CN104894379A - 一种富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，包括如下步骤：（1）含有重金属的固体废弃物干燥后进行配料，使铜镍总含量为5wt%以上，铁含量为4wt%以上，钙含量为5wt%以上，硅含量为1wt%以上；（2）将配料后的原料与煤或焦炭加入富氧侧吹炉，富氧侧吹炉由下至上依次包括第一燃烧区、第二燃烧区和第三燃烧区，原料在第一燃烧区和第二燃烧区进行还原熔炼，获得金属熔融液、冰铜和/或冰镍和熔融渣以及废气，废气在第三燃烧区进行氧化燃烧。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理含有重金属的固体废弃物的方法，特别涉及一种富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法。
背景技术
重金属废料多为冶金和金属表面加工过程所产出的浸出渣、炉渣、中和污泥、烟灰等，其成分复杂，含铜、镍、铅、锌等多种有价金属。目前主要采用火法冶炼工艺进行处理，其技术方案为在高温下将废料中的金属还原或造硫使之进入金属相或锍相，其成分与熔剂造渣或进入烟尘。
富氧侧吹炉作为节能高效冶炼炉已广泛应用于铜镍铅锡冶炼，它的特点是用气量小，设备尺寸小，占地面积省，原料适应性强，废气排放少，金属回收率高。但由于物料进炉有个温度逐步上升过程，有机物容易分解挥发跑出尾气产生二噁英气体，另外炉内的氧化条件会造成铬化合物氧化成六价铬进入烟气与渣，产生渣与气体六价铬超标。所以，不加改进，不能用于处理含铬和有机物的废料。
工业固废焚烧炉有二次燃烧室，虽然第二次燃烧解决了分解二噁英问题，但六价铬与炉渣重金属危害没有解决，需要进一步固化填埋，产生二次污染与资源浪费。
发明内容
本发明的目的在于针对以上缺点进行改进，提供一种富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，使得熔融渣内铜铅等金属含量小于0.5wt％，固体废弃物中金银铂钯等稀贵金属几乎全部进入铜铅等金属熔融液或冰铜和/或冰镍当中，且稀贵金属主要存在于金属熔融液当中，其回收率大于97％。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，包括如下步骤：
(1)含有重金属的固体废弃物干燥后进行配料，使铜镍总含量为5wt％以上，铁含量为4wt％以上，钙含量为5wt％以上，硅含量为1wt％以上；
(2)将配料后的原料与煤或焦炭加入富氧侧吹炉，所述富氧侧吹炉由下至上依次包括第一燃烧区、第二燃烧区和第三燃烧区，所述原料在所述第一燃烧区和所述第二燃烧区进行还原熔炼，获得金属熔融液、冰铜和/或冰镍和熔融渣以及废气，所述废气在所述第三燃烧区进行氧化燃烧。
优选的，铜镍总含量为5-30wt％，铁含量为4-25wt％，钙含量为5-15wt％，硅含量为1-5wt％。铜镍总含量可为5-5.9wt％，5.9-16wt％，16-30wt％，铁含量可为4-5wt％，5-8wt％，8-25wt％，钙含量可为5-8wt％，8-15wt％，硅含量可为1-3wt％，3-5wt％。
优选的，所述煤或焦炭为所述配料后的原料重量的5～15％。所述煤或焦炭可为所述配料后的原料重量的5～10％，10～15％。
优选的，步骤(2)中所述第一燃烧区设置于所述富氧侧吹炉的下端，所述第一燃烧区的侧壁设置有第一层进氧气口、排渣口和排金属熔液口，所述配料后的原料经所述第一燃烧区还原熔炼，熔炼温度为1000～1500℃，进气氧体积浓度为70～100％。第一燃烧区熔炼温度可为1000～1400℃，1400～1450℃，1450～1500℃，进气氧体积浓度可为70～75％，75～80％，80～100％。第一燃烧区设置在排金属熔液口与排渣口分界处，是主要燃烧区，进氧气鼓泡熔渣搅拌，加快燃烧与熔炼反应。当固体废弃物中含有少量铅锡废料时，熔炼温度为1000-1300℃。
