CN109554536A - 一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固废处理技术领域，公开了一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置及方法。将重金属危险固体废弃物经干燥研磨过筛，加入氯化剂或氯化剂与其他助剂混合均匀，然后通过高位料斗加入到氯化焙烧室中；设置压力为1～105Pa，进行抽真空处理，然后设置加热温度为200～600℃，对氯化焙烧室中的物料进行搅拌加热焙烧处理0.5～2h；所产生的挥发性金属氯化物，经管道被盛有吸收液的气体吸收室收集；氯化焙烧室中所得剩余烧渣经水洗后压滤、干燥，得到脱毒渣。本发明的装置及方法操作简单方便，能够同时实现废渣解毒与资源回收，整个工艺路线无三废产生，经济效益和社会效益显著。
Description
技术领域
本发明属于固废处理技术领域，具体涉及一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置及方法。
背景技术
近年来，电镀、精细化工等行业产生的重金属危险固体废物产生量巨大，是一种普遍存在的典型污染物。目前重金属废渣的处理主流技术是原位固化法，但该技术不仅会导致重金属的缓释和二次毒性，而且无法解决固废在环境中的持续性累积。重金属在环境中的大量存在，无可避免的会进入人类食物链，长期危害人类健康。因此，发展一种彻底的提取技术，从根本上减少有毒有害物质，是重金属固体废物处置领域的迫切需求。
氯化焙烧技术主要用于冶金行业，主要原因分为三点。其一，氯元素在一定条件下较易与大多金属或其氧化物发生反应，从而可以得到易溶于水、乙醇等溶剂或是熔点低、易于挥发的金属氯化物，根据金属氯化物上述特性，能够使目的金属分离；其二，与其他火法冶金方法相比，氯化焙烧法在一定程度上能降低焙烧温度，节约能源；最后，由于不同金属其本身的性质差异，导致其氯化的难易程度有别，所生成的金属氯化物的性质也存在明显差异，故对于组分复杂的矿物，采用氯化焙烧的方法能够有效分离富集不同金属，达到综合利用的目的。而众所周知，真空条件下能够改变物质挥发饱和蒸气压，有利于金属氯化物的挥发。但目前尚未有真空条件下采用氯化焙烧处理重金属危险固体废弃物的完整装置及应用方法的报道。
中国专利“一种从冶炼废渣中选择性回收汞的方法”(CN 108034808 A)考虑到了氯化焙烧方法对重金属的选择性分离作用，在富氧条件下，采用中低温氯化焙烧使废渣中硫化汞、硒化汞等转化为易挥发的氯化汞，通过碱液吸收，再水解，回收氧化汞。但是这种方法需要通入大量体积分数大于50％的O2的富氧气体，虽然能够提高氯化汞的挥发效率，但同时也为处理过程带来不安全因素。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置。
本发明的另一目的在于提供一种真空氯化焙烧处理重金属危废的方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置，包括氯化焙烧室，氯化焙烧室上设置气体吸收室和带密封盖的高位料斗，气体吸收室和带密封盖的高位料斗通过管道与氯化焙烧室内部连通，气体吸收室连接真空泵；所述氯化焙烧室内设置搅拌装置。
进一步地，所述气体吸收室与真空泵之间设置压力控制阀和真空计。
进一步地，所述搅拌装置分为上部刮片与下部物料搅拌器，上部刮片位于氯化焙烧室顶部。上部刮片用于刮去挥发凝结在氯化焙烧室顶部的物质，下部物料搅拌器使物料充分混合，并且受热均匀。
进一步地，所述氯化焙烧室外表面设置保温层和温度控制器。用于控制氯化焙烧室内的温度。氯化焙烧室底部设置支架。
一种真空氯化焙烧处理重金属危废的方法，包括如下步骤：
(1)将重金属危险固体废弃物经干燥研磨过筛，加入氯化剂或氯化剂与其他助剂混合均匀，然后通过高位料斗加入到氯化焙烧室中；
