專利名稱：對(duì)含重金屬的殘余物進(jìn)行熱處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)含重金屬的殘余物進(jìn)行熱處理的方法，該殘余物比如是來(lái)自金屬部件上的表面處理、酸洗和清潔、金屬噴鍍和鍍錫工序中產(chǎn)生的淤渣。
這些工序產(chǎn)生大量淤渣形式的含重金屬的殘余物。比如，這些殘余物是在浸液加工過(guò)濾期間產(chǎn)生的，并且除了包含大量水之外，還包含各種以氫氧化物、鹵化物和硫酸鹽形式存在的金屬，比如鋅、鎳、鉬，鈷、銅和鐵。對(duì)這些殘余物的處理是昂貴的而且對(duì)它們的最終儲(chǔ)存是成問(wèn)題的。淤渣一般儲(chǔ)存在特殊的堆料場(chǎng)中。
下表示出包含重金屬的這種淤渣的典型組分。
表1
因此，本發(fā)明的目的是提出一種對(duì)含重金屬的這種殘余物進(jìn)行熱處理的方法。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)一種在多床爐中對(duì)含重金屬的殘余物進(jìn)行熱處理的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，該熔爐分為三區(qū)，每一區(qū)有多個(gè)一個(gè)在另一個(gè)之上的爐床，該方法包括下列步驟·將含重金屬的殘余物連續(xù)引入多床爐的第一區(qū)的頂層，逐漸將殘余物轉(zhuǎn)移到第二區(qū)并且被干燥；·將還原劑和脫硫劑連續(xù)引入第二區(qū)的頂層，還原劑和脫硫劑與干燥過(guò)的殘余物混合，混合物被加熱到800℃并且被煅燒，并且逐漸轉(zhuǎn)移到第三區(qū)；·在第三區(qū)中將混合物加熱到1000℃，還原出金屬并且第三區(qū)中產(chǎn)生的廢氣被排出并被單獨(dú)處理；·從多床爐中排出混合物。
本發(fā)明的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是以混合物出現(xiàn)的金屬氧化物、硫酸鹽、鹵化物等可以被還原和分離(特別是鐵和鋅)，以便被分離部分構(gòu)成用于其他加工過(guò)程的供應(yīng)原料。這樣可以從殘余物的重要組分中生產(chǎn)出副產(chǎn)品。通過(guò)該過(guò)程后，鐵的部分可以返回到鋼廠中進(jìn)行生產(chǎn)。重金屬氧化物被濃縮到這樣的程度，即它們可以用作重金屬回收的原料。主要由如SiO2、Al2O3、MgO、…的惰性物質(zhì)組成的灰燼和多余的還原劑保留下來(lái)。
在第一區(qū)，含重金屬的殘余物間接地通過(guò)加熱電阻或直接地通過(guò)燃燒器被加熱到大約200℃，以便水被完全蒸發(fā)，隨后被轉(zhuǎn)到第二區(qū)。在該區(qū)，還原劑和脫硫劑與含重金屬的殘余物混合，并且該混合物被加熱到約800℃，混合物被煅燒。混合物中的碳酸鹽和硫酸鹽被分解并且轉(zhuǎn)化為金屬氧化物，二氧化碳和二氧化硫被釋出。二氧化硫與脫硫劑反應(yīng)，以便在多床爐內(nèi)部的氣體中的硫組分保持較低水平。在混合物已經(jīng)達(dá)到約800℃之后，完成煅燒并且混合物被供給第三區(qū)并被進(jìn)一步加熱。金屬氧化物一達(dá)到某一溫度(高于900℃)就開始與還原劑反應(yīng)，重金屬蒸發(fā)并且與廢氣一起從多床爐中排出。
重金屬?gòu)牡谌齾^(qū)中的爐床排出，重金屬在這里被形成并且與其他廢氣分開處理。這些廢氣隨后被氧化，例如，在后燃燒室中，重金屬被轉(zhuǎn)化為重金屬氧化物，重金屬氧化物隨后在過(guò)濾設(shè)備中從廢氣中分離出來(lái)。
同時(shí)或稍后保留在多床爐中的氧化鐵被還原為精煉鐵。用這種方法生產(chǎn)的精煉鐵與被導(dǎo)入的剩余原料、還原劑的灰燼和任何過(guò)量還原劑一起從熔爐中排出。
