CN107326186A - 一种处理含锌废渣的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种处理含锌废渣的系统及方法。此系统包括：混合装置、热解炉、铅锌收集器、集液瓶、引风机和储气柜；混合装置的混合料出口连接热解炉的混合料入口，热解炉的混合气体出口连接铅锌收集器的第一冷凝管的混合气体入口，铅锌收集器的热解气出口连接集液瓶的第二冷凝管的热解气入口，集液瓶的可燃气出口连接引风机的气体入口；引风机的气体出口连接储气柜的可燃气入口。本发明设备简单，工艺流程短，利用生物质热解产生的热解气还原含锌废渣中的金属氧化物，可回收铅锌等金属单质。

Description

一种处理含锌废渣的系统及方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种处理含锌废渣的系统及方法。

背景技术

在金属冶炼过程中，往往会附带产生一定量的冶金尘泥和冶炼渣，如钢铁厂烧结、高炉、电炉部分产生的除尘灰，还有锌、铅、铜等金属冶炼过程的含锌废渣。这些冶炼废渣中仍然含有大量的可回收的有价金属，如锌、铅、铁等。加强此类冶炼渣的回收利用有利于提高资源回收率。目前，有效的冶炼方法主要通过火法工艺来进行回收。如在回转窑、烟化炉或者转底炉中以煤基直接还原为基本原理，将冶炼废渣中锌、铅等化合物还原后挥发，再通过配套的收尘系统进行回收，得到含锌粉尘。

然而，在回转窑、烟化炉或者转底炉中以煤基直接还原的方法确实能回收铅锌粉尘，但是通常情况下得到的都是铅、锌粉尘的氧化物，也称之为次氧化锌粉，很难得到纯净的单质铅、锌，次氧化锌粉的后续提纯工艺流程长且复杂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种处理含锌废渣的系统及方法，将固体废弃物混合后进行热解处理，能够回收含锌粉尘中的铅锌等金属单质，同时回收可燃气、生物质液和含碳铁渣等可二次利用的资源。

本发明的目的之一是提供一种处理含锌废渣的系统，包括：

混合装置，设有含锌废渣入口、生物质入口和混合料出口；

热解炉，设有混合料入口、混合气体出口和含碳铁渣出口，所述混合装置的混合料出口连接所述热解炉的混合料入口；

铅锌收集器，包括第一冷凝管和热解气出口，所述第一冷凝管与所述铅锌收集器的内腔连通，所述第一冷凝管设有混合气体入口，所述热解炉的混合气体出口连接所述第一冷凝管的混合气体入口；

精馏器，所述精馏器设有粗铅锌混合物入口，所述铅锌收集器设有粗铅锌混合物出口，所述铅锌收集器的粗铅锌混合物出口连接所述精馏器的粗铅锌混合物入口；

集液瓶，包括第二冷凝管和可燃气出口，所述第二冷凝管连通所述集液瓶的内腔，所述第二冷凝管设有热解气入口，所述铅锌收集器的热解气出口连接所述第二冷凝管的热解气入口；

引风机，设有气体入口和气体出口，所述集液瓶的可燃气出口连接所述引风机的气体入口；

储气柜，设有可燃气入口，所述引风机的气体出口连接所述储气柜的可燃气入口。

作为本发明优选的方案，所述热解炉的内腔设有螺旋搅拌杆。

作为本发明优选的方案，所述储气柜上安装有气体采样管。

本发明的系统进一步包括熔分炉，所述熔分炉设有含碳铁渣入口，所述热解炉的含碳铁渣出口连接所述熔分炉的含碳铁渣入口。

本发明的另一目的是提供一种利用上述的系统处理含锌废渣的方法，包括以下步骤：

A、将含锌废渣和生物质混合，获得混合料；

B、将所述混合料送入热解炉中进行热解，生成热解气和含碳铁渣，部分所述热解气作为还原气与所述混合料中的金属氧化物发生还原反应，生成金属铅、金属锌、金属铁；所述金属铅和金属锌受热挥发，形成铅锌蒸汽，所述含碳铁渣排出所述热解炉；

