CN105833653A - 一种有色金属冶炼废气的除铅净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有色金属冶炼废气的除铅净化方法，废气依次经过余热交换器、气体过热保护装置、热式气体质量流量计、混合气体流量调节阀、微波电子自旋共振反应器、布袋式除尘器、VOC燃烧处理装置、烟气水洗冷却塔、引风机的处理。本方法创造性的利用了金属铅元素的电子自旋共振特性，当铅尘中的共价电子在某一特定频率微波辐射的直接作用下，会使其电子发生自旋共振现象，从而使分子中的共价键强度减弱，此时，若该分子周围存在经过磁化的金属物，则其共价键可被打破，并在磁化金属物的表面重新结合为铅金属单质微粒，再经过简单的离心分离操作，即可分离并回收含铅颗粒，从而实现资源再利用。

Description

一种有色金属冶炼废气的除铅净化方法

技术领域

本发明涉及一种有色金属冶炼废气的除铅净化方法，属于环境保护中的废气处理领域。

背景技术

铅是一种广泛存在于人类生产生活中的重金属元素，从开采到成品使用，与之相关的专业达百余种。铅污染在职业环境中较为明显，此外，建筑业中油漆涂料、食品加工业的防腐剂及护肤美容品等方面也都使用铅。

同时，铅也是一种毒性很大的物质，铅可对许多人体器官带来不良影响，特别是对人的肺、肾脏、生殖系统、心血管系统。这些影响表现为智力下降（尤其是对儿童学习方面引起明显问题）、肾损伤、不育、流产以及高血压，还可引起铅脑病、腹绞痛、多发性神经炎、溶血性贫血等。

然而，由于环境中铅的普遍存在，特别是在工业发展较快地区的环境和空气中铅浓度增加，铅通过食物链进入人体，造成人体和环境遭受铅污染。

由于铅的毒性和污染特点，对铅在环境中的标准值要求很高，特别是西方发达国家对铅的使用有严格地限制。几年来，我国铅的年产量达到135万吨，年消费量80多万吨，是世界铅生产大国和消费大国。但我国铅企业普遍存在生产技术落后、设备现代化程度低、铅资源浪费和环境污染严重等现状。尽管国家采取了一些相应措施，但收效并不显著。

在我国，大部分铅冶炼企业主要是采用传统的小反射炉和鼓风炉熔炼工艺。在熔炼过程中产生了大量的铅尘、烟尘和二氧化硫。因其不易回收，所以大部分是直接排放在空气中，铅逸出物的排放造成了对环境和大气的污染。

目前，我国采用的处理工业废气中铅的方法主要有以下三种：

（1）液体吸收法：主要原理是将铅尘导入到1~3%的稀醋酸溶液中，通过化学反应生成醋酸铅沉淀。

（2）袋式过滤法：让铅尘通过多孔体滤料，以物理捕集的方式来完成净化。

（3）高压静电吸附法：通过将铅尘微粒荷电，并使其在电场的作用下发生定向运动，从而达到分离捕集的目的。

上述传统治理方法普遍的存在初期投资与后期运维成本高、铅尘处理效率不稳定、过滤捕集设备易发生阻塞、处理物料消耗量大、以及处理过程中会产生含铅废液等缺点。因此，有必要摆脱现有的治理技术路线，从净化治理的原理上加以创新和变革，开发一种全新形式的含铅废气治理技术。

发明内容

为了解决现有技术中存在的诸多问题，本发提供了一种有色金属冶炼废气的除铅净化系统方法，有色金属冶炼废气通过气体管路进入余热交换器，使过热的废气得到降温并且得到的剩余热量供利用，余热交换器的出口通过气体管路连接气体过热保护装置，气体过热保护装置的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计，热式气体质量流量计的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀，通过导入空气的方法调整废气中铅尘的浓度，并对废气进行精确的稀释降温，混合气体流量调节阀的出口通过气体管路连接微波电子自旋共振反应器，进入反应器内的废气中含有的铅尘（铅的各价态氧化物）结合为铅金属单质微粒，从微波电子自旋共振反应器中排出，用微波电子自旋共振反应器的出口通过气体管路连接布袋式除尘器，在此进一步除去废气中的其他颗粒污染物，布袋式除尘器的出口通过气体管路连接VOC燃烧处理装置，通过高温燃烧过程去除废气中的有机污染物，VOC燃烧处理装置的出口通过气体管路连接烟气水洗冷却塔，烟气水洗冷却塔的出口通过气体管路连接引风机，引风机的出口通过气体管路连通大气环境。

