TW514563B - Process and plant for utilizing iron- and heavy-metal-containing residual substances, optionally under addition of iron ore - Google Patents

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514563 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發 視情況地 煤炭及/ 固狀及/ 空氣係被 熔化，揮 熔爐旋風 離（用） 屬與氣體 槽分開的 明關一種 可在鐵礦 或焦炭及 或液狀及 導入熔爐 發性重金 器的氣體 槽內，其 在分離槽 冶金槽內 利用含 之添加 /或含 /或氣 旋風器 屬被還 和熔體 中熔體 外側分 。本發 鐵和重 下，其 碳及/ 體狀烴 內、被 原及蒸 一起被 金屬的 中殘餘 或含烴 以及/ 渦旋及 發，氧 移送進 發生分 殘餘物 物質連 的殘餘 或氧及 點燃， 化鐵被 入一緊 質之方法， 同還原劑如 物質及/或 /或富氧的 殘餘物質被 還原，來自 接相連的分 與氣體 離，而熔體被 明亦關於一種 離，已蒸發的重金 移送進入一與分離 執行該方法的設備 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項

製鋼業和製鐵業的一個大問題是含鐵和重金屬的殘餘 物質，如爐塵、淤漿、軋屑等，其係大量產生的且僅能藉 由莫大的努力才能使其能被再利用，因此在大多數的情況 中係被倒掉，沒有利用它們之有用物質成分。 由生態及經濟的觀點看，有需要儘可能完全地將該殘 餘物質轉化成可利用的產物，而因此避免必須倒掉的廢物 。由技術及經濟觀點看，可充分利用的產物係爲殘餘物質 可轉化者，在本文中其爲金屬鐵、貧鐵的礦渣，且可用於 水泥的製造者，及鋅 '鉛和鎘形式的液態重金屬濃縮物。 再者，生態學上希望催可能完全地利用製程的廢熱。 中，殘餘物質係在 熔爐旋風器中被熔煉，重金被蒸發及與廢氣分離，當作氧 化後的粉塵部份。在副爐中，將還原氣和氧氣吹到殘餘的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在 DE — A — 44 3 -4- 514563 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、 發明説明 (2 ) 爐 渣 上 以 使 其更脫去重 金屬， 而 隨 後 用 於 水 泥 和 山 石 棉 的 製 造 中 田 作 塡 充材料。然 而，在 該 過 程 中 1 氧 化 鐵 並 未 還 原 成金 屬 鐵 因此，仍然未利用殘餘物 ιΜ 的 必 須 成 分 0 E P — A - 0 7 3 5 1 4 6 中 敘 述 —^ 種 原 或 冶 煉 鐵 礦 的 手 段。根據E P - A — 0 7 3 5 1 4 6 鐵 礦 係 在 熔 爐 旋風器內被 還原和 熔 化 5 及 被 移 至 —. 冶 金 槽 內 5 此 冶 金 槽 係緊接地配 置在熔 爐 旋 風 器 下 方 ， 其 中 在 製 程 氣 的 形 成 下 ，鐵發生最 後的還 原 及 完 全 的 熔 化 ， 該 製 程 氣 係 來 白 於 吹 在礦渣/金 屬層上 的 煤 灰 及 來 白 吹 入 的 氧 氣 〇 還 原 用 的 製 程氣係部分 與氧燃 燒 而 因 此 在 熔 化 槽 和 熔 爐 旋 風 器 中 提 供熔化和還 原所需 的 熱 0 廢 氣 係 由 熔 爐 旋 風 器 之 上 部 開 P 被取出。 假 若 所 有的廢氣由 熔爐旋 風 器 之 上 部 開 □ 被 •取 出 ， 而 因 此 影 響 熔 爐旋風器內 的物質 之 渦 旋 則 根 據 該 方 法 將 不 可 能 利 用 含重金屬的 殘餘物 質 ， 故 再 也 不 能 保 證 完 全 地 發 重 金 屬 。再者，廢 氣的後 燃 燒 將 使 得 重 金 屬 被 再 氧 化 成 爲 固 態 重 金屬氧化物 ，已經 在 熔 爐 旋 風 器 中 而 因 此 大 部 分 將 在 熔 爐旋風器中被分離。 最 初 提 及的一種方法係敘述於C 丨E 3 5 3 6 6 3 5 A中。 依 照 該 方 法 ， 殘 餘 物 質 係 在 原 條 件 下 於熔爐旋風 器中被 熔 化 〇 已 蒸 發 的 重 金 屬 係 與 氣 p 分 離 ， 而礦渣係置 入鋼轉 化 爐 內 5 而 在 已 存在 的 生 鐵 上 > 來 白 礦 渣的氧化鐵係被生鐵中所存在碳還 :原 ‘成 鐵 〇 然 而 該 方法有一些 缺黑占。 例 如 由 於生 鐵 中 的 低 碳 量 請 先 閲 讀 背 & 5 意 事 項 寫 本 頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 514563 A7 ______B7 五、發明説明（3 ) ，故礦渣的使用係受限於每噸生鐵約5 0公斤，否則將會 實質減少鋼轉化爐的生產力。就較大量的含氧化鐵之礦渣 而言，生鐵的還原能力係不足夠的。如此小量的礦渣之液 體加料會擾亂轉化爐的製程，尤其因爲額外的吊車作業， 而因此亦降低生產力。再一問題爲不宜的伴隨物質，如硫 和磷，其係含於礦渣中且會損害鋼轉化爐中所製造的鋼之 品質。由礦渣所獲得的鐵之產率亦不足的，因此殘餘的熔 渣通常具有2 0%至3 0%的氧化鐵含量。由爲高的氧化 鐵含量，此礦渣亦不能被水泥工業所利用。 AT 407 878 B中敘述一種鋼鐵工業之殘 渣回收鐵和重金屬如鋅和鉛之方法。在其方法中，含重金 屬的氣體、部分還原的鐵及礦渣係被移送到一爐內，此爐 係緊接相連於熔爐旋風器，而將還原劑和氧氣吹入以完成 鐵的還原。經由一直接電弧，將還原所需的能量導入爐內 。