應生成氟硅酸鈉(Na2SiF6)結晶體,經過沉淀、過濾,獲得氟硅酸鈉沉淀物以及清水,氟硅酸鈉沉淀物經壓濾后收集、利用;清水排入污水處理箱,進一步與浮選廢水一起進行達標處理,達標處理主要是利用化學藥劑降低廢水中的F-離子濃度,本項目采用NaOH調節廢水pH,以CaCl2作為沉淀反應劑,并輔助PAC(聚合氯化鋁)的混凝沉淀作用,以使廢水中的F-離子濃度達到排放標準,經過該方案處理的廢水中,F-離子濃度在4-7ppm,遠低于10ppm的排放標準。
由于其它工序不涉及化學試劑,因此,經污水處理箱達標處理獲得的清水,在其它工序循環使用后,化學成分不會超標,多余的廢水經過簡單的沉淀、過濾后,可以直接排入與城市污水管網相連的公司生化污水處理池,實現排放。



圖4 高純石英砂生產的水流程示意圖

影響本項目生產廢水排放的主要因素是廢水中的化學試劑,為使本項目的生產廢水順利排放,我們對生產過程中涉及化學試劑的工序進行詳細分析。本項目實施的高純石英砂生產工藝中,使用化學試劑的工序只有浮選工序和酸洗工序,因而在這二個工序會產生含化學試劑的廢水。
在酸洗工序,主要使用HF和HCl的混合酸處理浮選后的石英砂,用量為1噸石英砂用總酸度10%的混合酸溶液750kg,反應后反應液中化學成分主要為H2SiF6、Cl-、F-、Al3+、Fe3+、Ca2+、Na+、K+、Mg2+、Mn2+、Ti4+,其中H2SiF6含量最高,其次為Cl-離子,然后是F-離子,其余化學成分含量均很低,為ppm量級(10-6量級);在這些化學成分中,影響廢水排放的主要因素為廢水中F-離子及其化合物的濃度;對于含高濃度F-離子及其化合物的廢水,本項目采取二階段處理的方案,首先是將廢水中F-離子及其化合物的濃度降低到中、低濃度,然后再通過化學吸附的方法將F-離子及其化合物的濃度降低到排放標準;在本項目中,我們同時考慮了生產過程中固態廢棄物量的問題,因此本項目是利用燒堿(NaOH)來對廢酸液進行中和,以獲得可資源化利用的氟硅酸鈉(Na2SiF6)結晶體,最大限度的減少生產過程中產生的固廢;燒堿中和后的廢酸液,經沉淀、過濾后,獲得氟硅酸鈉沉淀物和清水,清水中F-離子及其化合物的濃度已經降低到中、低濃度,將清水收集到污水處理箱中,利用NaOH調節廢水pH,以CaCl2作為沉淀反應劑,并輔助PAC(聚合氯化鋁)的混凝沉淀作用,以使廢水中的F-離子濃度達到排放標準,經過該方案處理的廢水中,F-離子濃度在4-7ppm,遠低于10ppm的排放標準。
在浮選工序,主要是利用化學試劑來調節浮選介質(水)的pH值,使雜質礦物在試劑作用下疏水性增強,便于雜質礦物與石英礦物的分離。在本項目中,主要是利用酸洗工序產生的廢酸來調節浮選液的pH,由于用量很小,浮選1噸石英砂大約只需1000ml左右的廢酸液,因此,可以將浮選廢水直接收集到污水處理箱中,與酸洗工序流入的清水一起進行達標處理。
在進行化學物料平衡計算時,由于加入的鹽酸(Cl-離子)一直殘留在廢水中,由于不斷有新水加入,有廢水排出,循環用水中的Cl-離子濃度一直處于較低的狀態,不影響使用及排放,因此就不進行特別處理,也不進行計算;酸洗過程中被酸溶解的金屬元素在廢水中的含量是非常低的,也不參加化學物料平衡計算;同樣,在污水處理箱中進行的廢水達標處理的化學成分也不參與化學物料平衡計算。按每天生產24噸高純石英砂計算化學物料平衡,要獲得24噸左右酸洗后的石英砂,大約需24.57噸石英砂,需要100% HF 1106kg,其化學物料平衡計算如下:
(1) 6HF+SiO2→H2SiF6+2H2O
1106×(2×1+28+6×19)÷(6×(1+19))=1327.2kg
1106kg 100% HF與石英砂反應生成1327.2kg H2SiF6
(2) H2SiF6+2NaOH→Na2SiF6+2H2O
1327.2×(2×23+28+6×19)÷(2×1+28+6×19)=1732.7kg (Na2SiF6)
1327.2×2×(23+16+1)÷(2×1+28+6×19)=737.3kg(NaOH)
