CN115198114B - 一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统，该系统包括回转窑、输气装置以及加热装置。根据物料的走向，回转窑为窑头端高于窑尾端的倾斜设置，并依次分为加热段、还原段以及收集段。其中，加热装置设置在回转窑内。所述回转窑的窑身上设有加料口、气体入口、排渣口、出料口以及气体出口。本发明针对铜冶炼烟灰和砷的特性，设计出一种可以连续进料、持续生产、操作简单的自动化砷回收装置，得到的单质砷纯度高，铜冶炼烟灰的处理量大，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种回收单质砷的系统及其使用方法，具体涉及一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统及其使用方法，属于冶金固体废弃物利用领域。
背景技术
铜冶炼白烟尘是火法炼铜过程中主要副产品之一，富含铜、铅、锌等有价金属和砷杂质，为有效回收铜冶炼烟灰中的有价金属，需将其中的砷进行分离。在铜冶炼烟灰中砷主要以氧化物的形式存在，如果烟灰不经处理，直接返回至冶炼体系，势必会加大入炉原料杂质的含量，恶化炉况，从而降低炉的处理能力，甚至影响正常生产。目前，国内外对冶炼烟灰的综合处理做了大量的研究。国内大部分企业采用湿法浸出的工艺，即首先采用酸浸或碱浸的方法将有价元素或砷一起转移至浸出液中，后采用化学沉淀、溶剂萃取等方法对各元素进行逐级分离，最终砷以废弃物的方式进入渣中，达到砷的无害化处理，未能实现砷的资源化、高值化利用，且生产过程中产生大量的废水，增加了企业的运营成本。而采用焙烧的方式处理含砷的白烟灰则需添加焦炭，处理温度高达1100℃，增加了二氧化碳排放且能耗较高，亦未能实现砷的资源化。
专利201310222752公开了一种氧化砷连续还原制备单质砷的设备及工艺方法，该方法设计了一种由氧化砷负压上料系统、还原料仓、连续下料系统、还原炉和产品出料器等组成的设备，通过通入氢气对氧化砷进行连续还原制备单质砷。工艺可实现生产过程中一次升温不降温连续还原高纯度氧化砷制备出大量的单质砷产品。但该设备及工艺方法主要存在以下缺点：1、该设备及工艺方法所采用的原料为氧化砷，因此制备高纯砷需先制备氧化砷，无法实现从含砷废料中直接提取氧化砷并制备单质砷的工艺。2、反应在加热管中进行，无法物料全程均匀受热。3、该装置处理量偏小且还原段与收集段长度较短，无法有效分离氧化砷和单质砷。4、未反应的氢气未能有效回收。
发明内容
针对现有技术铜冶炼烟灰中砷的高值化回收问题，本发明设计了从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统及其使用方法，充分利用现有的回转窑，使铜冶炼烟灰中的氧化砷气化与其他组份分离，并用氢还原的方式，使氧化砷在还原段还原为单质砷，可一步实现单质砷的富集，实现了铜冶炼烟尘中砷的低碳分离和高值化利用。
一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统，该系统包括回转窑、输气装置以及加热装置。根据物料的走向，回转窑为窑头端高于窑尾端的倾斜设置，并依次分为加热段、还原段以及收集段。其中，加热装置设置在回转窑内。所述回转窑的窑身上设有加料口、气体入口、排渣口、出料口以及气体出口。加料口和气体入口各自独立地设置在加热段的头部。气体入口通过第一气体输送管道与输气装置相连接。排渣口设置在加热段的尾部底侧，并靠近加热段与还原段的交界处。出料口和气体出口各自独立地设置在收集段的尾部。
优选的是，所述加料口设置在加热段头部的上侧，其上设置有进料阀。所述出料口设置在收集段尾部的下侧，其上设置有出料阀。所述气体入口设置在加热段头部的上侧或前侧。所述气体出口设置在收集段尾部的上侧或后侧。所述加热段与还原段的交界处设置有环状挡料板，所述环状挡料板设置在位于排渣口下游的加热段尾部内壁上，并靠近排渣口。
优选的是，加热段、还原段以及收集段内均设有独立的加热装置，每一段内的加热装置独立分别控制加热段、还原段以及收集段内的加热温度。作为优选，所述加热装置为电阻丝加热装置，加热段、还原段以及收集段内分别设有电阻丝加热装置。
优选的是，所述加料口和气体入口均设置在回转窑窑头前侧。所述出料口和气体出口均设置在回转窑窑尾后侧。其中，所述回转窑的窑头和窑尾不随其窑身旋转。在所述加热段的尾部内壁上设置有环状∩型凸起，所述环状∩型凸起的∩型槽罩设在加热段的内壁上，并与加热段的内壁共同构成环状卸料通道。所述环状∩型凸起靠近回转窑窑头一侧的∩型槽前侧壁上开设有第一渣料入口，排渣口开设在环状∩型凸起所罩设的加热段的内壁上，并与环状卸料通道相连通。物料通过第一渣料入口进入环状卸料通道并经由排渣口排出。优选的是，在环状∩型凸起的圆周方向上，∩型槽前侧壁上均匀分布设有多个第一渣料入口。
优选的是，所述回转窑为套筒式结构，包括外筒和内筒，内筒同轴套设在外筒的内部，并可在外筒内转动。内筒的外侧壁与外筒的内侧壁之间具有夹层腔室。加料口和气体入口均设置在回转窑的窑头前侧，并与内筒的头部内腔相连通。出料口和气体出口均设置在回转窑的尾部后侧，其中出料口与夹层腔室相连通，气体出口与夹层腔室相连通。位于加热段尾部的内筒上设有与排渣口相对应的排料孔。优选的是，所述内筒位于收集段的筒壁上设有与夹层腔室相连通的通气孔。
优选的是，所述环状∩型凸起设置在位于加热段尾部的内筒的内壁上，所述环状∩型凸起的∩型槽罩设在内筒的内壁上，并与内筒的内壁共同构成环状卸料通道。所述环状∩型凸起靠近回转窑窑头一侧的∩型槽前侧壁上开设有第一渣料入口，排料孔开设在环状∩型凸起所罩设的内筒的筒壁上，排渣口对应排料孔设置在外筒筒壁上，并通过排料孔与环状卸料通道相连通。物料通过第一渣料入口进入环状卸料通道并依次经由排料孔和排渣口排出。优选的是，在环状∩型凸起的圆周方向上，∩型槽前侧壁上均匀分布设有多个第一渣料入口。