(2)设置压力为1～105Pa，进行抽真空处理，然后设置加热温度为200～600℃，对氯化焙烧室中的物料进行搅拌加热焙烧处理0.5～2h；
(3)步骤(2)所产生的挥发性金属氯化物，经管道被盛有吸收液的气体吸收室收集；氯化焙烧室中所得剩余烧渣经水洗后压滤、干燥，得到脱毒渣。
进一步地，步骤(1)中所述重金属危险固体废弃物是指铬渣、电镀污泥、含铅废渣、砷渣或钢渣。
优选地，步骤(1)中所述氯化剂为盐酸、氯化镁、氯化钙、氯化铵、氯化锌、氯化铜、氯化铁、氯化钾、氯气中的至少一种。
优选地，步骤(1)中所述其他助剂为SiO2。
优选地，步骤(1)中所述重金属危险固体废弃物与氯化剂或氯化剂与其他助剂加入的质量比为1:(0.5～5)。
优选地，步骤(3)中所述的吸收液为纯水、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氢氧化钠溶液中的至少一种。
进一步地，步骤(3)中所述气体吸收室收集得到的产物经过滤回收重金属，所得滤液经蒸发、结晶得到氯化剂重复使用。
进一步地，步骤(3)中所述剩余烧渣与水洗液的固液质量比为1:(1.5～10)。
进一步地，步骤(3)中所述压滤后的滤液经蒸发、结晶得到氯化剂重复使用。
本发明的原理如下：
由于重金属危险固体废弃物成分复杂，重金属在其中的存在形式多种多样，重金属缓慢扩散和溶出既包括表面游离态和吸附态的金属，也包括固体颗粒内部包夹的可溶性重金属。因此选择真空氯化焙烧法，在不同焙烧温度条件下能使大部分金属或金属化合物反应生成对应的金属氯化物，这些金属氯化物的物化性质具有差异；同时由于真空中饱和蒸气压改变，能够提高挥发性金属氯化物的挥发效率，通过与吸收剂中的沉淀剂进行反应，金属氯化物在低温水溶液形成固体沉淀或金属氯化物与吸收液中的沉淀剂如NaOH、Na2CO3、NaHCO3生成氢氧化物或碳酸盐沉淀，经固液分离后回收，达到重金属分离的目的，最终增加重金属的再回收率。
相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明涉及的真空氯化焙烧装置操作简单方便，能够同时实现废渣解毒与资源回收，整个工艺路线无三废产生，经济效益和社会效益显著。
(2)本发明采用的真空氯化焙烧技术，焙烧温度低，能源消耗小，适用于多种重金属危险废弃物，处理后的滤渣浸出重金属的含量低于国家标准(HJ/T301-2007)一般工业固体废渣的限制。
(3)本发明方法工艺流程简单，成本低廉，同时具有额外的经济效益，适于工程放大及规模化应用，所述的装置为工程化应用设备提供了参考。
(4)本发明所述装置及工艺方法对矿产中稀贵重金属的提取同样具有借鉴意义。
附图说明
图1为本发明实施例中一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置的结构示意图。图中编号说明如下：1-氯化焙烧室，2-气体吸收室，3-带密封盖的高位料斗，4-真空泵，5-压力控制阀，6-真空计，7-上部刮片，8-下部物料搅拌器，9-保温层，10-温度控制器，11-支架。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置，其结构示意图如图1所示，包括氯化焙烧室1，氯化焙烧室1上设置气体吸收室2和带密封盖的高位料斗3，气体吸收室2和带密封盖的高位料斗3通过管道与氯化焙烧室1内部连通，气体吸收室2连接真空泵4，气体吸收室2与真空泵4之间设置压力控制阀5和真空计6；所述氯化焙烧室1内设置搅拌装置，搅拌装置分为上部刮片7与下部物料搅拌器8，上部刮片7位于氯化焙烧室1顶部(高于气体吸收室和带密封盖的高位料斗与氯化焙烧室内部连通的管道口)；氯化焙烧室1外表面设置保温层9和温度控制器10，氯化焙烧室1底部设置支架11。利用该装置通过真空氯化焙烧处理重金属危废的方法，具体操作步骤如下：
