CN109748526B - 一种水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统与方法，包括砷碱渣粉碎系统、低熔点重金属废渣组合式熔炼炉焚烧系统、水泥窑协同强化烟气脱砷与脱锑系统、水泥早强剂制备系统及脱碱系统，将砷碱渣破碎后加入硅质原料和煤炭后进行高温煅烧，利用低熔点重金属废渣组合式熔炼炉焚烧系统使砷碱渣中的砷和锑在不同高温下升华脱离进入烟气，生成的高温烟气经过处理后送入水泥窑系统进行再次焚烧和固化，收集的含砷烟尘和含锑烟尘分别作为冶炼金属砷和锑的原料，剩余的块状物料用于制备水泥早强剂或高浓度的纯碱溶液。本发明通过将砷碱渣高温焚烧处理，消除其毒性危害，符合发展循环经济和可持续发展的要求。

Description

一种水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统与方法

技术领域

本发明属于砷碱渣脱毒的处理系统与方法，尤其涉及一种利用水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统与方法。

背景技术

锑是十大有色金属之一，目前已知的含锑矿物多达120种，但具有工业价值的只有10种，随着科学技术的发展，锑现已被广泛用于生产各种阻燃剂、合金、陶瓷、玻璃、颜料、半导体元件、医药及化工等领域。

砷碱渣是锑精炼过程除砷时所产生的一种含砷酸钠、锑酸钠以及碳酸钠的剧毒冶炼废渣，是在反射炉或鼓风炉的火法炼锑过程中，采用加入纯碱(碳酸钠)和烧碱(氢氧化钠)的方法对粗锑进行精炼，产出各种型号的精锑，同时产生的废渣为砷碱渣，由于其中砷酸钠含有剧毒且易溶于水，容易溶出污染环境，因此不宜露天堆放，需要进行专门的储存，即使如此，砷碱渣中砷泄露事件也频繁发生，砷碱渣的污染问题已经成为了制约锑冶炼行业发展的瓶颈因素。

目前，砷碱渣的处理方法有火法、湿法等处理方法。采用氧化焙烧挥发处理砷碱渣容易带来二次污染，且处理效果较差。而在湿法处理中，通常采用浸出的方法，金属锑、锑酸钠等保留在砷锑渣中，碳酸钠、砷酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠等可溶性钠盐进入浸出液，然后蒸发结晶得到砷、碱混合盐，但该混合盐不稳定，应用价值不大。现有砷碱渣处置技术无论湿法还是火化处理砷碱渣都存在残渣中仍有砷化物残留的问题，特别是湿法洗涤后的残渣中砷含量超过0.5％，其属性仍然为危险废物，再加上目前砷碱渣中锑含量少，采取回炉冶炼已没有经济价值，只会增加废渣量。同时还存在处理流程长，处理能耗高，无法长期安全运转等问题。

发明专利CN 108611494 A公布了一种砷碱渣资源高效综合利用的方法，主要包括以下步骤：(1)将砷碱渣进行氧化水浸后，固液分离，得到含碳酸钠和砷酸钠的浸出液和锑富集渣；(2)将氨水和/或铵盐溶液与碱土金属氧化物和/或过渡金属氧化物反应，得到金属铵络合离子溶液；(3)在含碳酸钠和砷酸钠的浸出液中加入金属铵络合离子溶液及晶体生长促进剂进行反应，反应所得混合溶液依次经过陈化、结晶、沉淀和固液分离，所得固相为砷酸铵金属盐产品；(4)将(3)固液分离所得液相先经过加热脱铵处理，再通入二氧化碳反应析出碳酸氢钠晶体，碳酸氢钠晶体经过热分解，得到碳酸钠产品。

发明专利CN 108441642 A提出了一种锑冶炼砷碱渣的湿法资源化与无害化处理工艺，先将砷碱渣进行破碎，然后采用两段逆流水浸的方法对砷碱渣进行浸出，将含有砷碳酸钠的浸出溶液中加入双氧水，反应后过滤得到锑渣和含砷溶液，将含砷溶液中通入二氧化碳进行净化除杂、转型结晶、还原沉砷、蒸发结晶，最后进行无害化处理工艺。

为减少有害固废对环境的危害、利用水泥窑协同处理技术对砷碱渣进行资源化、无害化处理，砷碱渣的无害化处置目的是消除砷化物、锑化物和碱的毒性危害，尽可能利用其高附加值的有益成分，力争变废为宝。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供了一种水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统与方法，在满足环保和安全生产的前提下将砷碱渣进行高温脱毒，使砷碱渣中的砷和锑在不同高温下升华脱离进入烟气，回收后将含砷烟尘和含锑烟尘分别作为冶炼金属砷和锑的原料，高温炉脱砷、脱锑烟气全部进入水泥窑系统再次焚烧和固化，剩余固体渣用作水泥原料或用作为水泥混凝土早强剂，从而实现与砷碱渣的无害化处理。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明解决技术问题的思路和原理如下：