其中，微波电子自旋共振反应器的外壳由碳素钢材质制成，其内层包覆有橡胶平板吸波防护层，反应器左下部设有进气阀门，右上部设有排气阀门，反应器左上角和右上角位置分别安装有1部多腔磁控管微波发生器，反应器中部两侧各安装有1台转动电机，经由2支传动连接杆与位于反应器内部的磁化铁素体不锈钢网相连，反应器底部安装有1组排渣输送带，排渣输送带连接至反应器右下部的废渣排口；含有铅尘的废气经微波电子自旋共振反应器左下部的进气阀门进入反应器内部，位于反应器左上角和右上角的2部多腔磁控管微波发生器开始工作，能够产生频率为172.60MHz的微波辐射，其充分辐射至整个反应器内部，废气中铅尘（主要是铅的各价态氧化物）的共价电子受到该频率微波的辐射作用，会发生电子自旋共振现象，从而使分子中的共价键强度减弱，同时，由位于反应器两侧的转动电机驱动，经2支传动连接杆传动的磁化铁素体不锈钢网开始在反应器内部转动，与发生电子自旋共振的铅尘分子接触，由于发生电子自旋共振的铅尘分子周围存在着经过磁化的金属物，其共价键会被打破，并在磁化铁素体不锈钢网表面重新结合为铅金属单质微粒，由于磁化铁素体不锈钢网的不停转动所产生的离心作用而掉落到反应器底部的排渣输送带上，经排渣输送带输送至反应器右下部的废渣排口排出反应器，并进行回收再利用。

其微波电子自旋共振反应器的有效容积为275m³，工作压力范围为0.10~0.95MPa，工作温度范围为105~300℃。

其微波电子自旋共振反应器，多腔磁控管微波发生器的输出功率为1.32kW，阳极电压为4.25kV，阳极电流为300mA，可产生微波频率为172.60MHz，使用寿命约为9000小时。

其微波电子自旋共振反应器，转动电机的工作电压为380V，输出功率为25kW，转动周期为5.0s。

通过本系统处理后的废气，其铅尘的去除效率可达97.5%。

本发明的优点在于：

（1）本方法创造性的利用了金属铅元素的电子自旋共振特性，当铅尘中的共价电子在某一特定频率微波辐射的直接作用下，会发生自旋共振现象，从而使分子中的共价键强度减弱，当其与经过磁化的金属物共存时，其共价键可被打破，并在磁化金属物的表面重新结合为铅金属单质微粒，从而使废气中的铅尘得以去除，其去除效率可达99.5%。

（2）通过微波电子自旋共振反应器处理后所生成的含铅颗粒，其密度远大于废气的平均密度，通过简易的惯性分离操作即可分离回收，并进一步提取金属铅，实现了废物的循环利用。

（3）本方法使用纯物理手段对废气中的铅尘进行净化处理，不使用任何化学物质，从而消除了引入新的、危害更大的污染物的风险。

（4）本方法技术路线先进，设备占地面积较小，并且处理效果良好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。

附图说明

图1是本发明的设备示意图。

图中：1-余热交换器、2-气体过热保护装置、3-热式气体质量流量计、4-混合气体流量调节阀、5-微波电子自旋共振反应器、6-布袋式除尘器、7-VOC燃烧处理装置、8-烟气水洗冷却塔、9-引风机

图2是微波电子自旋共振反应器的示意图。

51-进气阀门、52-多腔磁控管微波发生器、53-磁化铁素体不锈钢网、54-转动电机、55-传动连接杆、56-排渣输送带、57-橡胶平板吸波防护层、58-排气阀门、59-废渣排口。

具体实施方式

如图1所示，有色金属冶炼废气的除铅净化方法，有色金属冶炼废气通过气体管路进入余热交换器1，在此经过热交换作用使过热的废气得到降温和稳定，并且得到的剩余热量可供利用，余热交换器1的出口通过气体管路连接气体过热保护装置2，其作用是当余热交换器1故障或经热交换后的废气温度依旧过高时，可暂时切断气路，起到保护后端处理装置的作用，气体过热保护装置2的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计3，可对废气流量、流速等信息进行实时监控记录，热式气体质量流量计3的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀4，通过导入空气的方法调整废气中铅尘的实际浓度，并对废气进行精确的稀释降温，混合气体流量调节阀4的出口通过气体管路连接微波电子自旋共振反应器5，微波电子自旋共振反应器5的出口通过气体管路连接布袋式除尘器6，在此进一步除去废气中的其他颗粒污染物，布袋式除尘器6的出口通过气体管路连接VOC燃烧处理装置7，通过高温燃烧过程去除废气中的有机污染物，VOC燃烧处理装置7的出口通过气体管路连接烟气水洗冷却塔8，在此对处理后的废气进行进一步的水洗净化和冷却，烟气水洗冷却塔8的出口通过气体管路连接引风机9，引风机9的出口通过气体管路连通大气环境；其中，微波电子自旋共振反应器5的外壳由碳素钢材质制成，其内层包覆有橡胶平板吸波防护层57，反应器左下部设有进气阀门51，右上部设有排气阀门58，反应器左上角和右上角位置分别安装有1部多腔磁控管微波发生器52，反应器中部两侧各安装有1台转动电机54，经由2支传动连接杆55与位于反应器内部的磁化铁素体不锈钢网53相连，反应器底部安装有1组排渣输送带56，排渣输送带56连接至反应器右下部的废渣排口59；含有铅尘的废气经微波电子自旋共振反应器5左下部的进气阀门51进入反应器内部，位于反应器左上角和右上角的2部多腔磁控管微波发生器52开始工作，能够产生频率为172.60MHz的微波辐射，其充分辐射至整个反应器内部，废气中铅尘（主要是铅的各价态氧化物）的共价电子受到该频率微波的辐射作用，会发生电子自旋共振现象，从而使分子中的共价键强度减弱，同时，由位于反应器两侧的转动电机54驱动，经2支传动连接杆55传动的磁化铁素体不锈钢网53开始在反应器内部转动，与发生电子自旋共振的铅尘分子接触，由于发生电子自旋共振的铅尘分子周围存在着经过磁化的金属物，其共价键会被打破，并在磁化铁素体不锈钢网53表面重新结合为铅金属单质微粒，由于磁化铁素体不锈钢网53的不停转动所产生的离心作用而掉落到反应器底部的排渣输送带56上，经排渣输送带56输送至反应器右下部的废渣排口59排出反应器，并进行回收再利用；其中，微波电子自旋共振反应器5的有效容积为275m³，工作压力范围为0.10~0.95MPa，工作温度范围为105~300℃；其中，微波电子自旋共振反应器5，多腔磁控管微波发生器52的输出功率为1.32kW，阳极电压为4.25kV，阳极电流为300mA，可产生微波频率为172.60MHz，使用寿命约为9000小时；其中，微波电子自旋共振反应器5，转动电机54的工作电压为380V，输出功率为25kW，转动周期为5.0s。