(1)取0.5t经干燥研磨过筛后的废铅膏与0.2t氯化钙及0.3t二氧化硅混合置于高位料斗，从而进入氯化焙烧室中，盖上高位料斗密封盖，压力控制阀设置为1Pa，气体吸收室吸收液为纯水，打开真空泵，进行抽真空。打开搅拌装置，使搅拌装置的上部刮片与下部物料搅拌器运行。温度控制器设置以10℃/min的升温速率升至550℃，焙烧时间设定为0.5h，焙烧后，自然缓慢冷却至室温；
(2)将压力调回正常气压，关闭真空泵，将气体吸收室其中的固液混合物进行过滤，得到PbCl3沉淀及滤液，将固体物质烘干；
(3)从氯化焙烧室底部的出料口取出剩余烧渣，加入自来水进行洗涤，然后通过板框压滤机压滤得到脱毒渣及滤液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的滤液加热蒸发结晶，得到氯化钙。
本实施例所得脱毒渣的浸出液中铅浓度为0.005mg/L，得到氯化铅的纯度高达99％以上。
实施例2
本实施例的一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置，其结构示意图如图1所示，包括氯化焙烧室1，氯化焙烧室1上设置气体吸收室2和带密封盖的高位料斗3，气体吸收室2和带密封盖的高位料斗3通过管道与氯化焙烧室1内部连通，气体吸收室2连接真空泵4，气体吸收室2与真空泵4之间设置压力控制阀5和真空计6；所述氯化焙烧室1内设置搅拌装置，搅拌装置分为上部刮片7与下部物料搅拌器8，上部刮片7位于氯化焙烧室1顶部(高于气体吸收室和带密封盖的高位料斗与氯化焙烧室内部连通的管道口)；氯化焙烧室1外表面设置保温层9和温度控制器10，氯化焙烧室1底部设置支架11。利用该装置通过真空氯化焙烧处理重金属危废的方法，具体操作步骤如下：
(1)取1.0t经干燥研磨过筛后的铬渣与0.5t氯化铵混合置于高位料斗，从而进入氯化焙烧室中，盖上高位料斗密封盖，压力控制阀设置为常压，气体吸收室吸收液为1mol/LNaOH溶液，打开真空泵，进行抽真空。打开搅拌装置，使搅拌装置的上部刮片与下部物料搅拌器运行。温度控制器设置以10℃/min的升温速率升至300℃，焙烧时间设定为2.0h，焙烧后，自然缓慢冷却至室温；
(2)关闭真空泵，将气体吸收室其中的固液混合物进行过滤，得到Cr(OH)3沉淀及滤液，将固体物质烘干回收；
(3)从氯化焙烧室底部的出料口取出剩余烧渣，加入自来水进行洗涤，然后通过板框压滤机压滤得到脱毒渣及滤液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的滤液加热蒸发结晶，得到氯化物。
本实施例的原始铬渣浸出六价铬浓度为416mg/L，处理后滤渣浸出六价铬浓度为0.164mg/L。
实施例3
本实施例的一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置，其结构示意图如图1所示，包括氯化焙烧室1，氯化焙烧室1上设置气体吸收室2和带密封盖的高位料斗3，气体吸收室2和带密封盖的高位料斗3通过管道与氯化焙烧室1内部连通，气体吸收室2连接真空泵4，气体吸收室2与真空泵4之间设置压力控制阀5和真空计6；所述氯化焙烧室1内设置搅拌装置，搅拌装置分为上部刮片7与下部物料搅拌器8，上部刮片7位于氯化焙烧室1顶部(高于气体吸收室和带密封盖的高位料斗与氯化焙烧室内部连通的管道口)；氯化焙烧室1外表面设置保温层9和温度控制器10，氯化焙烧室1底部设置支架11。利用该装置通过真空氯化焙烧处理重金属危废的方法，具体操作步骤如下：