C、将所述铅锌蒸汽与剩余热解气通入第一冷凝管，在150～300℃进行冷却，获得粗铅锌混合物和冷却热解气，所述粗铅锌混合物下落至铅锌收集器的内腔；

D、将所述冷却热解气通入所述第二冷凝管，在100℃以下进行冷却，获得生物质液和可燃气，所述生物质液流入集液瓶的内腔；

E、所述可燃气通过引风机进入储气柜。

F、将所述铅锌收集器中的粗铅锌混合物进行精馏处理，获得单质锌和单质铅。

本发明的方法中，所述热解炉中的温度为800～1100℃。

作为优选的方案，所述步骤A中，含锌废渣和生物质的质量比为(50～20):(50～80)。

进一步的，所述含锌废渣为钢铁厂除尘灰、铅冶炼废渣、锌冶炼废渣、铜冶炼废渣中的一种或多种。

进一步的，所述生物质为锯末、树枝、秸秆中的一种或多种。

本发明提供的处理含锌废渣的系统及方法，将生物质与含锌废渣混合后通过热解设备进行热解处理，可以利用生物质热解产生的热解气还原含锌废渣中的金属氧化物，回收铅锌等金属单质；含锌废渣中铁氧化物被还原后生成的金属铁对生物质的热解起到催化作用，促进生物质的进一步热解，从而促进热解气的产生，促进还原反应的进行；生物质热解后产生的残碳对热解后剩余的含碳铁渣熔分过程起到增碳剂的作用，促进的铁的进一步还原，不用外配焦炭，降低碳消耗。

附图说明

图1是本发明实施例系统的结构示意图。

图2是本发明实施例方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。

如图1所示，本发明实施例提供一种处理含锌废渣的系统，包括：混合装置1、热解炉2、铅锌收集器3、集液瓶4、引风机5、储气柜6、精馏器7和熔分炉8。本实施例的系统将含锌废渣和生物质混合后进行热处理，一方面能够回收含锌废渣中的铅锌等金属单质，另一方面还原后铁氧化物又能对生物质的热解起到催化热解作用，回收可燃气、生物质液、含碳铁渣等二次利用的资源。

混合装置1为物料的混合设备，本实施例的混合装置1为机械搅拌器。混合装置1包括含锌废渣入口、生物质入口和混合料出口，含锌废渣和生物质在混合装置1形成混合料。

优选的，将含锌废渣破碎至5mm以下，优选3～5mm，破碎至该粒度既有利于与生物质的充分接触与混合又有利于铅锌的还原与挥发。将生物质粒度破碎至5cm以下，优选3～5cm，破碎至该粒度其产气率明显提高，而热解液和半焦的产率则降低，物料进入热解炉2后，热解炉2内传热条件得到改善，不但平均温度得到提高，而且温度梯度减小，这样物料可以在较高的温度下进行热解反应，生成更多的气体。

热解炉2用于混合料的热解，设有混合料入口、混合气体出口和含碳铁渣出口，混合装置1的混合料出口连接热解炉2的混合料入口。热解炉的内腔设有螺旋搅拌杆21，螺旋搅拌杆21可使得热解炉2内的混合料更均匀的受热。混合料在热解炉2中的布料厚度为80～200mm，优选80～150mm。通过加热器22对混合料进行加热，发生热解反应，生成热解气和含碳铁渣。其中，热解气的主要成分为甲烷、氢气和一氧化碳等还原性气体，可以直接参与还原反应，将混合料中的铅、锌、铁等金属氧化物还原成金属单质，当铅、锌等可挥发的物质在热解温度达到其挥发温度时，形成铅锌蒸汽，其随剩余的热解气一并由混合气体出口排出。

热解炉2内的温度控制在800～1100℃，优选1000℃～1100℃，该温度下能够提高混合料的加热速率，较快的加热方式使得挥发分在高温环境下的停留时间增加，生物质液产率下降、气体产率增加，有助于还原反应的进行，同时又能够保证铅锌达到挥发温度充分挥发。热解时间控制在0.5～3h(小时)，优选1～2.5h，这样有利于生物质的充分热解，也有利于铅锌的还原反应的进行，以便回收单质铅、锌。