通过本方法处理后的废气，其铅尘的去除效率可达99.5%。

Claims (6)

1.一种有色金属冶炼废气的除铅净化方法，其特征在于，有色金属冶炼废气通过气体管路进入余热交换器，使过热的废气得到降温并且得到的剩余热量供利用，余热交换器的出口通过气体管路连接气体过热保护装置，气体过热保护装置的出口通过气体管路连接热式气体质量流量计，热式气体质量流量计的出口通过气体管路连接混合气体流量调节阀，通过导入空气的方法调整废气中铅尘的浓度，并对废气进行精确的稀释降温，混合气体流量调节阀的出口通过气体管路连接微波电子自旋共振反应器，进入反应器内的废气中含有的铅尘（铅的各价态氧化物）结合为铅金属单质微粒，从微波电子自旋共振反应器中排出，用微波电子自旋共振反应器的出口通过气体管路连接布袋式除尘器，在此进一步除去废气中的其他颗粒污染物，布袋式除尘器的出口通过气体管路连接VOC燃烧处理装置，通过高温燃烧过程去除废气中的有机污染物，VOC燃烧处理装置的出口通过气体管路连接烟气水洗冷却塔，烟气水洗冷却塔的出口通过气体管路连接引风机，引风机的出口通过气体管路连通大气环境。

2.根据权利要求1所述的有色金属冶炼废气的除铅净化方法，其特征在于，微波电子自旋共振反应器左下部设有进气阀门，右上部设有排气阀门，反应器左上角和右上角位置分别安装有1部多腔磁控管微波发生器，反应器中部两侧各安装有1台转动电机，经由2支传动连接杆与位于反应器内部的磁化铁素体不锈钢网相连，反应器底部安装有1组排渣输送带，排渣输送带连接至反应器右下部的废渣排口。

3.根据权利要求1所述的有色金属冶炼废气的除铅净化方法，其特征在于，含有铅尘的废气经微波电子自旋共振反应器左下部的进气阀门进入反应器内部，位于反应器左上角和右上角的2部多腔磁控管微波发生器开始工作，能够产生频率为172.60MHz的微波辐射，其充分辐射至整个反应器内部，废气中铅尘（铅的各价态氧化物）的共价电子受到该频率微波的辐射作用，会发生电子自旋共振现象，从而使分子中的共价键强度减弱，同时由位于反应器两侧的转动电机驱动，经2支传动连接杆传动的磁化铁素体不锈钢网开始在反应器内部转动，与发生电子自旋共振的铅尘分子接触，由于发生电子自旋共振的铅尘分子周围存在着经过磁化的金属物，其共价键被打破，并在磁化铁素体不锈钢网表面重新结合为铅金属单质微粒，由于磁化铁素体不锈钢网的不停转动所产生的离心作用而掉落到反应器底部的排渣输送带上，经排渣输送带输送至反应器右下部的废渣排口排出反应器，并进行回收再利用。

4.根据权利要求1所述的有色金属冶炼废气的除铅净化方法，其特征在于，微波电子自旋共振反应器的有效容积为275m³，工作压力范围为0.10~0.95MPa，工作温度范围为105~300℃。

5.根据权利要求1所述的有色金属冶炼废气的除铅净化方法，其特征在于，微波电子自旋共振反应器的多腔磁控管微波发生器的输出功率为1.32kW，阳极电压为4.25kV，阳极电流为300mA，产生微波频率为172.60MHz。

6.根据权利要求1所述的有色金属冶炼废气的除铅净化方法，其特征在于，微波电子自旋共振反应器的转动电机的工作电压为380V，输出功率为25kW，转动周期为5.0s。