根據此方法，含重金屬的氣體係在爐外接受後燃燒，而 其內所形成的重金屬氧化物係被分離。 由於該爐緊接相連於熔爐旋風器，所以不可能將不同 的產物保持在其它加工所需要的形式，尤其在不變的高品 質。不能完成鐵熔體之特定鐵分析和特定溫度的準確調整 。再者，亦不可能將礦澄的組成調整成適合水泥製造所需 者，具有少於2 %的鐵含量。 假若在還原中釋放出相當大量的粉塵，其伴隨著含重 金屬的氣體之重金屬由熔爐旋風器沈澱出，則所產生的重 金屬產物之品質亦會受直接相連於爐的熔爐旋風器所損害 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 寫 本 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 514563 A7 _B7_ 五、發明説明（4 ) 。再者，配合熔爐旋風器、爐及其廢氣導管中所同時發生 的反應，製程的控制係相當複雜的。 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 本發明之目的爲更進一步開發澳洲專利申請案 A 8 6 5 / 9 9所知的方法。在已知的設備中，含鐵和 重金屬的殘餘物質，視情況於鐵礦的添加下，被1 〇 〇 % 轉變成可利用的產物，具有不變的高品質，而沒有產生其 它廢物，其中相對於已知的方法，係可以對設備作簡單的 製程控制和可靠的操作。特別地，可能準確地調整鐵熔體 的分析値和溫度以及製造一種具有少於2 %鐵含量的礦渣 ，使可利用於水泥之製造。再者，所產生的重金屬產物之 品質係被改良。與競爭性的方法比較下，能節省操作成本 〇 依本發明’達成此目的的方式在一方面係藉由將還原 劑送入冶金槽內，於貧鐵的礦渣之形成下使熔體的氧化鐵 還原成鐵’而在另方面係藉由將電能導入以便至少部分地 涵盖熱ί貝失及速原能量。. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因爲在分離槽中僅有發生熔體與氣體的分離，而沒有 更進一步處理旋風器內所含有的產物，故後續的製程步驟 ’即鐵的還原、重金屬與氣體的分離、以及鐵和礦渣品質 的調整係完全互相獨立的，而因此能各以最佳的方式進行 ’互相無關。此導致較佳的鐵熔體、礦渣和重金屬產物之 品質，且明顯地有較簡單的製程控制。 較宜地’達成已蒸發的重金屬與其它氣體之分離係藉 由使氣體接受後燃燒（在由分離槽出現之後，緊接著空氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 514563 A 7 B7 五、發明説明（5 ) 或富氧的空氣），及同時使重金屬成爲氧化形式，然後.使 它們與氣體分離。此處，分離裝置較佳係構成一袋濾器單 元。所分離的金屬氧化物，例如Ζ η〇，可用當作鋅之製 造用的起始產物。 爲了使方法更經濟，於後燃燒後氣體係在熱交換器中 被冷卻，較佳在蒸氣的產生下。 在又一變化例中，當分離槽出現氣體時，該氣體立刻 被水所驟冷，藉由濕的除塵作業來冷凝和分離重金屬，如 藉由汾丘里滌氣器或濕式靜電濾器。在水相中，重金屬係 氧化成爲氧化物，其然後被分離。經純化的氣體係含有可 燃燒的氣體，如一氧化碳和氫，係稍後被利用，例如被燃 燒以產生能量。 爲了將鐵（其主要以F e〇存在於熔體中）直接還原 ，故將煤炭及/或焦炭及/或含碳及/或含烴的殘餘物質 導入冶金槽內，較佳當作含碳的還原劑吹入。爲此目的， 該冶金爐係裝設有至少一個噴管及/或噴嘴以用於吹入還 原劑。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 若要將不揮發性重金屬（其在添加含碳的還原劑時可 能不會或僅部分被還原）移送至金屬熔體內，則較強的還 原劑’如矽鐵或鋁，係被導入冶金槽內以便進一步地還原 。通常’在用含碳的還原劑作還原後，才添加該還原劑。 再者’一部分要被還原的氧化鐵較佳係藉由一氧化碳 來還原’該一氧化碳係由含碳的還原劑還原氧化鐵時所形 成者。 本纸張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（21〇χ297公釐） -8- 514563 A7 B7 五、發明説明（6 ) 用於還原和涵蓋熱損失所需要的能量係大部分由電能 來導入。此係特別有利的，倘若由於必須的鐵還原而僅可 部分利用以碳或烴形式所導入的化學能，燃燒係僅在特定 的C〇/ C〇2比例爲可行的。較宜地，電能係經由石墨電 極來導入。 在又一變化例中，電能係感應導入的。 有利地，熔體中所存在的金屬氧化物之還原時所形成 的氣體，尤其C 0，其部分亦被還原作用所消耗，係部分 接受後燃燒，該後燃燒係藉由冶金槽之上部區域中的氧氣 或富氧之空氣。C〇經部分後燃燒而成爲c〇2，因此提供 一部分能量以用於涵蓋熱損失及用於還原。 本發明的方法之另一實施例的特徵係在於：藉由冶金 槽中所提供的燃燒器來導入部分所需要的能量。 較宜地，在還原及/或導入能量的期間，將熔體攪拌 ’較佳爲藉由底部沖洗。爲此目的，冶金槽係裝設有一種 攪拌裝置，例如底部沖洗元件或熟悉技藝者所知曉的其它 攪拌裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 較宜地，藉由加熱，較佳藉由電能，來調節鐵熔體， 使溫度適合於後續的鑄造作業。有利地，藉由添加合金物 質以調整所欲的鐵熔體組成。 在一較佳實施例中，冶金槽中所形成的氣體係被吸走 及純化’倘若所分離出的粉塵含有鐵成分以及重金屬的話 ’則該粉麈較佳係被送到熔爐旋風器內當作殘餘物質， 適宜地’礦渣和鐵熔體係分開地被取出。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " -9- 514563 A7 B7 五、發明説明（7 ) 在取出礦渣和鐵熔體後，冶金槽中係殘留有金屬鐵液 (heel)，其在冶金槽中被用當作基料，具有高的碳 含量和高溫，以供新的熔融加料。