铅锌收集器3可回收铅锌蒸汽与热解气的混合气体中的铅和锌，包括第一冷凝管31和热解气出口。第一冷凝管31位于铅锌收集器3的上部，与铅锌收集器3的内腔连通，热解气出口位于铅锌收集器3内腔的上方。第一冷凝管31设有混合气体入口，热解炉2的混合气体出口连接第一冷凝管31的混合气体入口。铅熔点为327℃，锌熔点为419℃，混合气体由热解炉2进入第一冷凝管31，在150～300℃，优选150～200℃进行冷却，该温度下混合气体中的铅、锌冷凝后发生沉降，粗铅锌混合物落入铅锌收集器3内腔的底部，冷却热解气由热解气出口排出。

集液瓶4可用来收集生物质液，包括第二冷凝管41和可燃气出口。第二冷凝管41的下部连通集液瓶的内腔，可燃气出口位于集液瓶4内腔的上部。第二冷凝管41设有热解气入口，铅锌收集器3的热解气出口连接第二冷凝管41的热解气入口。铅锌收集器3排出的冷却热解气进入第二冷凝管41，第二冷凝管41的温度控制在100℃以下，优选30～50℃，该温度下生物质液和可燃气发生分离，生物质液落入集液瓶4的内腔，可燃气由可燃气出口排出。

引风机5为抽气设备，设有气体入口和气体出口，集液瓶4的可燃气出口连接引风机5的气体入口。引风机5可将集液瓶4内的气体抽出，使得气体由热解炉2依次通过第一冷凝管31、第二冷凝管41后由引风机5排出。

储气柜6为可燃气的储存设备，设有可燃气入口，引风机5的气体出口连接储气柜6的可燃气入口。储气柜6附带气体采样管61，可检测储气柜内的气体成分。

精馏器7设有粗铅锌混合物入口，铅锌收集器3设有粗铅锌混合物出口，铅锌收集器3的粗铅锌混合物出口连接精馏器7的粗铅锌混合物入口。精馏器7内的温度维持约1000℃，在此温度下大部分的铅会挥发。粗铅锌混合物进入精馏器7后，锌受热挥发后冷凝收集，获得单质锌，铅留在精馏器7的底部。精馏器7由若干个碳化硅塔盘叠加而成，一般可产出99.99％的精锌，回收率可达99％。

熔分炉8设有含碳铁渣入口，热解炉2的含碳铁渣出口连接熔分炉8的含碳铁渣入口。含碳铁渣进入熔分炉8进行熔分处理，渣铁分离，得到铁水和残渣，热解后产生的残碳对于物料熔分过程的深还原起到增碳剂的作用，促进的铁的进一步还原，不用外配焦炭，降低碳消耗。

如图2所示，另一方面，本实施例提供一种利用上述的系统处理含锌废渣的方法，包括以下步骤：

1、将含锌废渣和生物质混合，获得混合料；含锌废渣和生物质的质量比为(50～20):(50～80)，优选(40～20):(60～80)。

2、将混合料送入热解炉中，布料厚度控制在80～200mm，优选80～150mm，在800～1100℃进行热解，优选1000～1100℃，生成热解气，部分热解气作为还原气与混合料中的金属氧化物发生反应，生成金属铅、金属锌、金属铁；金属铅和金属锌受热挥发，形成铅锌蒸汽；所得含碳铁渣排出热解炉；热解时间控制在0.5～3h，优选1～2.5h。