在該過(guò)程中，可裝含重金屬的淤渣型殘余物，用選擇性的工藝控制和連續(xù)循環(huán)防止結(jié)塊。不論供給原料的濃度，該方法提供細(xì)粒的成品。如果用灰燼形式的還原劑這一點(diǎn)則特別有利。因?yàn)楣虘B(tài)成品是細(xì)粒的，所以能容易地將灰從鐵中分離出來(lái)。比如，可以在熱的條件下通過(guò)篩選發(fā)生這種分離。
另一方面，當(dāng)冷卻到低于700℃后，可能通過(guò)磁力分離器從灰和過(guò)剩還原劑中分離被還原的鐵。以這種方式獲得的直接被還原的鐵質(zhì)量與還原劑殘?jiān)臄?shù)量無(wú)關(guān)。獲得的鐵隨后被處理成坯塊或直接被導(dǎo)進(jìn)熔化爐中(電爐等)并被進(jìn)一步處理。
在單獨(dú)的汽化反應(yīng)器中可以利用產(chǎn)生的其中含有任何未使用的還原劑的殘?jiān)?，可以方便地將灰燼形式的組分分離成液體爐渣和原煤氣形式，用作多床爐中的燃燒或還原氣。
相應(yīng)地，有可能使用某種廉價(jià)的有相對(duì)高的灰含量的還原劑，和/或與能防止殘余物結(jié)塊的相對(duì)高的過(guò)量還原劑一起工作。
當(dāng)與過(guò)量還原劑一起工作時(shí)，可以預(yù)備殘?jiān)鼇?lái)分離未使用的還原劑并且再使用它們。比如，如果未使用的還原劑以一個(gè)充分粗粒形式出現(xiàn)的話，這一點(diǎn)可以通過(guò)過(guò)濾殘?jiān)龅?。未使用的還原劑可以直接返回多床爐中。
但是，還原劑的填充也可以分散在幾區(qū)上。
這樣，可在多床爐的第二區(qū)的較高點(diǎn)供給粗粒的還原劑(1-3mm)，在較低點(diǎn)供給細(xì)粒還原劑(＜1mm)。結(jié)果很大程度上避免了隨廢氣一起排出灰塵，并且由于將細(xì)的還原劑供給更低層因此加快了反應(yīng)過(guò)程。
裝進(jìn)較粗顆粒減少了還原劑的消耗，因?yàn)樵谟邢喈?dāng)?shù)难趸諝獾纳喜繝t床中，小顆粒通過(guò)與來(lái)自廢氣的H2O和CO2反應(yīng)而很快被消耗掉。
處理空間可以再分為不同區(qū)，固體連續(xù)從頂部向下移動(dòng)，而氣體從下部穿過(guò)熔爐向上被引導(dǎo)。通過(guò)將處理空間再分成不同區(qū)來(lái)測(cè)量和有選擇地控制各區(qū)甚至每個(gè)爐床的處理?xiàng)l件。
但是，被引進(jìn)多床爐中之前，含重金屬的殘余物還可以與至少部分需要的還原劑或脫硫劑相混合。這一點(diǎn)尤其適用于處理含高水分的淤渣的情況，在進(jìn)入熔爐之前，該淤渣與至少部分需要的還原劑或脫硫劑相混合。淤渣一般有粘的濃度，而且如果與還原劑或脫硫劑混合則更容易被引入爐內(nèi)。與還原劑或脫硫劑的混合防止了加熱期間被填充的原料結(jié)塊。
安在熔爐的每個(gè)爐床上的攪拌器使含重金屬的殘余物不斷循環(huán)，并且逐漸被傳遞到下面的爐床。
連續(xù)循環(huán)阻止了顆粒結(jié)塊。循環(huán)速率依賴于比如攪拌器的幾何形狀、料層厚度等許多因素。爐床上的含重金屬的殘余物、任何還原劑和脫硫劑每1-3分鐘周轉(zhuǎn)至少一次，從而很大程度上避免了結(jié)塊。
可以有選擇地在爐床上噴射含氧氣體，這里熱的需要量必須被過(guò)量的處理氣體的燃燒彌補(bǔ)。
采用至少250℃溫度的含氧氣體是有利的。
可以另外將氣態(tài)還原劑噴射到多床爐的第三區(qū)的底部爐床上。結(jié)果可以使?fàn)t中空氣有較高還原能力，并且可以更徹底還原氧化物。