殘餘的熔體之熱容量和 碳含量係能使製程均勻及/或達成新加料之第一次還原步 驟，直到再度達到特定的最小溫度和最小碳含量爲止。 有利地，該鐵液係被特定量的貧鐵礦渣（較佳爲由煙 道灰、鑄砂及煤炭及/或焦炭形成）所覆蓋，隨後將鐵液 和礦渣用於冶金槽中當作基料，以供新的熔融加料。此酸 性起始礦渣會在還原後造成礦渣之熔化溫度的可觀降低， 因此還原可能係在比較低的溫度進行。 依本方法的一較佳實施例，分別在不同的位置進行熔 體的還原及調節，而採用一種可移動的冶金槽。因此，製 .程步驟的控制係變得較淸楚且容易的。在另一變化例中， 在分開的位置進行熔體的還原及電能的導入，而採用一種 可移動的冶金槽。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 分開的步驟的又一優點係在於能以實質半連續之方式 來進行製程，即在加料的熔之還原階段期間可調整前一次 的加料。在此較佳實施例中，採用至少兩個冶金槽，較佳 爲澆桶。 較宜地，在沒有熔體可送入可移動的冶金槽內時，尤 其在冶金槽係在另一地方以用於取出及/或調節熔體及/ 或導入電能時，熔體係暫時儲存在分離槽中。 另外，分離槽與可移動的冶金槽之間的熔體係暫時儲 存在一固定式儲存裝置中，該儲存裝置係用於橋連製程的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 514563 A7 _^_B7 五、發明説明（8 ) 間斷期，如加熱期間、換槽等。.爲此目的，有利地在分離 槽之出口後，配置一種傾卸槽形式的熔體用儲存裝置。此 儲存裝置係適當地經耐火材料所襯裏及/或係設有一用於 涵蓋熱損失的燃燒器。 有利地，含鐵和重金屬的殘餘物質係分開地被收集， 當作富重金屬的殘餘物質及貧重金屬的殘餘物質，且係分 開地加入熔爐旋風器內，而當添加的殘餘物質爲缺乏重金 屬時，則由氣體所分離出的重金屬係被送到富重金屬的殘 餘物質。 在另一實施例中，由氣體所分離出的重金屬係被收集 及再加到熔爐旋風器內，使重金屬富集至適合排放的程度 ，特別是用經控制的方式，同時持續測量所分離出的粉塵 中一或多種重金屬的濃度。 熔爐旋風器及/或分離槽的熱損失較佳係用於產生蒸 氣。因此，熔爐旋風器及/或分離槽適當地係裝設有一冷 卻裝置，如蒸發性冷卻器。. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在又一實施例中，於取出後，讓適當樣式的礦渣固化 ，例如藉由鑄床或藉由乾燥粒化，且其係用於水泥製造時 當作加料，例如當作燒塊。. 一種利用含鐵和重金屬殘餘物質之發明設備，視情況 地可在鐵礦之添加下，該設備之特徵爲以下特色的組合： -一實質豎立的熔爐旋風器，其具有底部開口供氣體 和熔體的流出，一或多個用於充塡固體物質和氣體的實質 水平之供應裝置（其進入熔爐旋風器內），及一點火器； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 514563 A 7 __B7 _ 五、發明説明（9 ) - 一分離槽，緊接相連於熔爐旋風器，其具有一個開 口供氣體流出，及另一個開口供熔體流出； -一廢氣導管，由分離槽的廢氣開口牽出及引到一用 於由分離槽所逃出的氣體中分離出重金屬的裝置； - 至少一個冶金槽，其具有至少一個用於供應還原劑 的裝置，及至少一個用於取出鐵熔體和礦渣的裝置； - 一用於將熔體由分離槽之熔體出口移送到冶金槽內 的裝置； - 一用於電加熱冶金槽的裝置。 較宜地，該由分離槽所牽出的廢氣導管係裝設有一開 口用於供應空氣或富氧的空氣。開口的構形較佳爲滑動的 套筒形式。 再者，較佳爲設有一用於將氧氣吹入冶金槽內的裝置 ，以使還原中所形成的氣體被後燃燒。 有利地，冶金槽係設有足夠大的容積，以更在來自前 次加料的殘存金屬鐵液、來自還原作用的金屬及形成的礦 渣上方，有足夠的空間供一伴隨發泡的還原反應。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在一較佳的組態中，電加熱的構形係爲石墨電極或感 應加熱形式。 在一更佳的實施例中，冶金槽的構形係爲可移動式槽 ，尤其爲澆桶。 有利地，設有一輸送裝置以便移動冶金槽。 適宜地，設有一供應裝置以便將塊狀及/或細粒狀材 料供入冶金槽內，例如供應煙道灰、細煤炭等。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 514563 A7 B7 五、發明説明（10) 在該由分離槽所牽出 換器，尤其是蒸氣鍋爐。 在以下中，將參照圖 式係以方塊圖來表示，以 施例。 爲了獲得具使用於熔 質，它們係接受前處理。 淤漿，係被乾燥，而含油 殘餘物質係可分離成爲富 。此之優點爲：當使用富 間進行本發明方法而獲得 縮物。 含油的淤漿在大多數 ，因此不像其它殘餘物質 預混合及加到進料容器內 的廢氣導管中，較佳爲設有熱交 式來更詳細說 說明依本發明 爐旋風器中所 含鐵和重金屬 的淤漿係分開 重金屬的物質 明本發明，其中圖 的設備和方法之實 須的特性之殘餘物 的殘餘物質，尤其 地被處理。再者， 及貧重金屬的物質 重金屬的殘餘物質時，以單一時 一適合更進一步加工的重金屬濃 情況中係具有 而可不被直接 。淤漿由其經 進入一混合乾燥裝置1中.，其中所加入 高比例的有機成分 乾燥，其例如係經 由一進料系統計量 的材料係被一熱油 請 先 閱 讀 背 面 ί 事 項 再J 本 頁 裝 η 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 系統所間接加熱，熱油產生器例如係被天然氣燃燒器所加 熱。乾燥器的廢氣係用當作燃燒空氣，俾沒有烴類釋出。 乾燥後的淤漿係加入一緩衝容器內，而由其進入對應的儲 料斗內。 