TW406036B - Process and device for the depletion of metal from molten glass or molten slag - Google Patents

Description

#ΐ沪部中^"^•^.h 1 消於合竹.71卬t 406036 at B7 五、發明説明（1 ) 本發明有關一種如前文申請專利項目第1項自含金屬 組份熔融玻璃或熔融爐渣分離金屬之方法，及有關一種如 申請專利範圍第13項i行該方法之裝置。 在廢棄物鍛燒廠中，大約2 0至2 5體積％經燃燒廢 棄物會形成爐渣。該爐渣仍然含有大約5至1 0%各種金 屬，主要爲爲鐵。除該爐渣之外，會產生更細微之固態殘 留物，諸如飛灰或鍋爐灰及過濾器粉塵。另外使用或傾倒 此等產物期間，該水溶性重金靥化合物可能導致諸如水之 不滲透性污染等問題。 爲了減少此種環境污染，，已知例如CH 686, 7 6 4藉由熔化作用將該廢棄物锻燒廠之固態殘留物變成 玻璃狀，如此將重金靥與其他污染環境材料與非水溶性之 玻璃基質結合。 該專利揭示一種還原電極爐，其藉由導電性加熱使該 液態熔體形成耐電性物質。經由浸漬在該熔體中之碳或石 墨電極將該電能導入熔體中。事實上該重金屬並未自熔融 玻璃分離出並且結合在非水溶性玻璃基質中，此係該榛爐 之缺點。這種經污染玻璃基質無法作爲建築材料。例如將 該玻璃基質進一步處理成顆粒或碾磨成粉末，玻璃基質中 所含之重金屬可能會被洗出。因此，製得之玻璃必須經過 工業處理。 因爲該還原爐係以昂貴的電能操作，所以此爲該方法 另一缺點。 本發明目的係提出一種分離包含在熔融玻璃或熔融爐 渣中金靥組份之方法與裝置。此外，本發明方法可以更有 經濟效益地操作。 本發明此目的可利用申請專利範圍第1項之方法達成 ——·—；—,—^— (請先閱讀背面之注意事項再填艿本頁)

、1T 泉 本紙張尺度適州中囤围家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） • 4- 406036A7 B7 五、發明説明（2 ) 。附屬申請專利範圍第2至11項有關該方法另外有益架 構。利用申請專利範圍第1 2項之裝置可以更進一步達成 本發明目的。附屬申請專利範圍第13至17項有關該裝 置另外有益架構。 使用本發明用以分離熔融玻璃或熔融爐渣中金靥之方 法，將一種可燃性（例如化石爲底質）還原劑以氣態形式 或固態*形式時利用一種載體氣體直接吹入該熔體中，吹到 熔體表面下。 該還原劑包含少量氧或不含氧，所以該還原劑進料期 間不會發生還原作用，但是在熔融玻璃或熔融爐渣中會發 生還原作用。如此，可以將存在熔體中之金屬氧化物與重 金屬氧化還原成其金屬形式。 此方法之優點係導入還原劑會使該熔融玻璃或熔融爐 渣產生混合，因此該還原劑分散該熔融玻璃中，結果可以 達成該金靥組份-尤其是氧化金屬化合物-之實質性還原 作用。該方法具體實例中，吹入該還原劑會使該熔體中產 生溫動。 該熔融玻璃中之金屬組份主要包括金靥氧化物與可還 原成純金屬之金屬化合物。 在該方法有益架構中，吹入該熔融玻璃之還原劑會強 化該熔融玻璃的自然對流，因此藉由熱輻射提高所導入能 量之傳導性與分散，若該熱源位於該熔體表面上方時此現 象尤其明顯。 在該方法有益架構中，以產生攪動效果之速度將該還 原劑導入熔融玻璃中，如此該還原劑會混入該熔融玻璃所 有區域內，使該金屬氧化物實質上完全還原。使用化石加 熱劑作爲該還原劑之優點係可以利用位於該熔體上方之槍 I--I--：--：—-裝------訂 T----：---朿. {fs先閱讀背面之注意事項再續寫本頁) 本紙张尺度適州中园园家標準（。阳）六4規格（21(^297公釐） -5- 4060307 五、發明説明（3 ) 進料氧、空氣或空氣與氧之混合物，將浮在熔融玻璃表面 之過量還原劑以及諸如一氧化碳之反應產物點著並燃燒掉 。熔體上方之後燃燒作用會釋放出所需能量，並以輻射熱 形式傳送到該熔體。