首先，将砷碱渣破碎、加入硅质原料和煤炭后进行高温煅烧，使砷碱渣中的砷和锑在不同高温下升华脱离进入烟气，并通过烟气冷凝分别得到含砷烟尘和含锑烟尘，将含砷烟尘和含锑烟尘分别作为冶炼金属砷和锑的原料，高温炉脱砷、脱锑烟气全部进入水泥窑篦冷机高温段再进入水泥窑进行二次焚烧和通过水泥窑内CaO烧结固化微量的砷化物和锑化物。

其次，高温煅烧后将砷碱渣中碱固化形成以硅酸钠为主的玻璃体，通过粉磨制成水泥混凝土早强剂，或者进一步用氢氧化钙磨浸分离得到烧碱溶液和以硅酸钙为主要成分的磨浸渣，其中烧碱溶液经蒸发浓缩作为副产品出售，磨浸渣可以作为水泥原料使用。

本发明的具体解决方案如下：

一种水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，包括砷碱渣粉碎系统、水泥窑旁路低熔点重金属废渣组合式熔炼炉焚烧系统、水泥窑协同强化烟气脱砷与脱锑系统、水泥早强剂制备系统及脱碱系统，所述低熔点重金属废渣组合式熔炼炉焚烧系统分别与砷碱渣粉碎系统、水泥窑协同强化烟气脱砷与脱锑系统、所述水泥早强剂制备系统及脱碱系统相连，系统内的装置均采用密封装置，并设置抽吸机用于形成微负压。

所述低熔点重金属废渣组合式熔炼炉焚烧系统包括低熔点重金属废渣组合式熔炼炉，所述低熔点重金属废渣组合式熔炼炉包括锁风喂料机、回转窑、立式焚烧炉、高温烟气室及破碎出料机构，所述锁风喂料机构与回转窑相连，所述回转窑与立式焚烧炉相连，所述立式焚烧炉与破碎出料机构相连，所述高温烟气室包裹在所述回转窑中间段外部，所述回转窑筒体与高温烟气室两端及立式焚烧炉机壳、窑尾烟气室通过密封圈相连。

进一步地，所述回转窑包括进料端、筒体、支撑机构、传动机构、窑尾烟气室、烟气出口、L型扬料板及出料端，所述支撑机构位于所述筒体的两端，所述传动机构和窑尾烟气室位于回转窑的进料端，所述L型扬料板安装在所述筒体上(筒体内壁)，所述传动机构包括传动大齿轮、轴承连接轴、减速器和调速电动机，所述回转窑长径比为5-8，所述回转窑从进料端向出料端呈倾斜下降布置，斜率为1-4％。所述回转窑筒体和L型扬料板材料采用高温耐腐蚀特种钢材。

进一步地，所述立式焚烧炉包括立式炉机壳、焚烧炉膛、燃料进口、立式炉烟气出口及观察窗，所述燃料进口位于立式焚烧炉侧壁上，所述立式炉烟气出口位于立式焚烧炉顶部，所述立式焚烧炉与回转窑出料端连接处设置倾斜面缩口，且下部焚烧炉膛向内倾斜，倾斜角度≥45°。

进一步地，所述高温烟气室包括高温烟气室机壳、烟室隔墙、集灰斗、出灰口、烟气联通管、循环风进口及烟气出口，所述集灰斗位于高温烟气室的下部，所述烟气出口位于高温烟气室的上部，所述循环风进口位于烟气联通管上，所述烟气联通管与立式焚烧炉相连且底部设计为倾斜面，倾斜角角度≥45°，连接处还设置有高温膨胀节。

进一步地，所述破碎出料机构包括塔式炉篦子、铁砖、传动立轴、集料斗、出料管、驱动机构和自然风进口，所述塔式炉篦子能够转动，且和驱动机构通过传动立轴相连，所述铁砖固定在立式炉机壳上，所述集料斗位于破碎出料机构下部，所述出料管位于集料斗下部，所述自然风进口位于位于集料斗侧壁上。

进一步地，所述高温烟气室长度为回转窑两支撑机构距离的80-90％，断面宽高比为0.5-2，所述室内隔墙根据高温烟气室长度设置1-3到，隔墙上下交替设置通风位置，隔墙中部设有回转窑筒体可以穿过并可转动的通孔。

进一步地，所述高温烟气室机壳和立式焚烧炉机壳外部为钢结构，依次内衬保温材料和耐火材料，所述立式焚烧炉焚烧炉膛内耐火材料为高温耐碱材料，其他部位采用粘土耐火材料。

进一步地，所述砷碱渣粉碎系统包括依次设置的卸料房、板式喂料机、破碎机、碎料储存库、计量喂料机、球磨机、粉料库以及螺旋计量喂料称；

所述卸料房内设置汽车卸料坑、汽车清洗消毒装置，所述卸料房为密闭室混凝土墙体结构，设置自动转闸门和抽风口；

所述破碎机采用颚式破碎机、冲击细碎机、柱式细碎机、对辊式破碎机中的一种或几种；

所述球磨机采用辊压机、立式磨、雷蒙磨、球磨机中的一种或几种。

进一步地，所述水泥窑协同强化烟气脱砷与脱锑系统包括脱砷系统和脱锑系统，所述脱砷系统包括顺次连接的旋风收尘器、急速降温塔、布袋收尘器及排风机，所述脱锑系统包括顺次连接的高温烟气室、余热锅炉、布袋收尘器及排风机，所述排风机设置为双风机，其出风口与水泥窑篦冷机高温段鼓风机进风口相连；