在一連續工作的乾燥器2中，其它淤漿係被熱風所乾 燥’而至水分含量爲適合於吹入熔爐旋風器內。在此期間 ’產物的最終水分係經由廢氣溫度來控制，其係與產物水 分成正比。乾燥器的廢氣係在旋風器中被粗脫塵及在袋濾 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -13 514563 A7 _____ B7 五、發明説明（11) 器中被細脫塵。乾燥的物質係減縮成小片，然後裝入儲料 斗內。 在適當裝置3內的其它殘餘物質及/或還原劑，如車匕 屑或煤炭，係被減縮或硏磨至一種大小，可吹入熔爐旋風 器內，然後儲存在對應的筒倉中。 粉塵係沒有經預處理而經氣力輸送至儲料筒倉內，由 該處以連續方式取出它們以便混合其它的殘餘物質，而若 殘餘物質中沒有足夠含量的礦渣形成用成分時，則添加適 量比例的助熔劑。然而，若可能的話，藉由選擇不同殘餘 物質（其含有足夠的礦渣形成用成分）以避免添加助熔劑 〇 所添加的材料，即殘餘物質、還原劑和助熔劑，皆應 實質上不含水，且係以適量連續地導入一強力混合器4內 及被均勻化。混合物由混合器4到達粗篩5，其中由混合 物中去除尺寸大於4毫米的粒子。篩過的混合物係儲存在 一儲料筒倉內，較佳爲分開地供富重金屬的殘餘物質及供 貧重金屬的殘餘物質。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉由氣力系統，將經準確秤重的固體混合物以實質切 線方向吹入實質豎立的圓筒型熔爐旋風器6 (其具有氧或 胃ft的空氣）內，而被渦旋及被一整合於旋風器燃燒器內 的燃燒器所點燃，及供以氧氣和氣態燃料。除了用於點燃 的輔助燃燒器外，旋風器燃燒器具有火焰控制系統、火焰 偵測器及監視系統。亦可在熔爐旋風器6的不同位置設有 數個燃燒器。 本紙張尺度適用中周國家檩準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐） -14- 514563 A7 五、發明説明（12) 在熔爐旋風器6的內部，殘餘物質 和揮發性重金屬以及可能的鐵礦係發生 還原成F e 0，而揮發性重金屬係還原 爐旋風器6內的反應條件及高溫會導致 發、含碳及/或含烴的還原劑之部分氧 及所添加的物質之其它固體成分的熔化。 來自熔爐旋風器6的氣體和熔體係 內，此分離槽係緊接相連的，即僅經由 連接’且較佳係配置在熔爐旋風器6下 示此裝置單元圖中的熔爐旋風器6和分 框住），其中發生熔體和氣體的分離。 中所含有的氧化鐵 還原’氧化鐵主要 成金屬。再者，溶 揮發性重金屬的蒸 化及/或氣化、以 一起進入分離槽7 適當的連接元件來 方（爲了較佳地顯 離槽7係被虛線所 分離槽的構形例如 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再▲ 舄 本 頁 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 是圓筒形容器，具有一水平軸及一用於氣體之冒出的開口 ’以及一用於熔體之流出的第二開口。 然而’分離槽之構形亦可爲一種容器，其至少部分被耐火 材料所襯裏或碍覆，尤其爲圓筒形容器，其具有一垂直軸 ，或爲一種正平行六面體形式的容器。 分離槽7和熔爐旋風器6兩者較佳係皆裝設有冷卻裝置， 例如爲水冷式雙套層結構形式或爲蒸氣冷卻管-管或管-桿-管結構，以便利用它們的熱損失來產生過熱的蒸氣。 以鍋爐的進料水或其循環的冷凝流來供應冷卻裝置。 含重金屬的氣體中亦有一氧化碳和氫，在它們由分離槽流 出後，係接受空氣或富氧空氣的後燃燒，空氣或富氧空氣 係經由廢氣導管的開口如滑動套筒形式者吹入。於此期間 ，已蒸發的重金屬係轉化成爲固體氧化形式及形成一在氣 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 訂 -15 - 514563 Μ Β7 五、發明説明（13) 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 體中的粉塵。爲了產生蒸氣，氣體在後燃燒後較佳係導引 經過熱交換器8如蒸氣鍋爐，及被冷卻，而一部分的重金 屬粉塵被分離。此處，爲了保持熱交換器的加熱表面之淸 潔而沒有分離的粉塵，可設有自動純化裝置以及一用於去 除來自冷卻裝置的重金屬粉塵並將它帶到對應的筒倉之裝 置，視起源於富重金屬的殘餘物質和貧重金屬的殘餘物質 之粉塵而定。 冷卻過的氣體更與周圍空氣混合而被進一步冷卻，以 便達到過濾器9如袋濾器所需的入口溫度，重金屬氧化物 係在該過瀘器中被確實分離。純化過的氣體係排放到大氣 內。若將殘餘物質分開地收集成爲富重金屬的殘餘物質和 貧重金屬的殘餘物質及分開地加料時，則將所分離之貧重 金屬的殘餘物質之重金屬氧化物粉塵加到富重金屬的殘餘 物質。另外，在連續測量重金屬濃度下，所分離出的粉塵 可當作殘餘物質使用，只要已經發生所欲的重金屬增量即 可〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另外，含重金屬的氣體在流出分離槽7後可被驟冷及 冷凝，而其內已形成的重金屬氧化物可接受濕式分離。 熔體係由分離槽7經由出液流槽移送至冶金槽1 〇。 槽1 0係被一可提起和樞轉的冷蓋所鎖住且係設有適當的 開口。氧化鐡的主要還原係發生在冶金槽中，所形成的礦 渣爲貧鐵者。可以使用煤炭及/或焦炭及/或含碳及/或 含烴的殘餘物質，較佳細煤炭、細焦炭、含煤炭的粉塵、 輪胎碎片、塑膠碎片、石油焦炭等，當作直接還原用的含 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 514563 A7 B7 五、發明説明（14) 碳還原劑。此外，使用溶解於金屬中的碳。 若殘餘物質含有可能不或僅可部分被還原的不揮發性 重金屬時，則在添加含碳的還原劑時，可以單獨使用較強 的還原劑，例如矽鐵或鋁.