CN111534695B - 危废物料的配伍工艺和危废物料的处理工艺 - Google Patents

危废物料的配伍工艺和危废物料的处理工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN111534695B
CN111534695B CN202010390700.1A CN202010390700A CN111534695B CN 111534695 B CN111534695 B CN 111534695B CN 202010390700 A CN202010390700 A CN 202010390700A CN 111534695 B CN111534695 B CN 111534695B
Authority
CN
China
Prior art keywords
content
hazardous waste
materials
target material
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010390700.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111534695A (zh
Inventor
毛谙章
周兆安
李俊
刘小文
俞挺
李加兴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Feinan Resources Utilization Co ltd
Original Assignee
Guangdong Feinan Resources Utilization Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Feinan Resources Utilization Co ltd filed Critical Guangdong Feinan Resources Utilization Co ltd
Priority to CN202010390700.1A priority Critical patent/CN111534695B/zh
Publication of CN111534695A publication Critical patent/CN111534695A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111534695B publication Critical patent/CN111534695B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/001—Dry processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/69—Sulfur trioxide; Sulfuric acid
    • C01B17/74—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B13/00—Obtaining lead
    • C22B13/02—Obtaining lead by dry processes
    • C22B13/025—Recovery from waste materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B19/00—Obtaining zinc or zinc oxide
    • C22B19/30—Obtaining zinc or zinc oxide from metallic residues or scraps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/0038—Obtaining aluminium by other processes
    • C22B21/0069—Obtaining aluminium by other processes from scrap, skimmings or any secondary source aluminium, e.g. recovery of alloy constituents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
    • C22B26/10—Obtaining alkali metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
    • C22B26/20—Obtaining alkaline earth metals or magnesium
    • C22B26/22—Obtaining magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00—Obtaining refractory metals
    • C22B34/30—Obtaining chromium, molybdenum or tungsten
    • C22B34/32—Obtaining chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/02—Working-up flue dust
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Abstract

本申请涉及一种危废物料的配伍工艺和危废物料的处理工艺，属于危废处理技术领域。危废物料的配伍工艺通过对危废物料和辅料的已知参数以及目标物料的预设碱度、碱金属含量、还原剂用量比例、镁含量、铝含量、热值、卤素含量、铬含量及磷含量进行限定，使得配伍后的物料在经过处理后，如冶金炉窑熔炼，实现危废的无害化处置，资源化利用。

Description

危废物料的配伍工艺和危废物料的处理工艺
技术领域
本申请涉及危废处理技术领域，且特别涉及一种危废物料的配伍工艺和危废物料的处理工艺。
背景技术
危险废弃物来自化工、制药、造业、印染、冶金等行业，性质复杂多变。随着经济的快速发展，危险废弃物的产生量急剧增加。目前的危险废弃物处置技术中，主要有填埋、焚烧处置、水泥窑协同处理等诸多方法，具体介绍如下：