3、将铅锌蒸汽与剩余热解气通入第一冷凝管，在150～300℃进行冷却，优选150～200℃，获得粗铅锌混合物和冷却热解气，粗铅锌混合物下落至铅锌收集器的内腔。

4、将冷却热解气通入第二冷凝管，在100℃以下进行冷却，优选30～50℃，获得生物质液和可燃气，生物质液流入集液瓶的内腔。

5、可燃气通过引风机送入储气柜；储气柜上的气体采样管可检测气体成分。

6、将铅锌收集器中的粗铅锌混合物进行精馏处理，获得单质锌和单质铅。

7、将含碳铁渣送入熔分炉进行熔分，获得铁水和残渣。

本发明实施例的含锌废渣为钢铁厂除尘灰、铅冶炼废渣、锌冶炼废渣、铜冶炼废渣中的一种或多种，含锌废渣中一般含有锌2～18％(质量比)，铅1～12％，铁10～30％，另含有微量的铟、银、锗等易还原挥发的元素。所用含锌废渣粒度破碎至5mm以下，优选3～5mm，破碎至该粒度既有利于与生物质的充分接触与混合，又有利于铅锌的还原与挥发。

本实施例的生物质为锯末、树枝、秸秆中的一种或多种。高挥发分的生物质产气率较高，便于含铅锌粉尘的还原。所用生物质粒度破碎至5cm以下，优选3～5cm。破碎至该粒度，其产气率明显提高而热解液和半焦的产率则降低，物料进入热解炉后，热解炉内传热条件得到改善，不但平均温度得到提高，而且温度梯度减小，这样物料可以在较高的温度下进行热解反应，生成更多的气体。

实施例1

1、将烘干破碎后铁矾渣(锌含量6.8％，铅含量3.2％、铁含量15.8％)和生物质混合，获得混合料；铁矾渣和生物质的质量比为50:50；其中铁矾渣粒度为3～5mm的占80％以上质量比，生物质秸秆的粒度为3～5cm的占90％以上质量比。

2、将混合料送入热解炉中，布料厚度控制在90～110mm，在1000℃生成热解气，热解时间2h，部分热解气作为还原气与混合料中的金属氧化物发生反应，生成金属铅、金属锌、金属铁；金属铅和金属锌受热挥发，形成铅锌蒸汽；所得含碳铁渣排出热解炉。

3、将铅锌蒸汽与剩余热解气通入第一冷凝管，在200℃进行冷却，获得粗铅锌混合物和冷却热解气，粗铅锌混合物下落至铅锌收集器的内腔。

4、将冷却热解气通入第二冷凝管，在50℃进行冷却，获得生物质液和可燃气，生物质液流入集液瓶的内腔。

5、可燃气通过引风机送入储气柜；储气柜上的气体采样管可检测气体成分。

6、将铅锌收集器中的粗铅锌混合物进行精馏处理，获得单质锌和单质铅，粗铅锌混合物中单质锌的含量为97.86％，单质铅的含量为1.85％。

7、将含碳铁渣送入熔分炉进行熔分，获得铁水和残渣，其中铁品位为95.6％，回收率为96.2％。

实施例2

1、将烘干破碎后锌浸出渣(锌含量17.8％，铅含量2.5％、铁含量23.5％)和生物质秸秆混合，获得混合料；锌浸出渣和生物质秸秆的质量比为40:60；其中锌浸出渣粒度为3～5mm的占80％以上质量比，生物质秸秆的粒度为3～5cm的占90％以上质量比。

2、将混合料送入热解炉中，布料厚度控制在80～100mm，在1100℃生成热解气，热解时间1h，部分热解气作为还原气与混合料中的金属氧化物发生反应，生成金属铅、金属锌、金属铁；金属铅和金属锌受热挥发，形成铅锌蒸汽；所得含碳铁渣排出热解炉。

3、将铅锌蒸汽与剩余热解气通入第一冷凝管，在150℃进行冷却，获得粗铅锌混合物和冷却热解气，粗铅锌混合物下落至铅锌收集器的内腔。

4、将冷却热解气通入第二冷凝管，在30℃进行冷却，获得生物质液和可燃气，生物质液流入集液瓶的内腔。

5、可燃气通过引风机送入储气柜；储气柜上的气体采样管可检测气体成分。

6、将铅锌收集器中的粗铅锌混合物进行精馏处理，获得单质锌和单质铅，粗铅锌混合物中单质锌的含量为98.28％，单质铅的含量为1.58％。

7、将含碳铁渣送入熔分炉进行熔分，获得铁水和残渣，其中铁品位为96.2％，回收率为96.8％。

实施例3

1、将烘干破碎后锌浸出渣(锌含量14.6％，铅含量1.6％、铁含量25.6％)和生物质秸秆混合，获得混合料；锌浸出渣和生物质秸秆的质量比为20:80；其中锌浸出渣粒度为3～5mm的占80％以上质量比，生物质秸秆的粒度为3～5cm的占90％以上质量比。