所述急速降温塔为管道式结构，利用逆流式高压喷雾系统，所述高压喷雾系统包括水池、高压水泵、双流体雾化器及管道闸阀。

进一步地，所述水泥早强剂制备系统包顺次连接的熟料库、计量喂料秤、粉磨设备、早强剂成品储存库及包装机，所述粉磨设备采用辊压机、立式磨、雷蒙磨、球磨机中的一种或几种。

进一步地，所述脱碱系统包括顺次相连的计量喂料秤、湿法磨机、搅拌池、过滤设备、沉清池、蒸发器及碱液罐储存。

进一步地，所述各系统内烟气进出口、高温烟气室、窑尾烟气室、焚烧炉膛内均设有压力监测仪、温度监测仪、流量监测仪，所述下料管内设置灰渣温度监测仪，所述压力监测仪、温度监测仪、流量监测仪和灰渣温度监测仪分别与外设的计算机控制系统相连。

一种水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、砷碱渣粉碎：将破碎后的砷碱渣储存于碎料储存库内，然后按比例加入硅质原料、煤炭后进行粉磨并将磨好的粉料储存于粉料库内；

S2、高温焚烧脱毒：将S1制备的粉料通过低熔点重金属废渣组合式熔炼炉进行焚烧，其中块状物料经过破碎后送到熟料库备用，生成的高温烟气经过处理后送入水泥窑系统进行再次焚烧和固化；

S3、熟料处理：将S2制备的熟料粉磨后送入早强剂成品库内，或将S2制备的熟料进行湿法研磨后加入脱碱剂搅拌混匀，将搅拌后的物料进行固液分离，分离后得到的液体储存备用，分离后得到固体作为水泥原料使用。

进一步地，所述S1中硅质原料为粉煤灰、硅砂、水泥生料、高岭土、石灰石中的一种或几种，其中硅质原料的加入比例为1-3，煤炭加入量为砷碱渣和硅质原料质量总和的8-12％。

进一步地，所述S2中通处理后收集的烟尘作为冶炼金属砷和金属锑的原料。

进一步地，所述S3中脱碱剂为石灰、电石渣、钢渣中的一种或几种。

经过脱砷、脱锑处理后烟气中粉尘含量小于30mg/m³，砷和锑含量小于3μg/Nm³，在水泥熟料中砷含量低于1ug/kg，一般按照水泥窑总烟气量的1-3％设计低熔点重金属废渣组合式熔炼炉工作烟气量，所有烟气进入水泥窑后，水泥窑烟气中低于0.1ug/Nm³，完全可以达到环保要求。烧结渣中砷含量低于0.5mg/kg，而且形成了砷酸钙固熔于玻璃体中，在水泥混凝土中添加0.5-1％，浸出指标低于国家标准。通过浸出与提纯得到的烧碱溶液中砷含量低于0.5mg/kg完全可以作为锑冶炼药剂回收或作为脱硫剂等使用，浸出渣中砷含量和锑含量均低于0.5mg/kg，可以作为水泥原料使用。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统与方法，经过处理后，废渣中的碱成为水泥早强剂的基本原料，一般一吨砷碱渣可以生产1.5-3吨含有30-40％硅酸钠的水泥早强剂，或者生产0.2-0.4吨烧碱(干基)和1.5-3吨水泥原料；废渣中的砷基本能全部升华转化为金属砷提炼原料，一般每处理一吨砷碱渣可以回收30-40kg烟尘，用于提炼金属砷和锑；本处置工艺中采用煤炭作为燃料，处置一吨砷碱渣需要消耗约0.15吨标准煤，系统电耗低，与其他处置工艺相比，大大节约了处置成本。

(2)本发明针对砷碱渣处置的特性设计专门的低熔点重金属废渣组合式熔炼炉作为煅烧设备，不仅设备构造简单独特，操作方便、造价低，而且通过两段组合式煅烧等独特工艺，可以确保砷碱渣的高温脱毒。

(3)本发明针对砷烟气的特性采取高压喷雾急速降温塔，可以防止砷在冷凝过程中的粘糊堵塞，确保设备的安全运行。

(4)本发明采用水泥窑旁路旁路焚烧方式，砷碱渣通过粉磨和在低熔点重金属废渣组合式熔炼炉内可以通过两段高温焚烧，从而实现比较完全砷碱渣脱毒。同时，将在低熔点重金属废渣组合式熔炼炉焚烧产生的富余热量被水泥窑吸收，减少能耗损失，将其产生的废气进入水泥窑高温强碱性系统处理，彻底消除环保风险；与直接用砷碱渣作为水泥原料处置方式相比，减少了砷化物对水泥产品的污染，能有效保证水泥产品质量。