危险废物填埋有适用标准，首先需要使物料固化、稳定化后符合入场标准，但一段时间后浸出毒性不符合要求，重金属渗出。目前，填埋可能还会是一个危废增容的过程，总趋势是减少填埋，而无废城市追求零填埋。
焚烧适合于处理热值高的危废，对于热值低的危废需要额外补加大量的能源，同时焚烧容易产生二次污染物——焚烧灰渣，不是一种末端的处理工艺，具有很大的应用局限性。
水泥窑协同处理危险废物是今年来兴起的一种工艺方式。但是，从环境风险控制角度来看，水泥窑协同处置危废并非最佳可行方案。因为水泥窑协同处置飞灰存在以下缺陷：(1)危废中氯、硫等元素含量较高时，造成水泥窑“结皮”，进入水泥窑之前必须进行严格的预处理或配伍。(2)危废水泥窑协同处理，水泥煅烧过程中铅、镉等毒性较强的重金属绝大部分挥发进入烟气，烟气中绝大部分的铅和镉被捕集进入窑灰，但是水泥窑的窑灰并不按照废物管理，而是返回窑内再次煅烧或直接与水泥熟料混合，成为水泥产品的一部分，这样实质上是将重金属分散稀释到了水泥产品中，增大了其缓慢向环境释放的风险。(3)水泥制品在环境中均有一定寿命，尽管重金属可以理解成被晶格包裹，但服役期满后均会成为建筑垃圾，发生粉化，目前协同处置飞灰引入的重金属无疑将成为未来建筑垃圾的组分。
目前危废冶金炉窑处置的配伍过程很大程度仍借鉴传统火法冶金过程，但危废原料组成复杂，目前主要依据冶金工程师的经验和计算，仍缺少高效、精确的配伍工艺。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种危废物料的配伍工艺和危废物料的处理工艺，以实现低成本、资源化、无害化危废处理。
第一方面，本申请实施例提供了危废物料的处理工艺，采用金属平衡中控系统根据危废物料和辅料的已知参数确认待回收物料的处置或回收工艺。金属平衡中控系统包括：(1)取样检测单元，用于对全流程物料进行取样，并对全流程物料进行理化性质检测；(2)物流输送单元，用于输送全流程物料；(3)磅房控制单元，用于对全流程物料进行称重；(4)能耗控制单元，用于对处置或回收过程中的能耗进行监管及调控；(5)数据集成单元，用于获取中间产物的理化性质以及质量，并根据中间产物的理化性质以及质量对处置或回收过程进行修正；(6)物料平衡控制单元，用于获取待回收原料的理化性质，并根据待回收原料存储的量以及待回收原料的理化性质确定回收过程。
经过金属平衡中控系统各个环节的控制，经取样检测单元获取危废物料和辅料的已知参数，已知参数包括危废物料和辅料的理化性质和成分含量。由物料平衡系统确认待合适的物料回收工艺，并根据危废物料和辅料的已知参数以及目标物料的预设碱度、碱金属含量、还原剂用量比例、镁含量、铝含量、热值、卤素含量、铬含量及磷含量确定危废物料和辅料的配伍量。由能耗控制单元进行热值配伍控制，再由磅房控制单元计量、由物流输送单元根据配伍量将危废物料和辅料输送至预处理后输送至冶金炉窑处理系统或直接输送至冶金炉窑处理系统。
本申请提供的危废物料的处理工艺先根据配伍工艺对物料进行配伍，使得配伍的物料各成分的含量达到预设值，通过冶金炉窑熔炼，使得配伍的物料进行协同处理。冶金炉窑协同处理适合的危废范围广，可以充分利用危废中的热值、金属资源回收率高，最终能实现危废的彻底无害化处置和资源化利用。
第二方面，本申请实施例提供了一种危废物料的配伍工艺，包括：获取危废物料和辅料的已知参数，已知参数包括危废物料和辅料的理化性质和成分含量。根据危废物料和辅料的已知参数以及目标物料的预设碱度、碱金属含量、镁含量、铝含量、还原剂用量比例、热值、卤素含量、铬含量及磷含量确定危废物料和辅料的配伍量。配伍后的物料在冶金窑炉中进行处理。
其中，碱度为碱性氧化物与酸性氧化物的质量比，碱度为0.7～1.5。碱金属的质量百分含量(其他碱金属按等摩尔量折算为氧化钠含量进行计算，下同)为{m[(以Na2O计)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％≤10％。镁的质量百分含量为{m[(MgO)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％≤12％。铝的质量百分含量为{m[(Al2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％≤10％。根据配伍量进行配伍。
本申请提供的配伍工艺通过对危废物料和辅料的已知参数以及目标物料的预设碱度、碱金属含量、镁含量、铝含量进行限定，使得配伍的物料中含有适量的碱金属，使其在后续的处理过程中熔炼温度适当降低，有助于降低熔炼的成本；危废物料中含有大量的镁和铝，通过物料配伍控制目标物料中含有适量的镁含量和铝含量不会影响熔炼过程，且有助于熔炼渣的无害化效果，使得配伍后物料的协同处理效果较好，能够实现无害化处置和资源化利用。
在本申请的部分实施例中，铬的质量百分含量为{m[(Cr2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％≤5％。在上述范围内，铬元素在熔体中会转变为稳定价态，并主要以铬铁矿形态稳定化存在于多元系渣相中，从而实现固化、无害化。
在本申请的部分实施例中，磷的质量百分含量为{m[(P)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％≤5％。在上述范围内，磷可以得到有效的、稳定化处理，熔炼效果较好。
在本申请的部分实施例中，目标物料中的还原剂的最小理论用量需要满足：n(C)min＝0.5n(Cu)+0.5n(Ni)+n(Sn)，其中，“C”表示为炭基还原剂中的有效碳，n为单位质量目标物料中各组分的摩尔量。目标物料的含水率(质量百分含量)低于10％。
还原剂主要是在有价金属参与的冶金炉窑协同过程中需要关注的，其主要是将金属氧化、氢氧化物或者其他化合物状态的金属元素还原成为金属、金属合金或者是硫化物，同时实现硫酸根的还原，使其还原成为二氧化硫，亚硫酸盐和硫化物，还原剂的用量受多方面影响，总原则为足够量，但又不能过多造成浪费和处理成本增高。在本申请的部分实施例中，目标物料的处理温度为1200℃～1400℃，目标物料的平均热值为800kcal/kg～1600kcal/kg。在上述条件下，目标物料熔炼时所需的热值较低，能够减少燃料的用量，降低成本。
