CN106756114B - 一种提取砷的清洁生产工艺方法及装备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提取砷的清洁生产工艺方法和装备，具体的是通过连续二次砷提纯工艺从含砷的有色金属物料或含砷的有色金属冶炼烟气中回收高品质的产品As2O3，进一步还原生产单质砷或金属砷产品；同时采取气相中和工艺将烟气中的低露点酸性气体SO3去除，并且采用高效率的塑烧板除尘设备，最终大大降低后工序含酸、含砷废水处理费用。该发明是整体的砷回收、提纯、产品化、无害化的工艺技术和装备，属典型的清洁生产工艺。

Description

一种提取砷的清洁生产工艺方法及装备
技术领域
本发明属于环保领域，具体来说涉及一种用于从含砷烟气中提取砷的清洁生产工艺方法及装备。
背景技术
在有色金属物料冶炼过程中，有些矿石或物料含有较高的砷，这部分砷在有色金属冶炼过程中会变成砷的氧化物As2O3，同时冶炼烟气中还含有粉尘、SO2、SO3、CO、CO2、NOX等气体成分。为了能够处置含砷高的有色金属物料，同时兼顾工艺顺畅运行，目前采取的是骤冷收砷工艺，同时为了消除低露点气体成分SO3对收砷工艺运行的影响，采取了添加碱性物质气相中和的方法和装备。如此流程和装备，可以保证含砷的有色金属矿物原料的应用，以及流程的顺利进行，但是同时在骤冷收砷环节产生了大量的、含有硫酸盐及少量粉尘的、As2O3品质较差的、难以继续综合利用的含砷危险废弃物，严重影响有色冶炼行业的持续、健康发展。本发明的目的在于解决上述问题，提供一种提取砷的清洁生产方法及装备。
发明内容
本发明提出的是一种用于从冶炼含砷烟气中提取砷的清洁生产方法及装备，具体的是通过连续在线二次砷提纯工艺从含砷的有色金属物料或含砷的有色金属冶炼烟气中回收高品质的产品As2O3，进一步的还原生产单质砷或金属砷产品；同时采取气相中和工艺将烟气中的低露点酸性气体SO3去除，并且采用高效率的塑烧板除尘设备，最终大大降低后工序含酸、含砷废水处理费用。二次砷提纯工艺在制取高品质As2O3的同时，还可以将提取残余硫酸盐转化为无害的一般固体废物。该发明是整体的砷回收、提纯、产品化、无害化的工艺技术和装备，属典型的清洁生产工艺。
具体来说，本发明采用了以下技术方案：
一种提取砷的清洁生产装备，其特征在于，所述装备包括热量回收装置、除尘装置、骤冷装置、收砷装置、输送装置、煅烧装置及砷回收装置，其中骤冷装置包括一次骤冷装置及二次骤冷装置，收砷装置包括一次收砷装置及二次收砷装置，连接关系为热量回收装置的烟气出口连接至除尘装置入口，除尘装置烟气出口连接至一次骤冷装置入口，烟气在一次骤冷装置中冷却后产生的气固混合物进入一次收砷装置，在一次收砷装置中过滤分离后，气体排出进入后段处理工艺，一次收砷装置中分离出来的粉体和一次骤冷装置中剩余的固体一起经过输送装置送至煅烧装置，煅烧装置中煅烧后产生的气体进入二次骤冷装置，而固体则进入无害化处理工序，二次骤冷装置中产生的气固混合物送入二次收砷装置过滤处理，经过二次收砷装置过滤后产生的气体排出进入后段处理工艺，所产生的高品质氧化砷粉体则进入砷回收装置进行处理。
在优选的实施方案中，所用的一次骤冷装置为雾化碱性溶液骤冷装置，一次骤冷装置连接有碱性溶液配送装置，碱性溶液配送装置将碱性溶液送入一次骤冷装置中雾化并喷淋从除尘装置进入一次骤冷装置的烟气，使烟气骤冷至110-170℃。
在另一个优选的实施方案中，所用的二次骤冷装置为采用空气作为冷却剂间接冷却的气冷式骤冷装置。
仍然作为一个优选实施方案，一次和二次收砷装置为采用塑烧板作为过滤介质的塑烧板收砷器。
在以上装备的一个优选实施方案中，在二次收砷装置的气体出口安装有引风机，作为煅烧装置的烟气输送动力。
在另一个优选实施方案中，所用的煅烧装置为采取均匀外部加热方式的煅烧挥发窑。
在再一个优选实施方案中，所述提取砷的清洁生产装备还配接有空气压缩机，空气压缩机连接在碱性溶液配送装置将碱性溶液输送至一次骤冷装置的管路上以实现碱性溶液在一次骤冷装置内的加压雾化喷淋。