(5)本发明通过科学和系统的方法对砷碱渣进行无害转化，废渣预处理和水泥早强剂粉磨过程中全部在密闭设备和负压环境下操作，并采用高效除尘设备进行处理，粉尘排放可以达到国家标准；焚烧和资源化处置过程中的废水、废气和废渣可以得到循环使用和有效处理，无二次排放，彻底消除了二次污染的可能。同时焚烧中可能产生的少量砷化物等毒性气体，通过急速冷却除砷，并通过在水泥窑CaO强碱性条件下烧结完全可以吸收固化成砷酸钙固体物质固熔于水泥熟料，产品中微量的砷化物浸出毒性低于国家标准，不会影响水泥质量，也不会对环境造成危害，所有废渣全部用于水泥混凝土原料，没有固废排放，实现了砷碱渣无害化、终极化处置。

(6)本发明是提供一种水泥窑协同大批量焚烧处理砷碱渣资源化处理方案，采用本方案通过将砷碱渣高温焚烧处理，消除其毒性危害，本发明能处置流程短、节约资源、降低能耗、节约生产成本，符合发展循环经济和可持续发展的要求，本发明针对物料特性采用独特的工艺装备，完全可以组织大型化工业生产。

附图说明

图1为砷碱渣处理系统示意图；

图2为低熔点重金属废渣组合式熔炼炉结构示意图；

图3为回转窑传动机构结构示意图；

图4为砷碱渣处理工艺原理图；

11、卸料房；12、板式喂料机；13、破碎机；14、碎料储存库；15、计量喂料机；16、球磨机；17、粉料库；18、螺旋计量喂料称；19、提升机；

21、锁风喂料机；211、进料口；212、出料口；

22、回转窑；221、进料端；222、筒体；223、支撑机构；224、传动机构；225、窑尾烟气室；226、烟气出口；227、出料端；228、密封圈；2241、传动大齿轮；2242、轴承连接轴；2243、减速器；2244、电动机；

23、立式焚烧炉；231、立式炉机壳；232、焚烧炉膛；233、燃料进口；234、立式炉烟气出口；235、观察窗；

24、高温烟气室；241、高温烟气室机壳；242、烟室隔墙；243、集灰斗；244、出灰口；245、烟气联通管；246、循环风进口；247、烟气出口；

25、破碎出料机构；251、塔式炉篦子；252、铁砖；253、传动立轴；254、集料斗；255、出料管；256、驱动机构；257、自然风进口；

31、急速降温塔；32、布袋收尘器；33、排风机；34、余热锅炉；311、水池；312、高压水泵；

41、计量喂料秤；42、湿法磨机；43、搅拌池；44、压滤机；45、沉清池；46、蒸发器；47、碱液罐；48、熟料库；49、泥浆泵；50、碱液泵；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1-3所示，本发明提供了一种水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，包括砷碱渣粉碎系统、水泥窑旁路低熔点重金属废渣组合式熔炼炉焚烧系统、水泥窑协同强化烟气脱砷与脱锑系统、所述水泥早强剂制备系统及脱碱系统，所述水泥窑旁路低熔点重金属废渣组合式熔炼炉焚烧系统分别与砷碱渣粉碎系统、水泥窑协同强化烟气脱砷与脱锑系统、所述水泥早强剂制备系统及脱碱系统相连，系统内的装置均采用密封装置，并设置抽吸机用于形成微负压，防止粉尘飘散。

所述砷碱渣粉碎系统包括依次设置的卸料房11、板式喂料机12、破碎机13、碎料储存库14、计量喂料机15、球磨机16、粉料库17以及螺旋计量喂料称18。

所述卸料房11内设置汽车卸料坑、汽车清洗消毒装置，卸料房11为密闭室混凝土墙体结构，设置自动转闸门和抽风口，所述卸料坑为漏斗仓地坑形式，可储存量为60吨，底部出料口通过闸阀与中型板式喂料机12进料口相连，板式喂料机12出料口与破碎机13进料口相连，破碎机13出料口通过提升机19与碎料储存库14进料口相连，碎料储存库14底部与计量喂料机15相连，所述计量喂料机15按照配比要求配入硅质原料、煤炭后一起进入球磨机16进行粉磨，粉磨好的物料从球磨机16出料口卸出后通过提升机19送到粉料库17储存，粉料再通过粉料库17底部螺旋计量喂料秤18送到组合焚烧炉进料口进行高温焚烧。

其中所述破碎机采用颚式破碎机、冲击细碎机、柱式细碎机、对辊式破碎机中的一种或几种，所述球磨机采用辊压机、立式磨、雷蒙磨、球磨机中的一种或几种。

所述低熔点重金属废渣组合式熔炼炉焚烧系统包括低熔点重金属废渣组合式熔炼炉，所述低熔点重金属废渣组合式熔炼炉包括锁风喂料机21、回转窑22、立式焚烧炉23、高温烟气室24及破碎出料机构25，所述锁风喂料机21与回转窑22相连，所述回转窑22与立式焚烧炉23相连，所述立式焚烧炉23与破碎出料机构25相连，所述高温烟气室24包裹在所述回转窑22外部，所述回转窑筒体222与高温烟气室24两端及立式焚烧炉机壳231通过密封圈228相连。