在本申请的部分实施例中，目标物料中的硫含量(单位质量的目标物料中组分的摩尔量，下同)为n(S)＜0.5n(Cu)+2/3n(Ni)，目标物料中含有的铜或镍即可作为固硫剂进行固硫。硫含量在上述范围内，目标物料中的硫在处理过程中能够被固定。
在本申请的部分实施例中，目标物料中的硫含量为n(S)≥0.5n(Cu)+2/3n(Ni)，且目标物料处理时烟气中二氧化硫浓度达到5％以上时，增加烟气制酸工艺。硫含量在上述范围内时，金属铜的固硫效果会降低，因此采用制酸工艺对硫进行充分处理。
在本申请的部分实施例中，目标物料的卤素含量为：目标物料中的氯和溴的质量百分比之和小于5％。上述卤素含量能够与物料中其他物质组成卤化物挥发，大量减少氯化氢的生成和挥发，延长设备的使用时间。
在本申请的部分实施例中，目标物料的卤素含量为：目标物料中的氯和溴的质量百分比之和为5％～10％，向目标物料中添加不含卤素或极低卤素含锌和/或铅的物料，并进行冶金炉窑脱卤素预处理，含铅和/或锌的物料的加量为：n(Pb)+n(Zn)≥0.5∑n(Cl+Br)，其中，n为单位质量物料中组分的摩尔量。当卤素含量超过5％，通过添加一定量的铅和/或锌以降低卤化氢(主要为氯化氢和溴化氢)的生成和挥发，延长设备的使用时间。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请实施例的一种危废物料的配伍工艺和处理工艺进行具体说明。
本申请实施例提供了一种危废物料的配伍工艺，危废物料包括多金属危废和协同危废，配伍工艺包括：
物料的配伍基本要求结合危废自身的腐蚀性、毒性、易燃性、反应性、感染性、危险性进行科学配伍，本申请遵循相容性原则，不将可能发生剧烈反应或可能引发二次次生污染的物料相互配伍。
先获取危废物料和辅料的已知参数，已知参数包括危废物料和辅料的理化性质和成分含量。本申请实施例中，可以通过系统单元检测，获取危废物料和辅料的已知参数。
本申请中的危废物料包括多金属危废和协同危废。多金属危废一般为含有多金属(包括铜、镍、锡、贵金属等有价金属)的工业废物。协同危废包括但不限于烟气脱硫石膏渣、废水处理产生的含重金属污泥、废硫酸盐、含有热值的有机废物、含油污泥、拆解后的废旧线路板等各种工业废物。本申请中的协同危废可以归为三类：1.热值利用危废。热值利用危废为高温处置下释放热量以提供热值为主的危废，如各类有机质危废。2.硫利用危废。硫利用危废为含有元素硫的危废，高温下硫主要与金属转化成“锍相”，如工业废硫酸盐。3.造渣危废。通过造渣形成玻璃态化的危废。
本申请采用的辅料主要有：石灰石、石英石、还原剂和燃料等，还原剂、燃料为炭基还原剂，如粉煤、煤、炭精等。
根据危废物料和辅料的已知参数以及目标物料的预设碱度、碱金属含量、还原剂用量比例、镁含量、铝含量、热值、卤素含量、铬含量及磷含量确定危废物料和辅料的配伍量，然后根据配伍量进行配伍。
在本申请的部分实施例中，混合物的碱度为碱性氧化物与酸性氧化物的质量比，即物料中可以形成渣相(或炉渣)的碱性氧化物和酸性氧化物的质量之比。需要说明的是，本申请中的碱性氧化物以碱金属氧化物，碱土金属氧化物为主，还包括铁、铬、锰等金属氧化物，酸性氧化物主要以二氧化硅为主，还包括磷等氧化物，另外氧化铝属于两性氧化物，酸性氧化物多时，它可以充当碱性氧化物，反之亦反。为了实现资源化利用，本申请实施例中碱度为0.7～1.5。碱度过大增熔点高，碱度过小则渣的粘度大，碱度过大或过小都不利于熔炼过程及后续渣的无害化。可选地，碱度为0.9～1.2，碱度还可以为0.7、0.8、0.9、1.0、1.1或1.2。
碱金属元素有利于降低熔炼过程中炉渣的熔点，适合低温下进行熔融态反应。在一般的熔炼造渣过程中较少用，主要是因为碱金属元素不是渣的必要组成成分，额外添加其价格较高。而本申请中的物料本身具有一定量的碱金属元素，因此不需要额外添加。本申请发明人在实验研究过程中发现，钠和钾能进入钙-铁-硅系熔融炉渣中的比例有一定限制，若碱金属元素的含量过高，过量的碱金属元素会以盐的形态挥发进入至烟尘中，增加烟尘量，导致它们得不到有效处理，烟尘需要进一步处理和回收有价金属，增加烟尘处理成本。此外，碱金属元素含量过高会导致锍相(金属硫化物，一般主要以硫化亚铜、硫化亚铁和二硫化三镍为主)中有大量的碱金属硫化物进入，这种锍相中的硫离子相对活性较大，遇水遇酸容易分解产生硫化氢，危险性较大。在此基础上，本申请发明人经过一定量的实验研究得出，本申请混合物中的碱金属的质量百分含量(其他碱金属按等摩尔量折算为氧化钠含量进行计算)满足为{m[(以Na2O计)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％≤10％时，熔炼处理效果较好。可选地，碱金属的质量百分含量满足{m[(以Na2O计)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为2％、5％、8％或10％。
若混合物中含有一定的镁元素，MgO会导致熔炼渣熔点升高，尤其当渣中有铬和铁时，会形成高熔点化合物铬铁矿，影响有价金属与渣的沉降分离。本申请发明人经过一定量的实验研究得出，混合物中的镁的质量百分含量满足{m[(MgO)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％≤12％，熔炼效果较好。可选地，碱金属的质量百分含量满足m[(MgO)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]×100％为3％、5％、7％、8％、10％或12％。
氧化铝是两性氧化物，若混合物中含有过多的氧化铝，会导致渣的流动性不好，影响熔炼，本申请发明人经过一定量的实验研究得出，混合物中的铝的质量百分含量满足{m[(Al2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％≤10％，熔炼效果较好。可选地，铝含量满足{m[(Al2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为2％、5％、8％或10％。
