CN111363931A - 一种高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统 - Google Patents

一种高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统，所述系统包括前处理单元、气体处理单元以及固体处理单元；所述前处理系统包括依次连接的还原氧化装置以及气固分离装置，所述气固分离装置的气体出口与所述气体处理单元相连，所述气固分离装置的固体出口与所述固体处理单元相连；所述固体处理单元包括依次连接的浸出装置、净化装置以及电解装置；所述气体处理单元包括气体吸收装置，所述气体吸收装置的吸收液入口与所述电解装置的电解液出口相连，所述气体吸收装置的吸收液出口与所述浸出装置相连。所述系统实现了锌的全量回收，无浸出渣外排，达到净化的作用，为获得高纯锌提供保障。

Description

一种高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的 系统
技术领域
本发明属于固体废弃物利用技术领域，涉及一种捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统，尤其涉及一种高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统。
背景技术
根据重金属的挥发性可将其分为易挥发性重金属、半挥发性重金属和不易挥发性重金属。半挥发性重金属，是指如Pb、Cd、Zn等重金属，这类重金属达到一定温度，会挥发到烟气中，随后在烟气的冷凝过程中发生同类成核和异相凝结，形成细小颗粒物或者富集在细小颗粒物内，最后可被捕集获得。
国内在处理易挥发氧化矿、浸出渣等低品位锌物料普遍使用的工艺流程为：高温还原氧化-表面冷却-布袋收尘-碱洗脱氟氯-硫酸浸出-电积。这种工艺存在以下缺点：1、作业是非连续的，生产效率低；2、操作环境恶劣、劳动强度大，长期在高粉尘环境下工作，操作工艺易引发呼吸系统的职业病；3、碱洗过程脱氟氯效率低，产生的含氟氯废水量大，难以回收，对水资源造成了极大浪费；容易造成二次污染；4、运行成本高，设备投资较大；。5、工程机械及生产设备易被含酸气体腐蚀、损坏，维修维护费用高；6、收尘布袋易堵塞，更换周期频繁，成本高；细粉尘透过布袋易飘散在空气中，对工人健康造成伤害，对环境造成污染；7、收尘灰需包装运输至锌浸出系统，运输过程粉尘存在飘洒，污染环境，上述工艺已不能适应未来国家对环保、能源、卫生等方面的要求。
CN 104988537 A公开了一种含锌固废处置的湿法收尘及浸出电积一体化工艺，属于处理易挥发氧化矿、浸出渣等低品位锌物料的工艺方法。主要工艺过程为：高温还原氧化-喷淋吸尘-气动乳化器-电除雾。喷淋吸尘后浆液排放至浸出反应釜，压滤滤液输送至锌净化工序，滤渣返回高温还原氧化。实现了直接由低品位锌物料转换成锌浸出液，浸出液直接输送至锌净化系统，压滤渣再返回高温还原氧化，其中有价金属铟铋锡等得到富集，且排放的烟气达到国家排放标准。由于烟气中含尘量较低，这种方式需要的电解循环液的量极大，锌在电解循环液中的浓度很难提升到所需要的水平。同时，由于温度较高，烟气中夹带大量的逃逸氨和铵盐的气溶胶，难以满足日益严格的大气污染控制标准。
CN 109797280 A公开了一种钢铁低锌灰危废物余热发电用于电解锌生产的方法及系统。将所述布袋除尘器的灰尘出口得到的粗氧化锌加入所述浆化装置。但该专利并没有公布采用何种方式将粗氧化锌加入到浆化装置。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统，所述系统无需另行建设脱硫设施，提高锌在溶液中的浓度，减小电积反应溶液的循环量，实现了锌的全量回收，无浸出渣外排，达到净化的作用，为获得高纯锌提供保障。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统，所述系统包括前处理单元、气体处理单元以及固体处理单元；
所述前处理系统包括依次连接的还原氧化装置以及气固分离装置，所述气固分离装置的气体出口与所述气体处理单元相连，所述气固分离装置的固体出口与所述固体处理单元相连；
所述固体处理单元包括依次连接的浸出装置、净化装置以及电解装置；
所述气体处理单元包括气体吸收装置，所述气体吸收装置的吸收液入口与所述电解装置的电解液出口相连，所述气体吸收装置的吸收液出口与所述浸出装置相连。
作为本发明优选的技术方案，所述还原氧化装置为火法装置。
优选地，所述火法装置为回转窑。
本发明中，火法装置不仅限于回转窑，可以对含锌固废进行热还原的加热装置，均适用于本发明。而回转窑的温度以及处理时间可根据含锌固废中锌含量以及其他元素的含量进行具体选择。
作为本发明优选的技术方案，所述气固分离装置为旋风除尘器。
优选地，所述回转窑与所述旋风除尘器之间设置有余热锅炉。
本发明中，旋风分离器的分离速率可根据处理后的气体中气固比进行适当调整。余热锅炉的温度可根据气体处理单元进料温度进行调整。