根據(jù)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，熔爐中的一個(gè)或多個(gè)爐床由燃燒器加熱，該一個(gè)或多個(gè)爐床是在還原劑被導(dǎo)入的爐床的下方。
為了阻止通過(guò)來(lái)自加熱系統(tǒng)的煙道氣引起的熔爐最底部的還原氣體濃度的任何減少，也可以用如輻射加熱這樣的方式間接提供能量。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)最佳實(shí)施例，氣體可以在每區(qū)的一個(gè)或多個(gè)爐床從多床爐中排出。隨后這些熱氣或者通過(guò)CO2滌氣器或者通過(guò)一個(gè)額外的其中有碳的反應(yīng)器被引導(dǎo)，CO2滌氣器減少氣體量并增加氣體的還原能力，碳反應(yīng)器中存有碳從而熱氣中的二氧化碳可以根據(jù)Boudouard equilibrium與碳反應(yīng)形成一氧化碳因此增加氣體的還原能力。富含一氧化碳的氣體隨后被返回到多床爐。
爐中，向上流動(dòng)的一些氣體還可以通過(guò)側(cè)壁上的連接件從熔爐排出，并且通過(guò)一個(gè)噴嘴再?gòu)倪@些爐床上方噴射進(jìn)入爐內(nèi)，該側(cè)壁位于重金屬在上面蒸發(fā)的爐床的下方。結(jié)果出現(xiàn)在重金屬氧化物被還原為重金屬并且蒸發(fā)的爐床上的氣體量很小。這些爐床上的重金屬然后以相對(duì)小的氣體量通過(guò)側(cè)壁上的出口從熔爐排出。離開的氣體混合物在排進(jìn)大氣之前被燃燒、在冷卻設(shè)備中被冷卻并且隨后在過(guò)濾器的幫助下被清潔。
作為小廢氣量的結(jié)果，相應(yīng)爐床上的氣流速率較低，因此只有少量灰塵隨廢氣一起排出。結(jié)果廢氣中的重金屬濃度相當(dāng)高。
為了進(jìn)一步增加生產(chǎn)量，多床爐可以在特定的過(guò)壓下工作。與轉(zhuǎn)爐相反，該轉(zhuǎn)爐由水密封來(lái)密封，水密封有約50m的直徑，這可以非常容易地在多床爐中實(shí)現(xiàn)，它只在驅(qū)動(dòng)軸上有小的密封。在這種情況下，必須為供給和移走原料設(shè)置氣壓閥。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種根據(jù)描述的方法所采用的對(duì)含重金屬的殘余物進(jìn)行熱處理的多床爐。
更優(yōu)選的實(shí)施例列于從屬權(quán)利要求中。
下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。


圖1是加熱處理含有重金屬的殘余物的多床爐的剖面圖。
圖1示出一個(gè)多床爐10的剖面圖，它由一個(gè)在另一個(gè)下面的三區(qū)12，14,16組成，每一區(qū)有幾個(gè)爐床18。這些無(wú)支撐爐床18與爐殼20、爐蓋22和爐底24一樣由耐火材料組成。
在每一區(qū)12,14,16中設(shè)有一個(gè)排氣連接件26,28,30，熔爐10中的氣體可以從此排出。三區(qū)12,14,16中的廢氣有不同組分，所以分別處理不同區(qū)12,14,16的廢氣是合理的。
在爐蓋22中設(shè)有一開口32，含重金屬的殘余物從此裝填進(jìn)第一區(qū)的頂層爐床。
爐中心安裝一個(gè)軸34，其上裝有凸出在各個(gè)爐床上的攪拌器。
攪拌器以這樣一種方式設(shè)計(jì)，即為了使物質(zhì)從頂層向下穿過(guò)熔爐，攪拌器使?fàn)t床上的物質(zhì)從內(nèi)向外循環(huán)然后在下面的爐床上從外向內(nèi)循環(huán)。軸34和攪拌器是用空氣冷卻的，在攪拌器上設(shè)有開口，空氣穿過(guò)開口進(jìn)入爐內(nèi)并在內(nèi)部用來(lái)后燃燒。