优选的是，与排渣口对应的内筒筒壁向内凸起，在内筒的筒壁表面形成三面封闭的环状 U型凹槽。所述环状U型凹槽靠近回转窑窑头一侧的U型凹槽前侧壁上开设有第二渣料入口，排渣口设置在环状U型凹槽所对应的外筒筒壁上。环状U型凹槽与排渣口构成排料通道。优选的是，在环状U型凹槽的圆周方向上，U型凹槽前侧壁上均匀分布设有多个第二渣料入口。
优选的是，在外筒的内壁上固定设置有夹层挡板，所述排渣口的孔径大于排料孔的孔径，夹层挡板位于排渣口靠近窑尾一侧的边缘处。
优选的是，该系统还包括卸料控制装置。所述卸料控制装置设置在第一渣料入口和/或第二渣料入口处。所述卸料控制装置包括盖板和限位凸起。盖板的面积大于第一渣料入口和/或第二渣料入口，盖板的一端铰接设置在第一渣料入口和/或第二渣料入口的缘部一侧，其另一端通过限位凸起活动卡设在第一渣料入口和/或第二渣料入口的缘部另一侧，使得盖板被限位凸起卡住时，盖板完全覆盖第一渣料入口和/或第二渣料入口。
优选的是，该系统还包括送料装置。所述送料装置固定设置在加料口处，并伸入至内筒的头部内腔中。优选的是，所述送料装置为溜槽。
优选的是，该系统还包括冷却气体入口。所述冷却气体入口设置在收集段前端的底侧，并位于还原段和收集段的交界处。冷却气体入口与夹层腔室相连通，并且冷却气体入口还通过第二气体输送管道与冷却气源相连接。优选的是，气体出口通过第三气体输送管道与冷却气源相连接。
优选的是，该系统还包括水收集装置、气循环装置和抽气装置。所述水收集装置设置在第三气体输送管道上。从位于水收集装置下游的第三气体输送管道上分出第四气体输送管道连接至气循环装置。气循环装置通过第五气体输送管道与输气装置相连接。优选的是，所述水收集装置为冷却塔。
优选的是，所述抽气装置设置在第三气体输送管道上，并位于水收集装置与第三气体输送管道和第四气体输送管道的交接处之间。优选的是，所述抽气装置为抽风机。
根据本发明的第二种实施方式，提供一种一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置的使用方法。
一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置的使用方法，该方法包括以下步骤：
1)通过输气装置向回转窑上的气体入口中以5～40m3(优选为10～30m3)的流速通入氮气和氢气的混合气体，气体依次经过加热段、还原段和收集段后从气体出口排出。
2)通气5～30min(优选为5～20min)后将铜冶炼烟灰以3～25t/h(优选为5～20t/h)的添加量从加料口注入，控制加热段的温度为500～700℃(优选为550～650℃)，还原段的温度为 600～800℃(优选为650～750℃)，收集段的温度为150～230℃(优选为160～200℃)。
3)调节回转窑的转速为1～5r/min(优选为1～3r/min)，物料经过加热段后在环状挡料板的作用下直接从排渣口排出。砷单质经过气化、还原、固化后从出料口排出。
或者，调节回转窑或内筒的转速为1～5r/min(优选为1～3r/min)，物料经过加热段后通过第一渣料入口或第二渣料入口进入环状卸料通道或排料通道，在回转窑或内筒的旋转作用下从排渣口排出。砷单质经过气化、还原、固化后从出料口排出。
在本发明中，在回转窑内通入还原气体后，由加热装置控制回转窑内加热段和还原段的温度。回转窑中环境稳定后，将铜冶炼烟灰从进料口加入回转窑的加热段，在回转窑(或内筒)的旋转下逐渐向还原段移动，同时，烟灰中的氧化砷在加热段受热后升华，以气态的形式迁移至还原段，提取氧化砷后的铜冶炼烟灰由排渣口排出后贮存用以提取其他有价金属。气态的砷氧化物在还原段被氢气还原为砷单质，并在收集段冷却为固态单质砷，从出料口排出，气体从气体出口排出。
在本发明中，在排渣口处设置有环状挡料板，环状挡料板呈环状设置在回转窑的内壁上，当提取氧化砷后的铜冶炼烟灰移动至加热段和还原段的交界处时，被环状挡料板阻拦，当回转窑旋转至排渣口朝下时，提取氧化砷后的铜冶炼烟灰从排渣口排出。或，在排渣口处设置有环状∩型凸起。环状∩型凸起覆盖排渣口并呈环形设置在加热段的内壁上,并与加热段的内壁共同构成环状卸料通道，环状∩型凸起朝向回转窑头部的一侧的∩型槽前侧壁上开设有一个或多个渣料入口。当渣料入口随回转窑转动至最低处时，物料从渣料入口进入环状卸料通道，并在环状卸料通道中运动，待回转窑旋转至排渣口朝下时，物料从排渣口排出。所述环状∩型凸起沿回转窑竖向方向的截面可以是长方形、半圆形、椭圆形或其他不规则形状。
在本发明中，回转窑可以为套筒式结构，加料口、气体入口、排渣口、出料口以及气体出口均设置在外筒上，内筒以一定的速度旋转，内筒上设有与排渣口相对应的排料孔。加料口和气体入口均设置在窑头前侧，出料口和气体出口均设置在窑头后侧，送料装置对应地设置在加料口处，从加料口延长至内筒中。在本发明中，内筒位于收集段的筒壁上设有多处开孔，氧化砷在还原段被还原为单质砷，并随气流运动至收集段，在收集段遇冷变为固体砷。固体砷从内筒尾部排出或从内筒筒壁上的开孔掉落至内筒与外筒之间的间隙，最后移动至收集段尾部下侧或后侧的出料口，排出回转窑。
在本发明中，内筒上设置的环状∩型凸起，其作用与上述设置在回转窑内壁的环状∩型凸起相同，旨在控制提取氧化砷后的铜冶炼烟灰的排放，防止其继续向下游移动。在排料孔处设置有环状∩型凸起，环状∩型凸起覆盖排渣口并呈环形设置在加热段的内壁上,并与加热段的内壁共同构成环状卸料通道，环状∩型凸起朝向回转窑头部的一侧的∩型槽前侧壁上开设有第一渣料入口。当第一渣料入口随回转窑转动至最低处时，物料从第一渣料入口进入环状卸料通道，并在环状卸料通道中运动，待回转窑旋转至排渣口朝下时，物料从排渣口排出。所述环状∩型凸起沿回转窑竖向方向的截面可以是长方形、半圆形、椭圆形或其他不规则形状。或者，与排渣口对应的内筒筒壁向内凸起，在内筒的筒壁表面形成三面封闭的环状 U型凹槽。物料由第二渣料入口进入排料通道，由于排料通道向外筒的方向为开口设计，渣料直接从排渣口排出。另外在排渣口靠近窑尾一侧的边缘处设有夹层挡板，夹层挡板固定在回转窑上，防止排渣过程中渣料通过内筒与回转窑内壁的缝隙移动并从出料口排出。