作为本发明优选的技术方案，所述气体处理单元包括依次连接的第一喷淋塔和第二喷淋塔，所述第二喷淋塔的吸收液入口与所述电解装置的电解液出口相连，所述第一喷淋塔的吸收液入口与所述第二喷淋塔的吸收液出口相连，所述第一喷淋塔的吸收液出口与所述浸出装置相连。
本发明中，第一喷淋塔以及第二喷淋塔的吸收液的喷淋量，可根据废气中重金属物质、二氧化硫以及二氧化碳等有害物质的含量进行具体选择。
作为本发明优选的技术方案，述第二喷淋塔与捕氨塔相连。
作为本发明优选的技术方案，所述净化装置与所述进出装置之间设置有固液分离装置。
优选地，所述固液分离装置为压滤机。
作为本发明优选的技术方案，所述净化装置与所述电解装置之间设置有两组并列的连接管路，至少一组所述连接管路上设置有精密过滤装置。
本发明中，精密过滤装置用于去除压滤装置产生滤液中的铜、铅、镉以及钴等的重金属物质的去除。
作为本发明优选的技术方案，所述净化装置添加有锌颗粒和/或锌块。
优选地，所述锌颗粒和/或锌块的尺寸为0.1～50mm，如0.15mm、2mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、35mm或45mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述电解装置与所述第二喷淋塔之间设置有制冷装置。
优选地，所述换热装置为溴化锂制冷装置。
优选地，所述换热装置进液和出液温度分别独立地为60～70℃和低于55℃，如进液温度可以是61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃或69℃等，出液温度可以是50℃、45℃、40℃、35℃、30℃或25℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的范围同样适用。
优选地，所述换热装置进液和出液温度分别独立地为65℃和低于40℃。
作为本发明优选的技术方案，所述换热装置与所述第二喷淋塔之间设置有液氨加入装置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明利用电积锌电解槽出口循环液喷淋脱除烟气中的二氧化硫、二氧化碳，无需另行建设脱硫设施；
(2)本发明利用火法装置产生烟气的余热，加热工艺中电解液，提高锌在溶液中的浓度，减小电积反应溶液的循环量；
(3)本发明利用火法装置处理净化过滤过程中产生的浸出渣，实现了锌的全量回收，无浸出渣外排；
(4)本发明利用烟气中的二氧化硫转化成硫酸铵，用于去除电解溶液中的钙镁离子，形成沉淀，达到净化的作用，为获得高纯锌提供保障。
附图说明
图1是本发明实施例2提供的高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统的结构示意图。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明，但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1
本实施例提供一种高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统，所述系统包括前处理单元、气体处理单元以及固体处理单元；
所述前处理系统包括依次连接的还原氧化装置以及气固分离装置，所述气固分离装置的气体出口与所述气体处理单元相连，所述气固分离装置的固体出口与所述固体处理单元相连；
所述固体处理单元包括依次连接的浸出装置、净化装置以及电解装置；
所述气体处理单元包括气体吸收装置，所述气体吸收装置的吸收液入口与所述电解装置的电解液出口相连，所述气体吸收装置的吸收液出口与所述浸出装置相连。
实施例2
本实施例提供一种高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统，其结构如图1所示，所述系统包括前处理单元、气体处理单元以及固体处理单元；
所述前处理系统包括依次连接的回转窑、余热锅炉以及旋风除尘器，所述旋风除尘器的气体出口与所述气体处理单元相连，所述气固分离装置的固体出口与所述固体处理单元相连；
所述固体处理单元包括依次连接的浸出装置、净化装置以及电解装置；
所述气体处理单元包括气体吸收装置，所述气体吸收装置的吸收液入口与所述电解装置的电解液出口相连，所述气体吸收装置的吸收液出口与所述浸出装置相连。
所述气体处理单元包括依次连接的第一喷淋塔和第二喷淋塔，所述第二喷淋塔的吸收液入口与所述电解装置的电解液出口相连，所述第一喷淋塔的吸收液入口与所述第二喷淋塔的吸收液出口相连，所述第一喷淋塔的吸收液出口与所述浸出装置相连；所述第二喷淋塔与捕氨塔相连。
所述净化装置与所述进出装置之间设置有压滤机，所述净化装置与所述电解装置之间设置有两组并列的连接管路，其中一组所述连接管路上设置有精密过滤装置。
所述净化装置添加有尺寸为0.1～50mm的锌颗粒和/或锌块；
所述电解装置与所述第二喷淋塔之间设置有溴化锂换热装置，所述溴化锂换热装置与所述第二喷淋塔之间设置有液氨加入装置。
实施例3
