CN208733195U

CN208733195U - 一种无害化处理硫化砷渣的装置

Info

Publication number: CN208733195U
Application number: CN201821422016.1U
Authority: CN
Inventors: 郭键柄; 杨东伟; 卢超; 陈正
Original assignee: Lanzhou Engineering and Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co Ltd
Current assignee: Lanzhou Engineering and Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co Ltd
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2019-04-12
Anticipated expiration: 2028-08-31

Abstract

本实用新型公开了一种无害化处理硫化砷渣的装置，属于危险废弃物处理领域，以解决现有湿法工艺存在的成本高，难以实现工业化应用的问题。一种无害化处理硫化砷渣的装置，包括焙烧系统、还原炉、还原炉收尘系统，焙烧系统包括依次相连的焙烧炉、第一冷凝器、第一布袋收尘器、碱液吸收塔和第一引风机，还原炉收尘系统包括依次相连的第二冷凝器、第二布袋收尘器、第二引风机。本实用新型整个生产过程在全封闭和微负压环境下完成，处理过程无粉尘产生，操作工人不直接接触有毒物质，相比传统除砷法处理过程清洁环保，无二次污染。生产效率高。实现了硫化砷渣的无害化处理。

Description

一种无害化处理硫化砷渣的装置

技术领域

本实用新型属于危险废弃物处理领域，具体涉及一种无害化处理硫化砷渣的装置。

背景技术

我国是有色金属大国，在有色金属冶炼烟气制酸过程中，会产生大量的含砷、铜、铅、锌等元素的酸性污水。为减少污水排放，提高水循环利用率，国内冶炼企业多在酸性污水中加入含硫的盐类，如硫化钠、硫氢化钠、硫代硫酸钠等，与水中的砷、铜、铅等进行反应生成硫化物沉淀，以达到去除砷和降低重金属离子的目的。当前，硫化法处理酸性污水越来越多的被国内大型冶炼厂采用，因此，也产生了大量的硫化砷渣。

硫化砷渣中有价金属铜、铅、锌、镉含量偏低，但砷含量高达30%-40%，具有回收价值。由于硫化砷渣的浸出液为强酸性，砷渣中的砷、铜、铅、镉等重金属离子的浸出浓度均超过国家填埋标准。硫化砷渣属于既有腐蚀性又有浸出毒性特征的危险废物，国内外对硫化砷渣的处理途径主要有送至危险废弃处置中心进行稳定化/固化填埋和回收砷两种。

砷渣的稳定化/固化填埋主要通过石灰、水泥、沥青等添加剂与硫化砷渣混合搅拌形成具有低溶解性、低毒性和低流动性的物质，使之呈现化学稳定性或密封性的一种无害化处理方法。对于砷含量高的硫化砷渣，稳定化/固化填埋工艺需要大量的添加剂来降低砷含量，处理成本昂贵。另外，渣中的砷不回收，存在资源浪费和二次砷污染的风险。

回收砷的途径有火法和湿法两种工艺。火法工艺多采用焙烧法，砷直接以三氧化二砷形式回收。这种技术成熟，流程短，成本低，但处理干燥状态的三氧化二砷为剧毒物，难于确保良好的作业环境，易造成二次污染；湿法即采用酸浸、碱浸或盐浸等进行处理，先把砷从渣中分离出来，然后再进一步回收或进行无害化处理，产品主要有三氧化二砷、砷酸盐等。湿法工艺不产生粉尘，能满足环保要求，具有能耗低、污染少、效率高等优点，但其流程较为复杂，处理成本较高。

由于硫化砷渣中砷含量高，近年来，硫化砷渣的处理逐渐从“固砷”向回收砷转变。不管是火法工艺还是湿法工艺，其产品三氧化二砷或砷酸盐均为砷的化合物，具有一定毒性，且市场需求有限。现有的将硫化砷渣中的砷转化为砷的化合物的生产工艺不能从根本上解决砷的污染和砷资源的回收问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种砷回收率高的无害化处理硫化砷渣的装置，

本实用新型采用的技术方案如下：一种无害化处理硫化砷渣的装置，包括焙烧系统、还原炉、还原炉收尘系统，焙烧系统包括依次相连的焙烧炉、第一冷凝器、第一布袋收尘器、碱液吸收塔和第一引风机，还原炉收尘系统包括依次相连的第二冷凝器、第二布袋收尘器、第二引风机，第一冷凝器、第一布袋收尘器、第二布袋收尘器通过气力输送管道与贮料仓连接，可实现砷氧化物的封闭、连续输送。第二布袋收尘器的底部与贮料仓之间通过气力输送管道连接；贮料仓的底部设有仓底螺旋器，仓底螺旋器的端部位于还原炉的上方。

