CN1323359A - 对含重金属的残余物进行热处理的方法 - Google Patents
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Abstract
一种对含重金属的残余物热处理的方法在一多床炉中完成,该炉分为三区,每区包括几个叠层。所述方法包括:将重金属残余物连续供给多床炉的第一区的顶层,逐渐将残余物转移到第二区并且在转移期间被干燥;将还原剂和脱硫剂连续供给第二区的顶层,还原剂和脱硫剂与残余物混合,加热到约800℃,逐渐转移到第三区;在第三区加热到约1000℃,还原出金属,第三区中产生的废气排出并被单独处理;从多床炉中排出混合物。
Description
本发明涉及一种对含重金属的残余物进行热处理的方法，该残余物比如是来自金属部件上的表面处理、酸洗和清洁、金属喷镀和镀锡工序中产生的淤渣。
这些工序产生大量淤渣形式的含重金属的残余物。比如，这些残余物是在浸液加工过滤期间产生的，并且除了包含大量水之外，还包含各种以氢氧化物、卤化物和硫酸盐形式存在的金属，比如锌、镍、钼，钴、铜和铁。对这些残余物的处理是昂贵的而且对它们的最终储存是成问题的。淤渣一般储存在特殊的堆料场中。
下表示出包含重金属的这种淤渣的典型组分。
表1
| Ni,Cu,Fe,Mo,Ko(％) | Zn(％) | S(％) | Cl(％) | CaO(％) | 惰性物质(％) | H2O(％) | |
| 淤渣 | 15-50 | ＞30 | 1-15 | ＞5 | 10-30 | 1-5 | 10-75 |
因此，本发明的目的是提出一种对含重金属的这种残余物进行热处理的方法。
根据本发明，通过一种在多床炉中对含重金属的残余物进行热处理的方法来解决这个问题，该熔炉分为三区，每一区有多个一个在另一个之上的炉床，该方法包括下列步骤：
·将含重金属的残余物连续引入多床炉的第一区的顶层，逐渐将残余物转移到第二区并且被干燥；
·将还原剂和脱硫剂连续引入第二区的顶层，还原剂和脱硫剂与干燥过的残余物混合，混合物被加热到800℃并且被煅烧，并且逐渐转移到第三区；
·在第三区中将混合物加热到1000℃，还原出金属并且第三区中产生的废气被排出并被单独处理；
·从多床炉中排出混合物。
本发明的一个重要优点是以混合物出现的金属氧化物、硫酸盐、卤化物等可以被还原和分离(特别是铁和锌)，以便被分离部分构成用于其他加工过程的供应原料。这样可以从残余物的重要组分中生产出副产品。通过该过程后，铁的部分可以返回到钢厂中进行生产。重金属氧化物被浓缩到这样的程度，即它们可以用作重金属回收的原料。主要由如SiO2、Al2O3、MgO、…的惰性物质组成的灰烬和多余的还原剂保留下来。
在第一区，含重金属的残余物间接地通过加热电阻或直接地通过燃烧器被加热到大约200℃，以便水被完全蒸发，随后被转到第二区。在该区，还原剂和脱硫剂与含重金属的残余物混合，并且该混合物被加热到约800℃，混合物被煅烧。混合物中的碳酸盐和硫酸盐被分解并且转化为金属氧化物，二氧化碳和二氧化硫被释出。二氧化硫与脱硫剂反应，以便在多床炉内部的气体中的硫组分保持较低水平。在混合物已经达到约800℃之后，完成煅烧并且混合物被供给第三区并被进一步加热。金属氧化物一达到某一温度(高于900℃)就开始与还原剂反应，重金属蒸发并且与废气一起从多床炉中排出。
重金属从第三区中的炉床排出，重金属在这里被形成并且与其他废气分开处理。这些废气随后被氧化，例如，在后燃烧室中，重金属被转化为重金属氧化物，重金属氧化物随后在过滤设备中从废气中分离出来。
同时或稍后保留在多床炉中的氧化铁被还原为精炼铁。用这种方法生产的精炼铁与被导入的剩余原料、还原剂的灰烬和任何过量还原剂一起从熔炉中排出。
在该过程中，可装含重金属的淤渣型残余物，用选择性的工艺控制和连续循环防止结块。不论供给原料的浓度，该方法提供细粒的成品。如果用灰烬形式的还原剂这一点则特别有利。因为固态成品是细粒的，所以能容易地将灰从铁中分离出来。比如，可以在热的条件下通过筛选发生这种分离。
另一方面，当冷却到低于700℃后，可能通过磁力分离器从灰和过剩还原剂中分离被还原的铁。以这种方式获得的直接被还原的铁质量与还原剂残渣的数量无关。获得的铁随后被处理成坯块或直接被导进熔化炉中(电炉等)并被进一步处理。
在单独的汽化反应器中可以利用产生的其中含有任何未使用的还原剂的残渣，可以方便地将灰烬形式的组分分离成液体炉渣和原煤气形式，用作多床炉中的燃烧或还原气。
相应地，有可能使用某种廉价的有相对高的灰含量的还原剂，和/或与能防止残余物结块的相对高的过量还原剂一起工作。
当与过量还原剂一起工作时，可以预备残渣来分离未使用的还原剂并且再使用它们。比如，如果未使用的还原剂以一个充分粗粒形式出现的话，这一点可以通过过滤残渣做到。未使用的还原剂可以直接返回多床炉中。