1327.2×(28+2×16)÷(2×1+28+6×19)=553kg (SiO2)
24.57噸石英砂,需要100% HF 1106kg酸洗,獲得24噸(24.017噸)酸洗石英砂,反應生成1327.2kg H2SiF6,H2SiF6需737.3kg NaOH中和,中和后生成1732.7kg Na2SiF6。
生活污水:配套建生活污水化糞池,經預處理后排入與城市污水管網相連的公司生化污水處理池。
5.2廢氣
本項目采用的高純石英砂生產工藝中,有害廢氣可能產生于二個環節:一是酸液產生的酸氣,二是烘干工序中的活性氣體。
酸氣:工廠使用的酸液均儲存于密閉的鋼襯PE罐中,化學反應釜是國家標準的壓力容器,生產中的酸液傳輸均是通過帶流量計的PE管道,含酸廢液的排放是在室溫下、通過管道進入廢酸箱的,因此生產過程中酸液不會直接與空氣接觸,只有在購買的酸液進廠時,從槽罐車通過管道輸送到工廠儲酸罐后,將兩者之間連接管道取下時,管道中殘留的一點酸液可能產生微量的酸氣,可通過排風扇將其排到室外,所以整個生產中不會產生有害酸氣。
活性氣體產生的廢氣:在烘干工序,對于部分品質要求非常高的產品,需使用高溫氣化除雜工藝,將該工藝結合在烘干工序中,在對酸洗獲得的石英砂進行烘干的同時,對石英砂進行高溫氣化除雜。該工藝使用HCl等高活性氣體,在高溫下將石英晶格中的雜質元素活化轉移到氣相中;該工序活性氣體的使用量很小,氣體流量大約在2000ml/min,按照每天生產24噸高純石英砂估算,大約需HCl氣體24kg,整個反應是在密閉的石英玻璃器皿中進行的,反應后的廢氣利用低真空裝置,抽吸到中和裝置中進行中和處理,中和處理裝置采用“含氯氣體的中和處理裝置”專利技術,該技術可將含氯氣體充分中和,用來中和處理HCl氣體效果會更好,處理后的氣體達標排放。這些舉措保證了烘干工序不對環境產生有害廢氣。
5.3固廢
本項目生產工藝中,固態廢棄物主要出現在粉碎工序,其次為磁選工序和浮選工序,在廢水處理過程中也出現固態廢棄物。
在粉碎工序,石英礦石的成砂率一般只有60%,按照每天生產24噸成品高純石英砂計算,每天需45.5噸石英礦石,粉碎獲得27.3噸符合規格的石英砂、以及18.2噸的細粒尾砂。
磁選工序和浮選工序是去除雜質礦物的主要工藝,磁選工序和浮選工序的總成品率一般為90%,27.3噸的石英砂經過磁選和浮選后獲得24.57噸石英砂、以及2.73噸雜質砂。
而在酸洗工序中,1106kg 100%HF能溶解553kg的石英,酸洗后獲得的成品石英砂為24.017噸;在利用燒堿(NaOH)對廢酸進行中和后,獲得1732.7kg的氟硅酸鈉(Na2SiF6)沉淀物。
可見,在本項目實施過程中,每天會產生18.2噸細粒尾砂、2.73噸雜質含量較高的石英砂,以及1.7327噸氟硅酸鈉結晶沉淀物。本項目一方面將通過對生產工藝的進一步優化,提高成品率,為了減少固態廢棄物的產生量;另一方面將對固態廢棄物進行資源化利用,尾砂以及雜質砂其實都是石英砂,石英含量在95%以上,它們完全可以作為陶瓷、玻璃、保溫耐火等建材行業的原料。而氟硅酸鈉本身就是一種化工原料,本項目選擇用燒堿來中和廢酸液,主要也是考慮對固態廢棄物的資源化利用,因為用石灰Ca(OH)2中和廢酸液獲得的氟化鈣CaF2,資源化利用的可能性不大。
所以,本項目生產過程中產生的固態廢棄物都能進行資源化利用,不會產生對環境有害的固廢。
5.4噪音
在生產過程中,可能有些噪聲,除電機旋轉產生的噪音外,粉碎設備會產生一定噪音。對于電機旋轉產生的噪音,可通過選用高品質低噪音的優質電機來降低噪音;對于粉碎設備形成的噪音,可以通過合理的粉碎介質配置、預防設備共振來降低噪音;同時,對設備場地進行一定的防噪音隔擋,選用雙層真空玻璃窗以及合理的工廠布局、綠化,并采取控制噪聲源等措施,確保廠界噪聲穩定達標。

向融資者留言

留言

留言及反饋

中國-深圳 中國風險投資網--風險投資的門戶網站 1999 - 2015 中國風險投資網  版權所有 粵ICP備15002753號

中國風險投資網法律顧問由廣東創暉律師事務所獨家提供

sp业务怎么赚钱