CN113699382A - 应用于炉渣资源化的处理装置及处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于炉渣资源化的处理装置及处理工艺，其应用如前述的处理装置处理铜沙，处理工艺主要包括：熔炼原料制备工序：按照入炉组分要求，将铜沙和一定比例的石灰石、莹石溶剂混合在一起制备成熔炼原料；冰铜、粗铜的冶炼工序：将熔炼原料通过富氧侧吹式熔炼炉的系列粗炼炉依次熔炼成冰铜和粗铜；制酸工序：将系列富氧侧吹式熔炼炉产生的烟气经制酸系统的换热降温、除尘及加压后制成酸制品；以及阳极铜炼制及电解工序：将粗铜经精炼炉炼制成阳极铜并通过电解系统电解分离出贵金属。借此，本发明的处理工艺能够从城市生活垃圾焚烧后产生的炉渣中提取刚纯度的铜以及金、银等贵金属，以实现炉渣资源化处理。

Description

应用于炉渣资源化的处理装置及处理工艺

技术领域

本发明是关于城市生活垃圾焚烧处理领域，特别是关于一种应用于炉渣资源化的处理装置及处理工艺。

背景技术

目前国内垃圾焚烧发电是垃圾减量化、资源化、无害化的最好途径。焚烧垃圾发电处理城市生活垃圾的特点是减量化效果显著，垃圾焚烧后体积可减少90％，但垃圾焚烧后仍旧会产生20％～25％的炉渣。

这部分炉渣主要由石块、沙子、玻璃、陶瓷、灰土及少量未燃透垃圾组成的不均匀混合物，经过破碎及分选处理后的炉渣化学性质稳定、耐久性较好，具备较高的强度。

炉渣在后续分选处理工艺过程中，我们从部分分选设备(磁选机，跳汰机，摇床)中可以分离出来少量铜沙，属于一般固废，铜沙中包含有金银铜铁铅锌等贵金属和可供再次资源化利用的成分，经济价值极高。

铜沙成分如下：

成分	小颗粒废物	成分	小颗粒废物
				Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	25.22	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	4.69
Cu(CuO)	35.17	Na<sub>2</sub>O	6.13
				Zn(ZnO)	8.15	PbO	3.49
SiO<sub>2</sub>	6.16	Others	7.93
				CaO	3.02	SUM	100.00

其中还含银400克/吨以上，金10克/吨以上，总的来说，铜沙可供资源化利用的空间非常大。然而，以往铜沙一般是采用冲天炉工艺来加以处置这，不能完全达到达到资源化的目的。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于炉渣资源化的处理装置，其能够用于处理从城市生活垃圾焚烧后产生的炉渣中分离出的铜沙。

本发明的另一目的在于提供一种应用于炉渣资源化的处理工艺，其能够从城市生活垃圾焚烧后产生的炉渣中提取刚纯度的铜以及金、银等贵金属，以实现炉渣资源化处理。

为实现上述目的，本发明提供了一种应用于炉渣资源化的处理装置，其可用于处理从城市生活垃圾焚烧后产生的炉渣中分离出的铜沙，处理装置包括富氧侧吹式熔炼炉，富氧侧吹式熔炼炉包括溶炼室及降沉室，富氧侧吹式熔炼炉也分为粗炼炉及精炼炉，粗炼炉用以将铜沙依次熔炼为冰铜以及粗铜，精炼炉用以将粗铜精炼为阳极铜。

在一优选的实施方式中，应用于炉渣资源化的处理装置还包括电解系统，电解系统用以对阳极铜进行电解后分离出贵金属。

在一优选的实施方式中，应用于炉渣资源化的处理装置还包括制酸系统，制酸系统用以将富氧侧吹式熔炼炉排出的烟气进行换热降温、除尘及加压后制成酸制品。

为实现上述另一目的，本发明还提供了一种应用于炉渣资源化的处理工艺，其应用如前述的处理装置处理铜沙，处理工艺主要包括：熔炼原料制备工序：按照入炉组分要求，将铜沙和一定比例的石灰石、莹石溶剂混合在一起制备成熔炼原料；冰铜、粗铜的冶炼工序：将熔炼原料通过富氧侧吹式熔炼炉的系列粗炼炉依次熔炼成冰铜和粗铜；制酸工序：将系列富氧侧吹式熔炼炉产生的烟气经制酸系统的换热降温、除尘及加压后制成酸制品；以及阳极铜炼制及电解工序：将粗铜经精炼炉炼制成阳极铜并通过电解系统电解分离出贵金属。