铬的氧化物熔点高，且铬易与铁和镁形成高熔点化合物铬铁矿，对渣的熔点和流动性有较大影响，影响金属和锍的沉降分离。本申请发明人经过一定量的实验研究并结合冶金熔体热力学分析和矿物学研究分析得出，铬元素在熔体中会转变为稳定价态，并主要以铬铁矿形态稳定化存在于多元系渣相中，从而实现固化、无害化。铬在高温下以三价为稳定状态，即高毒性的六价铬如CrO3和高铬酸盐经高温处理后均会变成低价态的Cr2O3。虽然单纯的焚烧可以使得高价态的铬转变为低价态，但是仍有少量的铬会被浸出。本申请通过冶金炉窑系统处理可以将铬与铁、镁等形成更加稳定的铬铁矿(Fe、Mg)Cr2O4，本身浸出毒性就可以达标，如果是固定在玻璃态的渣中其可以达到更高的安全标准。本申请发明人经过一定量的实验研究得出，混合物中的铬的质量百分含量满足{m[(Cr2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％≤5％时，熔炼效果较好。可选地，铬含量满足路{m[(Cr2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为2％、3％、4％或5％。
磷元素在高温还原体系下会发生反应，磷酸钙等稳定的磷酸盐会被还原，但是在冶金炉窑系统中，尤其是弱还原气氛的冶金炉窑中，磷主要以高价态氧化物或磷酸盐等与其他组成稳定的存在于渣中，不会被还原。本申请发明人经过一定量的实验研究得出，混合物中的磷的质量百分含量满足{m[(P)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％≤5％，磷可以得到有效的、稳定化处理，熔炼效果较好。可选地，磷含量满足{m[(P)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为1％、2％、3％、4％或5％。
现有的配伍方法很容易忽视热值的搭配，即协同处理的有机质中的原有热值的利用和新增燃料与还原剂的关系。本申请限定目标物料的还原剂用量比例满足最小理论量的110％以上，且目标物料的含水率(质量百分含量)低于10％。其中还原剂用量比例的最小理论量为n(C)min＝0.5n(Cu)+0.5n(Ni)+n(Sn)，n为单位质量目标物料中组分的摩尔量，C为炭基还原剂中的有效碳。有公开的废物焚烧配伍处理方法中的热值保持在2800kcal/kg，而本申请的目标物料的平均热值为800kcal/kg～1600kcal/kg。这是因为危废物料在焚烧过程中含水率一般较高，而本申请的目标物料的含水率低于10％，则物料需要的蒸发热量较少。同时，本申请采用冶金炉窑处理的反应温度为1200℃～1400℃，而现有的焚烧温度一般为1000℃～1100℃。在上述条件下，本申请的目标物料在冶金炉窑处理过程的高温体系下还会发生很多化学反应，释放大量的化学反应热，应该整个体系在运行过程中还能够减少燃料的用量，降低成本。本申请给出以下示例，表1中的反应为冶金炉窑协同处理的典型反应：
式1：2Cu2O+2CaSO4+SiO2+4C＝2Cu2S+(2CaO)·(SiO2)+4CO2(g)。
表1反应热力学数据分析
Figure BDA0002484557190000091
由表1可知，当温度＜1200℃时，△H＞0，即为吸热反应，反应过程需要吸收大量的热量，而当温度≥1200℃时，该反应△H＜0，转变为典型的放热反应，而且△H的绝对值比之前还大，可知对应放出的热量比低温时吸收的热量还要大，由此可以理解本申请目标物料冶金炉窑熔炼处理时所需的热值比现有技术的要低，相对焚烧过程更加节能。
目标物料中含有元素硫则需要注意元素硫的固定问题。由于在冶金炉窑熔炼处理过程中，体系主要以还原性气氛为主，不同于焚烧炉窑以氧化性气氛为主。还原性气氛下，在有金属元素(尤其是亲硫金属，如铜、镍、铁等)存在的情况下一般硫酸盐中的硫酸根会被还原成金属硫化物，诸如：硫化亚铜、硫化亚铁、二硫化三镍、硫化钠等。在本申请的部分实施例中，危废物料来自于铜污泥系统的废渣，含有一定量的铜等其他金属，因此，本申请可以采用铜元素作为硫固定剂。进一步地，为了达到较好的固硫效果，单位质量目标物料中的硫含量n(S)＜0.5n(Cu)+2/3n(Ni)，其中n为单位质量目标物料中组分的摩尔量，目标物料中含有的铜和/或镍即可作为固硫剂进行固硫。
需要说明的是，本申请的铜元素固硫不同于现有的钙基固硫剂、镁基固硫剂或其组合。传统的焚烧过程中含硫有机物和易分解的硫酸盐等在高温热分解的状态下产生二氧化硫，大部分还是通过含碱化合物来固定，如钙基固硫剂、镁基固硫剂或其组合。传统焚烧过程钙固硫的原理是在1000℃左右的条件、氧化性气氛下，氧化钙可以与硫结合生成硫酸钙达到固硫的目的。但本申请的冶金炉窑熔炼过程在1300℃温度左右、还原性气氛下，硫酸盐或硫酸钙会被还原分解产生硫化物和氧化物，不能固定硫，因此固硫机理不同。
在本申请的部分实施例中，对物料中的元素硫采用制酸工艺处理，此情况下，目标物料中的硫含量相比仅固硫时的含量要高，此时元素硫含量为n(S)≥0.5n(Cu)+2/3n(Ni)，n为单位质量目标物料中组分的摩尔量。
危废高温处理过程中卤化物存在分解、挥发问题，分解的卤化氢气体易对设备造成腐蚀。本申请为了减少卤化氢的生成和挥发，延长设备的使用时间，目标物料在处理过程中需要对卤素含量进行控制，目标物料中的元素氯和溴的质量百分比之和小于5％。若卤素含量过高，即配伍后得到的物料中卤素含量为：物料中的元素氯和溴的质量百分比之和为5％～10％，向目标物料中添加其他不含无卤素的铅和/或锌固废物料，铅和/或锌的加量为：n(Pb)+n(Zn)≥0.5∑n(Cl+Br)，其中，n在单位质量物料中组分的摩尔量，并用专用的冶金炉窑进行脱卤素预处理。
本申请的配伍工艺通过对危废物料和辅料的已知参数以及目标物料的预设碱度、碱金属含量、还原剂用量比例、镁含量、铝含量、热值、卤素含量、铬含量及磷含量进行限定，使得配伍后的物料在经过处理后，如冶金炉窑熔炼，实现危废的无害化处置，资源化利用。其次，多金属处置是需要供热的，有机质的协同处置一方面提供了大量的热，减少了炭精等燃料的投入，另一方面保证了一定的还原性气氛，有利于金属的还原熔炼；金属熔炼需要造渣，造渣危废的协同处置一方面消除其毒性，另一方面节约了辅料造渣剂的投入。本申请的配伍工艺对多金属危废和协同危废进行共同处理，能够减少辅料的投入，节约成本。再次，协同危废还含有一定量的重金属，通过协同处置后，可进一步富集，实现资源的综合回收，提高经济效益。
第二方面，本申请实施例提供了上述危废物料的处理工艺，包括：