所述锁风喂料机21为螺旋锁风喂料机，包括物料进料口211、螺旋、传动机构和出料口212，所述出料口212直接与窑尾烟气室225相连，将物料送入回转窑22内。

所述回转窑包括进料端221、筒体222、支撑机构223、传动机构224、窑尾烟气室225、烟气出口226、L型扬料板及出料端227，所述支撑机构223位于所述筒体222的两端，所述传动机构224和窑尾烟气室225位于回转窑22的进料端221，所述L型扬料板位于所述筒体222上，所述传动机构224包括传动大齿轮2241、轴承连接轴2242、减速器2243和电动机2244，在电动机2244的作用下，通过传动大齿轮2241与轴承连接轴2242的配合实现物料的向前传送，所述回转窑22长径比为5-8，回转窑22直径根据处理物料要求进行计算和确定，回转窑22从进料端221向出料端227呈倾斜下降布置，斜率为1-4％，设计其中回转窑筒体222和L型扬料板材料采用高温耐腐蚀特种钢材制造，所述回转窑筒222穿过高温烟气室左右机壳241、烟室隔墙242并穿过立式炉机壳231进入立式炉内。

所述立式焚烧炉23包括立式炉机壳231、焚烧炉膛232、燃料进口233、立式炉烟气出口234及观察窗235，所述燃料进口233位于立式焚烧炉侧壁上，所述立式炉烟气出口234位于立式焚烧炉顶部，所述立式焚烧炉23高径比为3-5，焚烧面积根据处理物料要求进行计算和确定，所述立式焚烧炉23与回转窑出料端227连接处设置倾斜面缩口，且下部焚烧炉膛向内倾斜，倾斜角度≥45°，以保证上部炉膛大下部炉膛小，使物料能够抛到下部炉膛的中心位置，其中立式焚烧炉机壳231外部为钢结构，炉膛内的耐火材料为高温耐碱材料，其他部位采用粘土耐火材料。

所述高温烟气24为包裹在回转窑22外的长方形机壳，包括高温烟气室机壳241、烟室隔墙242、集灰斗243、出灰口244、烟气联通管245、循环风进口246及烟气出口247，所述集灰斗243位于高温烟气室24的下部，所述烟气出口247位于高温烟气室24的上部，所述循环风进口246位于烟气联通管245上，所述烟气连通管245与立式焚烧炉23相连且底部设计为倾斜面以防止积灰，倾斜角≥45°，连接处还设置有高温膨胀节，以留足必须的高温膨胀量，确保设备安全，其中高温烟室机壳241外部为钢结构，依次内衬保温材料和耐火材料。

高温烟气室24的长度为回转窑两支撑结构距离的80-90％，断面宽高比为0.5-2，烟室断面面积根据烟气量和通过速度设计，一般烟气在烟室内通过风速按照不高于0.5m/s设计，高温烟气室烟室隔墙242根据烟室长度设置1-3到，烟室隔墙242上下交替设置通风位置，以延长烟气在烟室内的停留时间。

所述破碎出料机构25包括可以转动的塔式炉篦子251、铁砖252、传动立轴253、集料斗254、出料管255、驱动机构256和自然风进口257，所述塔式炉篦子251和驱动机构256通过传动立轴253相连，所述集料斗254位于破碎出料机构25下部，所述出料管255位于集料斗254下部，所述自然风进口257位于集料斗254侧壁上，所述铁砖252固定在立式焚烧炉机壳231上，与塔式炉篦子251形成挤压破碎腔，通过剪切、挤压破碎物料。

所述水泥窑协同强化烟气脱砷与脱锑系统包括脱砷系统和脱锑系统，所述脱砷系统包括顺次连接的旋风收尘器、急速降温塔31、布袋收尘器32及排风机33，所述脱锑系统包括顺次连接的高温烟气室24、余热锅炉34、布袋收尘器32及排风机33。

脱砷系统主要包括从回转窑烟气出口226出来烟气经过旋风收尘器脱离粉尘，再与急速降温塔31进风口相连，通过急速降温塔31降温的烟气与布袋收尘器32进风口相连，布袋收尘器32出风口与排风机33相连，排风机33出风口与水泥窑篦冷机高温段鼓风机进风口相连，烟气通过篦冷机高温段进入水泥窑内，再在水泥窑高温强碱性环境中再次焚烧和固化，而急速降温塔和布袋收尘器32收集的含砷烟尘另行存放，作为碳热还原回收金属砷的原料使用，旋风收尘器收集粉尘返回低熔点重金属废渣组合式熔炼炉内继续焚烧。