殘余物裝填到第一區(qū)12的第一爐床，而還原劑和脫硫劑裝填進(jìn)入第二區(qū)14，在此它們開始與含重金屬的殘余物接觸。
在穿過(guò)第一區(qū)12期間，含重金屬的殘余物被加熱到200℃并被干燥。
在多床爐10的爐殼20上(一般在第二區(qū)14的上三分之一處)至少設(shè)有一個(gè)開口36，通過(guò)開口將還原劑和脫硫劑導(dǎo)進(jìn)熔爐內(nèi)。這些還原劑既可以是氣體形式也可以是液體或固體形式。還原劑是一氧化碳、氫、天然氣、石油和石油衍生物或固態(tài)碳載體，比如褐煤焦碳、石油焦碳、高爐爐灰、煤等等。脫硫劑包括，比如石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)和/或鎂砂(MgO)。
被引進(jìn)第二區(qū)14的還原劑和脫硫劑在此用攪拌器與含重金屬的殘余物混合，并被加熱到800℃。
在第三區(qū)16，含重金屬的殘余物、還原劑和脫硫劑的混合物被加熱到1000℃。通過(guò)高溫和穿過(guò)多床爐10時(shí)一氧化碳的存在使殘余物中的氧化物逐漸還原成金屬。
可以精確控制含重金屬的殘余物的還原，而且可以通過(guò)在多床爐10的各個(gè)點(diǎn)上控制固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)還原劑和含氧的氣體的供給以及通過(guò)在臨界點(diǎn)排氣的可能性，使得在最優(yōu)條件下完成該過(guò)程。
在側(cè)壁上設(shè)有噴射含氧熱氣(350℃到500℃)的噴嘴38，通過(guò)噴嘴可以將空氣或其他含氧氣體供給多床爐10。在高溫和氧的作用下，部分碳燃燒為二氧化碳，二氧化碳再與過(guò)量的碳反應(yīng)并被轉(zhuǎn)化為一氧化碳。一氧化碳最后使氧化物還原。
由于該反應(yīng)主要是吸熱反應(yīng)，安裝燃燒器40是合理的，它能保證在爐床內(nèi)有均勻高溫。可以使用氣體燃燒器或煤粉燃燒器。
可以用氣體或煤粉與空氣一起將這些燃燒器40點(diǎn)燃，用來(lái)預(yù)熱和/或額外加熱?？梢砸匝鹾腿剂系囊欢ū壤a(chǎn)生額外的還原氣體，就過(guò)量空氣來(lái)說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)處理氣體的后燃燒。在燃燒煤粉的情況下，燃燒器中產(chǎn)生過(guò)量一氧化碳。對(duì)于外燃室，可以阻止焦碳的灰燼進(jìn)入熔爐中并與鐵混合。以這樣一種方式選擇燃燒室中的溫度，即產(chǎn)生的爐渣以液體形式排出并以玻璃化形式處理掉。熔爐10中的固態(tài)碳載體的消耗量以及由此的成品的灰分含量由一氧化碳產(chǎn)量還原。
在最后一層或最后兩層爐床中，通過(guò)專門噴嘴供給像一氧化碳或氫的氣態(tài)還原劑。在這種有增加的還原能力的氣氛下，可以完成金屬氧化物的還原。
權(quán)利要求
1．一種在多床爐中對(duì)含重金屬的殘余物進(jìn)行熱處理的方法，該熔爐被分為三區(qū)，每一區(qū)有多個(gè)一個(gè)在另一個(gè)之上的爐床，該方法包括下列步驟·連續(xù)將含重金屬的殘余物引入多床爐的第一區(qū)的頂層床，逐漸將殘余物轉(zhuǎn)移到第二區(qū)并且同時(shí)被干燥；·連續(xù)將還原劑和脫硫劑引入第二區(qū)的頂層床，還原劑和脫硫劑與干燥過(guò)的殘余物混合，混合物被加熱到800℃并且被煅燒，并且逐漸轉(zhuǎn)移到第三區(qū)；·將第三區(qū)中的混合物加熱到1000℃，還原出金屬并且第三區(qū)產(chǎn)生的廢氣被排出并且被單獨(dú)處理；·從多床爐排出混合物。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，脫硫劑包括石灰、石灰石和/或鎂砂。