2、将混合料送入热解炉中，布料厚度控制在150～200mm，在800℃生成热解气，热解时间3h，部分热解气作为还原气与混合料中的金属氧化物发生反应，生成金属铅、金属锌、金属铁；金属铅和金属锌受热挥发，形成铅锌蒸汽；所得含碳铁渣排出热解炉。

3、将铅锌蒸汽与剩余热解气通入第一冷凝管，在300℃进行冷却，获得粗铅锌混合物和冷却热解气，粗铅锌混合物下落至铅锌收集器的内腔。

4、将冷却热解气通入第二冷凝管，在40℃进行冷却，获得生物质液和可燃气，生物质液流入集液瓶的内腔。

5、可燃气通过引风机送入储气柜；储气柜上的气体采样管可检测气体成分。

6、将铅锌收集器中的粗铅锌混合物进行精馏处理，获得单质锌和单质铅，粗铅锌混合物中单质锌的含量为98.86％，单质铅的含量为0.86％。

7、将含碳铁渣送入熔分炉进行熔分，获得铁水和残渣，其中铁品位为96.8％，回收率为97.3％。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (7)

1.一种处理含锌废渣的系统，其特征在于，包括：

混合装置，设有含锌废渣入口、生物质入口和混合料出口；

热解炉，设有混合料入口、混合气体出口和含碳铁渣出口，所述混合装置的混合料出口连接所述热解炉的混合料入口；

铅锌收集器，包括第一冷凝管和热解气出口，所述第一冷凝管与所述铅锌收集器的内腔连通，所述第一冷凝管设有混合气体入口，所述热解炉的混合气体出口连接所述第一冷凝管的混合气体入口；

精馏器，所述精馏器设有粗铅锌混合物入口，所述铅锌收集器设有粗铅锌混合物出口，所述铅锌收集器的粗铅锌混合物出口连接所述精馏器的粗铅锌混合物入口；

集液瓶，包括第二冷凝管和可燃气出口，所述第二冷凝管连通所述集液瓶的内腔，所述第二冷凝管设有热解气入口，所述铅锌收集器的热解气出口连接所述第二冷凝管的热解气入口；

引风机，设有气体入口和气体出口，所述集液瓶的可燃气出口连接所述引风机的气体入口；

储气柜，设有可燃气入口，所述引风机的气体出口连接所述储气柜的可燃气入口。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热解炉的内腔设有螺旋搅拌杆。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储气柜上安装有气体采样管。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括熔分炉，所述熔分炉设有含碳铁渣入口，所述热解炉的含碳铁渣出口连接所述熔分炉的含碳铁渣入口。

5.一种利用权利要求1～4任一所述的系统处理含锌废渣的方法，其特征在于，包括步骤：

A、将含锌废渣和生物质混合，获得混合料；

B、将所述混合料送入热解炉中进行热解，生成热解气和含碳铁渣，部分所述热解气作为还原气与所述混合料中的金属氧化物发生还原反应，生成金属铅、金属锌、金属铁；所述金属铅和金属锌受热挥发，形成铅锌蒸汽，所述含碳铁渣排出所述热解炉；

C、将所述铅锌蒸汽与剩余热解气通入第一冷凝管，在150～300℃进行冷却，获得粗铅锌混合物和冷却热解气，所述粗铅锌混合物下落至铅锌收集器的内腔；

D、将所述冷却热解气通入所述第二冷凝管，在100℃以下进行冷却，获得生物质液和可燃气，所述生物质液流入集液瓶的内腔；

E、所述可燃气通过引风机进入储气柜。

F、将所述铅锌收集器中的粗铅锌混合物进行精馏处理，获得单质锌和单质铅。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热解炉中的温度为800～1100℃。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，含锌废渣和生物质的质量比为(50～20):(50～80)。