，或在用含碳的還原劑後才使用 。就經濟因素而言，第二種選擇係較佳。 含碳和含烴的還原劑之直接還原中所形成的一氧化碳 亦可被用於還原氧化鐵。 將細粒化的還原劑吹入熔體內，例如藉由耐火性浸入 噴管或噴嘴。然而，在冶金槽1 〇中亦可設有一用於導引 塊狀材料的裝置。 有利地，在還原期間和加熱期間皆用攪拌裝置如低部 沖洗噴嘴來產生適當的浴運動。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 有利地，在用含碳的還原劑作還原時所形成的氣體， 尤其C 0，係接受後燃燒，此係藉由將氧氣或富氧的空氣 吹入冶金槽1 0之上部區域內，而因此改善能量平衡。藉 由電能來達成冶金槽1 0之適當地加熱，其部分亦可經由 冷卻所獲得的熱蒸氣之助而產生。可經由電極或感應來導 入電能；在可移動式冶金槽的情況中，冶金槽1 〇的加熱 裝置亦可配置在另一位置，不依賴冶金槽。因此能以半連 續的方式以至少兩個可移動式冶金槽來進行製程，這些冶 金槽係分別被帶到中間和最後加熱裝置。 較宜地，用於還原及用於涵蓋部分熱損失所需要的能 量係由燃燒器導入冶金槽內。再者，藉由燃燒器之助，可 更易於橋連第二冶金槽之加熱所需時間。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17- 514563 A7 ___ B7五、發明説明（15) 還原中所形成的含粉麈氣體係被吸 ，及藉由已知的裝置1 1、1 2純化去 類似裝置8和9者。所分離出的粉塵係 旋風器中的殘餘物質，俾在此製程步驟 掉的廢物。 在以半連續方式進行製程的情況中 桶當作可移動式冶金槽1 〇，其中熔體 及/或加熱。爲了橋連換槽的時間，熔 離槽7中，此分離槽可具有對應的大尺 定式儲存裝置，例如經耐火材料所襯裏 器的傾卸槽，可設在分離槽7與可移動 離冶金槽及被冷卻 除粉塵，例如藉由 被再利用當作熔爐 中亦沒有產生要倒 ，較宜使用兩個澆 輪流被還原和調節 體係暫時存放在分 寸。另外 種固 及/或裝設有燃燒 式冶金槽1 0之間 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 t 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在完成熔體之氧化鐵的還原後，鐵熔體和貧‘鐵的礦渣 係出現在冶金槽1 0中，它們兩者可經調整以供更進一步 之用途。在鐵熔體欲用於鑄造的情況中，可藉由電熱將它 加熱至一適合該操作的溫度。就其它目的而言，鐵熔體係 被滲碳至一般生鐵分析値，例如藉由添加煤炭，或添加合 金物以將其調整成所欲的組成。 在調節後，鐵熔體和礦渣係分開地被取出治金槽1〇 。讓所取出的貧鐵礦渣固化，例如在鑄床中或經由乾燥粒 化設備1 3，以減縮成小片並供應於製造水泥。 在冶金槽1 0內保有金屬鐵液，其上澆注來自分離槽 7的新熔體。在鐵熔體之滲碳的情況中，殘餘熔體的熱容 量和碳含量可被利用於新熔體的還原處理，由其造成整個 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 514563 A 7 ______B7 五、發明説明（16) 製程的均勻化。較宜地，鐵液係更經特定量的由煙道灰、 鑄造用砂和煤炭及/或焦炭所構成的貧鐵礦渣所覆蓋，然 後用當作冶金槽的1 〇的基料。因此，來自分離槽7而送 入冶金槽1 0內的熔體係被稀釋到較低的鐵含量，故槽襯 裏的負荷係可觀地減少。再者，此亦確保低的礦渣熔點。 藉由本發明的方法，則以不便地品質獲得重金屬濃縮 物、鐵熔體和礦渣的產物，當作1 〇 〇 %可利用的物質。 此外，沒有產生任何不可利用的廢物。有助於製程之經濟 效率的蒸氣係附帶地產生。 參照以下實例1和2來說明依本發明的方法順序。實 例1說明富重金屬的殘餘物質之利用，而實例2說明貧金 屬的殘餘物質之利用。以下中，所示的量各係指一噸的殘 餘物質而沒有還原劑或助熔劑。 實例] 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以1 0 0 0公斤/小時的速率使表1中所示組成的含 鐵和重金屬殘餘物質及以1 0 N m 3/ t的速率使氣態還原 劑導入熔爐旋風器內及被2 5 0 N m 3 / t的氧所渦旋和點 燃。由於殘餘物質的高碳含量，所以不需要導入含固態碳 的還原劑。 所形成的熔體與含重金屬的氣體在分離槽中被分離。 丈谷體係移送進入冶金槽內及被7 0 k g / t煤炭完成還靡^ 。目前對於加熱冶金槽用的裝置係要求3 0 〇 k W h / t 。獲得具有表2中所示組成的鐵熔體和礦渣。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ 297公釐） > 19- 514563 A7 B7 五、發明説明（17) 在冶金槽的上部區域中以3 0Nm3/t的氧氣使含碳 的氣體經歷後燃燒。 爲了形成殘餘鐵液上的礦渣基料，5 0 k g / t使用 過的鑄砂和煙道灰係被導入冶金槽內。 使具有表3中所示組成的重金屬產物與含重金屬的氣 體分離。 (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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -20 - 514563