3．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，還原劑以液態(tài)、固態(tài)和/或氣態(tài)形式被導(dǎo)進(jìn)多床爐中。
4．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，過(guò)量的還原劑被導(dǎo)入多床爐內(nèi)。
5．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在被導(dǎo)入多床爐之前，含重金屬的殘余物與至少部分的需要的還原劑相互混合。
6．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，來(lái)自第三區(qū)的廢氣在一個(gè)后燃燒器中被處理，其中包含的易揮發(fā)金屬被轉(zhuǎn)化為金屬氧化物并且在過(guò)濾設(shè)備中從廢氣中分離。
7．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在排出多床爐后鐵從混合物中分離出來(lái)。
8．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在排出多床爐后，未使用的還原劑從混合物中分離出來(lái)。
9．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)爐床被直接或間接加熱。
10．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，有選擇地將含氧氣體噴射給不同爐床。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，含氧氣體有至少250℃的溫度。
12．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，氣體還原劑被噴射進(jìn)入多床爐第三區(qū)中的底層爐床。
13．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，氣體在每一區(qū)的一個(gè)爐床上從多床爐排出。
14．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法在過(guò)壓下進(jìn)行。
15．一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求的方法所使用的用來(lái)對(duì)含重金屬殘余物進(jìn)行熱處理的多床爐。
全文摘要
一種對(duì)含重金屬的殘余物熱處理的方法在一多床爐中完成,該爐分為三區(qū),每區(qū)包括幾個(gè)疊層。所述方法包括:將重金屬殘余物連續(xù)供給多床爐的第一區(qū)的頂層,逐漸將殘余物轉(zhuǎn)移到第二區(qū)并且在轉(zhuǎn)移期間被干燥;將還原劑和脫硫劑連續(xù)供給第二區(qū)的頂層,還原劑和脫硫劑與殘余物混合,加熱到約800℃,逐漸轉(zhuǎn)移到第三區(qū);在第三區(qū)加熱到約1000℃,還原出金屬,第三區(qū)中產(chǎn)生的廢氣排出并被單獨(dú)處理;從多床爐中排出混合物。
文檔編號(hào)C22B7/00GK1323359SQ99812281
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期1999年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月5日
發(fā)明者讓-盧克·羅思, 托馬斯·漢斯曼, 羅曼·弗里登, 馬克·索爾維 申請(qǐng)人:保爾·沃特公司