获取危废物料和辅料的已知参数，已知参数包括危废物料和辅料的理化性质和成分含量。
经过金属平衡中控系统各个环节的控制，首先经取样检测单元获取危废物料和辅料的已知参数，已知参数包括危废物料和辅料的理化性质和成分含量。由物料平衡系统确认合适的物料回收工艺，并根据危废物料和辅料的已知参数以及目标物料的预设碱度、碱金属含量、还原剂用量比例、镁含量、铝含量、热值、卤素含量、铬含量及磷含量确定危废物料和辅料的配伍量。由能耗控制单元进行热值配伍控制，再由磅房控制单元计量、由物流输送单元根据配伍量将危废物料和辅料输送至冶金炉窑处理系统。其中部分物料需要先输送至预处理系统进行处理，以满足冶金炉窑处理系统的入炉要求，再输送至冶金炉窑处理系统。
在冶金炉窑处理系统中处理后得到产物和中间产物，由取样检测单元获取产物和中间产物的理化特性，再由磅房控制单元称量后由物流输送单元输送至产品物控系统。
在本申请的部分实施例中，冶金炉窑处理系统的熔炼温度为1200℃～1400℃。该温度有助于降低目标物料燃烧时所需的热值，能够减少燃料的用量，降低成本。同时还有助于金属铜对硫的固定。
本申请采用多金属回收系统参与危废物料的处理，多金属回收系统包括金属平衡中控系统、物控系统以及处理系统。在本申请实施例中，金属平衡中控系统包括：取样检测单元、物流输送单元、磅房控制单元、数据集成单元以及金属平衡控制单元。其中，取样检测单元用于对全流程物料进行取样，并对全流程物料进行理化性质检测；物流输送单元用于输送全流程物料；磅房控制单元用于对全流程物料进行称重；能耗控制单元用于对回收过程中的能耗进行监管及调控；数据集成单元用于获取中间产物的理化性质，并根据中间产物的理化性质对回收过程进行修正；金属平衡控制单元用于获取所待回收原料的理化性质，并根据待回收原料存储的量以及待回收原料的理化性质确定回收过程。
本申请提供的危废物料的处理工艺先根据配伍工艺对物料进行配伍，使得配伍的物料各成分的含量达到预设值，通过冶金炉窑熔炼，使得配伍的物料进行协同处理，能够实现无害化处置和资源化利用。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种危废物料的配伍工艺及处理工艺，包括：
获取危废物料和辅料的已知参数，已知参数包括危废物料和辅料的理化性质和成分含量。
根据危废物料和辅料的已知参数以及目标物料的预设碱度、碱金属含量、还原剂用量比例、镁含量、铝含量、热值、卤素含量、铬含量及磷含量确定危废物料和辅料的配伍量。
其中，碱度为0.7；
碱金属含量为{m[以(Na2O)计]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为5％；
镁含量为{m[(MgO)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为3％；
铝含量为{m[(Al2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为10％；
铬含量为{m[(Cr2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为1.5％；
磷含量为{m[(P)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为1％；
还原剂用量比例为最小理论量的150％，目标物料的含水率低于10％；
目标物料的平均热值为800kcal/kg；
目标物料中的硫含量为n(S)＝0.25×[0.5n(Cu)+2/3n(Ni)]；
目标物料的卤素含量为：目标物料中的氯和溴的质量百分比之和为2％。
由磅房控制单元计量、由能耗控制单元进行热值控制、由物流输送单元根据配伍量将危废物料和辅料输送至冶金炉窑处理系统进行处理。其中，冶金炉窑处理的温度为1200℃～1400℃。
实施例2
本实施例提供一种危废物料的配伍工艺及处理工艺，包括：
获取危废物料和辅料的已知参数，已知参数包括危废物料和辅料的理化性质和成分含量。
根据危废物料和辅料的已知参数以及目标物料的预设碱度、碱金属含量、还原剂用量比例、镁含量、铝含量、热值、卤素含量、铬含量及磷含量确定危废物料和辅料的配伍量。
其中，碱度为1.5；
碱金属含量为{m[以(Na2O)计]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为10％；
镁含量为{m[(MgO)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为12％；
铝含量为{m[(Al2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为10％；
铬含量为{m[(Cr2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为5％；
磷含量为{m[(P)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为5％；
还原剂用量比例为最小理论量的150％，目标物料的含水率低于10％；
目标物料的平均热值为1600kcal/kg；
目标物料中的硫含量为n(S)＝2.15×[0.5n(Cu)+2/3n(Ni)]；
目标物料的卤素含量为：目标物料中的氯和溴的质量百分比之和为2％。
由磅房控制单元计量、由能耗控制单元进行热值控制、由物流输送单元根据配伍量将危废物料和辅料输送至冶金炉窑处理系统进行处理，其中，冶金炉窑处理的温度为1200℃～1400℃。对冶金炉窑处理产生的尾气进行制酸工艺处理。
实施例3
本实施例提供一种危废物料的配伍工艺及处理工艺，与实施例1的不同之处在于目标物料的卤素含量为：目标物料中的氯和溴的质量百分比之和为8.5％。先通过往配伍的物料中添加铅和锌，铅和锌的加量为：n(Pb)+n(Zn)＝0.75∑n(Cl+Br)。并用专用冶金炉窑进行脱卤素预处理，经过预处理后物料中氯和溴的质量百分比之和降至为1.5％，而后再同实施例1进行二次配伍，加入其它辅料进行冶金炉窑熔炼，冶金炉窑熔炼处理的温度为1200℃～1400℃。
对比例1
本对比例提供一种配伍工艺及处理工艺，与实施例1的不同之处仅在于：
得到配伍的物料之后，采用常规的焚烧处理工艺，在常规焚烧炉的操作条件下对配伍的物料进行处理。
对比例2
本对比例提供一种危废物料的配伍工艺及处理工艺，与实施例1的不同之处仅在于：