优选的，所述第一层进氧气口设置于所述第一燃烧区的一侧，所述排渣口和所述排金属熔液口设置于所述第一燃烧区的另一侧。
优选的，所述排渣口设置于所述排金属熔液口的上部，所述熔融渣经所述排渣口排出，所述金属熔融液、冰铜和/或冰镍经所述排金属熔液口排出。
优选的，所述第一燃烧区还包括第三个出料口，所述第三个出料口位于所述排渣口和所述排金属熔液之间，所述熔融渣经所述排渣口排出，所述冰铜和/或冰镍经所述第三个出料口排出，所述金属熔融液经所述排金属熔液口排出。
优选的，步骤(2)中所述第二燃烧区设置于所述第一燃烧区的上方，所述第二燃烧区的侧壁设置有第二层进氧气口，所述配料后的原料经第二燃烧区还原熔炼，第二燃烧区还原熔炼的温度为1200～1500℃，进气氧体积浓度为50～100％。第二燃烧区熔炼温度可为1200～1280℃，1280～1500℃，进气氧体积浓度可为50～70％，70～75％，75～100％。第二燃烧区的燃烧过程中是还原性气氛，抑制铬的氧化。
优选的，所述第二层进氧气口(2)可以设置于所述第一层进氧气口(3)的同一侧或另一侧。
优选的，步骤(2)中所述第三燃烧区设置于所述第二燃烧区的上方，所述第三燃烧区的侧壁设置有第三层进氧气口和加料口，还原熔炼后的废气经所述第三燃烧区氧化燃烧，燃烧温度为1000～1300℃，进气氧体积浓度为50-100％，控制尾气中氧体积含量为2～5％。第三燃烧区熔炼温度可为1000～1100℃，1100～1150℃，1150～1300℃，进气氧体积浓度可为50～60％，60～100％。更优选的，所述第三层进氧气口设置于所述第三燃烧区的下部。
优选的，所述冰铜和/或冰镍通过分离获得冰铜，所述冰铜循环至所述富氧侧吹炉。冰铜循环至富氧侧吹炉，能提高富氧侧吹炉内物料的流动性和产铜量。
优选的，所述熔融渣进行水淬得到水淬渣。水淬渣是一种钙铁铬硅的玻璃体岩浆，冷凝固化后无毒，可以作为水泥与建筑材料。
本发明的有益效果包括：此方法处理含有重金属的固体废弃物，使得熔融渣内铜铅等金属含量小于0.5wt％，固体废弃物中金银铂钯等稀贵金属几乎全部进入铜铅等金属熔融液或冰铜和/或冰镍当中，且稀贵金属主要存在于金属熔融液当中，其回收率大于97％。
附图说明
图1本发明的富氧侧吹炉之一(无第三个出料口)；
图2本发明的富氧侧吹炉之二(有第三个出料口)；
图3本发明的富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法。
附图标记：
1 加料口
2 第二层进氧气口
3 第一层进氧气口
4 第三层进氧气口
5 排渣口
6 排金属熔液口
7 第一燃烧区
8 第二燃烧区
9 第三燃烧区
10 排气口
11 第三个出料口
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明的方法，能够处理含有重金属的固体废弃物，固体废弃物可以是冶炼厂的铅铜锡镍铬渣，电子电镀污泥和工业焚烧炉渣等废弃物。
对于各种重金属固体废弃物，首先干燥后再配料，使金属铜镍总含量为5wt％以上，如果低于5wt％，可以通过冰铜回炉或加粗铜，保证金属铜镍总含量为5wt％以上，使富氧侧吹炉内金属熔体液流动保温性能好，不会结壁影响生产。为了造渣增加流动性，需要在原料中配有4wt％以上的铁，5wt％以上的钙，1wt％以上的硅，这些元素可以通过金属或氧化物的形式加入，如铁、三氧化二铁、氧化钙、二氧化硅。