A B 五、發明説明（18) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表1 實例1 實例2 殘餘物質的化 單位 富重金屬者 貧重金屬者 學分析 AI w t. % 0.76 0.64 C w t. % 18.07 16.55 Ca w t . % 4.71 3.70 Cr w t. % 0.13 0.10 Cu w t. % 0.07 0.02 Fe w t. % 30.49 47.08 K w t. % 1 .1 0.40 Mg w t. % 0.56 0.39 Μη w t. % 1.08 0.37 〇 w t. % 23.57 25.44 Pb w t. % 1.07 0.13 S w t. % 0.63 0.22 Si w t. % 1.86 1.52 Zn w t. % 14.16 0.90 水分 w t. % 1.81 2.00 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210>< 297公釐） -21 - 514563 A7 B7 五、發明説明（19) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表2 組成 單位 實例1 實例2 鐵熔體 Fe w t. % 91.9 95.0 C w t. % 4.0 4.0 Μη w t. % 3.3 0.8 C u w t. % 0.22 0.04 Ni w t. % 0.03 0.04 Cr w t. % 0.27 0.1 5 S w t. % <50 <50 礦渣 Fe〇 w t . % <1 <1 Si〇2 w t. % 43.6 44.0 Ca〇 w t. % 37.5 39.3 AI2〇3 w t. % 13.2 11.7 Mg〇 1 w t. % 5.6 5.0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) :裝

、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 公釐） -22- 514563 A7 B7 五、發明説明（20) 表3 組成 重金屬產物 單位 實例1 實例2 Zn〇 w t. % 約75 約60 Pb〇 w t. % 約6 約5 Fe w t. % 1-5 5-10 Si02 w t. % 約2 約3 Cl wt. % 2-5 2-5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 公釐） -23- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 514563 A7 B7 五、發明説明（21) 實例2 以1 0 0 0公斤/小時的速率使表1中所示組成的含 鐵和重金屬殘餘物質及以1 〇 N m 3/ t的速率使氣態還原 劑導入熔爐旋風器內及被2 0 0 N m 3 / t的氧所渦旋和點 燃。由於殘餘物質的高碳含量，所以不需要導入含固態碳 的還原劑。 所形成的熔體與含重金屬的氣體在分離槽中被分離。 熔體係移送進入冶金槽內及被1 0 0 k g/ t煤炭完成還 原。目前對於加熱冶金槽用的裝置係要求2 0 0 k W h / t。獲得具有表2中所示組成的鐵熔體和礦渣。 在冶金槽的上部區域中以3 0 N m 3/ t的氧氣使含碳 的氣體經歷後燃燒。 爲了形成殘餘鐵液上的礦渣基料，2 0 k g / t使用 過的鑄砂係被導入冶金槽內。 使具有表3中所示組成的重金屬產物與含重金屬的氣 體分離。 圖式的簡單說明 附圖係爲本發明設備和方法之一具體例的方塊圖。 主要元件對照表 ’ 1 混合乾燥裝置 2 乾燥器 3 裝置 _本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) M規格（210x 297公釐1' -24- n 批衣 II —_ 訂 n n線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 514563 A7 五、發明説明（22) 4 5 6 7 8 9 〇 2 混合器 粗篩 熔爐旋風器 分離槽 熱交換器 過濾器 冶金槽 裝置 裝置 乾燥粒化設備 裝. „ 訂 線 f (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -25-

Claims (1)

1. 514563 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 1 · 一種利用含鐵和重金屬殘餘物質之方法，視情況 地可在鐵礦之添加下，其中殘餘物質連同還原劑如煤炭及 /或焦炭及/或含碳及/或含烴的殘餘物質及/或固狀及 /或液狀及/或氣體狀烴以及/或氧氣及/或富氧的空氣 係被導入熔爐旋風器（6 )內、被渦旋及點燃，殘餘物質 被熔化，揮發性重金屬被還原及蒸發，氧化鐵被還原，來 自熔爐旋風器（6 )的氣體和熔體一起被移送進入一緊接 相連的分離槽（7)內，其中熔體與氣體發生分離，已蒸 發的重金屬與氣體在分離槽（7 )外側分離，而熔體被移 送進入一與分離槽（7 )分開的冶金槽（1 0 )內，其特 徵在於一方面將還原劑送入冶金槽（1 0 )內，於貧鐵的 礦渣之形成下將熔體的氧化鐵還原成鐵，而另一方面將電 能導入以便至少部分地涵蓋熱能損失及還原能。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中緊接於由分 離槽（7 )流出之後，氣體係接受藉由空氣或富氧的空氣 之後燃燒，及同時使重金屬成爲固體氧化形式’隨後與氣 體分離。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中氣體在後燃 燒後係在熱交換器（8 )中於蒸氣的發生下被冷卻。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中氣體當流出 分離槽（7 )時係被水所驟冷，重金屬係與氣體分離’而 純化後的氣體係被利用。