在本发明中，如图5所示，环状∩型凸起上的第一渣料入口和/或环状U型凹槽上的第二渣料入口上设有盖板，盖板面积大于第一(第二)渣料入口，盖板铰接设置在第一(第二) 渣料入口的缘部一侧，限位凸起相应地设置在第一(第二)渣料入口的缘部另一侧。回转窑或内筒在转动过程中，盖板在重力的作用下围绕铰接处转动，在上升过程中逐渐覆盖第一(第二)渣料入口，当第一(第二)渣料入口上升至顶部时，盖板被限位凸起卡住，继续覆盖在第一(第二)渣料入口上，第一(第二)渣料入口下降过程中，盖板又在重力的作用下从第一(第二)渣料入口上移开。需要说明的是，盖板设置在环状∩型凸起和/或环状U型凹槽上靠近环状卸料通道和/或排料通道的一侧，盖板可以为长方形、圆形、三角形等结构，也可以为不规则结构。本发明通过盖板和限位凸起，有效减少了回转窑内气体随渣料排出的现象，并减少气体中携带的氧化砷以及热量的泄漏，对控制窑内温度、提高砷的回收率有较大作用。
在本发明中，在回转窑上的收集段前端设有冷却气体入口，冷却气体入口连接至冷却气源，从冷却气体入口通入低温气体，使从还原段中带有单质砷的气体进入到收集段后被快速冷却，气态砷快速固化，防止砷随气体排出，提高砷的回收率。优选地，气体出口通过第三气体输送管道连接冷却气源，将气体出口排出的较高温度的气体引入至冷却气源，防止冷却气源中气体的温度过低，导致回转窑内收集段的温度过低，水蒸气液化。从气体出口引入冷却气源的气体量可以通过三通阀自由调节。
在本发明中，在气体出口外侧设有水收集装置，还原气体在还原段发生反应后，其中的氢气被氧化为水，随氮气和未反应的氢气一同排出，水蒸气遇冷生成液相水，氢气和氮气回到输气装置进行循环，由于还原气体为氢气和氮气的混合物，只需适当向输气装置中补入氢气即可维持系统运行，减少了气体浪费，节约资源。
在本发明中，在第三气体输送管道上设置由抽气装置，使气体按预定路径运行，减少气体逃逸损失。
在本发明中，还原气体由氮气和氢气组成，其中氮气的占比为75～98wt％，优选为80～95wt％。加热段的长度为5～10m，温度控制为500～600℃，还原段的长度为10～15m，温度控制为600～900℃，收集段的长度为5～10m，温度控制为150～200℃。回转窑或内筒的转速为1～8r/min(优选为1～3r/min)，通过调整回转窑或内筒的转速控制铜冶炼烟灰滚动至排渣口的时间，提高铜冶炼烟灰中氧化砷的气化率。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统及其使用方法，针对铜冶炼烟灰和砷的特性，设计出一种可以连续进料、持续生产、操作简单的自动化砷回收装置，得到的单质砷纯度高，铜冶炼烟灰的处理量大，具有较好的应用前景。
2、本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统及其使用方法，充分利用现有设备，仅增加了部分装置，实现了砷的持续生产，具有较好的经济效益。
3、本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统及其使用方法，采用的还原原料简单，排出的气体可回收利用，减少了资源的浪费，排出的渣料也可用于其他有价金属的提取，对环境友好。
附图说明
图1为本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置的结构示意图。
图2为本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置中带有环状挡料板的结构示意图。
图3为本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置中带有环状∩型凸起的结构示意图。
图4为本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置为双层结构的结构示意图。
图5为本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置为双层结构并带有环状∩型凸起的结构示意图。
图6为本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置为双层结构并带有环状U型凹槽的结构示意图。
图7为本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置中带有送料装置的结构示意图。
图8为本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置中带有气体循环装置的结构示意图。
图9为本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置中环状∩型凸起的剖面图。
图10为本发明提供的一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置中环状U型凹槽的剖面图。