含有重金属的固体废弃物配料后与煤或焦炭加入富氧侧吹炉，富氧侧吹炉由下至上依次包括第一燃烧区、第二燃烧区和第三燃烧区，原料在第一燃烧区7和第二燃烧区8进行还原熔炼，第一燃烧区7设置于富氧侧吹炉的下端，第一燃烧区7的侧壁设置有第一层进氧气口3、排渣口5和排金属熔液口6，第一层进氧气口3设置于第一燃烧区7的一侧，排渣口5和排金属熔液口6设置于第一燃烧区7的另一侧，排渣口5设置于所述排金属熔液口6的上部，氧气搅动金属熔液，快速燃烧与熔化镍铅等金属与金属化合物。第二燃烧区8设置于第一燃烧区7的上方，第二燃烧区8的侧壁设置有第二层进氧气口2，通过第二层进氧气口2补充氧气燃烧，加热原料与炉温，第二次燃烧过程中是还原性气氛，抑制铬的氧化。第三燃烧区9设置于第二燃烧区8的上方，第三燃烧区的侧壁设置有第三层进氧气口4和加料口1，第三层进氧气口设置于第三燃烧区的下部，再补充氧气，燃烧一氧化碳与有机物，保持余氧体积含量2-5％的氧化气氛，防止有机物或二噁英气体外泄，底部排料，熔融渣经所述排渣口5排出，金属熔融液、冰铜和/或冰镍经排金属熔液口6排出，富氧侧吹炉见图1。或者，第一燃烧区还包括第三个出料口11，第三个出料口11位于排渣口5和排金属熔液6之间，熔融渣经排渣口5排出，冰铜和/或冰镍经第三个出料口11排出，金属熔融液经排金属熔液口6排出，富氧侧吹炉见图2。富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法见图3，含有重金属的固体废弃物干燥后进行配料，使铜镍总含量为5wt％以上，铁含量为4wt％以上，钙含量为5wt％以上，硅含量为1wt％以上；将配料后的原料与煤或焦炭加入富氧侧吹炉，富氧侧吹炉包括三个燃烧区，配料后的原料在第一燃烧区和第二燃烧区进行还原熔炼，获得金属熔融液、冰铜和/或冰镍和熔融渣以及废气，废气在第三燃烧区进行氧化燃烧，烟气由排气口10排出，冰铜和/或冰镍可以通过分离获得冰铜，冰铜可部分循环至富氧侧吹炉，熔融渣可进行水淬得到水淬渣。
实施例1
含有重金属固体废弃物的电镀污泥与电子污泥原料干燥后成份如下：Cu：13wt％，Fe：5wt％，Cr：3wt％，Ni：3wt％，Zn：5wt％，Ca：5wt％，Ag(g/T)：50，Au(g/T)：2，对原料进行配料，加入SiO2，使硅含量达5wt％。取10t配料后原料，以配料后的原料重量的10％煤加入图2所示的富氧侧吹炉，原料在第一燃烧区和第二燃烧区进行还原熔炼，第一燃烧区设置于富氧侧吹炉的下端，第一燃烧区的侧壁设置有第一层进氧气口、排渣口、第三个出料口和排金属熔液口，第一层进氧气口设置于第一燃烧区的一侧，排渣口、第三个出料口和排金属熔液口设置于第一燃烧区的另一侧，排渣口设置于排金属熔液口的上部，第三个出料口设置于排渣口和排金属熔液之间，氧气搅动金属熔液，快速燃烧与熔化金属与金属化合物，含有重金属的固体废弃物在第一燃烧区进行还原熔炼，熔炼温度为1400℃，进气氧体积浓度为80％。第二燃烧区设置于第一燃烧区的上方，第二燃烧区的侧壁设置有第二层进氧气口，补充氧气燃烧，加热原料与炉温，第二燃烧区的燃烧过程是还原性气氛，抑制铬的氧化，第二燃烧区还原熔炼的熔炼温度为1200℃，进气氧体积浓度70％。第三燃烧区设置于第二燃烧区的上方，第三燃烧区的侧壁设置有第三层进氧气口和加料口，第三层进氧气口设置于第三燃烧区的下部，在第三层进氧气口再补充氧气，燃烧一氧化碳与有机物，保持余氧体积含量2-5％的氧化气氛，防止有机物或二噁英气体外泄，燃烧温度为1100℃，进气氧体积浓度为60％，金属铜、镍、金和银熔融液由排金属熔液口6排出，熔融液中有铜1242.98kg，收率为95.6％，镍210kg，收率为70％，金17.6g，银374g，收率为74.8％；冰铜冰镍由第三个出料口排出，1130kg，其中铜含量为29.93kg，镍含量为82.44kg，金1.9g，银114.5g；6300kg熔融渣由排渣口排出，熔融渣为钙铁铬硅的玻璃体岩浆，其中铜含量0.43wt％，镍含量为0.12wt％，铬与钙硅铁稳定结合存在于熔融渣中，烟气由排气口10排出，经HRGC-HRMS检测，二噁英检测不到，锌以氧化锌形态进入烟灰。
实施例2