在仍然另一个优选实施方案中，所述砷回收装置包括氧化砷还原设备，其中二次收砷器收集的氧化砷粉体在该氧化砷还原设备中还原成金属砷或单质砷，还原剩余物质则返回到有色熔炼系统配料中。
本发明还公开一种提取砷的清洁生产工艺方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、一次收砷：含砷烟气经过热量回收和除尘处理后，进入一次骤冷装置，在一次骤冷装置中冷却后产生的气固混合物进入一次收砷装置过滤收集含砷粉体，过滤后产生的烟气气体进入后段烟气处理工艺，过滤后产生的含砷粉体及一次骤冷装置中的残余固体一起通过输送装置输送至煅烧装置；
S2、煅烧：将上一步骤一次收砷步骤中送来的粉体在煅烧装置中进行均匀加热至280-350℃进行煅烧，使混合物中的氧化砷升华为气态，煅烧后产生的固体进入固体无害化处理工序，而含砷气体则进入二次收砷步骤；
S3、二次收砷：将上一步骤煅烧步骤送来的含砷烟气送至二次骤冷装置，在二次骤冷装置中将含砷烟气冷却产生气体和氧化砷粉体的气固混合物，气固混合物进入二次收砷装置进行气固分离，所分离出来的气体进入后段烟气处理工艺，氧化砷粉体则进入砷回收工序；
S4、砷回收：上一步骤二次收砷步骤分离获得的氧化砷粉体进入砷回收装置，砷回收装置包括还原装置，在还原装置中将二次收砷步骤中获得的氧化砷粉体进行还原得到金属砷或单质砷。
在以上方法的优选实施方案中，一次骤冷装置为碱性溶液雾化喷淋骤冷装置，输入一次骤冷装置的含砷烟气经过碱性溶液喷淋使烟气被骤冷至110-170℃并且烟气被碱性溶液中和，二次骤冷装置为采用空气作为冷却剂的空气间接骤冷装置，其中在一次骤冷气相中和过程中产生硫酸盐粉体，所述粉体与一次骤冷装置中的其它残余固体及一次收砷装置中过滤产生的含砷粉体一起通过输送装置送入煅烧装置。
有益效果：本发明通过连续二次砷提纯工艺从含砷的有色金属物料或含砷的有色金属冶炼烟气中回收高品质的产品As2O3，进一步还原生产单质砷或金属砷产品，避免了低品质含砷物料属危险废物难以销售和利用的情况；同时采取气相中和工艺将烟气中的低露点酸性气体SO3去除，并且采用高效率的塑烧板除尘设备，大大降低后工序含酸、含砷废水处理费用；该发明是整体的砷回收、提纯、产品化、无害化的工艺技术和装备，属典型的清洁生产工艺，可大大提高有色冶炼企业的综合经济和环保效益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中：1、余热锅炉；2、电除尘器；3、一次骤冷器；4、溶液配送装置；5、空气压缩机；6、一次塑烧板收砷器； 7、输送设备；8、煅烧挥发窑；9、二次骤冷器；10、二次塑烧板收砷器；11、引风机；12、还原装置。
具体实施方式
本发明提出了一种通过连续二次提砷工艺从含砷的有色金属物料或含砷的有色金属冶炼烟气中回收砷的工艺方法及装置。
含砷的有色金属物料，在各种形式的熔炼炉或炉窑内熔炼或焙烧，砷的硫化物或化合物被氧化为As2O3进入到烟气中，同时烟气中还含有粉尘、SO2、SO3、CO、CO2、NOX等气体成分。高温烟气经过余热锅炉回收热量、电除尘器去除绝大部分粉尘后，再经一次骤冷器喷淋碱性的雾化溶液，烟气骤冷至110-170℃，气体中的As2O3凝固为固体，气体中的SO3被碱性物质中和为硫酸盐固体，气固混合物部分自骤冷器内下落收集，绝大部分进入一次塑烧板收砷器，As2O3和硫酸盐粉体通过输送设备集中收集，过滤后烟气去后续制酸工序。
在该过程中，高温烟气经过余热锅炉回收热量后温度降低至350-400℃，经过电除尘后，烟气温度≤400℃，优选为300-360℃。其中，一次骤冷器是指采用喷淋液体雾化直接快速冷却烟气的立式、卧式或其他可以实现该功能的设备等，其形式不做特别限定。一次骤冷器出口气体温度110-170℃，优选120-160℃。优选地，为解决有色冶炼烟气中低露点SO3等组分，采取的碱性溶液为Ca(OH)2、NaOH及其他碱性物质溶液等其中的一种或几种的复配混合物。