但是，还原剂的填充也可以分散在几区上。
这样，可在多床炉的第二区的较高点供给粗粒的还原剂(1-3mm)，在较低点供给细粒还原剂(＜1mm)。结果很大程度上避免了随废气一起排出灰尘，并且由于将细的还原剂供给更低层因此加快了反应过程。
装进较粗颗粒减少了还原剂的消耗，因为在有相当的氧化空气的上部炉床中，小颗粒通过与来自废气的H2O和CO2反应而很快被消耗掉。
处理空间可以再分为不同区，固体连续从顶部向下移动，而气体从下部穿过熔炉向上被引导。通过将处理空间再分成不同区来测量和有选择地控制各区甚至每个炉床的处理条件。
但是，被引进多床炉中之前，含重金属的残余物还可以与至少部分需要的还原剂或脱硫剂相混合。这一点尤其适用于处理含高水分的淤渣的情况，在进入熔炉之前，该淤渣与至少部分需要的还原剂或脱硫剂相混合。淤渣一般有粘的浓度，而且如果与还原剂或脱硫剂混合则更容易被引入炉内。与还原剂或脱硫剂的混合防止了加热期间被填充的原料结块。
安在熔炉的每个炉床上的搅拌器使含重金属的残余物不断循环，并且逐渐被传递到下面的炉床。
连续循环阻止了颗粒结块。循环速率依赖于比如搅拌器的几何形状、料层厚度等许多因素。炉床上的含重金属的残余物、任何还原剂和脱硫剂每1-3分钟周转至少一次，从而很大程度上避免了结块。
可以有选择地在炉床上喷射含氧气体，这里热的需要量必须被过量的处理气体的燃烧弥补。
采用至少250℃温度的含氧气体是有利的。
可以另外将气态还原剂喷射到多床炉的第三区的底部炉床上。结果可以使炉中空气有较高还原能力，并且可以更彻底还原氧化物。
根据进一步的优选实施例，熔炉中的一个或多个炉床由燃烧器加热，该一个或多个炉床是在还原剂被导入的炉床的下方。
为了阻止通过来自加热系统的烟道气引起的熔炉最底部的还原气体浓度的任何减少，也可以用如辐射加热这样的方式间接提供能量。
根据本发明另一个最佳实施例，气体可以在每区的一个或多个炉床从多床炉中排出。随后这些热气或者通过CO2涤气器或者通过一个额外的其中有碳的反应器被引导，CO2涤气器减少气体量并增加气体的还原能力，碳反应器中存有碳从而热气中的二氧化碳可以根据Boudouard equilibrium与碳反应形成一氧化碳因此增加气体的还原能力。富含一氧化碳的气体随后被返回到多床炉。
炉中，向上流动的一些气体还可以通过侧壁上的连接件从熔炉排出，并且通过一个喷嘴再从这些炉床上方喷射进入炉内，该侧壁位于重金属在上面蒸发的炉床的下方。结果出现在重金属氧化物被还原为重金属并且蒸发的炉床上的气体量很小。这些炉床上的重金属然后以相对小的气体量通过侧壁上的出口从熔炉排出。离开的气体混合物在排进大气之前被燃烧、在冷却设备中被冷却并且随后在过滤器的帮助下被清洁。
作为小废气量的结果，相应炉床上的气流速率较低，因此只有少量灰尘随废气一起排出。结果废气中的重金属浓度相当高。
为了进一步增加生产量，多床炉可以在特定的过压下工作。与转炉相反，该转炉由水密封来密封，水密封有约50m的直径，这可以非常容易地在多床炉中实现，它只在驱动轴上有小的密封。在这种情况下，必须为供给和移走原料设置气压阀。
根据本发明的另一方面，提出一种根据描述的方法所采用的对含重金属的残余物进行热处理的多床炉。
更优选的实施例列于从属权利要求中。
下面将结合附图描述本发明的一个实施例。
图1是加热处理含有重金属的残余物的多床炉的剖面图。
图1示出一个多床炉10的剖面图，它由一个在另一个下面的三区12，14,16组成，每一区有几个炉床18。这些无支撑炉床18与炉壳20、炉盖22和炉底24一样由耐火材料组成。
在每一区12,14,16中设有一个排气连接件26,28,30，熔炉10中的气体可以从此排出。三区12,14,16中的废气有不同组分，所以分别处理不同区12,14,16的废气是合理的。
在炉盖22中设有一开口32，含重金属的残余物从此装填进第一区的顶层炉床。
炉中心安装一个轴34，其上装有凸出在各个炉床上的搅拌器。
搅拌器以这样一种方式设计，即为了使物质从顶层向下穿过熔炉，搅拌器使炉床上的物质从内向外循环然后在下面的炉床上从外向内循环。轴34和搅拌器是用空气冷却的，在搅拌器上设有开口，空气穿过开口进入炉内并在内部用来后燃烧。
残余物装填到第一区12的第一炉床，而还原剂和脱硫剂装填进入第二区14，在此它们开始与含重金属的残余物接触。
在穿过第一区12期间，含重金属的残余物被加热到200℃并被干燥。
在多床炉10的炉壳20上(一般在第二区14的上三分之一处)至少设有一个开口36，通过开口将还原剂和脱硫剂导进熔炉内。这些还原剂既可以是气体形式也可以是液体或固体形式。还原剂是一氧化碳、氢、天然气、石油和石油衍生物或固态碳载体，比如褐煤焦碳、石油焦碳、高炉炉灰、煤等等。脱硫剂包括，比如石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)和/或镁砂(MgO)。