含有重金属的固体废弃物的冶炼渣与铜加工渣干燥后成份如下：Cu：11wt％，Fe：2wt％，Zn：6wt％，CuSO42H2O：17wt％，SiO2：3wt％，对原料进行配料，加入铜渣粉，使铜含量达30wt％，加入Fe2O3，使铁含量达5wt％，加入CaO，使Ca含量达5wt％。取5t配料后的原料，以配料后的原料重量的15％煤加入图1所示的富氧侧吹炉，原料在第一燃烧区和第二燃烧区进行还原熔炼，第一燃烧区设置于富氧侧吹炉的下端，第一燃烧区的侧壁设置有第一层进氧气口、排渣口和排金属熔液口，第一层进氧气口设置于第一燃烧区的一侧，排渣口和排金属熔液口设置于第一燃烧区的另一侧，排渣口设置于排金属熔液口的上部，氧气搅动金属熔液，快速燃烧与熔化镍铅等金属与金属化合物，含有重金属的固体废弃物在第一燃烧区进行还原熔炼，熔炼温度为1450℃，进气氧体积浓度为75％。第二燃烧区设置于第一燃烧区的上方，第二燃烧区的侧壁设置有第二层进氧气口，补充氧气燃烧，加热原料与炉温，第二燃烧区的燃烧过程是还原性气氛，第二燃烧区还原熔炼的熔炼温度为1280℃，进气氧体积浓度为75％。第三燃烧区设置于第二燃烧区的上方，第三燃烧区的侧壁设置有第三层进氧气口和加料口，第三层进氧气口设置于第三燃烧区的下部，在第三层进氧气口再补充氧气，燃烧一氧化碳与有机物，保持余氧含量2-5％的氧化气氛，防止有机物或二噁英气体外泄，底部排料，燃烧温度为1150℃，进气氧体积浓度为60％，金属铜熔融液和冰铜由排金属熔液口排出，排出物中有铜1485kg，收率为99％；熔融渣由排渣口排出，3250kg，熔融渣为钙铁硅的玻璃体岩浆，其中铜含量0.46wt％，烟气由排气口排出，经HRGC-HRMS检测，二噁英检测不到，锌以氧化锌形态进入烟灰。
实施例3
含有重金属固体废弃物的电镀污泥与电子污泥原料干燥后成份如下：Cu：2.3wt％，Fe：8wt％，Cr：5wt％，Ni：3.6wt％，Zn：1wt％，Ca：8％，对原料进行配料，加入SiO2，使硅含量达5wt％。取5t配料后的原料，以配料后的原料重量的10％煤加入图2所示的富氧侧吹炉，原料在第一燃烧区和第二燃烧区进行还原熔炼，第一燃烧区设置于富氧侧吹炉的下端，第一燃烧区的侧壁设置有第一层进氧气口、排渣口、第三个出料口和排金属熔液口，第一层进氧气口设置于第一燃烧区的一侧，排渣口、第三个出料口和排金属熔液口设置于第一燃烧区的另一侧，排渣口设置于排金属熔液口的上部，第三个出料口设置于排渣口和排金属熔液之间，氧气搅动金属熔液，快速燃烧与熔化金属与金属化合物，含有重金属的固体废弃物在第一燃烧区进行还原熔炼，熔炼温度为1400℃，进气氧浓度为80％。第二燃烧区设置于第一燃烧区的上方，第二燃烧区的侧壁设置有第二层进氧气口，补充氧气燃烧，加热原料与炉温，第二燃烧区的燃烧过程是还原性气氛，抑制铬的氧化，第二燃烧区还原熔炼的熔炼温度为1200℃，进气氧体积浓度70％。第三燃烧区设置于第二燃烧区的上方，第三燃烧区的侧壁设置有第三层进氧气口和加料口，第三层进氧气口设置于第三燃烧区的下部，在第三层进氧气口再补充氧气，燃烧一氧化碳与有机物，保持余氧体积含量2-5％的氧化气氛，防止有机物或二噁英气体外泄，燃烧温度为1100℃，进气氧体积浓度为60％，金属铜、镍熔融液由排金属熔液口6排出，熔融液中有铜58kg，镍99kg；冰铜冰镍由第三个出料口排出，420kg，其中铜含量为55.85kg，镍含量为77.4kg；熔融渣由排渣口排出，3400kg，熔融渣为钙铁铬硅的玻璃体岩浆，其中铜含量0.03wt％，镍含量为0.1wt％，烟气由排气口10排出，经HRGC-HRMS检测请补充检测方法，二噁英检测不到，锌以氧化锌形态进入烟灰。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)含有重金属的固体废弃物干燥后进行配料，使铜镍总含量为5wt％以上，铁含量为4wt％以上，钙含量为5wt％以上，硅含量为1wt％以上；