碱度为2；
碱金属含量为{m[以(Na2O)计]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为14％；
镁含量为{m[(MgO)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为15％；
铝含量为{m[(Al2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为15％。
对比例3
本对比例提供一种危废物料的配伍工艺及处理工艺，与实施例1的不同之处仅在于：
碱度为1.8；
碱金属含量为{m[以(Na2O)计]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为15％；
镁含量为{m[(MgO)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为15％；
铝含量为{m[(Al2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为13％；
铬含量为{m[(Cr2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为7％；
磷含量为{m[(P)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100％为6％。
试验例
对实施例1-3、对比例1-3的熔炼渣或者高温处理后的渣进行玻璃化度分析(参照标准：GB/T 18046-2017)，参照标准GB 5085.3-2007进行浸出毒性分析。结果如下表：
表2危废物料的配伍处理工艺实施结果对比
Figure BDA0002484557190000151
Figure BDA0002484557190000161
由上表实施例1～3可以看出，按照本方案进行配伍及处理，可以同步实现资源回收及危废无害化处理。由实施例1与对比例1比较发现，采用本方案进行配伍及采用本方案所述的危废处理工艺相比现有的焚烧处理具有诸多优势，本方案可以同步实现资源回收及危废无害化处理，适合作为末端处理工艺，且过程简单，物料适应性强(配伍物料的有害成分范围更宽泛)。另外，通过实施例1和对比例2～3的对比发现，若不按照科学配伍，即便采用相同的处理工艺设备，得到的效果差异也非常明显。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种危废物料的配伍工艺，其特征在于，所述危废物料包括多金属危废和协同危废，所述配伍工艺包括：
获取所述危废物料和辅料的已知参数，所述已知参数包括所述危废物料和所述辅料的理化性质和成分含量；
根据所述危废物料和所述辅料的已知参数以及目标物料的预设碱度、碱金属含量、镁含量、铝含量、还原剂用量比例、热值、卤素含量、铬含量及磷含量确定所述危废物料和所述辅料的配伍量；
其中，所述碱度为物料中能入渣的碱性氧化物总质量与能入渣的酸性氧化物总质量的比值，所述碱度为0.7~1.5；
所述碱金属的质量百分含量为{m[(以Na2O计)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100%≤10%；
所述镁的质量百分含量为{m[(MgO)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}× 100%≤12%；
所述铝的质量百分含量为{m[(Al2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}× 100%≤10%；
所述铬的质量百分含量为{m[(Cr2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}× 100%≤5%；以及
所述磷的质量百分含量为{m[(P)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}× 100%≤5%；
根据所述配伍量进行配伍，配伍后的物料在冶金窑炉中进行处理。
2.根据权利要求1所述的危废物料的配伍工艺，其特征在于，所述目标物料的还原剂用量比例满足最小理论量的110%以上，所述目标物料的含水率低于10%。
3.根据权利要求2所述的危废物料的配伍工艺，其特征在于，所述目标物料的处理温度为1200℃~1400℃，所述目标物料的平均热值为800kcal/kg ~1600kcal/kg。
4.根据权利要求1所述的危废物料的配伍工艺，其特征在于，所述目标物料中的硫含量为n(S)＜0.5n(Cu)+2/3n(Ni)，其中n为单位质量目标物料中组分的摩尔量，所述目标物料中含有的铜或镍即可作为固硫剂进行固硫。
5.根据权利要求1所述的危废物料的配伍工艺，其特征在于，所述目标物料中的硫含量为n(S)≥0.5n(Cu)+2/3n(Ni)，其中n为单位质量目标物料中组分的摩尔量，且所述目标物料处理时烟气中二氧化硫浓度达到5%以上时，增加烟气制酸工艺。
6.根据权利要求1所述的危废物料的配伍工艺，其特征在于，所述目标物料的卤素含量为：所述目标物料中的氯和溴的质量百分比之和小于5%。
7.根据权利要求6所述的危废物料的配伍工艺，其特征在于，所述目标物料中的氯和溴的质量百分比之和小于2%。
8.根据权利要求1所述的危废物料的配伍工艺，其特征在于，所述目标物料的卤素含量为：所述目标物料中的氯和溴的质量百分比之和为5%~10%，向所述目标物料中添加含锌和/或铅的物料，并进行冶金炉窑脱卤素预处理；
所述含锌和/或铅的物料的加量为：n(Pb)+n(Zn)≥0.5∑n(Cl+Br)，其中，n为单位质量目标物料中组分的摩尔量。
9.一种危废物料的处理工艺，其特征在于，包括：
获取所述危废物料和辅料的已知参数，所述危废物料包括多金属危废和协同危废；所述已知参数包括所述危废物料和所述辅料的理化性质和成分含量；
采用金属平衡中控系统根据所述危废物料和所述辅料的已知参数确认待回收物料的回收工艺；
根据所述物料取样检测单元确定危废物料和所述辅料的已知参数，并以目标物料的预设碱度、碱金属含量、还原剂用量比例、镁含量、铝含量、热值、卤素含量、铬含量及磷含量确定所述危废物料和所述辅料的配伍方式及配伍量；