在一优选的实施方式中，熔炼原料制备工序包括：将熔炼原料通过给料系统输送至富氧侧吹式熔炼炉内进行高温熔炼工序。

在一优选的实施方式中，冰铜、粗铜的冶炼工序包括清渣步骤、冰铜制备步骤以及粗铜制备步骤；清渣步骤是将经熔炼室融化后的熔炼原料中含铜5％以下的浮渣定期清除；冰铜制备步骤是将经熔炼室融化后的熔炼原料中含铜30％以上的部分沉降至降沉室内形成冰铜；粗铜制备步骤是当降沉室内的冰铜蓄集到设定高度后，会从降沉室的虹吸放铜口利用高度差自行倾入到粗炼炉内继续炼制形成粗铜。

在一优选的实施方式中，阳极铜炼制及电解工序还包括阳极铜制备步骤以及电解铜制备步骤；阳极铜制备步骤是将粗铜破碎后输送至精炼炉内熔炼，再经过溶剂加入、吹风造渣、扒渣，着氧、还原、取样化验及注模工序后铸成阳极板；电解铜制备步骤为阳极板在电解车间经过系列铜电解环节后形成电解铜产品的过程。

在一优选的实施方式中，阳极铜炼制及电解工序还包括贵金属提取步骤，经过系列铜电解环节后，电解槽底部沉积的阳极泥中含有贵金属，对阳极泥进行处理后能提取贵金属。

在一优选的实施方式中，在冰铜、粗铜的冶炼工序中伴随着制酸工序，因粗铜中的铜、硫及铁的含量各占三分之一，在冶炼过程中，粗铜中的硫在高温下与氧结合形成SO2气体，SO2气体随着烟气经烟道换热器换热降温后，复经重力沉降、旋风除尘降温后送入文丘里除尘器再次除尘，最后经尾气风机加压后送至制酸系统制成酸制品。

在一优选的实施方式中，阳极铜制备步骤中产生的废渣中铜的含量介于25％—60％之间，将废渣再次返回精炼炉中炼制。

与现有技术相比，本发明的应用于炉渣资源化的处理装置及处理工艺具有以下有益效果：本方案采用富氧侧吹新工艺来处置铜沙，对物料的尺寸要求不严格，因除污泥外其他物料可直接入炉，因此对原料适应性强；炉渣全部玻璃化，可实现废物100％资源化，且炉渣中含铜低，金属回收率高；熔炼迅速，鼓入的富氧空气对熔体进行剧烈搅拌，炉料在液体中迅速完成气、液、固三相间主要反应；熔炼过程简便，操作方便，炉内液面稳定可调；综合能耗低，节能效果好，炉子密封性好；烟气量少且稳定连续，有利于烟气处理，烟尘率低。密封效果好，烟气成分控制稳定，环保排放性能远高于以往的处置方式；金属回收率高，铜金银等均可以有效提取回收；采取富氧侧吹熔炼工艺处理铜沙引领了今后炉渣资源化的处理方向。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的处理装置及处理工艺的设备布置及流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种应用于炉渣资源化的处理装置，其可用于处理从城市生活垃圾焚烧后产生的炉渣中分离出的铜沙，处理装置主要包括富氧侧吹式熔炼炉、电解系统以及制酸系统等。富氧侧吹式熔炼炉包括溶炼室及降沉室，富氧侧吹式熔炼炉也分为粗炼炉及精炼炉，粗炼炉用以将铜沙依次熔炼为冰铜以及粗铜，精炼炉用以将粗铜精炼为阳极铜。电解系统用以对阳极铜进行电解后分离出贵金属。制酸系统用以将富氧侧吹式熔炼炉排出的烟气进行换热降温、除尘及加压后制成酸制品。

请参阅图1，根据本发明优选实施方式的一种应用于炉渣资源化的处理工艺，其采用富氧侧吹式熔炼炉炼制冰铜，经连续吹炼炉炼成粗铜，投入精炼炉炼成阳极铜，进行电解，分离金、银等贵金属。自熔炼炉排出SO2烟气经初降温(换热)、除尘后经尾气风机加压后送至硫酸设备生产硫酸(二氧化硫)。

概括起来本发明所采用的处理工艺主要包括如下四个工艺环节：

(1)铜沙原料筛分、制备工序；

(2)铜沙经富氧侧吹炉炼为冰铜进入连续吹炼炉炼为粗铜，为冶炼工序；

(3)熔炼炉尾气经换热、除尘后经制酸系统处理工序；

(4)粗铜经反射炉炼成铜阳极板，电解后为电解铜工序；

在一些实施方式中，本发明的应用于炉渣资源化的处理工艺的细节描述如下：

a、原料制备：按照入炉组分要求，把铜沙和一定石灰石、莹石等溶剂等混合在一起制备，然后通过给料系统送入富氧侧吹炉内在高温下溶炼；由于每次使用的铜沙的成分不尽相同，因此每次铜沙与石灰石、莹石等溶剂的比例也不尽相同，本发明在此不做进一步限定。