附图标记：1：回转窑；1a：外筒；1b：内筒；101：加热段；102：还原段；103：收集段；104：加料口；105：气体入口；106：排渣口；107：出料口；108：气体出口；109：环状卸料通道；110：夹层腔室；111：排料孔；112：冷却气体入口；2：输气装置；3：加热装置；4：环状挡料板；5：环状∩型凸起；501：第一渣料入口；6：环状U型凹槽；601：第二渣料入口；7：夹层挡板；8：卸料控制装置；801：盖板；802：限位凸起；9：送料装置； 10：冷却气源；11：水收集装置；12：气循环装置；13：抽气装置；G1：第一气体输送管道； G2：第二气体输送管道；G3：第三气体输送管道；G4：第四气体输送管道；G5：第五气体输送管道。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行举例说明，本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
根据本发明的第一种实施方式，提供一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统。
一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统，该系统包括回转窑1、输气装置2以及加热装置3。根据物料的走向，回转窑1为窑头端高于窑尾端的倾斜设置，并依次分为加热段101、还原段102以及收集段103。其中，加热装置3设置在回转窑内。所述回转窑1的窑身上设有加料口104、气体入口105、排渣口106、出料口107以及气体出口108。加料口104和气体入口105各自独立地设置在加热段101的头部。气体入口105通过第一气体输送管道G1 与输气装置2相连接。排渣口106设置在加热段101的尾部底侧，并靠近加热段101与还原段102的交界处。出料口107和气体出口108各自独立地设置在收集段103的尾部。
优选的是，所述加料口104设置在加热段101头部的上侧，其上设置有进料阀。所述出料口107设置在收集段103尾部的下侧，其上设置有出料阀。所述气体入口105设置在加热段101头部的上侧或前侧。所述气体出口108设置在收集段103尾部的上侧或后侧。所述加热段101与还原段102的交界处设置有环状挡料板4，所述环状挡料板4设置在位于排渣口 106下游的加热段101尾部内壁上，并靠近排渣口106。
优选的是，加热段101、还原段102以及收集段103内均设有独立的加热装置3，每一段内的加热装置3独立分别控制加热段101、还原段102以及收集段103内的加热温度。作为优选，所述加热装置3为电阻丝加热装置，加热段101、还原段102以及收集段103内分别设有电阻丝加热装置。
优选的是，所述加料口104和气体入口105均设置在回转窑1窑头前侧。所述出料口107 和气体出口108均设置在回转窑1窑尾后侧。其中，所述回转窑1的窑头和窑尾不随其窑身旋转。在所述加热段101的尾部内壁上设置有环状∩型凸起5，所述环状∩型凸起5的∩型槽罩设在加热段101的内壁上，并与加热段101的内壁共同构成环状卸料通道109。所述环状∩型凸起5靠近回转窑1窑头一侧的∩型槽前侧壁上开设有第一渣料入口501，排渣口106开设在环状∩型凸起5所罩设的加热段101的内壁上，并与环状卸料通道109相连通。物料通过第一渣料入口501进入环状卸料通道109并经由排渣口106排出。优选的是，在环状∩型凸起5的圆周方向上，∩型槽前侧壁上均匀分布设有多个第一渣料入口501。
优选的是，所述回转窑1为套筒式结构，包括外筒1a和内筒1b，内筒1b同轴套设在外筒1a的内部，并可在外筒1a内转动。内筒1b的外侧壁与外筒1a的内侧壁之间具有夹层腔室110。加料口104和气体入口105均设置在回转窑1的窑头前侧，并与内筒1b的头部内腔相连通。出料口107和气体出口108均设置在回转窑1的尾部后侧，其中出料口107与夹层腔室110相连通，气体出口108与夹层腔室110相连通。位于加热段101尾部的内筒1b上设有与排渣口106相对应的排料孔111。优选的是，所述内筒1b位于收集段103的筒壁上设有与夹层腔室110相连通的通气孔112。
优选的是，所述环状∩型凸起5设置在位于加热段101尾部的内筒1b的内壁上，所述环状∩型凸起5的∩型槽罩设在内筒1b的内壁上，并与内筒1b的内壁共同构成环状卸料通道 109。所述环状∩型凸起5靠近回转窑1窑头一侧的∩型槽前侧壁上开设有第一渣料入口501，排料孔111开设在环状∩型凸起5所罩设的内筒1b的筒壁上，排渣口106对应排料孔111设置在外筒1a筒壁上，并通过排料孔111与环状卸料通道109相连通。物料通过第一渣料入口 501进入环状卸料通道109并依次经由排料孔111和排渣口106排出。优选的是，在环状∩型凸起5的圆周方向上，∩型槽前侧壁上均匀分布设有多个第一渣料入口501。
优选的是，与排渣口106对应的内筒1b筒壁向内凸起，在内筒1b的筒壁表面形成三面封闭的环状U型凹槽6。所述环状U型凹槽6靠近回转窑1窑头一侧的U型凹槽前侧壁上开设有第二渣料入口601，排渣口106设置在环状U型凹槽6所对应的外筒1a筒壁上。环状U 型凹槽6与排渣口106构成排料通道112。优选的是，在环状U型凹槽6的圆周方向上，U 型凹槽前侧壁上均匀分布设有多个第二渣料入口601。
优选的是，在外筒1a的内壁上固定设置有夹层挡板7，所述排渣口106的孔径大于排料孔111的孔径，夹层挡板7位于排渣口106靠近窑尾一侧的边缘处。
优选的是，该系统还包括卸料控制装置8。所述卸料控制装置8设置在第一渣料入口501 和/或第二渣料入口601处。所述卸料控制装置8包括盖板801和限位凸起802。盖板801的面积大于第一渣料入口501和/或第二渣料入口601，盖板801的一端铰接设置在第一渣料入口501和/或第二渣料入口601的缘部一侧，其另一端通过限位凸起802活动卡设在第一渣料入口501和/或第二渣料入口601的缘部另一侧，使得盖板801被限位凸起802卡住时，盖板 801完全覆盖第一渣料入口501和/或第二渣料入口601。