被引进第二区14的还原剂和脱硫剂在此用搅拌器与含重金属的残余物混合，并被加热到800℃。
在第三区16，含重金属的残余物、还原剂和脱硫剂的混合物被加热到1000℃。通过高温和穿过多床炉10时一氧化碳的存在使残余物中的氧化物逐渐还原成金属。
可以精确控制含重金属的残余物的还原，而且可以通过在多床炉10的各个点上控制固态、液态和气态还原剂和含氧的气体的供给以及通过在临界点排气的可能性，使得在最优条件下完成该过程。
在侧壁上设有喷射含氧热气(350℃到500℃)的喷嘴38，通过喷嘴可以将空气或其他含氧气体供给多床炉10。在高温和氧的作用下，部分碳燃烧为二氧化碳，二氧化碳再与过量的碳反应并被转化为一氧化碳。一氧化碳最后使氧化物还原。
由于该反应主要是吸热反应，安装燃烧器40是合理的，它能保证在炉床内有均匀高温。可以使用气体燃烧器或煤粉燃烧器。
可以用气体或煤粉与空气一起将这些燃烧器40点燃，用来预热和/或额外加热。可以以氧和燃料的一定比例产生额外的还原气体，就过量空气来说，可以实现处理气体的后燃烧。在燃烧煤粉的情况下，燃烧器中产生过量一氧化碳。对于外燃室，可以阻止焦碳的灰烬进入熔炉中并与铁混合。以这样一种方式选择燃烧室中的温度，即产生的炉渣以液体形式排出并以玻璃化形式处理掉。熔炉10中的固态碳载体的消耗量以及由此的成品的灰分含量由一氧化碳产量还原。
在最后一层或最后两层炉床中，通过专门喷嘴供给像一氧化碳或氢的气态还原剂。在这种有增加的还原能力的气氛下，可以完成金属氧化物的还原。
Claims (15)
1．一种在多床炉中对含重金属的残余物进行热处理的方法，该熔炉被分为三区，每一区有多个一个在另一个之上的炉床，该方法包括下列步骤：
·连续将含重金属的残余物引入多床炉的第一区的顶层床，逐渐将残余物转移到第二区并且同时被干燥；
·连续将还原剂和脱硫剂引入第二区的顶层床，还原剂和脱硫剂与干燥过的残余物混合，混合物被加热到800℃并且被煅烧，并且逐渐转移到第三区；
·将第三区中的混合物加热到1000℃，还原出金属并且第三区产生的废气被排出并且被单独处理；
·从多床炉排出混合物。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脱硫剂包括石灰、石灰石和/或镁砂。
3．根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，还原剂以液态、固态和/或气态形式被导进多床炉中。
4．根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，过量的还原剂被导入多床炉内。
5．根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在被导入多床炉之前，含重金属的残余物与至少部分的需要的还原剂相互混合。
6．根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，来自第三区的废气在一个后燃烧器中被处理，其中包含的易挥发金属被转化为金属氧化物并且在过滤设备中从废气中分离。
7．根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在排出多床炉后铁从混合物中分离出来。
8．根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在排出多床炉后，未使用的还原剂从混合物中分离出来。
9．根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，一个或多个炉床被直接或间接加热。
10．根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，有选择地将含氧气体喷射给不同炉床。
11．根据权利要求10所述的方法，其特征在于，含氧气体有至少250℃的温度。
12．根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，气体还原剂被喷射进入多床炉第三区中的底层炉床。
13．根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，气体在每一区的一个炉床上从多床炉排出。
14．根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，该方法在过压下进行。
15．一种根据上述任一权利要求的方法所使用的用来对含重金属残余物进行热处理的多床炉。
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