b、富氧侧吹炉内分为溶炼室与降沉室。溶体溶化后经降沉室将比重较轻的渣浮在面上，将含铜30％以上的冰铜沉降在下边，定时将铜含量在0.5％左右的渣放出。渣经过水淬后可以做资源化处置；炉内温度为1200～1350度左右。

c、当铜成分富集到30～40％左右(称为冰铜)到一定炉内高度后，从虹吸放铜口利用高度差自行倾(流)入连续吹炼炉(粗炼炉)，根据成分配入溶剂进行造渣吹炼为粗铜。(富氧侧吹炉内，一般采用28％～35％富氧空气吹炼)。

d、冰铜的成份大约是铜、硫、铁各占三分之一左右，硫在高温下与氧结合变成SO2气体，随吹炼空气经炉尾烟道经冷却收尘后，排出制酸。

e、热烟气温度约1250度左右，经冷却器降温，经收尘器收尘后，进入制硫系统，最后还可以在制酸泥中回收铜和其它金属元素。

f、根据冰铜含量及其它元素配制冶炼溶剂，进行吹高压风吹炼，造渣后，渣经放渣口放出后，其渣含铜在2～5％之间，又可以再次进入溶炼炉内冶炼回收，形成循环回收。

g、冰铜吹炼成粗铜后经虹吸放铜口定时放出，铸锭后，即送去生产铜阳极板，一般矿产粗铜含铜量在96％以上，本发明的处理工艺冶炼铜的综合回收率在95％以上。

h、生产铜阳极板在火法铜阳极车间的铜精炼反射炉内工序：首先将粗铜破碎后，经加料机从加料口加入精炼反射炉内，待固体铜溶化后，加入适量溶剂吹风造渣后，扒渣，着氧、还原、取样化验合格后，经出铜口放出，用铜包倾入浇铸机锭模内烧铸成阳极板，炉内温度随冶炼周期的变化而变化，一般平均在1250度左右。

i、精炼渣一般含铜量在25％～60％之间，再返回精炼反射炉中回收。

j、电解铜车间的铜电解环节：首先电解液温度控制在56℃～58℃之间，以适当的间距装入阳极，并按一定的同极中心距，采用钛种板或不锈钢种板，经24小时电解后取出，制备为始极片，厚约1毫米左右，然后作为阴极用行车吊入电解槽中电解，一片阳极一片阴极，经6～7天电解后，阴极集沉为5～7毫米厚时，取出用水泡洗或冲后即为电解铜产品。

k、电解液含杂质必须控制在允许的范围内，综合各生产因素调整生产电流密度和电解液温度，硫酸度及其它添加料量以保证产品(铜+银)主含量达到99.95％以上，达到国家相关标准。

l、阳极板在装槽之前必须在洗槽中浸泡洗除去表面杂物，电解铜产品出槽也必须经洗槽冲洗去表面浮铜、浮渣等。

m、金、银、钯、铂等贵金属的回收工序：大自然中铜是金、银等贵金属的天然溶剂，铜电解目的除了得到较纯的铜外，目的之二就是回收金、银等贵金属，火法冶炼中95％以上的金、银等贵金属被富集在粗铜中，电解时由于电位差的因素被沉入电解槽底进入阳极泥，贵金属的多少决定于铜精矿中的贵金属含量。铜沙中含金一般为10克，含银400克，含铂金2～5克，贵金属含量随铜矿自然生成的条件差异很大。

n、铜电解过程中贵金属进入阳极泥，处理阳极泥即可回收金、银、铂金等贵金属。

o、由熔炼炉排出的SO2烟气，经烟道换热器换热后降至300℃以内，复经重力沉降、旋风除尘降温、除尘后于120～200℃送入文丘里除尘器再次除尘后，后经尾气风机加压后送至制酸系统处理制酸。少量尾气从烟囱排放。