(1)取1.0t经干燥研磨过筛后的含铬电镀镍泥与0.5t浓盐酸混合置于高位料斗，从而进入氯化焙烧室中，盖上高位料斗密封盖，压力控制阀设置为常压，气体吸收室吸收液为0.5mol/L NaOH溶液，打开真空泵，进行抽真空。打开搅拌装置，使搅拌装置的上部刮片与下部物料搅拌器运行。温度控制器设置以10℃/min的升温速率升至200℃，焙烧时间设定为2.0h，焙烧后，自然缓慢冷却至室温；
(2)关闭真空泵，将气体吸收室其中的固液混合物进行过滤，得到Cr(OH)3及Ni(OH)2沉淀及滤液，将固体物质烘干回收；
(3)从氯化焙烧室底部的出料口取出剩余烧渣，加入自来水进行洗涤，然后通过板框压滤机压滤得到脱毒渣及滤液；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的滤液加热蒸发结晶，得到氯化物。
本实施例处理后镍的提取率高达99％以上，铬提取率在89％左右。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置，其特征在于：所述装置包括氯化焙烧室，氯化焙烧室上设置气体吸收室和带密封盖的高位料斗，气体吸收室和带密封盖的高位料斗通过管道与氯化焙烧室内部连通，气体吸收室连接真空泵；所述氯化焙烧室内设置搅拌装置。
2.根据权利要求1所述的一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置，其特征在于：所述搅拌装置分为上部刮片与下部物料搅拌器，上部刮片位于氯化焙烧室顶部。
3.根据权利要求1所述的一种真空氯化焙烧处理重金属危废的装置，其特征在于：所述气体吸收室与真空泵之间设置压力控制阀和真空计；所述氯化焙烧室外表面设置保温层和温度控制器，氯化焙烧室底部设置支架。
4.一种真空氯化焙烧处理重金属危废的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将重金属危险固体废弃物经干燥研磨过筛，加入氯化剂或氯化剂与其他助剂混合均匀，然后通过高位料斗加入到氯化焙烧室中；
(2)设置压力为1～105Pa，进行抽真空处理，然后设置加热温度为200～600℃，对氯化焙烧室中的物料进行搅拌加热焙烧处理0.5～2h；
(3)步骤(2)所产生的挥发性金属氯化物，经管道被盛有吸收液的气体吸收室收集；氯化焙烧室中所得剩余烧渣经水洗后压滤、干燥，得到脱毒渣。
5.根据权利要求4所述的一种真空氯化焙烧处理重金属危废的方法，其特征在于：步骤(1)中所述重金属危险固体废弃物是指铬渣、电镀污泥、含铅废渣、砷渣或钢渣；所述氯化剂为盐酸、氯化镁、氯化钙、氯化铵、氯化锌、氯化铜、氯化铁、氯化钾、氯气中的至少一种；所述其他助剂为SiO2。
6.根据权利要求4所述的一种真空氯化焙烧处理重金属危废的方法，其特征在于：步骤(1)中所述重金属危险固体废弃物与氯化剂或氯化剂与其他助剂加入的质量比为1:(0.5～5)。
7.根据权利要求4所述的一种真空氯化焙烧处理重金属危废的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的吸收液为纯水、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氢氧化钠溶液中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的一种真空氯化焙烧处理重金属危废的方法，其特征在于：步骤(3)中所述气体吸收室收集得到的产物经过滤回收重金属，所得滤液经蒸发、结晶得到氯化剂重复使用。
9.根据权利要求4所述的一种真空氯化焙烧处理重金属危废的方法，其特征在于：步骤(3)中所述剩余烧渣与水洗液的固液质量比为1:(1.5～10)。
10.根据权利要求4所述的一种真空氯化焙烧处理重金属危废的方法，其特征在于：步骤(3)中所述压滤后的滤液经蒸发、结晶得到氯化剂重复使用。
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