一次骤冷器及一次塑烧板收砷器收集的含As2O3、含硫酸盐粉体混合物，经输送设备集中收集收送进入煅烧挥发窑内，通过外部加热方式加热到280-350℃，混合物中的As2O3升华为气体状态，含气态As2O3气体的烟气通过管道进入二次骤冷器，气态As2O3再次凝固为As2O3粉体，并随气流进入二次塑烧板收砷器中，As2O3固态粉体得以过滤集中收集，过滤后烟气经引风机输送并入去后续制酸工序烟气管道。
含As2O3、硫酸盐固体混合物的煅烧挥发窑，为连续运转设备，可采取电加热、天然气或煤气加热等可以实现均匀外部加热的方式，As2O3挥发到气体中自窑内排出，硫酸盐等固体物质自窑尾排出。回转窑为气密设备，烟气输送动力由二次塑烧板收砷器后引风机提供。二次骤冷器，宜采取强制空气间接冷却等可以实现快速冷却的方式和设备，将二次挥发的气态As2O3在此冷却为固态As2O3粉体。二次收砷器，形式同一次塑烧板收砷器，均为具有在线喷吹清灰功能的箱式结构的塑烧板收砷设备形式。
二次塑烧板收砷器得到的二次提纯的固态As2O3粉体，再输送至还原装置，采用碳还原或氢气还原等还原工艺，将As2O3还原为单质砷或金属砷，还原剩余物质返回到有色熔炼系统配料中。
下面将进一步结合附图来详细说明本发明。
含砷的有色金属矿物原料，在各种形式的熔炼炉或炉窑内熔炼或焙烧，砷的硫化物或化合物被氧化为As2O3进入到烟气中，同时烟气中还含有粉尘、SO2、SO3、CO、CO2、NOX等气体成分。高温烟气经过余热锅炉1回收热量后温度降低至350-400℃，进入电除尘器2利用高压静电去除绝大部分粉尘。因此经过有色冶炼烟气除尘设备电除尘后烟气的温度≤400℃，优选≤380℃，更优选为300-360℃。
除尘后烟气再进入一次骤冷器3内，溶液配送装置4输送而来的碱性溶液，与空气压缩机5输送而来的压缩空气，在一次骤冷器3内经流化喷头混合雾化，与高温烟气充分接触，烟气温度降低至110-170℃，气体中的As2O3凝固为固态粉体，气体中的SO3被碱性物质中和为硫酸盐固态粉体。骤冷器是指采用喷淋液体雾化直接快速冷却烟气的立式、卧式或其他可以实现该功能的设备等，其形式不做特别限定。所述雾化碱性溶液，可采取压缩空气雾化方式，亦可采取高压溶液直接雾化方式等。骤冷器出口气体温度110-170℃，优选120-160℃。一次骤冷器中所用的碱性溶液为Ca(OH)2、NaOH及其他碱性物质溶液等其中的一种或几种的复配混合物以解决有色冶炼烟气中低露点SO3等组分。
气固混合物部分自一次骤冷器3内下落收集，绝大部分进入一次塑烧板收砷器6，As2O3和硫酸盐粉体通过输送设备7集中收集，过滤后烟气去后续处理工艺，如制酸工序。本发明采用的一次As2O3收集设备除为塑烧板收砷器外，也可以采用布袋收砷器等。但优选为塑烧板收砷器，其具有耐酸、抗结露、耐高湿烟气、除尘效率高达99.99%等特点，特别适应本发明烟气条件特点。
一次骤冷器3及一次塑烧板收砷器6收集的含As2O3、硫酸盐固态粉体混合物，经输送设备7集中收集收送进入煅烧挥发窑8内，通过外部加热方式加热到280-350℃，混合物中的As2O3固态粉体升华为气态。用于含As2O3、硫酸盐固体混合物的煅烧挥发窑，宜采用连续运转设备，加热方式可采取电加热、天然气或煤气加热等可以实现均匀外部加热的方式；As2O3挥发到气体中自窑内排出，硫酸盐等固体物质自窑尾排出。回转窑为气密设备，烟气输送动力由二次塑烧板收砷器后引风机11提供。
含气态As2O3的烟气通过管道进入二次骤冷器9内，气态As2O3再次凝固为As2O3固态粉体，并随气流进入二次塑烧板收砷器10中，As2O3固态粉体得以过滤集中收集，过滤后烟气经引风机11输送并入去后续制酸工序烟气管道。二次骤冷器宜采用强制空气间接冷却等可以实现快速冷却的方式和设备，将二次挥发的气体As2O3在此冷却为固体As2O3。二次收砷器形式同一次塑烧板收砷器，均为具有在线喷吹清灰功能的箱式滤袋结构的塑烧板收砷设备形式。