优选的是，该系统还包括送料装置9。所述送料装置9固定设置在加料口104处，并伸入至内筒1b的头部内腔中。优选的是，所述送料装置9为溜槽。
优选的是，该系统还包括冷却气体入口113。所述冷却气体入口113设置在收集段103 前端的底侧，并位于还原段102和收集段103的交界处。冷却气体入口113与夹层腔室110 相连通，并且冷却气体入口113还通过第二气体输送管道G2与冷却气源10相连接。优选的是，气体出口108通过第三气体输送管道G3与冷却气源10相连接。
优选的是，该系统还包括水收集装置11、气循环装置12和抽气装置13。所述水收集装置11设置在第三气体输送管道G3上。从位于水收集装置11下游的第三气体输送管道G3上分出第四气体输送管道G4连接至气循环装置12。气循环装置12通过第五气体输送管道G5与输气装置2相连接。优选的是，所述水收集装置11为冷却塔。
优选的是，所述抽气装置13设置在第三气体输送管道G3上，并位于水收集装置11与第三气体输送管道G3和第四气体输送管道G4的交接处之间。优选的是，所述抽气装置13为抽风机。
根据本发明的第二种实施方式，提供一种一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置的使用方法。
一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置的使用方法，该方法包括以下步骤：
1)通过输气装置2向回转窑1上的气体入口105中以5～40m3/min(优选为10～30m3/min) 的流速通入氮气和氢气的混合气体，气体依次经过加热段101、还原段102和收集段103后从气体出口108排出。
2)通气5～30min(优选为5～20min)后将铜冶炼烟灰以3～25t/h(优选为5～20t/h)的添加量从加料口104注入，控制加热段101的温度为500～700℃(优选为550～650℃)，还原段 102的温度为600～800℃(优选为650～750℃)，收集段103的温度为150～230℃(优选为 160～200℃)。
3)调节回转窑1的转速为1～5r/min(优选为1～3r/min)，物料经过加热段101后在环状挡料板4的作用下直接从排渣口106排出。砷单质经过气化、还原、固化后从出料口107排出。
或，调节回转窑1或内筒1b的转速为1～5r/min(优选为1～3r/min)，物料经过加热段101 后通过第一渣料入口501或第二渣料入口601进入环状卸料通道109或排料通道112，在回转窑1或内筒1b的旋转作用下从排渣口106排出。砷单质经过气化、还原、固化后从出料口 107排出。
实施例1
一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统，如图1所示，该系统包括回转窑1、输气装置2 以及加热装置3。根据物料的走向，回转窑1为窑头端高于窑尾端的倾斜设置，并依次分为加热段101、还原段102以及收集段103。其中，加热装置3设置在回转窑内。所述回转窑1的窑身上设有加料口104、气体入口105、排渣口106、出料口107以及气体出口108。加料口104和气体入口105各自独立地设置在加热段101的头部。气体入口105通过第一气体输送管道G1与输气装置2相连接。排渣口106设置在加热段101的尾部底侧，并靠近加热段 101与还原段102的交界处。出料口107和气体出口108各自独立地设置在收集段103的尾部。
实施例2
如图2所示，重复实施例1，只是所述加料口104设置在加热段101头部的上侧，其上设置有进料阀。所述出料口107设置在收集段103尾部的下侧，其上设置有出料阀。所述气体入口105设置在加热段101头部的前侧。所述气体出口108设置在收集段103尾部的后侧。所述加热段101与还原段102的交界处设置有环状挡料板4，所述环状挡料板4设置在位于排渣口106下游的加热段101尾部内壁上，并靠近排渣口106。
实施例3
如图3所示，重复实施例1，只是所述加料口104和气体入口105均设置在回转窑1窑头前侧。所述出料口107和气体出口108均设置在回转窑1窑尾后侧。其中，所述回转窑1 的窑头和窑尾不随其窑身旋转。在所述加热段101的尾部内壁上设置有环状∩型凸起5，所述环状∩型凸起5的∩型槽罩设在加热段101的内壁上，并与加热段101的内壁共同构成环状卸料通道109。所述环状∩型凸起5靠近回转窑1窑头一侧的∩型槽前侧壁上开设有第一渣料入口501，排渣口106开设在环状∩型凸起5所罩设的加热段101的内壁上，并与环状卸料通道109相连通。物料通过第一渣料入口501进入环状卸料通道109并经由排渣口106 排出。在环状∩型凸起5的圆周方向上，∩型槽前侧壁上均匀分布设有4个第一渣料入口501。
实施例4
如图4所示，重复实施例1，只是所述回转窑1为套筒式结构，包括外筒1a和内筒1b，内筒1b同轴套设在外筒1a的内部，并可在外筒1a内转动。内筒1b的外侧壁与外筒1a的内侧壁之间具有夹层腔室110。加料口104和气体入口105均设置在回转窑1的窑头前侧，并与内筒1b的头部内腔相连通。出料口107和气体出口108均设置在回转窑1的尾部后侧，其中出料口107与夹层腔室110相连通，气体出口108与夹层腔室110相连通。位于加热段101 尾部的内筒1b上设有与排渣口106相对应的排料孔111。所述内筒1b位于收集段103的筒壁上设有与夹层腔室110相连通的通气孔112。
实施例5