脱锑系统主要针对立式焚烧炉产生的高温烟气，经过立式焚烧炉烟气出口234通过烟气联通管245进入高温烟气室24，经过高温烟气室烟气出口247进入余热锅炉34内，通过余热锅炉34的烟气与布袋收尘器32进风口相连，布袋收尘器32出风口与排风机33相连，排风机33出风口与水泥窑篦冷机高温段鼓风机进风口相连，烟气通过篦冷机高温段进入水泥窑内，再在水泥窑高温强碱性环境中再次焚烧和固化，其中布袋收尘器收集的含锑烟尘另行存放，作为碳热还原回收金属锑的原料使用。

所述急速降温塔31为管道式结构，采取逆流式高压喷雾降温方式，使高温烟气从500℃急速降温到120℃左右，从而使砷化物不会在150-300℃形成粘糊状态，造成管道堵塞。所述高压喷雾系统由水池311、高压水泵312、双流体雾化器及其管道、闸阀等组成，急速降温塔气流速度为1-5m/s，烟气停留时间为3-5s。所述排风机33设置为双风机，其出风口与水泥窑篦冷机高温段鼓风机进风口相连。

所述水泥早强剂制备系统包顺次连接的熟料库48、计量喂料秤41、粉磨设备、早强剂成品储存库及包装机，所述粉磨设备采用辊压机、立式磨、雷蒙磨、球磨机中的一种或几种。从低熔点重金属废渣组合式熔炼炉高温煅烧后的物料从出料管255出料后经过提升机送到熟料库储存，熟料库底部出料口通过计量喂料秤与粉磨设备进料口相连，粉磨设备出料口再用提升机相连，通过提升机将物料送到早强剂成品储存库，储存库底出料口通过包装机包装发运。

所述脱碱系统包括顺次相连的计量喂料秤41、湿法磨机42、搅拌池43、压滤机44、沉清池45、蒸发器46及碱液罐47储存，从熟料库48底部出料口出来的熟料通过计量喂料秤41后进入湿法磨机42内，湿法磨机42出口与搅拌池43相连，加入脱碱剂后再搅拌池43搅拌均匀后，通过泥浆泵49和管道与压滤机44相连，通过压滤后的溶液进入沉清池45，经沉清后清液再通过碱液泵50进入蒸发器46内，经蒸发器46蒸发后的浓缩烧碱溶液进入碱液罐47储存，采用专用运输车辆运输出厂销售，经压滤机压滤过滤的固体渣送到水泥原料配料站作为水泥原料使用。

所述各系统内烟气进出口、高温烟气室、烟气室、焚烧炉膛内均设有压力监测仪、温度监测仪、流量监测仪，提供运行中的适时在线监测数据，通过变送器将各数据传送到计算机控制系统实施模拟控制，自动调配风量、进料量和卸料速度，实现自动化操作。所述下料管内设置灰渣温度监测仪，所述压力监测仪、温度监测仪、流量监测仪和灰渣温度监测仪分别与外设的计算机控制系统相连。

上述系统中，所有物料转运、粉碎、储存过程均密封进行，系统内的所有设备、料仓之间固体物料采用皮带输送机、提升机、螺旋输送机、风送斜槽、链式输送机等输送设备连接，并设置抽吸机用于形成微负压，全线根据现场情况分段设置布袋除尘器。

一种水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺方法，包括以下步骤：

砷碱渣粉碎

将储存的砷碱渣通过破碎机破碎后通过提升装置运送到碎料储存库内，然后按比例加入硅质原料、煤炭后进行粉磨并将磨好的粉料储存于粉料库内，其中硅质原料的参加量比例是指砷碱渣中的碱含量质量数和硅质原料中二氧化硅质量数的比例，其中硅质原料的加入比例为2，煤炭加入量为砷碱渣和硅质原料质量总和的10％。

高温焚烧脱毒

将制备的粉料通过锁风喂料机直接送入回转窑内，在回转窑的转动和扬料板的带动下，使粉料不断翻滚并与高温气体接触后获得热量，提高了物料温度，当回转窑温度达到600℃左右时，砷酸盐分解，砷的氧化物升华脱离进入气相，然后从回转窑烟气出口排除。同时，物料中的碱受热熔融后被大量不溶物包裹，通过回转窑的作用而成为颗粒，从而防止了出现的大量液相而造成结圈影响运转，同时颗粒物料进入立式焚烧炉内有利于炉内的通风，物料在窑内随窑体的倾斜方向缓慢流向立式焚烧炉内，在立式焚烧炉内由于煤粉的燃烧产生大量的热量，使得立式焚烧炉炉膛内温度可以达到900℃以上，物料温度继续升高，物料内可高温气化升华的组份得到彻底脱离。同时，砷碱渣中的碱与硅质原料中的硅结合形成硅酸钠玻璃体，不仅有利于砷酸钠、锑酸钠中的砷、锑脱离，而且也有利于其他硅酸盐、铝酸盐等矿物的形成，在煤量增加氧含量较少的情况下使得炉内发生还原反应。