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其 中爲了將氧化鐵直接還原成鐡，而將煤炭及/或焦炭及/ 本紙張尺度逍用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 裝I--- (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 、π ¾ 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 -26- 514563 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 2 或含碳及/或含烴的殘餘物質導入冶金槽（1 〇 )內當作 含碳的還原劑。 6 ·如申請專利範圍第5項之方法，其中一部分要被 還原的氧化鐵係藉由一氧化碳來還原，該一氧化碳係由含 碳的還原劑還原氧化鐵時所形成者。 7 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其 中爲了將不揮發性重金屬（其在添加含碳的還原劑時可能 不會或僅部分被還原）移送至金屬熔體內，而將較強的還 原劑，較佳矽鐵或鋁，導入冶金槽（1 〇 )內。 8 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其 中還原時所形成的氣體係接受後燃燒，此後燃燒係藉由冶 金槽（10)之上部區域中的氧氣或富氧之空氣。 9 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其 中經由電極將電能導入冶金槽（1 0 )內。 1 0 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中藉由感應將電能導入冶金槽（1 0 )內。 1 1 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中藉由燃燒器將還原或涵蓋熱損失所需要的能量部分地 導入冶金槽（1 0 )內。 1 2 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中在還原及/或導入能量的期間，將熔體攪拌，較佳爲 藉由底部沖洗。 1 3 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中將熔體加熱，較佳藉由電能，而至一適合於後續鑄造 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項\^寫本頁) h裝 寫本 、π 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -27- 514563 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 作業的溫度。 1 4 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中藉由添加合金物質來調整所欲的鐵熔體組成。 1 5 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中冶金槽（1 0 )中所形成的氣體係被吸走及純化，而 所分離出的粉塵較佳係被送到熔爐旋風器（6 )內當作殘 餘物質。 1 6 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中礦渣和鐵熔體係分開地被取出。 1 7 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中在取出礦渣和鐵熔體後，冶金槽（1 0 )中係殘留有 金屬鐵液（heel)，其在冶金槽（10)中被用當作 基料，具有高的碳含量和高溫，以供新的熔融加料。 1 8 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，· 其中在鐵液上形成貧鐵礦渣，較佳藉由導入殘餘物質如煙 道灰、鑄砂及煤炭及/或焦炭，而該鐵液和礦渣係用於冶 金槽（1 0 )中當作基料，以供新的熔融加料。 1 9 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中在分開的位置進行一方面的熔體還原及另一方面的調 節，而採用一種可移動的冶金槽（10)。 2 0 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中在分開的位置實行一方面的熔體還原及另一方面的電 能導入，而採用一種可移動的冶金槽（10)。 2 1 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 本紙浪尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----->--2---裝 ------ (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 訂 ¾ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -28- 514563 A8 B8 C8 ___ _ D8 六、申請專利範圍 4 #係以半連續方式來進行，使用兩個可移動式冶金槽（ 1〇），較佳爲澆桶。 2 2 .如申請專利範圍第1 9項之方法，其中分離槽 (7 )與可移動的冶金槽（1 〇 )之間的熔體係暫時儲存 在一固定式儲存裝置中，該儲存裝置係用於橋連製程的間 斷期，如加熱期間、換槽等。 2 3 ·如申請專利範圍第1 9項之方法，其中在沒有 熔體可送入可移動的冶金槽（1 0 )內時，尤其在冶金槽 (1 0 )係在另一地方以用於取出及/或調節熔體及/或 導入電能時，.