此作用一方面可以加熱該熔融玻璃， 另一方面可以保持該熔體溫度。可以利用所導入化石加熱 劑體積控制所放出之輻射熱》 . 在該方法有益架構中，以化學當量或稍低於化學當量 將氧及/或空氣進料至該熔體表面。在使用化學當量實例 中，在下游處理步驟中可以完全燃燒殘留之可燃性餾份。 本發明方法其他優點係其亦可使用低品質加熱劑，諸 如室溫下爲液態之重燃料油。此種加熱劑係於進料至熔融 玻璃之前加熱，使其可氣態形式進料。 本發明方法其他優點係該還原作用在很多處發生，此 係因爲還原劑注入熔融玻璃之機械作用以及該還原劑特別 均勻分佈之故》此現象使反應器整個極斷面之氧化熔體沉 澱出小滴狀物。 本發明方法尤其適於處理廢棄物锻燒廠之固態殘留物 ，尤其是爐渣，該爐渣係於鍛燒廢棄物熔融形成玻璃狀熔 體，且金饜組份自該熔體分離出所形成。不過，本發明方 法亦適於例如純化回收再生玻璃之熔融玻璃。 該還原劑亦可利用一種惰性載體氣體以固態形式尤其 是煤渣進料。適用之惰性載體氣體爲例如氮。 參考兩個範例具體實例詳細說明本發明方法與本發明 裝〒。 附圖中： 圖1顯示金屬分離裝置之縱斷面； -----:---.--^------訂 I -I--^---束 (誚先閱讀背面之注意事項再楨寫本頁) 本紙张尺度適州中囤國家標準（CNS > A4規格（210X297公嫠） -6- 406036 B； 五、發明説明（4 ) 圖2顯示另外範例具體實例之金屬分離裝置極斷面。 主要元件對照表 9 熔融玻璃或熔融爐渣 (9 ) /熔體（9 ) 15 表面（1 5 ) 1 熔融爐1 2 加熱室2 3 上方爐3 4 溝槽4 5 進料元件5 9 熔融玻璃 5 a 進料元件5， 5 a ， 5 b ，5 c 5 b 進料元件5， 5 a ， 5 b ，5 c 5 c 進料元件5， 5 a ， 5 b，5 c 6 進料元件6 12 氣流1 2 7 排氣導管7 8 排出口 8 10 金屬沉積物1 0 11 空間1 1 13 還原劑1 3 14 熱氣體1 4 16 後引導裝置1 6 (誚先閱讀背面之注意事項再填艿本页) 裝' 訂 -木. 根據圖1，具有加熱室2之熔融爐1上方部分有所謂 的上方爐3，下方有部分有溝槽4。進料元件5位於加熱 室2中央，其經由該加熱室2之壁垂直伸出，其下方末端 具有排出口，以槍形式設計之進料元件5位於加熱室2內 本紙张尺度適川中S國家標率（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 406036 at B7 五 '發明説明（5 ) 部，並使其排出口浸在熔融玻璃9中。進料元件5設計成 一種由耐火性陶瓷或石墨製成之槍形式爲佳。該進料元件 5可位於該加熱室2之偏心位置，或者如圖2所示使用數 個進料元件5、5a、5b、5c。進料元件5、5a、 5 b、5 c係用以進料該可燃性還原劑1 3，其包含少量 氧或不含氧爲佳。 將一或多個其他進料元件6配置於加熱室2上方位置 ，該另外進料元件開口自外面伸至上方爐3中，其設計用 以進料包含氧、空氣或空氣與氧混合物之氣流1 2。 此外，排氣導管7配置於加熱室2之上方區，在其最 低點處，該加熱室2具有可關閉排出口 8。 操作該熔融爐1期間，將包含氧化金屬與重金屬化合 物及/或金屬組份之熔融玻璃9置於加熱室2內部，該還 原金屬化合物於溝槽4基底區形成金饜沉積物10或熔融 金屬。該熔融玻璃9形成熔融方面1 5，上方爐3之空間 11係於包含熱氣態物質之熔體表面15上方形成。 本發明熔融爐1之操作方式係經由進料元件5將一種 化石加熱劑（諸如例如天然氣）直接吹入該熔融玻璃9作 爲還原劑1 3。該熔融玻璃9中之還原劑1 3與氣態反應 產物上升至熔體1 5，因此促使該熔融玻璃9自然對流。 該還原劑係以使熔融玻璃9產生攪動效果或溫動之方式吹 入該熔融玻璃9內爲佳。爲提高攪動效果，亦可以如圖2 所示使用數個進料元件5a、5b、5 c，此等進料元件 自不同位置將還原劑1 3導入熔融玻璃9內，進料元件 5 a、5b、5 c係以還原劑自該進料元件流出時會產生 最強攪動效果之方向配置，或者如圖2所示，使該熔融玻 璃9產生旋轉。此外，該攪動效果可利用所進料還原劑 本紙伕尺度述《中丨与國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）_, ---------：---— -i------訂 J--：---泉 (讀先閱讀背面之注意事項再i4寫本頁) 406036 ab] 五、發明説明（6 ) 1 3及/或其進料速度改變之。因該攪動效果之故，該還 原劑相當均勻分散地在熔融玻璃9中，因此包含在熔融玻 璃9內之金屬氧化物最接近完全還原。經由熔體表面15 上方之進料元件6進料氧、空氣或氧與空氣之混合物會使 浮在熔融玻璃9表面之過量還原劑以及反應產物C 0著火 。此過程中，能量係以輻射熱形式釋放出來，其可用以加 熱該熔融玻璃9或用以保持熔融玻璃9之溫度。設計成槍 狀之進料元件6均勻分佈配置在該熔體表面15上方爲佳 。經燃燒之熱氣體14經由排氣導管7逸出。 藉由調整進料還原劑1 3、氧、空氣或氧與空氣混合 物之進料體積與進料速度可以控制攪動效果、金靥氧化物 還原作用與熔融玻璃9之溫度。因此，例如可以使用一個 感應器偵測該熔融玻璃溫度，並以保持預定溫度之方式控 制還原劑1 3之進料。爲產生並保持該攪動效果，必須進 料最小量之還原劑1 3。用以熔融與還原過程所需之溫度 在例如1 3 0 0 t至1 5 0 0 °C範圍內。可以利用未顯示 出來而且位於該加熱室2外之另外熱源供應熔融爐1額外 熱能》 爲使該金饜沉積物沉降，需要僅有少量攪動之相對靜 止相較佳。累積在加熱室2底部之金屬沉積物1 0會經由 排出口 8沉降，此情況下在沉降期間減少或中斷還原劑 1 3之進料。 設計爲槍狀之進料元件5在該熔融爐1操作期間會連 續消耗，而且利用僅於圖以象徵性表示之後引導裝置1 6 自動引導向下，因此進料元件5在熔融爐1操作期間會固 定浸在熔融玻璃9中。進料元件5可以投計成具有中空內 部之槍狀。該槍狀物係由例如陶瓷或石墨製成。由陶瓷製 ------：--；--裝------訂一-I--；---泉 (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適州中囤國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） -9- 406036 B7 五、發明説明（7 ) 成之槍狀物優點係其即使於不冷卻情況下只有輕微磨損’ 而且可以在高達2 0 0 0 °C下使用。槍狀物之引導方式係 使其另外部分緊接著位於加熱室2外部之槍狀物5部分’ 因此可以自外部將會於加熱室2內消耗掉之槍狀物5固定 向下引導。在一較佳架構中，提出將數個槍狀物穿入加熱 室2中，如此當一個槍狀物5使用完時，可以在不中斷製 程情況下以一個新的槍狀物5代替原有槍狀物5。流經槍 狀物5之還原劑1 3會冷卻該槍狀物5，因此延長其使用 期間及/或減少其磨損。 加熱室2上方爐3與溝槽4區域可以具有相同耐火襯 裡。 可以液態或固態形式將該原材料導入熔融爐1。若使 用固態材料，可以分批方式將其導入。可以利用一或多個 位於熔融爐1內之上方燃燒器進行熔融作用。製得熔體後 可進行本發明方法。 爲獲得髙水準分離作用，依順配置一或多個加熱室爲 佳，如此可以形成一連串攪動容器。 -----.—：——裝------訂 —^---朿 (誚先閱讀背面之注意事項再填艿本") 鈐"部中次桮W'^，，;i-T^於合竹14卬；^ 本紙张尺/又適用中围囤家標準（CNS ) A4規格（2]〇X 297公釐） -1〇 -

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 ^ 7 1 1 3 269 六、申請專利範圍 406036 (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 1 ·—種用以分離包含金屬組份之熔融玻璃或熔融爐 渣（9 )的方法，其中將一種可燃性還原劑直接吹入熔融 玻璃（9 )內，吹至熔體表面（1 5 )下，以還原該金屬 組份’而且其中該還原劑係於熔體（9 )外燃燒以加熱該 熔體（9 )。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該還原劑（ 1 3 )係以氣態形式吹入，而且特別的是其包含少量氧或 不包含氧。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中使用氣態、 液態或固態形式之化石燃料作爲還原劑（13)。 4 .如申請專利範圍第1項之方法，其中利用一種惰 性載體氣體以固態形式尤其是煤渣進料該還原劑（1 3 ) 〇 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中以均勻分佈 在熔融槽容積內之方式將還原劑（1 3 )導入。 6 .如申請專利範圍第1項之方法，其中以使熔體（ 9 )產生湍動及/或旋轉之方式及/或速度導入該還原劑 (13)。 經濟部中央搮準扃負工消費合作社印装 7 .如申請專利範圍第1項之方法，其中將氧及/或 空氣進料至熔體（9 )上方，特別是使其均勻分佈在該熔 體表面（1 5)上，以燃燒浮在熔體表面（1 5)上之過 量還原劑與熔體表面（15)上之反應產物一氧化碳。 8 .如申請專利範圍第5項之方法，其中將過量可燃 性還原劑（1 3 )進料至該熔體（9 )內，其中利用所進 料之量及其燃燒作用控制所提供熱能。 9.如申請專利範圍第1至8項任一項之方法，其中 以化學當量或低於化學當量將氧及/或空氣進料至熔體表 ^紙张尺度適用中國國家揉準(CNS ) A4规格（210X297公釐） A8 B8 C8 D8 406036 夂、申請專利範圍 面（1 5 )上方。 1 0 .如申請專利範圍第1至8項任一項之方法，其 中在該金屬尤其是熔融金屬排出時中斷或減少還原劑（ 1 3 )之進料。 1 1 .如申請專利範圍第1至8項任一項之方法，其 中該熔體（9 )包含廢棄物鍛燒廠之固態殘留物。 1 2 .如申請專利範圍第1至8項任一項之方法，其 中該熔體（9 )由至少數種回收玻璃組成》 1 3 ·—種用以進行如申請專利範圍第1項方法之裝 置’其包括一個加熱室（2)與至少一個元件（5)，其 開口朝向加熱室（2)以進料還原劑（13)，該進料元 件（5 )之配置方式係於加熱室（2 )操作期間，將進料 元件（5 )浸入形成之熔融玻璃（9 )內，而且該進料元 件（5 )特別設計成由耐火陶瓷或石墨製成之槍。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中提出用 以沉重放該槍狀物之後引導裝置（16)，於操作期間消 耗之槍狀物自動引導至熔體（9 )中。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中該加熱 室（2)具有上方爐（3)與溝槽（4)，而且其中使用 數個將氧或空氣進料至上方爐（3)之進料元件（6)， 該進料元件排出口特別以均勻分佈方式配置。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之裝置，其中溝槽（ 4 )與上方爐（3 )均具有相同耐火襯裡。 17.—種包括如申請專利範圍第13至16項任一 項裝置之廢棄物鍛燒廠或回收廠。 -------·--裝------訂 —Ϊ1,---泉 II (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印装 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -12-