在立式焚烧炉内通过高温烧结的块状物料，由于重力作用向炉体下部移动，并由于炉体下部鼓入的冷空气使其急速冷却造成大块物料收缩而碎裂，再进入塔式炉篦子和铁砖构成的破碎腔内，由于炉篦子的转动产生挤压、剪切等破碎力，使得块料破碎落到底部集料斗并从出料管溜出，作为熟料备用。

冷空气从炉体底部通过塔式炉篦子的缝隙进入炉内，与高温物料进行热交换，不仅可以冷却物料，还能提高气体温度，当到达高温段时，有效的实现与煤粉的混合燃烧。立式焚烧炉煅烧产生的高温烟气分为两部分，其中一部分进入回转窑内，另一部分进入高温烟气室，使得回转窑可以实现内外加热，增加回转窑的工作效率，同时，高温烟气一部分不进回转窑也有利于物料高温脱附彻底，其中两路风的分配通过风量调节阀进行调节。

结合图4可知，从回转窑烟气出口出来烟气经过旋风收尘器和急速降温塔，使高温烟气从500℃急速降温到120℃左右，从而使砷化物不会在150～300℃形成粘糊状态，造成管道堵塞，随后烟气通过布袋收尘器作用后利用排风机引入水泥窑篦冷机高温段，在水泥窑高温强碱性环境中再次焚烧和固化，其中急速降温塔和布袋收尘器收集的含砷烟尘另行存放，作为碳热还原回收金属砷的原料使用，旋风收尘器收集粉尘返回低熔点重金属废渣组合式熔炼炉内继续焚烧。

从立式焚烧炉产生的高温烟气，经过联通管道进入高温烟气室后进入余热锅炉内，通过余热锅炉与布袋收尘器的作用，排出的烟气利用排风机引入水泥窑篦冷机高温段，在水泥窑高温强碱性环境中再次焚烧和固化，其中布袋收尘器收集的含锑烟尘另行存放，作为碳热还原回收金属锑的原料使用。

熟料处理

将从低熔点重金属废渣组合式熔炼炉高温煅烧后的物料送到熟料库储存，将熟料粉磨后送到早强剂成品库储存，储存库底出料口通过包装机包装发运，或将从熟料库底部出料口出来的熟料通过湿法磨机研磨后加入石灰后再搅拌均匀，固液分离后液体进行蒸发浓缩后进入碱液罐储存，采用专用运输车辆运输出厂销售，固体渣送到水泥原料配料站作为水泥原料使用。

上述处理过程中，所有气体用风管送入袋式除尘器进行净化处理后排放，砷碱渣原料破碎、粉磨工段经收尘器处理后的废气送到低熔点重金属废渣组合式熔炼炉作为焚烧用风处理，减少对外排放，确保环境安全。

本发明提供的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统与方法，经过处理后，废渣中的碱成为水泥早强剂的基本原料，一般一吨砷碱渣可以生产1.5-3吨含有30-40％硅酸钠的水泥早强剂，或者生产0.2-0.4吨烧碱(干基)和1.5-3吨水泥原料；废渣中的砷基本能全部升华转化为金属砷提炼原料，一般每处理一吨砷碱渣可以回收30-40kg烟尘，用于提炼金属砷和锑；本处置工艺中采用煤炭作为燃料，处置一吨砷碱渣需要消耗约0.15吨标准煤，系统电耗低，与其他处置工艺相比，大大节约了处置成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，其特征在于，包括砷碱渣粉碎系统、水泥窑旁路组合式焚烧炉焚烧系统、水泥窑协同强化烟气脱砷与脱锑系统、水泥早强剂制备系统及脱碱系统，所述水泥窑旁路组合式焚烧炉焚烧系统分别与砷碱渣粉碎系统、水泥窑协同强化烟气脱砷与脱锑系统、水泥早强剂制备系统及脱碱系统相连，系统内的装置均采用密封装置，并设置抽吸机用于形成微负压；

所述水泥窑旁路组合式焚烧炉焚烧系统包括组合式焚烧炉，所述组合式焚烧炉包括锁风喂料机、回转窑、立式焚烧炉、高温烟气室及破碎出料机构，所述锁风喂料机与回转窑相连，所述回转窑与立式焚烧炉相连，所述立式焚烧炉与破碎出料机构相连，所述高温烟气室包裹在所述回转窑外部，所述回转窑筒体与高温烟气室两端及立式焚烧炉机壳通过密封圈相连；

所述水泥窑协同强化烟气脱砷与脱锑系统包括脱砷系统和脱锑系统，所述脱砷系统包括顺次连接的旋风收尘器、急速降温塔、布袋收尘器及排风机，所述脱锑系统包括顺次连接的高温烟气室、余热锅炉、布袋收尘器及排风机，所述排风机设置为双风机，其出风口与水泥窑篦冷机高温段鼓风机进风口相连；

所述急速降温塔为管道式结构，利用逆流式高压喷雾系统，所述高压喷雾系统包括水池、高压水泵、双流体雾化器及闸阀。

2.根据权利要求1所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，其特征在于，所述回转窑包括进料端、筒体、支撑机构、传动机构、窑尾烟气室、烟气出口、L型扬料板及出料端；