其中，所述碱度为物料中能入渣的碱性氧化物总质量与能入渣的酸性氧化物总质量的比值，碱度为0.7~1.5；
所述碱金属的质量百分含量为：{m[(以Na2O计)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100%≤10%；
所述镁的质量百分含量为：{m[(MgO)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}× 100%≤12%；
所述铝的质量百分含量为：{m[(Al2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}× 100%≤10%；
所述铬的质量百分含量为{m[(Cr2O3)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}×100%≤5%；以及
所述磷的质量百分含量为{m[(P)]/m[∑(碱性氧化物+酸性氧化物)]}× 100%≤5%；
由磅房控制单元计量、由能耗控制单元进行热值控制、由物流输送单元根据所述配伍量将所述危废物料和所述辅料输送至冶金炉窑处理系统。
10.根据权利要求9所述的危废物料的处理工艺，其特征在于，所述冶金炉窑处理系统的熔炼温度为1200℃~1400℃。
CN202010390700.1A 2020-05-09 2020-05-09 危废物料的配伍工艺和危废物料的处理工艺 Active CN111534695B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010390700.1A CN111534695B (zh) 2020-05-09 2020-05-09 危废物料的配伍工艺和危废物料的处理工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010390700.1A CN111534695B (zh) 2020-05-09 2020-05-09 危废物料的配伍工艺和危废物料的处理工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111534695A CN111534695A (zh) 2020-08-14
CN111534695B true CN111534695B (zh) 2021-10-01

Family

ID=71975498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010390700.1A Active CN111534695B (zh) 2020-05-09 2020-05-09 危废物料的配伍工艺和危废物料的处理工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111534695B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111996362B (zh) * 2020-08-26 2022-08-12 甘肃高能中色环保科技有限公司 一种含镍固危废物料生产镍块料的方法
CN112598254A (zh) * 2020-12-17 2021-04-02 中材国际环境工程（北京）有限公司 一种水泥窑前危废物料配伍方法
CN112906218B (zh) * 2021-02-07 2022-07-08 浙江和惠生态环境科技有限公司 飞灰高温熔融处理配伍方法、控制系统、设备及存储介质
CN114087619A (zh) * 2021-11-12 2022-02-25 南京宇清环境科技有限公司 一种危废配伍处理工艺

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4968499A (en) * 1989-10-13 1990-11-06 James C. Barber And Associates, Inc. Conversion of precipitator dust into phosphorus furnace feedstock
CN107705235A (zh) * 2017-09-08 2018-02-16 上海电气集团股份有限公司 一种危险废物配伍系统
CN109182733A (zh) * 2018-11-19 2019-01-11 阳新鹏富矿业有限公司 一种含镁危废/固废的冶炼工艺
CN109457113A (zh) * 2018-11-02 2019-03-12 唐山市丰润区明营再生资源有限公司 一种冶金炉协同处置危险废物的方法
CN109708114A (zh) * 2018-12-24 2019-05-03 四川大学 一种危废焚烧配伍方法
CN110688741A (zh) * 2019-09-11 2020-01-14 南京释加软件科技有限公司 危险废物焚烧处置智能配伍算法
CN110835568A (zh) * 2019-10-21 2020-02-25 杭州电子科技大学 一种用于危废处置的污泥衍生燃料制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4968499A (en) * 1989-10-13 1990-11-06 James C. Barber And Associates, Inc. Conversion of precipitator dust into phosphorus furnace feedstock
CN107705235A (zh) * 2017-09-08 2018-02-16 上海电气集团股份有限公司 一种危险废物配伍系统
CN109457113A (zh) * 2018-11-02 2019-03-12 唐山市丰润区明营再生资源有限公司 一种冶金炉协同处置危险废物的方法
CN109182733A (zh) * 2018-11-19 2019-01-11 阳新鹏富矿业有限公司 一种含镁危废/固废的冶炼工艺
CN109708114A (zh) * 2018-12-24 2019-05-03 四川大学 一种危废焚烧配伍方法
CN110688741A (zh) * 2019-09-11 2020-01-14 南京释加软件科技有限公司 危险废物焚烧处置智能配伍算法