熔體係暫時儲存在分離槽（7 )中。 2 4 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中含鐵和重金屬的殘餘物質係分開地被收集，當作富重 金屬的殘餘物質及貧重金屬的殘餘物質，且係分開地加入 熔爐旋風器（6 )內，而當添加的殘餘物質爲缺乏重金屬 時，則與氣體分離的重金屬係被送到富重金屬的殘餘物質 〇 2 5 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中與氣體分離的重金屬係被收集及再加入熔爐旋風器（ 6 )內，以增加重金屬的量而適於排出，尤其以經控制的 方式同時連續地測量所分離出的粉塵中一或多種重金屬的 濃度。 2 6 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法， 其中熔爐旋風器（6 )及/或分離槽（7 )的熱損失係用 於產生蒸氣。 本紙浪尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ ~ " (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^^裝_ 再填寫束 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 514563 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 5 2 7 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法’ 其中在取出後讓礦渣固化，隨後被利用，較佳於水泥製造 〇 2 8 . —種利用含鐵和重金屬殘餘物質之設備，視情 況地可在鐵礦之添加下，其應用如申請專利範圍第1至2 7項中任一項之方法，該設備之特徵爲以下特色的組合： •一實質豎立的熔爐旋風器（6 )，其具有底部開口供 氣體和熔體的流出，一或多個用於充塡固體物質和氣體的 實質水平之供應裝置（其進入熔爐旋風器內（6))，及 一點火器； •一分離槽（7)，緊接相連於熔爐旋風器（6)，其 具有一個開口供氣體流出，及另一個開口供熔體流出； • 一廢氣導管，由分離槽（7 )的廢氣開口牽出及引到 一用於由分離槽（7 )所逃出的氣體中分離出重金屬的裝 置（9 ); •至少一個冶金槽（1 〇 )，其具有至少一個用於供應 還原劑的裝置，及至少一個用於取出鐵熔體和礦渣的裝置 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 •一用於將熔體由分離槽（7 )之熔體出口移送到冶金 槽（1 0 )內的裝置； • 一用於電加熱冶金槽（1 〇 )的裝置。 2 9 .如申請專利範圍第2 8項之設備，其中由分離 槽所牽出的廢氣導管係裝設有一開口用於供應空氣或富氧 的空氣。 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS〉A4规格（21〇χ297公釐） -30 - 514563 A8 B8 C8 D8 __ ：_ 六、申請專利範圍 6 3 0 .如申請專利範圍第2 9項之設備，其中開口的 構形係爲滑動的套筒形式。 3 1 ·如申請專利範圍第2 8至3 0項中任一項之設 備’其中用於分離重金屬的裝置（9 )之構形係爲袋濾器 單兀。 3 2 ·如申請專利範圍第2 8至3 0項中任一項之設 備，其中冶金槽（1 〇 )設有至少一個用於吹入還原劑的 噴管及/或噴嘴。 3 3 ·如申請專利範圍第2 8至3 0項中任一項之設 備，其中設有一用於將氧氣吹入冶金槽（10)內的裝置 〇 3 4 ·如申請專利範圍第2 8至3 0項中任一項之設 備，其中在冶金槽（1 〇 )中設有一燃燒器。 3 5 .如申請專利範圍第2 8至3 0項中任一項之設 備’其中電熱裝置的構形係爲石墨電極或感應加熱形式。 3 6 ·如申請專利範圍第2 8至3 0項中任一項之設 備’其中在冶金槽（1 0 )中設有一攪拌熔體用的裝置’ 如底部沖洗噴嘴。 3 7 ·如申請專利範圍第2 8至3 0項中任一項之設 備’其中冶金槽（1 0)之構形爲可移動式。 3 8 .如申請專利範圍第3 7項之設備，其中設用一 輸送裝置以用於移動冶金槽（10)。 3 9 ·如申請專利範圍第2 8至3 0項中任一項之設 備，其中設有一供應裝置以便將塊狀及/或細粒狀材料供 本紙張尺度逍用中國國家梂率（CNS ) Μ说格（210X297公釐） " " -31 - (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) -裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消黄合作社印製 514563 8888 ABCD 六、申請專利範圍 7 入冶金槽（1 〇 )內。 4 0 ·如申請專利範圍第2 8至3 0項中任一項之設 備，其中在由分離槽.（7 )所牽出的廢氣導管中設有熱交 換器（8)，較佳爲蒸氣鍋爐。 4 1 ·如申請專利範圍第2 8至3 0項中任一項之設 備，其中熔爐旋風器（6 )及/或分離槽（7 )係裝設有 一冷卻裝置。 4 2 ·如申請專利範圍第2 8至3 0項中任一項之設 備’其中在分離槽（7 )之出口後配置一種傾卸槽形式的 熔體用儲存裝置。 4 3 ·如申請專利範圍第4 2項之設備，其中傾卸槽 係經耐火材料所襯裏及/或係設有一用於涵蓋熱損失的燃 燒器。 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) -裝· ，1Τ 經濟部智慧財產局員工消资合作社印製 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐） -32 -