TW459050B - Method for the pyrometallurgical treatment of waste originating from the production of iron and steel - Google Patents

Description

的0 A7 ___B7 五、發明説明（| ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明係有關於一種用於高溫冶金處理廢料的方法， 特別是衍生自鐵及鋼生產中之廢料。 廢料處理係高度發展的工作，其動機通常源自於經濟 與生態上的關心。處理來自鐵及鋼工廠的廢料，而獲得可 在新的製程中回收的金屬，或僅爲了將對於環境有害的金 屬抽取出，係値得的。 鐵及鋼工業係製造大量金屬廢料的部門，特別是來自 氣體過濾的粉塵，該氣體係離開自包含氧化形式之諸如鐵 (Fe)等金屬以及諸如鋅(Ζη)與鉛(Pb)等重金屬的鼓風爐及製 鋼爐。這些粉塵亦包含鹼金屬，通常爲氯化物的形式。 藉處理此種粉塵所獲得之金屬的純度，通常因前述氧 化鉛及鹼金屬氯化物（其起先存在於廢料中，並仍在經處 理所獲得之金屬中發現）的存在而破壞。 本發明之目的係提出一種用於高溫冶金處理廢料的方 法，其允許抽取出後續廢料處理所不希冀的化合物。根據 本發明，該目的係以如申請專利範圍第1項之方法達成。 根據本發明之方法係有關於在包含多床爐之垂直分離 的爐床的第一區中之廢料的高溫冶金處理，特別是衍生自 鐵及鋼之生產中的廢料，其中 (a) 該廢料導入該第一區的上爐床上，並漸漸地傳遞至 下爐床： (b) 助長該鹼金屬鹽（特別是鹼金屬的氯化物）及氧化 錯揮發之條件產生於該第一區中； (c) 包含揮發之鹼金屬鹽（特別是鹼金屬的氯化物）和/ (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁〕 裝· 訂 線 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐} A7 B7 五、發明説明（i ^ 或氧化鉛的氣體由該第一區抽取出。 本方法係利用多床爐的容量，而產生各區和/或各爐床 獨特的氣氛（取決於所要產生的反應）。應瞭解地是，根 據本發明，其得以用高溫冶金的方式處理廢料，並至少部 分地由該廢料抽取鹼金屬鹽（特別是鹼金屬氯化物）和/或 氧化鉛。後面的物質因而由廢料中移除，該廢料可以接著 '進行後續處理。以任何後續處理所獲得的製品（亦即金屬 )將不會被鹼金屬鹽（特別是鹼金屬的氯化物）和/或氧化 鉛所污染。所獲得的金屬純度因而更高。 應瞭解地是，本方法得以在低於美國專利第4,673,431 號之方法所使用的溫度下，抽取氣相的氧化鉛（特別是 PbO)。事實上，已觀察到得以在些微高於氧化鉛熔點的 溫度，輕易地將氣相的氧化鉛抽取。因而無須將廢料加熱 到如美國專利第4,673,431號所推薦之至少1482°C的溫度 (T 沸嫌= 1475°C)。 根據本方法之第一個執行模式，該廢料在步驟(b)加熱 至1000°c高的溫度，且最好爲1100°c高，以便煆燒該廢料 ，並使得鹼金屬鹽（特別是鹼金屬氯化物）和/或氧化鉛揮 發。該方法特別適用於氧化鉛（主要爲PbO的形式）以及 鹼金屬鹽的抽取，特別是氯化鈉(NaCI)及氯化鉀(KC1)。仍 要指出地是，發生於該種廢料中的鉛係以各種氧化的形式 存在，諸如PbClOH、Pb2(S04)0等等。 該第一區有利地以逆流模式作業，且逆流氣體係由該 第一區的上半部階段抽取。在本狀況中，逆流氣體包含步 4 ----r--.----裝-- i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 線 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X29*7公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7 五、發明説明（）） ^ 驟(C)的鹼金屬鹽（特別是鹼金屬氯化物）和/或氧化鉛。其 被冷卻並過濾，以便將後面的物質與殘留氣體分離。 再者，經過濾的氣體可在處理後再導入該第一區中（ 最好在加熱後）。此得以增加該第一區中的氣體流速。就 特定的金屬而言，抽取之金屬的產能係正比於氣體流速。 使用大量的氣體因此能降低多床爐之第一區中的廢料停留 時間。 若該廢料包含戴奧辛，則可藉由注入含氧氣體而在該 第一區中燃燒。 根據另一個執行模式，殘留的固態廢料係於步驟(C)後 傳遞至第二區中（稱爲“還原區”），其中該第二區包含 位於該第一區下方的垂立分離的爐床，以便將其漸漸地傳 遞至下爐床，與還原劑接觸，以及升溫至足以將金屬還原 的溫度。因而得以在相同的多床爐中，先由該廢料抽取鹼 金屬鹽（特別是鹼金屬氯化物）和/或氧化鉛。接著得以進 行後續的廢料處理，諸如包含於其中的金屬還原。足以將 廢料中之金屬還原的反應溫度可在800至1200°C之間，且 最好爲1000至1100°C之間。 在還原區中還原之的金屬，至少一部分係於該反應溫 度揮發。其將在所形成的爐床階段，與氣體從還原區有利 地抽取出。 已發現：在該還原區中，該還原反應幾乎廣泛地在沈 積於爐床上之固態層內發生。某些金屬的氧化物在該固態 層中還原，接著以還原的形式揮發，並由該層脫離而與爐 ___5_____ 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4規格（210X29*7公釐） {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 線 A7 B7 五、發明説明（if ) 穿-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 氣氛接觸。這些金屬與氣氛接觸時再度氧化’並以氧化的 形式由該爐抽取出。 該還原區最好以同向流動作業’且氣體皆於其下半部 的階段由該還原區抽取出°此得以增加還原區之高溫爐床 中的氣體流速’其中該經還原之金屬的揮發更爲有效。 所有自多床爐的還原區釋出的氣體可於後燃燒器中處 ‘理、冷卻並過濾。有利地，揮發的金屬係於氣相中氧化、 冷卻而將其凝結成粉塵’以及過濾’以便將其與氣體分離 〇 在本方法中，得以還原廢料中所包含的氧化鋅。一旦 還原後，鋅蒸發；接著由氣體抽出並氧化。應注意的是， 經回復之氧化鋅的純度係極令人滿意的。事實上，氧化鉛 及鹼金屬鹽（特別是鹼金屬氯化物）已在第一區中由廢料 移除。若該廢料未在第一區中進行處理’則包含自還原區 抽取之鋅的氣體亦將包含這些氧化鉛及鹼金屬鹽。經回復 的氧化鋅因而將被後面的物質所污染。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在廢料包含還原區中經還原的金屬（其無法以氣相抽 取）的狀況中，剩餘的廢料接著在其到達還原區的下爐床 後有利地由該多床爐抽取出，然後分類，以便分離該非揮 發而已還原的金屬。可能無法以氣相抽取的金屬特別包含 鐵和/或鎳。 使用諸如煤、固態或液態石油製品、合成材料（諸如 塑膠 '膠體、有機廢料）或其混合物等含碳還原劑做爲還 原劑。在部分狀況中，得以使用包含氯及硫的塑膠和/或膠 ---- 6 _ 本紙浪尺度適用中囤國家標準（CMS ) A4规格（210X297公釐） a 59〇60 A7 B7 五、發明説明（$ ) r 該廢料可於導入第一區之前，在該多床爐的上爐床上 洪乾。當該廢料包含大量的水時’諸如來自製鋼廠的淤泥 或者來自鼓風爐或轉爐中廢氣純化的沈稹物，此係有價値 的作業。 該爐床可依據氣體流速及揮發性金屬的濃度而直接或 間接加熱。 由多床爐所釋出的所有氣體最好除氯並除硫。 有利地，廢料以九狀導入該第一區中。 本發明的其他特色與特徵將呈現於以下之有利執行模 式的細節說明，以作爲舉例的實例。 本方法使用一多床爐處理衍生自鐵及鋼製造的廢料。 該廢料通常以淤泥的形式產生，其包含氧化鐵、氧化鋅、 氧化鉛以及諸如氯化鉀與氯化鈉等鹼金屬鹽。"氧化物” 一詞通常意指諸如氧化物、氫氧化物等等的氧化形式。 特別地是，本方法已使用於處理衍生自各種電爐（電 請 先 聞 讀 背 項 再 h 本 頁 裝 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 弧爐）的廢料。此; 庫粉塵的組成如下： 樣本1 (重量％ ) 樣本2 (重量％ ) 樣本3 (重量％ ) ZnFe2〇d 74.6 56.3 31.3 ZnO 12.4 23.8 47.5 PbClOH 3.1 5.7 3.9 Pb2(S〇4)0 0,8 1.6 0.8 KCl 4.1 5,6 4.4 CaCCh 1.1 0.8 Fe2〇! 0.9 Pb 1.3 紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（250X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Δ5906° Α7 ------- Β7 五、發明説明（έ； ) ^ 1 其他結晶形 -----—~~——-- ""5 5 _10__ 使用的是爐床爲環狀且垂直分離的多床爐。在該種類 的爐中’載料及卸料爐床係交替排列。第-ί@爐床具有周 圍孔洞’一個連續載料爐床的周圍孔洞於直徑上相對；第 一個爐床具有開放的圓形中心部分。該爐中心部分亦設置 有一垂直旋轉軸’其上固著有延伸於整個爐床半徑的攪拌 '桿。諸如燃燒器等直接加熱方式或諸如電阻等間接加熱方 式’可使得各爐床單獨加熱，以便在各區和/或各爐床獲得 不同的溫度。所使用的多床爐包含二個功能區：一第—區 以及一第二區（稱爲還原區），該第二區係位於第一區下 方。 廢料連續導入該第一載料爐床上，亦即第一區的上爐 床。垂直旋轉軸所驅動的攪拌桿將廢料散佈於整個載料爐 床，並將其推至周圍孔洞，廢料將穿過而落至正下方的卸 料爐床。該攪拌桿接著將廢料導向中心孔洞，廢料穿過而 落於更下的載料爐床上。因此，該廢料藉由在第一區的爐 床中下降而推前。在第一區的下爐尿中，通常爲約9〇〇t： 至1000°C的溫度。該溫度係由形成氧化氣氛的燃燒器產生 。該廢料做煆燒’且諸如氧化鉛及鹼金屬鹽（特別是鹼金 屬氯化物）等組成揮發並被氣體所裹入。 應注意的是’氧化鉛及鹼金屬鹽（特別是鹼金屬氯化 物）的飽和蒸汽壓得以使其在不超過其沸點的區域中由氣 體中抽取。再者，第一區中的溫度係些微高於Pbo的熔點 :885。〇，並明顯地低於其沸點：1475°c。 __S__ 本紙張λ度適用？標準（CNS)M规格_(2l0x297/$ I— I . f— I I n I ^ I n ^ 一. f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（q) i 該第一區最好以逆流模式作業。當廢料落下時，第一 區中的氣體係上升。使用大量的氣體將增加第一區中的氣 體流速。穿經爐子的流速越大，則每單位時間所抽取的材 料量就越大。以此方式，可減少廢料在爐第一區中的停留 時間。 逆流的氣體係於第一區的上爐床階段抽取。這些氣體 •接著冷卻並過濾，以便將氧化鉛及鹼金屬鹽（特別是鹼金 屬氯化物）由殘餘的氣體分離。 當廢料到達第一區的下爐床時，其係無氧化鉛及鹼金 屬鹽，並可進行後續處理。 應注意的是，得以注入含氧氣體（最好爲3至10%的 〇2)，以便將任何包含於廢料中的戴奧辛燃燒。在本狀況 中，由第一區抽取出的氣體最好極快速冷卻，而產生避免 氣體中合成戴奧辛的“淬火”效應。 當廢料到達第一區的下爐床時，其傳輸至還原區並加 熱至約1100°C的溫度。在該溫度下，諸如ZnFe204等鋅與 鐵的化合物分解成ZnO與FexOy。一還原劑（最好爲粒狀 的煤）注入該還原區中。攪拌桿的橫掃動作將廢料與煤密 切混合，而產生金屬還原。鐵的氧化物及氫氧化物被還原 ，並繼續推進至該多床爐底部。鋅的氧化物或氫氧化物被 還原，且鋅立即揮發。還原所衍生的氣體（包含氣相的經 還原金屬）係由多床爐的還原區下半部中抽取出’亦即在 其形成之處。它們接著傳輸至後燃燒器’鋅在其中氧化成 ZnO，且其冷卻並過濾，以便由氣體分離出來。 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂 線 本紙伕尺度逍用中國國家樣準（CNS ) A4規格（2丨〇X297公着） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 _ ___ 五、發明説明（f ) r 重要要注意的是··由還原區氣體所回復之氧化鋅的純 度係相當可觀，因爲亦可在還原區中揮發的氧化鉛及鹼金 屬鹽已在第一區中抽取。 所有由該多床爐釋出的氣體可導入處理廠，而在排出 前冷卻、除氯與除硫，以及過濾。 有利地，廢料以九狀裝載於多床爐中。甚至最好爲約 '1至3 mm直徑的微九粒。使用煤粉的微九粒可獲得均質混 合物。 依據各區中所要使用的氣體循環形式，得以使用同向 流或逆流模式進行第一與第二區中的作業。再者，亦得以 將包含揮發之還原金屬氣體或包含氧化鉛與鹼金屬鹽的氣 體在所形成之爐床抽取出。 在過濾後，由該第一區抽取出的氣體一部分可再度導 入該第一區中。就此目的而言，其可至少部分地導入熱交 換器而再加熱，並接著注入該第一區的中間。此使得氣體 流速得以增加，且氧化鉛與鹼金屬鹽的抽取可加速。 未揮發之經還原的金屬，亦即鐵（鎳的狀況亦然）， 係與其餘的廢料（惰性礦渣）及任何剩餘的還原劑經出口 由該爐抽取出。在冷卻後，鐵可以人工或自動的方法（諸 如磁性分離法）分離》 應注意的是，得以添加一道用於烘乾廢料的步驟於各 前述的方法。包含金屬的廢料（通常爲氧化的形式）將接 著在第一區的上爐床上烘乾。 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210XZ97公釐} ----1-------装------、訂------@ ί ί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本寊〕

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 r L一種用於在包含多床爐之垂直分離的爐床的第一區 中之廢料的高溫冶金處理的方法，特別是衍生自鐵及鋼之 生產中的廢料，其中： U)該廢料導入該第一區的上爐床上，並漸漸地傳遞至 下爐床； (b) 助長該鹼金屬鹽及氧化鉛揮發之條件產生於該第一 區中； (c) 包含揮發之鹼金屬鹽和/或氧化鉛的氣體由該第一區 抽取出。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於該廢料 在步驟(b)加熱至900°C至ll〇〇t的溫度，如此以煆燒該廢 料，並使得鹼金屬鹽和/或氧化鈴揮發。 3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於該 第一區係以逆流模式作業，且其特徵在於該逆流氣體由該 第一區的上半部抽取出》 4·如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於該 第一區係以同向流模式作業，且其特徵在於該同向流氣體 由該第一區的下半部抽取出。 ， 5.如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於步 驟(c)的將包含鹼金屬鹽和/或氧化鉛的氣體加以冷卻並過濾 ，如此將包含的物質與殘留氣體分離。 6_如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於經 過濾的氣體在處理後再度導入該第一區中^ 7.如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於藉 ____ 1 iT紙張尺度適用中國围ϋ準r〇NS ) A4規格（210X297公釐 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ABCD 經齊部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 由在高溫射入含氧氣體，而將第一區之廢料中包含的戴奧 辛破壞。 8. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於該 廢料在步驟(c)之後傳遞至第二區中（稱爲還原區），該第 二區包含置於該第一區下方的垂直分離的爐床，如此將廢 料漸漸地傳遞至下爐床，將其與還原劑接觸，以及升溫至 '足以將金屬還原的溫度。 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於足以將 廢料中之金屬還原的反應溫度在800至1200°C之間。 10. 如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於在還原 區中還原的金屬至少有一部分於該反應溫度揮發。 11. 如申請專利範圍第10項之方法，其特徵在於經揮 發的還原金屬與氣體從還原區抽取出。 12. 如申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於經揮 發的還原金屬在所形成的爐床局度由运原區抽取出。 13. 如申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於該還 原區係以同向流模式作業，氣體皆由還原區下半部抽取出 〇 14. 如申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於該還 原區係以逆流模式作業，氣體皆由還原區上半部抽取出。 15. 如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於所有自 多床爐還原區釋出的氣體於後燃燒器中處理、冷卻並過爐 ;且其特徵在於該揮發的還原金屬係於氣相中氧化、冷卻 而將其凝結成粉麈，以及過濾’以便將其與氣體分離。 2 本紙張财81“料（CNS > A4祕（2^"297公着） I I [ I 裝 I i I I I I 訂 I 1 务 ♦~' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財/$.局員工消費合作社印製 A8 BS C8 D8 __ 六、申請專利範圍 ^ 16. 如申請專利範圍第10項之方法，其特徵在於在還 原區中還原的部分金屬並未在反應溫度中揮發。 17, 如申請專利範圍第16項之方法，其特徵在於該還 原劑爲煤，且非揮發的金屬爲鐵和/或鎳。 18_如申請專利範圍第16項之方法，其特徵在於該廢 料係於到達還原區的下爐床後，由該多床爐抽取出。 19. 如申請專利範圍第18項之方法，其特徵在於還原 區釋出的廢料由該多床爐抽取出後做分類，以便分離該非 揮發的還原金屬。 20. 如申請專利範圍第18項之方法，其特徵在於由爐 釋出的經還原金屬係以磁性分離法而與還原區的其餘內容 物分離。 21. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於該 廢料於導入該第一區的上爐床之前，在包含多床爐之垂直 分離爐床的烘乾區中烘乾。 22. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於該 爐床直接或間接加熱。 23. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於該 廢料係以九狀或微丸粒（具有1 mm等級的直徑）形式導 入該第一區中。 24. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於所 有由多床爐釋出的氣體皆除氯及除硫。 25. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於該 鹼金屬鹽係諸如KC1與NaCl之鹼金屬氯化物。 3 本紙張尺度適用中國爾家標準（CNS ) A4現格（2丨〇><297公釐） I —r I,, 裝 n n n n 訂 I n , I n 線 (請先閲讀背面之注意事項再C..W本頁) 一