作为本实用新型的进一步改进，冷凝器和第一布袋收尘器底部装有星形卸料器，星形卸料器底部与贮料仓之间通过气力输送管道连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述焙烧炉和还原炉采用耐火材料密封；

作为本实用新型的进一步改进，第一引风机和第二引风机均连接有烟囱。

在所有砷的产品中，金属砷（单质砷）毒性最小，价格高，且市场需求大。因此，从硫化砷渣中将砷转变为金属砷，既可解决砷渣带来的污染问题，又可变废为宝，实现砷资源的二次回收利用。

针对上述情况，本实用新型采用火法工艺处理硫化砷渣，采用一套焙烧—还原装置，使硫化砷渣中的砷最终以金属砷的形式产出，并最终得到无毒害的金属砷产品。

硫化砷渣中砷含量达30%-40%，而铜、铅、锌等金属含量＜1%。硫化砷渣中砷主要以As₂S₃，As₂S₅形态存在，其他金属也均以各自硫化物形态存在。

在焙烧炉内氧化焙烧时，控制焙烧温度600-800℃，砷的硫化物发生如下主要反应：

2As₂S₃+9O₂ = 2As₂O₃ +6SO₂

2As₂S₅+13O₂ = 2As₂O₃ +10SO₂

2CuS + 3O₂= 2CuO + 2SO₂

2ZnS + 3O₂= 2ZnO + 2SO₂

2PbS + 3O₂= 2PbO + 2SO₂

根据元素的亲氧能力不同，硫化物与氧接触发生氧化反应的顺序也不同， As₂S₃和As₂S₅优先氧化而生成As₂O₃。由于As₂O₃具有很强的挥发性，当温度高于120℃时即开始升华进入炉气中。当炉内氧气充分时，少量未挥发的As₂O₃会被氧化生成挥发性小的As₂O₅。随着炉温的增高，As₂O₃和As₂O₅随烟气从炉顶排出进入冷却收尘工序冷凝收集。

在还原炉内进行碳还原熔炼时，由于As₂O₃的沸点为461 ℃。因此，只要在碳热还原时控制炉内温度600-800℃，做好炉体密封，则砷氧化物的还原将很快地进行。炉内发生如下主要反应：

As₂O₅ + C = As₂O₃ + CO₂

2As₂O₃ + 6C = 4As + 6CO

2As₂O₃ + 6CO = 4As + 6CO₂

C + O₂ = CO₂

C + 1 /2O₂ = CO

CO + 1 /2O₂ = CO₂

砷的升华点为612 ℃，在还原炉内生成的金属砷以砷蒸气的形态随烟气排出进入冷凝器，控制冷凝器温度400-500℃，则金属砷在冷凝器内冷凝产出。

因此，利用砷及砷氧化物易挥发的特点，控制合适的反应温度，在微负压条件下即可实现硫化砷渣中砷的无害化回收。最终获得的产品金属砷毒性最小，经济价值高，避免了砷的二次污染。适用于有色金属冶炼厂处理酸性污水时产生的硫化砷渣的无害化处理。

本实用新型的优点在于：

（1）处理过程清洁环保，无二次污染。本实用新型有害元素砷在焙烧炉内先以砷氧化物的形式挥发，冷凝后砷氧化物通过气力输送系统输送至贮料仓，再由仓底螺旋加入还原炉内，碳还原后冷凝成无毒的金属砷集中冷凝器内。本实用新型整个生产过程在全封闭和微负压环境下完成，处理过程无粉尘产生，操作工人不直接接触有毒物质，相比传统除砷法处理过程清洁环保，无二次污染。生产效率高。实现了硫化砷渣的无害化处理。

（2）砷回收率高。本实用新型焙烧炉和还原炉均配备了冷凝和收尘装置，且处理过程全密封，金属砷基本无损失，砷回收率高。

（3）产品经济价值高。传统的硫化砷渣回收砷后砷以砷化合物的形式产出，砷化合物有毒有害，经济价值低。本实用新型砷的产品为金属砷，毒性小，经济价值高。

（4）可实现连续生产。本实用新型采用的焙烧—还原装置，可实现硫化砷渣自加料到金属砷产出的连续化生产，全过程自动化程度高，可实现远程操控，生产效率高。

附图说明

图1 为一种无害化处理硫化砷渣的装置的结构示意图。

图中：焙烧炉（1）、鼓风机（2）、第一冷凝器（3）、第一布袋收尘器（4）、碱液吸收塔（5）、第一引风机（6）、气力输送系统（7）、贮料仓（8）、仓底螺旋器（9）、还原炉（10）、第二冷凝器（11）、第二布袋收尘器（12）、第二引风机（13）、烟囱（14）。