二次塑烧板收砷器10得到的二次提纯的As2O3固态粉体，再输送至还原装置12，采用碳还原或氢气还原等还原工艺，将As2O3还原为单质砷或金属砷。提纯剩余物质，返回到有色熔炼系统配料中。
上面结合附图和具体实施例对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种提取砷的清洁生产装备，其特征在于，所述装备包括热量回收装置、除尘装置、骤冷装置、收砷装置、输送装置、煅烧装置及砷回收装置，其中骤冷装置包括一次骤冷装置及二次骤冷装置，收砷装置包括一次收砷装置及二次收砷装置，连接关系为热量回收装置的烟气出口连接至除尘装置入口，除尘装置烟气出口连接至一次骤冷装置入口，烟气在一次骤冷装置中冷却后产生的气固混合物进入一次收砷装置，在一次收砷装置中过滤分离后，气体排出进入后段处理工艺，一次收砷装置中分离出来的粉体和一次骤冷装置中剩余的固体一起经过输送装置送至煅烧装置，煅烧装置中煅烧后产生的气体进入二次骤冷装置，而固体则进入无害化处理工序，二次骤冷装置中产生的气固混合物送入二次收砷装置过滤处理，经过二次收砷装置过滤后产生的气体排出进入后段处理工艺，所产生的高品质氧化砷粉体则进入砷回收装置进行处理，其中，所用的一次骤冷装置为雾化碱性溶液骤冷装置，一次骤冷装置连接有碱性溶液配送装置，碱性溶液配送装置将碱性溶液送入一次骤冷装置中雾化并喷淋从除尘装置进入一次骤冷装置的烟气，使烟气骤冷至110-170℃，所用的二次骤冷装置为采用空气作为冷却剂间接冷却的气冷式骤冷装置，在二次收砷装置的气体出口安装有引风机，作为煅烧装置的烟气输送动力。
2.如权利要求1所述的提取砷的清洁生产装备，其特征在于，一次和二次收砷装置为采用塑烧板作为过滤介质的塑烧板收砷器。
3.如权利要求1所述的提取砷的清洁生产装备，其特征在于，所用的煅烧装置为采取均匀外部加热方式的煅烧挥发窑。
4.如权利要求1所述的提取砷的清洁生产装备，其特征在于，所述提取砷的清洁生产装备还配接有空气压缩机，空气压缩机连接在碱性溶液配送装置将碱性溶液输送至一次骤冷装置的管路上以实现碱性溶液在一次骤冷装置内的加压雾化喷淋。
5.如权利要求1所述的提取砷的清洁生产装备，其特征在于，所述砷回收装置包括氧化砷还原设备，其中二次收砷器收集的氧化砷粉体在该氧化砷还原设备中还原成金属砷或单质砷，还原剩余物质则返回到有色熔炼系统配料中。
6.一种提取砷的清洁生产工艺方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、一次收砷：含砷烟气经过热量回收和除尘处理后，进入一次骤冷装置，在一次骤冷装置中冷却后产生的气固混合物进入一次收砷装置过滤收集含砷粉体，过滤后产生的烟气气体进入后段烟气处理工艺，过滤后产生的含砷粉体及一次骤冷装置中的残余固体一起通过输送装置输送至煅烧装置；
S2、煅烧：将上一步骤一次收砷步骤中送来的粉体在煅烧装置中进行均匀加热至280-350℃进行煅烧，使混合物中的氧化砷升华为气态，煅烧后产生的固体进入固体无害化处理工序，而含砷气体则进入二次收砷步骤；
S3、二次收砷：将上一步骤煅烧步骤送来的含砷烟气送至二次骤冷装置，在二次骤冷装置中将含砷烟气冷却产生气体和氧化砷粉体的气固混合物，气固混合物进入二次收砷装置进行气固分离，所分离出来的气体进入后段烟气处理工艺，氧化砷粉体则进入砷回收工序；
S4、砷回收：上一步骤二次收砷步骤分离获得的氧化砷粉体进入砷回收装置，砷回收装置包括还原装置，在还原装置中将二次收砷步骤中获得的氧化砷粉体进行还原得到金属砷或单质砷，
其中，一次骤冷装置为碱性溶液雾化喷淋骤冷装置，输入一次骤冷装置的含砷烟气经过碱性溶液喷淋使烟气被骤冷至110-170℃并且烟气被碱性溶液中和，二次骤冷装置为采用空气作为冷却剂的空气间接骤冷装置，其中在一次骤冷气相中和过程中产生硫酸盐粉体，所述粉体与一次骤冷装置中的其它残余固体及一次收砷装置中过滤产生的含砷粉体一起通过输送装置送入煅烧装置。
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