本实施例提供一种实施例2提供的高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统的使用方法，所述方法包括：
含锌固废经回转窑还原后，以锌为主的半挥发性重金属挥发形成烟尘，随后被氧化成重金属的氧化物。这种以次氧化锌为主的烟尘经余热锅炉后，进入旋风除尘器收集大颗粒烟尘之后，直接进入到两级喷淋塔，采用电解循环液吸收其中的重金属氧化物、二氧化硫和二氧化碳。第一喷淋塔采用来自第二喷淋塔的电解循环液进行喷淋，第二喷淋塔所使用的电解循环液来自电解槽出口。电解槽出口的电解液采用溴化锂冷却装置间接换热，将喷淋液温度降至35℃以下，再进入到第二级喷淋塔，降温为了减少生成的碳酸铵或碳酸氢铵分解。
所述的旋风除尘器捕集物和喷淋废液一起进入到浸出装置。浸出浆液进入压滤装置，产生滤饼和滤液，滤液进入到净化装置，利用精密过滤器将其中的铜、铅、镉、钴去除。净化液进入到电解装置，电解产生锌片。
应用例
使用实施例2提供的一种高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统以及实施例3提供的方法对含锌固废进行处理。
含锌固废的来源为质量百分比80％高炉布袋除尘灰和20％锌尾矿，锌的含量为8％。回转窑反应区温度控制在1100～1200℃。高温分离后窑渣中锌含量为0.8％，铅含量0.1％，窑渣的重金属浸出毒性指标符合国家标准要求，确保窑渣不属于危险废物。窑尾烟气温度为500±20℃，含尘量50～80g/Nm3，旋风除尘器的进口气体流速设置为20m/s，喷淋塔中吸收液的喷淋量按液气比按8-25L/m3，实施例2取10L/m3。溴化锂制冷装置进液温度控制在60～65℃和出液温度控制在40℃以下。净化装置中选用10mm锌颗粒。铵络捕集后，滤饼中锌含量为3％，铅含量1％，回用回转窑作原料使用。电解槽电极阳极选用石墨材质，阴极选用铝板或钛板。电流密度550A/m2，温度50℃，平均槽电压2.8V，电流效率96％，电耗2800kwh/t Zn。锌片的纯度99.998％。处理后的排放气体中二氧化硫含量为15mg/Nm3。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种高温分离协同铵络捕集含锌固废中半挥发性重金属的系统，其特征在于，所述系统包括前处理单元、气体处理单元以及固体处理单元；
所述前处理系统包括依次连接的还原氧化装置以及气固分离装置，所述气固分离装置的气体出口与所述气体处理单元相连，所述气固分离装置的固体出口与所述固体处理单元相连；
所述固体处理单元包括依次连接的浸出装置、净化装置以及电解装置；
所述气体处理单元包括气体吸收装置，所述气体吸收装置的吸收液入口与所述电解装置的电解液出口相连，所述气体吸收装置的吸收液出口与所述浸出装置相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述还原氧化装置为火法装置；
优选地，所述火法装置为回转窑。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述气固分离装置为旋风除尘器；
优选地，所述回转窑与所述旋风除尘器之间设置有余热锅炉。
4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述气体处理单元包括依次连接的第一喷淋塔和第二喷淋塔，所述第二喷淋塔的吸收液入口与所述电解装置的电解液出口相连，所述第一喷淋塔的吸收液入口与所述第二喷淋塔的吸收液出口相连，所述第一喷淋塔的吸收液出口与所述浸出装置相连。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二喷淋塔与捕氨塔相连。
6.根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，所述净化装置与所述进出装置之间设置有固液分离装置；
优选地，所述固液分离装置为压滤机。
7.根据权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，所述净化装置与所述电解装置之间设置有两组并列的连接管路，至少一组所述连接管路上设置有精密过滤装置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于，所述净化装置添加有锌颗粒和/或锌块；
优选地，所述锌颗粒和/或锌块的尺寸为0.1～50mm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的系统，其特征在于，所述电解装置与所述第二喷淋塔之间设置有制冷装置；
优选地，所述换热装置为溴化锂制冷装置；
优选地，所述换热装置进液和出液温度分别独立地为60～70℃和低于55℃；
优选地，所述换热装置进液和出液温度分别独立地为60～70℃和低于40℃。
10.根据权利要求9任一项所述的系统，其特征在于，所述换热装置与所述第二喷淋塔之间设置有液氨加入装置。
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