具体实施方式

以下是本实用新型的优选实施方式，但不受该实施例的限制。

焙烧炉1配套有鼓风机2，本实用新型装置采用的加热方式为电加热，但不限于该种加热方式，还包括煤、天然气等加热方式。

如图所示，一种无害化处理硫化砷渣的装置，焙烧系统、还原炉10、还原炉收尘系统，焙烧系统包括依次相连的焙烧炉1、第一冷凝器3、第一布袋收尘器4、碱液吸收塔5和第一引风机6，还原炉收尘系统包括依次相连的第二冷凝器11、第二布袋收尘器12、第二引风机13，第一冷凝器3、第一布袋收尘器4、第二布袋收尘器12通过气力输送管道与贮料仓8连接。第二布袋收尘器12的底部与贮料仓8之间通过气力输送管道连接；贮料仓8的底部设有仓底螺旋器9，仓底螺旋器9的端部位于还原炉10的上方。

冷凝器3和第一布袋收尘器4底部装有星形卸料器，星形卸料器底部与贮料仓8之间通过气力输送管道连接。焙烧炉1和还原炉10采用耐火材料密封；第一引风机6和第二引风机13均连接有烟囱14。产出的尾气均进入烟囱14排空。

实施例所用原料为西南某有色金属冶炼厂的污酸废水采用硫化工艺产出的固体废弃物，即一种硫化砷渣，其主要成分为As₂S₃、CuS、ZnS、PbS等，各主要元素含量见表1。

实施例1

实施例1所用原料成分见表1，主要技术参数：焙烧温度600℃，焙烧时间30min，还原温度600℃，还原时间30min，冷凝温度400℃。

具体实施步骤如下：

（1）将上述硫化砷渣物料3000g加入焙烧炉内，盖上炉盖，密封炉体，打开焙烧炉加热系统；

（2）待焙烧炉内温度升高到150℃时，打开第一冷凝器、第一布袋收尘器、碱液吸收塔、第一引风机，使焙烧炉内处于微负压状态，压力20 kPa；

（3）在所述步骤（2）完成后调整加热功率，使焙烧炉内温度升至600℃，打开鼓风机，使炉内物料与氧气充分接触；

（4）在所述步骤（3）达到的温度区间，保温30 min，进行硫化砷渣中砷的氧化焙烧；硫以二氧化硫气体的形式产出，砷以氧化物的形式产出并在第一冷凝器和第一布袋收尘器中冷凝沉降。