如图5所示，重复实施例4，只是所述环状∩型凸起5设置在位于加热段101尾部的内筒1b的内壁上，所述环状∩型凸起5的∩型槽罩设在内筒1b的内壁上，并与内筒1b的内壁共同构成环状卸料通道109。所述环状∩型凸起5靠近回转窑1窑头一侧的∩型槽前侧壁上开设有第一渣料入口501，排料孔111开设在环状∩型凸起5所罩设的内筒1b的筒壁上，排渣口106对应排料孔111设置在外筒1a筒壁上，并通过排料孔111与环状卸料通道109相连通。物料通过第一渣料入口501进入环状卸料通道109并依次经由排料孔111和排渣口106 排出。在环状∩型凸起5的圆周方向上，∩型槽前侧壁上均匀分布设有4个第一渣料入口501。
实施例6
如图6所示，重复实施例4，只是与排渣口106对应的内筒1b筒壁向内凸起，在内筒1b 的筒壁表面形成三面封闭的环状U型凹槽6。所述环状U型凹槽6靠近回转窑1窑头一侧的U型凹槽前侧壁上开设有第二渣料入口601，排渣口106设置在环状U型凹槽6所对应的外筒1a筒壁上。环状U型凹槽6与排渣口106构成排料通道112。在环状U型凹槽6的圆周方向上，U型凹槽前侧壁上均匀分布设有4个第二渣料入口601。在外筒1a的内壁上固定设置有夹层挡板7，所述排渣口106的孔径大于排料孔111的孔径，夹层挡板7位于排渣口106 靠近窑尾一侧的边缘处。
实施例7
如图9所示，重复实施例5，只是该系统还包括卸料控制装置8。所述卸料控制装置8设置在第一渣料入口501处。所述卸料控制装置8包括盖板801和限位凸起802。盖板801的面积大于第一渣料入口501，盖板801的一端铰接设置在第一渣料入口501的缘部一侧，其另一端通过限位凸起802活动卡设在第一渣料入口501的缘部另一侧，使得盖板801被限位凸起802卡住时，盖板801完全覆盖第一渣料入口501。
实施例8
如图10所示，重复实施例6，只是该系统还包括卸料控制装置8。所述卸料控制装置8 设置在第二渣料入口601处。所述卸料控制装置8包括盖板801和限位凸起802。盖板801的面积大于第二渣料入口601，盖板801的一端铰接设置在第二渣料入口601的缘部一侧，其另一端通过限位凸起802活动卡设在第二渣料入口601的缘部另一侧，使得盖板801被限位凸起802卡住时，盖板801完全覆盖第二渣料入口601。
实施例9
如图7所示，重复实施例7，只是该系统还包括送料装置9。所述送料装置9固定设置在加料口104处，并伸入至内筒1b的头部内腔中。所述送料装置9为溜槽。
实施例10
重复实施例9，只是该系统还包括冷却气体入口113。所述冷却气体入口113设置在收集段103前端的底侧，并位于还原段102和收集段103的交界处。冷却气体入口113与夹层腔室110相连通，并且冷却气体入口113还通过第二气体输送管道G2与冷却气源10相连接。气体出口108通过第三气体输送管道G3与冷却气源10相连接。
实施例11
如图8所示，重复实施例10，只是该系统还包括水收集装置11、气循环装置12和抽气装置13。所述水收集装置11设置在第三气体输送管道G3上。从位于水收集装置11下游的第三气体输送管道G3上分出第四气体输送管道G4连接至气循环装置12。气循环装置12通过第五气体输送管道G5与输气装置2相连接。所述水收集装置11为冷却塔。所述抽气装置13设置在第三气体输送管道G3上，并位于水收集装置11与第三气体输送管道G3和第四气体输送管道G4的交接处之间。所述抽气装置13为抽风机。
应用实施例
采用实施例11中所述的系统处理铜冶炼烟灰，通过输气装置2向回转窑1的气体入口 105中通入氮气(90wt％)和氢气(10wt％)的混合气体，通气流速为10m3/min。通气10min后将铜冶炼烟灰以10t/h的添加量从加料口104注入，调节加热段的温度为600℃，还原段的温度为700℃，收集段的温度为180℃。调节内筒1b的转速为2r/min，铜冶炼烟灰经过加热段101后通过第一渣料入口501进入环状卸料通道109，在内筒1b的旋转作用下从排渣口106排出，砷单质经过气化、还原、固化后从出料口107排出。获取的单质砷纯度为99.85％。
Claims (21)
1.一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统，其特征在于：该系统包括回转窑（1）、输气装置（2）以及加热装置（3）；根据物料的走向，回转窑（1）为窑头端高于窑尾端的倾斜设置，并依次分为加热段（101）、还原段（102）以及收集段（103）；其中，加热装置（3）设置在回转窑内；所述回转窑（1）的窑身上设有加料口（104）、气体入口（105）、排渣口（106）、出料口（107）以及气体出口（108）；气体入口（105）通过第一气体输送管道（G1）与输气装置（2）相连接；排渣口（106）设置在加热段（101）的尾部底侧，并靠近加热段（101）与还原段（102）的交界处；
所述加料口（104）设置在加热段（101）头部的上侧，其上设置有进料阀；所述出料口（107）设置在收集段（103）尾部的下侧，其上设置有出料阀；所述气体入口（105）设置在加热段（101）头部的上侧或前侧；所述气体出口（108）设置在收集段（103）尾部的上侧或后侧；所述加热段（101）与还原段（102）的交界处设置有环状挡料板（4），所述环状挡料板（4）设置在位于排渣口（106）下游的加热段（101）尾部内壁上，并靠近排渣口（106）；