所述支撑机构位于所述筒体的两端，所述传动机构和窑尾烟气室位于回转窑的进料端，所述L型扬料板位于所述筒体上，所述传动机构包括传动大齿轮、轴承连接轴、减速器和电动机，所述回转窑长径比为5-8，所述回转窑从进料端向出料端呈倾斜下降布置，斜率为1-4％。

3.根据权利要求1所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，其特征在于，所述立式焚烧炉包括立式炉机壳、焚烧炉膛、燃料进口、烟气出口及观察窗，所述燃料进口位于立式焚烧炉侧壁上，所述立式炉烟气出口位于立式焚烧炉顶部，所述立式焚烧炉高径比为3-5，所述立式焚烧炉与回转窑出料端连接处设置倾斜面缩口，且下部焚烧炉膛向内倾斜，倾斜角度≥45°。

4.根据权利要求1所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，其特征在于，所述高温烟气室包括高温烟气室机壳、烟室隔墙、集灰斗、出灰口、烟气联通管、循环风进口及烟气出口，所述集灰斗位于高温烟气室的下部，所述烟气出口位于高温烟气室的上部，所述循环风进口位于烟气联通管上，所述烟气联通管与立式焚烧炉相连且底部设计为倾斜面，倾斜角≥45°，连接处还设置有高温膨胀节。

5.根据权利要求1所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，其特征在于，所述破碎出料机构包括塔式炉篦子、铁砖、传动立轴、集料斗、出料管、驱动机构和自然风进口，所述塔式炉篦子能够转动，且和驱动机构通过传动立轴相连，所述铁砖固定在立式炉机壳上，所述集料斗位于破碎出料机构下部，所述出料管位于集料斗下部，所述自然风进口位于位于集料斗侧壁上。

6.根据权利要求1所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，其特征在于，所述高温烟气室长度为回转窑两支撑机构距离的80-90％，断面宽高比为0.5-2，室内隔墙根据高温烟气室长度设置1-3到，隔墙上下交替设置通风位置。

7.根据权利要求3或4所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，其特征在于，所述立式焚烧炉机壳或高温烟气室机壳外部为钢结构，依次内衬保温材料和耐火材料，所述立式焚烧炉焚烧炉膛内的耐火材料为高温耐碱材料，其他部位采用粘土耐火材料。

8.根据权利要求1所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，其特征在于，所述砷碱渣粉碎系统包括依次设置的卸料房、板式喂料机、破碎机、碎料储存库、计量喂料机、球磨机、粉料库以及螺旋计量喂料称；

所述卸料房内设置汽车卸料坑、汽车清洗消毒装置，所述卸料房为密闭室混凝土墙体结构，设置自动转闸门和抽风口；

所述破碎机采用颚式破碎机、冲击细碎机、柱式细碎机、对辊式破碎机中的一种或几种；

所述球磨机采用辊压机、立式磨、雷蒙磨中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，其特征在于，所述水泥早强剂制备系统包顺次连接的熟料库、计量喂料秤、粉磨设备、早强剂成品库储存及包装机，所述粉磨设备采用辊压机、立式磨、雷蒙磨、球磨机中的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，其特征在于，所述脱碱系统包括顺次相连的计量喂料秤、湿法磨机、搅拌池、过滤设备、沉清池、蒸发器及碱液罐储存。

11.根据权利要求1所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺系统，其特征在于，所述各系统内烟气进出口、高温烟气室、窑尾烟气室、焚烧炉膛内均设有压力监测仪、温度监测仪、流量监测仪，下料管内设置灰渣温度监测仪，所述压力监测仪、温度监测仪、流量监测仪和灰渣温度监测仪分别与外设的计算机控制系统相连。

12.一种水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、砷碱渣粉碎：将破碎后的砷碱渣储存于碎料储存库内，按比例加入硅质原料、煤炭后进行粉磨并将磨好的粉料储存于粉料库内；

S2、高温焚烧脱毒：将S1制备的粉料通过组合式焚烧炉进行焚烧，其中块状物料经过破碎后送到熟料库备用，生成的高温烟气经过处理后送入水泥窑系统进行再次焚烧和固化；

S3、熟料处理：将S2制备的熟料粉磨后送入早强剂成品库内，或将S2制备的熟料进行湿法研磨后加入脱碱剂搅拌混匀，将搅拌后的物料进行固液分离，分离后得到的液体储存备用，分离后得到固体作为水泥原料使用。

13.根据权利要求12所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺方法，其特征在于，所述S1中硅质原料为粉煤灰、硅砂、水泥生料、高岭土、石灰石中的一种或几种，其中硅质原料的加入比例为1-3，煤炭加入量为砷碱渣和硅质原料质量总和的8-12％。

14.根据权利要求12所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺方法，其特征在于，所述S2中通过处理后收集的烟尘作为冶炼金属砷和金属锑的原料。

15.根据权利要求12所述的水泥窑资源化协同处置砷碱渣工艺方法，其特征在于，所述S3中脱碱剂为石灰、电石渣、钢渣中的一种或几种。

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