综上所述，本发明的应用于炉渣资源化的处理装置及处理工艺具有以下优点：本方案采用一种应用于炉渣资源化的处理工艺来处理从城市生活垃圾焚烧后产生的炉渣中分离出的含贵金属成分较高的铜沙；铜沙中包含有金银铜铁铅锌等贵金属和可供再次资源化利用的成分，经济价值极高。本方案采用富氧侧吹炉来处置铜沙，炉体外壁均采用耐火材料内衬水套设计，密封性能好，综合能耗低，节能效果好，炉体安全性很高。富氧侧吹炉对物料的尺寸要求不严格，大部分被处理对象均可直接入炉，因此对原料的适应性很强。炉渣可以全部玻璃化，能实现废物100％资源化，且炉渣中含铜低，金属回收率高。熔炼迅速，鼓入的富氧空气对熔体进行剧烈搅拌，炉料在液体中迅速完成气、液、固三相间主要反应。熔炼过程简便，操作方便，炉内液面稳定可调。烟气量少且稳定连续，有利于烟气处理，烟尘率低；炉体一次二次三次风，分级配风设计合理，能够高效燃烧，并且可以有效控制烟气中硫化物等污染成分的排放。金属回收率高，铜金银等均可以有效提取回收。很好地解决了传统的工艺环保效果极差，粉尘飞扬，烟气排放不达标等现象以及燃烧效率不高，系统可调节性较差的问题，引领了处理从城市生活垃圾焚烧后产生的炉渣资源化的处理方向。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种应用于炉渣资源化的处理装置，其用于处理从城市生活垃圾焚烧后产生的炉渣中分离出的铜沙，其特征在于，所述处理装置包括富氧侧吹式熔炼炉，其包括溶炼室及降沉室，所述富氧侧吹式熔炼炉分为粗炼炉及精炼炉，所述粗炼炉用以将所述铜沙依次熔炼为冰铜以及粗铜，所述精炼炉用以将所述粗铜精炼为阳极铜。

2.如权利要求1所述的应用于炉渣资源化的处理装置，其特征在于，还包括电解系统，其用以对所述阳极铜进行电解后分离出贵金属。

3.如权利要求1所述的应用于炉渣资源化的处理装置，其特征在于，还包括制酸系统，其用以将所述富氧侧吹式熔炼炉排出的烟气进行换热降温、除尘及加压后制成酸制品。

4.一种应用于炉渣资源化的处理工艺，其应用如权利要求1至3所述的处理装置处理所述铜沙，其特征在于，所述处理工艺包括：

熔炼原料制备工序：按照入炉组分要求，将所述铜沙和一定比例的石灰石、莹石溶剂混合在一起制备成熔炼原料；

冰铜、粗铜的冶炼工序：将所述熔炼原料通过所述富氧侧吹式熔炼炉的系列所述粗炼炉依次熔炼成冰铜和粗铜；

制酸工序：将系列所述富氧侧吹式熔炼炉产生的烟气经所述制酸系统的换热降温、除尘及加压后制成酸制品；以及

阳极铜炼制及电解工序：将所述粗铜经所述精炼炉炼制成阳极铜并通过所述电解系统电解分离出贵金属。

5.如权利要求4所述的应用于炉渣资源化的处理工艺，其特征在于，所述熔炼原料制备工序包括：将所述熔炼原料通过给料系统输送至所述富氧侧吹式熔炼炉内进行高温熔炼工序。

6.如权利要求4所述的应用于炉渣资源化的处理工艺，其特征在于，所述冰铜、粗铜的冶炼工序包括：

清渣步骤：将经所述熔炼室融化后的所述熔炼原料中含铜5％以下的浮渣定期清除；

冰铜制备步骤：经所述熔炼室融化后的所述熔炼原料中含铜30％以上的部分沉降至降沉室内形成所述冰铜；以及

粗铜制备步骤：当所述降沉室内的所述冰铜蓄集到设定高度后，会从所述降沉室的虹吸放铜口利用高度差自行倾入到所述粗炼炉内继续炼制形成所述粗铜。

7.如权利要求4所述的应用于炉渣资源化的处理工艺，其特征在于，所述阳极铜炼制及电解工序还包括：

阳极铜制备步骤：将所述粗铜破碎后输送至所述精炼炉内熔炼，再经过溶剂加入、吹风造渣、扒渣，着氧、还原、取样化验及注模工序后铸成阳极板；以及

电解铜制备步骤：所述阳极板在电解车间经过系列铜电解环节后形成电解铜产品。

8.如权利要求7所述的应用于炉渣资源化的处理工艺，其特征在于，所述阳极铜炼制及电解工序还包括贵金属提取步骤，经过所述系列铜电解环节后，电解槽底部沉积的阳极泥中含有贵金属，对所述阳极泥进行处理后能提取贵金属。

9.如权利要求6所述的应用于炉渣资源化的处理工艺，其特征在于，在所述冰铜、粗铜的冶炼工序中伴随着所述制酸工序，因所述粗铜中的铜、硫及铁的含量各占三分之一，在冶炼过程中，所述粗铜中的硫在高温下与氧结合形成SO2气体，所述SO2气体随着烟气经烟道换热器换热降温后，复经重力沉降、旋风除尘降温后送入文丘里除尘器再次除尘，最后经尾气风机加压后送至所述制酸系统制成酸制品。

10.如权利要求7所述的应用于炉渣资源化的处理工艺，其特征在于，所述阳极铜制备步骤中产生的废渣中铜的含量介于25％—60％之间，将所述废渣再次返回所述精炼炉中炼制。

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