所述回转窑（1）为套筒式结构，包括外筒（1a）和内筒（1b），内筒（1b）同轴套设在外筒（1a）的内部，并可在外筒（1a）内转动；内筒（1b）的外侧壁与外筒（1a）的内侧壁之间具有夹层腔室（110）；加料口（104）和气体入口（105）均设置在回转窑（1）的窑头前侧，并与内筒（1b）的头部内腔相连通；出料口（107）和气体出口（108）均设置在回转窑（1）的尾部后侧，其中出料口（107）与夹层腔室（110）相连通，气体出口（108）与夹层腔室（110）相连通；位于加热段（101）尾部的内筒（1b）上设有与排渣口（106）相对应的排料孔（111）；所述内筒（1b）位于收集段（103）的筒壁上设有与夹层腔室（110）相连通的通气孔（112）；与排渣口（106）对应的内筒（1b）筒壁向内凸起，在内筒（1b）的筒壁表面形成三面封闭的环状U型凹槽（6）；所述环状U型凹槽（6）靠近回转窑（1）窑头一侧的U型凹槽前侧壁上开设有第二渣料入口（601），排渣口（106）设置在环状U型凹槽（6）所对应的外筒（1a）筒壁上；环状U型凹槽（6）与排渣口（106）构成排料通道。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：加热段（101）、还原段（102）以及收集段（103）内均设有独立的加热装置（3），每一段内的加热装置（3）独立分别控制加热段（101）、还原段（102）以及收集段（103）内的加热温度。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述加热装置（3）为电阻丝加热装置，加热段（101）、还原段（102）以及收集段（103）内分别设有电阻丝加热装置。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：在环状U型凹槽（6）的圆周方向上，U型凹槽前侧壁上均匀分布设有多个第二渣料入口（601）。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：在外筒（1a）的内壁上固定设置有夹层挡板（7），所述排渣口（106）的孔径大于排料孔（111）的孔径，夹层挡板（7）位于排渣口（106）靠近窑尾一侧的边缘处。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于：该系统还包括卸料控制装置（8）；所述卸料控制装置（8）设置在第二渣料入口（601）处；所述卸料控制装置（8）包括盖板（801）和限位凸起（802）；盖板（801）的面积大于第二渣料入口（601），盖板（801）的一端铰接设置在第二渣料入口（601）的缘部一侧，其另一端通过限位凸起（802）活动卡设在第二渣料入口（601）的缘部另一侧，使得盖板（801）被限位凸起（802）卡住时，盖板（801）完全覆盖第二渣料入口（601）。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：该系统还包括送料装置（9）；所述送料装置（9）固定设置在加料口（104）处，并伸入至内筒（1b）的头部内腔中；所述送料装置（9）为溜槽。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：该系统还包括冷却气体入口（113）；所述冷却气体入口（113）设置在收集段（103）前端的底侧，并位于还原段（102）和收集段（103）的交界处；冷却气体入口（113）与夹层腔室（110）相连通，并且冷却气体入口（113）还通过第二气体输送管道（G2）与冷却气源（10）相连接；气体出口（108）通过第三气体输送管道（G3）与冷却气源（10）相连接。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：该系统还包括水收集装置（11）、气循环装置（12）和抽气装置（13）；所述水收集装置（11）设置在第三气体输送管道（G3）上；从位于水收集装置（11）下游的第三气体输送管道（G3）上分出第四气体输送管道（G4）连接至气循环装置（12）；气循环装置（12）通过第五气体输送管道（G5）与输气装置（2）相连接；所述水收集装置（11）为冷却塔；所述抽气装置（13）设置在第三气体输送管道（G3）上，并位于水收集装置（11）与第三气体输送管道（G3）和第四气体输送管道（G4）的交接处之间；所述抽气装置（13）为抽风机。
10.一种从铜冶炼烟灰中回收单质砷的系统，其特征在于：该系统包括回转窑（1）、输气装置（2）以及加热装置（3）；根据物料的走向，回转窑（1）为窑头端高于窑尾端的倾斜设置，并依次分为加热段（101）、还原段（102）以及收集段（103）；其中，加热装置（3）设置在回转窑内；所述回转窑（1）的窑身上设有加料口（104）、气体入口（105）、排渣口（106）、出料口（107）以及气体出口（108）；气体入口（105）通过第一气体输送管道（G1）与输气装置（2）相连接；排渣口（106）设置在加热段（101）的尾部底侧，并靠近加热段（101）与还原段（102）的交界处；
所述加料口（104）和气体入口（105）均设置在回转窑（1）窑头前侧；所述出料口（107）和气体出口（108）均设置在回转窑（1）窑尾后侧；其中，所述回转窑（1）的窑头和窑尾不随其窑身旋转；在所述加热段（101）的尾部内壁上设置有环状∩型凸起（5）；
所述回转窑（1）为套筒式结构，包括外筒（1a）和内筒（1b），内筒（1b）同轴套设在外筒（1a）的内部，并可在外筒（1a）内转动；内筒（1b）的外侧壁与外筒（1a）的内侧壁之间具有夹层腔室（110）；加料口（104）和气体入口（105）均设置在回转窑（1）的窑头前侧，并与内筒（1b）的头部内腔相连通；出料口（107）和气体出口（108）均设置在回转窑（1）的尾部后侧，其中出料口（107）与夹层腔室（110）相连通，气体出口（108）与夹层腔室（110）相连通；位于加热段（101）尾部的内筒（1b）上设有与排渣口（106）相对应的排料孔（111）；所述内筒（1b）位于收集段（103）的筒壁上设有与夹层腔室（110）相连通的通气孔（112）；