（5）在所述步骤（4）完成后关闭焙烧炉加热系统；

（6）待焙烧炉内温度降至200℃以下时关闭第一冷凝器、第一布袋收尘器、碱液吸收塔、第一引风机，直至炉内温度降至室温；

（7）在所述步骤（6）完成后打开气力输送系统，将第一冷凝器、第一布袋收尘器收集的砷的氧化物输送至还原炉贮料仓；

（8）采用仓底螺旋将砷氧化物加入还原炉内，开启还原炉加热系统，同时打开第二冷凝器、第二布袋收尘器、第二引风机，使还原炉内压力范围50kPa；

（9）在所述步骤（8）完成后调整加热功率，使还原炉内温度升至600℃，冷凝器温度400℃；

（10）在所述步骤（9）达到的温度区间，保温30min，进行砷氧化物的还原熔炼，反应后金属砷以气态形式产出，在第二冷凝器冷凝沉降。

（11）在所述步骤（10）完成后关闭还原炉加热系统；

（12）待还原炉内温度降至100℃以下时关闭第二冷凝器、第二布袋收尘器、第二引风机，直至炉内温度降至室温后，从冷凝器回收金属砷。

因目的产品为金属砷，实施例1只对冷凝器中收集的金属砷进行称量、化验，结果见表2。由结果可知，一次开路操作砷回收率达81.62%，金属砷产品纯度95.52%。

实施例2

实施例2所用原料同实施例1，见表1。主要技术参数：焙烧温度700℃，焙烧时间60min，还原温度700℃，还原时间60min，冷凝温度450℃。

具体实施步骤如下：

（1）将上述硫化砷渣物料3000g加入焙烧炉内，盖上炉盖，密封炉体，打开焙烧炉加热系统。

（2）待焙烧炉内温度升高到150℃时，打开第一冷凝器、第一布袋收尘器、碱液吸收塔、第一引风机，使焙烧炉内处于微负压状态，压力40 kPa。

（3）在所述步骤（2）完成后调整加热功率，使焙烧炉内温度升至700℃，打开供风系统，使炉内物料与氧气充分接触。

（4）在所述步骤（3）达到的温度区间，保温60 min，进行硫化砷渣中砷的氧化焙烧。

（5）在所述步骤（4）完成后关闭焙烧炉加热系统。

（6）待焙烧炉内温度降至200℃以下时关闭冷却系统、收尘系统和尾气处理系统，直至炉内温度降至室温。

（7）在所述步骤（6）完成后打开气力输送系统，将冷却系统和收尘系统收集的砷的氧化物输送至还原炉贮料仓。

（8）采用仓底螺旋将砷氧化物加入还原炉内，开启还原炉加热系统，同时打开第二冷凝器、第二布袋收尘器、第二引风机，使还原炉内压力范围70kPa。

（9）在所述步骤（8）完成后调整加热功率，使还原炉内温度升至700℃，冷凝器温度450℃。

（10）在所述步骤（9）达到的温度区间，保温60min，进行砷氧化物的还原熔炼。

（11）在所述步骤（10）完成后关闭还原炉加热系统。

（12）待还原炉内温度降至100℃以下时关闭收尘系统，直至炉内温度降至室温后，从冷凝器回收金属砷。

因目的产品为金属砷，实施例2只对冷凝器中收集的金属砷进行称量、化验，结果见表3。由结果可知，一次开路操作砷回收率达86.52%，金属砷产品纯度97.48%。

实施例3

实施例3所用原料同实施例1，见表1。主要技术参数：焙烧温度800℃，焙烧时间90min，还原温度800℃，还原时间90min，冷凝温度500℃。

具体实施步骤如下：

（2）待焙烧炉内温度升高到200℃时，打开第一冷凝器、第一布袋收尘器、碱液吸收塔、第一引风机，使焙烧炉内处于微负压状态，压力60 kPa。

（3）在所述步骤（2）完成后调整加热功率，使焙烧炉内温度升至800℃，打开供风系统，使炉内物料与氧气充分接触。

（4）在所述步骤（3）达到的温度区间，保温90 min，进行硫化砷渣中砷的氧化焙烧。

（5）在所述步骤（4）完成后关闭焙烧炉加热系统。

（8）采用仓底螺旋将砷氧化物加入还原炉内，开启还原炉加热系统，同时打开第二冷凝器、第二布袋收尘器、第二引风机，使还原炉内压力范围90kPa。

（9）在所述步骤（8）完成后调整加热功率，使还原炉内温度升至800℃，冷凝器温度500℃。

（10）在所述步骤（9）达到的温度区间，保温90min，进行砷氧化物的还原熔炼。

（11）在所述步骤（10）完成后关闭还原炉加热系统。

因目的产品为金属砷，实施例3只对冷凝器中收集的金属砷进行称量、化验，结果见表4。由结果可知，一次开路操作砷回收率达87.57%，金属砷产品纯度96.28%。

实施例4：与实施例1不同之处在于，完成步骤（1）-步骤（6）即可，适用于小规模间断生产。

实施例5：与实施例1不同之处在于，在步骤（4）完成后直接进行步骤（7）-步骤（13），适用于处理量大且连续生产情况。

上述实施例中步骤（4）焙烧炉产出的渣，可通过水淬后送至危废处理厂进行稳定化/固化填埋；产出的二氧化硫则在尾气处理系统的碱液吸收塔中被吸收。

其中步骤（12）还原炉第二布袋收尘器产出的少量黑粉，可返回还原炉继续处理。

本实用新型提供的处理硫化砷渣的装置一次开路操作即可达到金属砷纯度95%以上，砷回收率80%以上。通过本实用新型，回收了砷渣中有价元素砷，并产出高附加值的金属砷产品，避免了砷渣的二次污染，实现了变废为宝。

Claims

1.一种无害化处理硫化砷渣的装置，其特征在于：包括焙烧系统、还原炉（10）、还原炉收尘系统，焙烧系统包括依次相连的焙烧炉（1）、第一冷凝器（3）、第一布袋收尘器（4）、碱液吸收塔（5）和第一引风机（6），还原炉收尘系统包括依次相连的第二冷凝器（11）、第二布袋收尘器（12）、第二引风机（13），第一冷凝器（3）、第一布袋收尘器（4）、第二布袋收尘器（12）通过气力输送管道与贮料仓（8）连接，第二布袋收尘器（12）的底部与贮料仓（8）之间通过气力输送管道连接；贮料仓（8）的底部设有仓底螺旋器（9），仓底螺旋器（9）的端部位于还原炉（10）的上方。

2.如权利要求1所述的一种无害化处理硫化砷渣的装置，其特征在于：冷凝器（3）和第一布袋收尘器（4）底部装有星形卸料器，星形卸料器底部与贮料仓（8）之间通过气力输送管道连接。

3.如权利要求1所述的一种无害化处理硫化砷渣的装置，其特征在于：所述焙烧炉（1）和还原炉（10）采用耐火材料密封。

4.如权利要求1所述的一种无害化处理硫化砷渣的装置，其特征在于：第一引风机（6）和第二引风机（13）均连接有烟囱（14）。