(2)将配料后的原料与煤或焦炭加入富氧侧吹炉，所述富氧侧吹炉由下至上依次包括第一燃烧区、第二燃烧区和第三燃烧区，所述原料在所述第一燃烧区和所述第二燃烧区进行还原熔炼，获得金属熔融液、冰铜和/或冰镍和熔融渣以及废气，所述废气在所述第三燃烧区进行氧化燃烧。
2.根据权利要求1所述的富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，其特征在于，所述铜镍总含量为5-30wt％，所述铁含量为4-25wt％，所述钙含量为5-15wt％，所述硅含量为1-5wt％。
3.根据权利要求1所述的富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，其特征在于，所述煤或焦炭为所述配料后的原料重量的5～15％。
4.根据权利要求1所述的富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，其特征在于，步骤(2)中所述第一燃烧区设置于所述富氧侧吹炉的下端，所述第一燃烧区的侧壁设置有第一层进氧气口、排渣口和排金属熔液口，所述配料后的原料经所述第一燃烧区还原熔炼，熔炼温度为1000～1500℃，进气氧体积浓度为70～100％。
5.根据权利要求4所述的富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，其特征在于，所述第一层进氧气口设置于所述第一燃烧区的一侧，所述排渣口和所述排金属熔液口设置于所述第一燃烧区的另一侧。
6.根据权利要求4所述的富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，其特征在于，所述排渣口设置于所述排金属熔液口的上部，所述熔融渣经所述排渣口排出，所述金属熔融液、冰铜和/或冰镍经所述排金属熔液口排出。
7.根据权利要求4所述的富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，其特征在于，所述第一燃烧区还包括第三个出料口，所述第三个出料口位于所述排渣口和所述排金属熔液之间，所述熔融渣经所述排渣口排出，所述冰铜和/或冰镍经所述第三个出料口排出，所述金属熔融液经所述排金属熔液口排出。
8.根据权利要求1所述的富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，其特征在于，步骤(2)中所述第二燃烧区设置于所述第一燃烧区的上方，所述第二燃烧区的侧壁设置有第二层进氧气口，所述配料后的原料经第二燃烧区还原熔炼，第二燃烧区还原熔炼的温度为1200～1500℃，进气氧体积浓度为50～100％。
9.根据权利要求1所述的富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，其特征在于，步骤(2)中所述第三燃烧区设置于所述第二燃烧区的上方，所述第三燃烧区的侧壁设置有第三层进氧气口和加料口，还原熔炼后的废气经所述第三燃烧区氧化燃烧，燃烧温度为1000～1300℃，进气氧体积浓度为50-100％，控制尾气中氧体积含量为2～5％。
10.根据权利要求1所述的富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，其特征在于，所述冰铜和/或冰镍通过分离获得冰铜，所述冰铜循环至所述富氧侧吹炉。
11.根据权利要求1所述的富氧侧吹炉还原处理含有重金属的固体废弃物的方法，其特征在于，所述熔融渣进行水淬得到水淬渣。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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