所述环状∩型凸起（5）的∩型槽罩设在内筒（1b）的内壁上，并与内筒（1b）的内壁共同构成环状卸料通道（109）；所述环状∩型凸起（5）靠近回转窑（1）窑头一侧的∩型槽前侧壁上开设有第一渣料入口（501），排料孔（111）开设在环状∩型凸起（5）所罩设的内筒（1b）的筒壁上，排渣口（106）对应排料孔（111）设置在外筒（1a）筒壁上，并通过排料孔（111）与环状卸料通道（109）相连通；物料通过第一渣料入口（501）进入环状卸料通道（109）并依次经由排料孔（111）和排渣口（106）排出。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：加热段（101）、还原段（102）以及收集段（103）内均设有独立的加热装置（3），每一段内的加热装置（3）独立分别控制加热段（101）、还原段（102）以及收集段（103）内的加热温度。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：所述加热装置（3）为电阻丝加热装置，加热段（101）、还原段（102）以及收集段（103）内分别设有电阻丝加热装置。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：在环状∩型凸起（5）的圆周方向上，∩型槽前侧壁上均匀分布设有多个第一渣料入口（501）。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于：在环状∩型凸起（5）的圆周方向上，∩型槽前侧壁上均匀分布设有多个第一渣料入口（501）。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于：在外筒（1a）的内壁上固定设置有夹层挡板（7），所述排渣口（106）的孔径大于排料孔（111）的孔径，夹层挡板（7）位于排渣口（106）靠近窑尾一侧的边缘处。
16.根据权利要求10-15中任一项所述的系统，其特征在于：该系统还包括卸料控制装置（8）；所述卸料控制装置（8）设置在第一渣料入口（501）处；所述卸料控制装置（8）包括盖板（801）和限位凸起（802）；盖板（801）的面积大于第一渣料入口（501），盖板（801）的一端铰接设置在第一渣料入口（501）的缘部一侧，其另一端通过限位凸起（802）活动卡设在第一渣料入口（501）的缘部另一侧，使得盖板（801）被限位凸起（802）卡住时，盖板（801）完全覆盖第一渣料入口（501）。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：该系统还包括送料装置（9）；所述送料装置（9）固定设置在加料口（104）处，并伸入至内筒（1b）的头部内腔中；所述送料装置（9）为溜槽。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：该系统还包括冷却气体入口（113）；所述冷却气体入口（113）设置在收集段（103）前端的底侧，并位于还原段（102）和收集段（103）的交界处；冷却气体入口（113）与夹层腔室（110）相连通，并且冷却气体入口（113）还通过第二气体输送管道（G2）与冷却气源（10）相连接；气体出口（108）通过第三气体输送管道（G3）与冷却气源（10）相连接。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于：该系统还包括水收集装置（11）、气循环装置（12）和抽气装置（13）；所述水收集装置（11）设置在第三气体输送管道（G3）上；从位于水收集装置（11）下游的第三气体输送管道（G3）上分出第四气体输送管道（G4）连接至气循环装置（12）；气循环装置（12）通过第五气体输送管道（G5）与输气装置（2）相连接；所述水收集装置（11）为冷却塔；所述抽气装置（13）设置在第三气体输送管道（G3）上，并位于水收集装置（11）与第三气体输送管道（G3）和第四气体输送管道（G4）的交接处之间；所述抽气装置（13）为抽风机。
20.一种使用如权利要求1-19中任一项所述的从铜冶炼烟灰中回收单质砷的装置的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1) 通过输气装置（2）向回转窑（1）上的气体入口（105）中以5~40m3/min的流速通入氮气和氢气的混合气体，气体依次经过加热段（101）、还原段（102）和收集段（103）后从气体出口（108）排出；
2) 通气5~30min后将铜冶炼烟灰以3~25t/h的添加量从加料口（104）注入，控制加热段（101）的温度为500~700℃，还原段（102）的温度为600~800℃，收集段（103）的温度为150~230℃；
3) 调节回转窑（1）的转速为1~5r/min，物料经过加热段（101）后在环状挡料板（4）的作用下直接从排渣口（106）排出；砷单质经过气化、还原、固化后从出料口（107）排出；或
调节回转窑（1）或内筒（1b）的转速为1~5r/min，物料经过加热段（101）后通过第一渣料入口（501）或第二渣料入口（601）进入环状卸料通道（109）或排料通道，在回转窑（1）或内筒（1b）的旋转作用下从排渣口（106）排出；砷单质经过气化、还原、固化后从出料口（107）排出。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：步骤1)中混合气体的流速为10~30m3/min；
步骤2)中通气5~20min后将铜冶炼烟灰以5~20t/h的添加量从加料口（104）注入，控制加热段（101）的温度为550~650℃，还原段（102）的温度为650~750℃，收集段（103）的温度为160~200℃；步骤3)中回转窑（1）的转速为1~3r/min；或，回转窑（1）或内筒（1b）的转速为1~3r/min。
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