CN110835568A (zh) * 2019-10-21 2020-02-25 杭州电子科技大学 一种用于危废处置的污泥衍生燃料制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111534695A (zh) 2020-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111534695B (zh) 危废物料的配伍工艺和危废物料的处理工艺
de Buzin et al. EAF dust: An overview on the influences of physical, chemical and mineral features in its recycling and waste incorporation routes
Nowak et al. Heavy metal removal from municipal solid waste fly ash by chlorination and thermal treatment
CN107245549B (zh) 一种电解铝厂铝灰的高效利用工艺
Čarnogurská et al. Measurement and evaluation of properties of MSW fly ash treated by plasma
CN106862244A (zh) 飞灰的高温熔融无害化方法
US5405429A (en) Method for treatment and conversion of refuse incineration residues into environmentally acceptable and reusable material, especially for construction purposes
Zhao et al. Arsenic removal from copper slag matrix by high temperature sulfide-reduction-volatilization
Sun et al. Sulfur resource recovery based on electrolytic manganese residue calcination and manganese oxide ore desulfurization for the clean production of electrolytic manganese
Ajorloo et al. Heavy metals removal/stabilization from municipal solid waste incineration fly ash: a review and recent trends
Jordán et al. Technological behaviour and leaching tests in ceramic tile bodies obtained by recycling of copper slag and MSW fly ash wastes
Wang et al. Melting of municipal solid waste incinerator fly ash by waste-derived thermite reaction
Zhu et al. Transformation of Cr under sintering of Ca-rich solid waste with kaolin: Analysis of multi-element coupled interactions
Wang et al. Recovery of high-grade copper matte by selective sulfurization of CuO–Fe2O3–SiO2–CaO system
Mao et al. Activity calculation and phase transformation predication for heavy metals with slag activity calculation model during using electroplating sludge in production of bricks
Kojo et al. Copper production with Outokumpu flash smelting: An update
CN108486389A (zh) 一种锡冶炼协同处理生活垃圾焚烧飞灰的方法及应用
Lewis et al. Prioritising objectives for waste reprocessing: a case study in secondary lead refining
Gao et al. The introduction of sulfates to suppress Cr (III) oxidation during incineration of tannery sludge and reduce leachability toxicity of incineration residue
JP5107830B2 (ja) 排煙の処理方法
CN110550959A (zh) 一种含盐有机废水结晶残盐的处理方法及其用途
Queneau Optimizing matte and slag composition in rotary furnace smelting of leady residues
Ruan et al. Utilization and detoxification of gypsum sludge by replacing limestone in reduction smelting of high lead slag
Kar Carbothermic reduction of hydro-refining spent catalyst to extract molybdenum
JP6511503B1 (ja) 有機ハロゲン化物および重金属を含有する処理対象物の処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant