專利名稱：對含重金屬的殘余物進行熱處理的方法
技術領域：
本發明涉及一種對含重金屬的殘余物進行熱處理的方法，該殘余物比如是來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生的淤渣。
這些工序產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濾期間產生的，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。對這些殘余物的處理是昂貴的而且對它們的最終儲存是成問題的。淤渣一般儲存在特殊的堆料場中。
下表示出包含重金屬的這種淤渣的典型組分。
表1
因此，本發明的目的是提出一種對含重金屬的這種殘余物進行熱處理的方法。
根據本發明，通過一種在多床爐中對含重金屬的殘余物進行熱處理的方法來解決這個問題，該熔爐分為三區，每一區有多個一個在另一個之上的爐床，該方法包括下列步驟·將含重金屬的殘余物連續引入多床爐的第一區的頂層，逐漸將殘余物轉移到第二區并且被干燥；·將還原劑和脫硫劑連續引入第二區的頂層，還原劑和脫硫劑與干燥過的殘余物混合，混合物被加熱到800℃并且被煅燒，并且逐漸轉移到第三區；·在第三區中將混合物加熱到1000℃，還原出金屬并且第三區中產生的廢氣被排出并被單獨處理；·從多床爐中排出混合物。
本發明的一個重要優點是以混合物出現的金屬氧化物、硫酸鹽、鹵化物等可以被還原和分離(特別是鐵和鋅)，以便被分離部分構成用于其他加工過程的供應原料。這樣可以從殘余物的重要組分中生產出副產品。通過該過程后，鐵的部分可以返回到鋼廠中進行生產。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、…的惰性物質組成的灰燼和多余的還原劑保留下來。
在第一區，含重金屬的殘余物間接地通過加熱電阻或直接地通過燃燒器被加熱到大約200℃，以便水被完全蒸發，隨后被轉到第二區。在該區，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，以便在多床爐內部的氣體中的硫組分保持較低水平。在混合物已經達到約800℃之后，完成煅燒并且混合物被供給第三區并被進一步加熱。金屬氧化物一達到某一溫度(高于900℃)就開始與還原劑反應，重金屬蒸發并且與廢氣一起從多床爐中排出。
重金屬從第三區中的爐床排出，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，重金屬被轉化為重金屬氧化物，重金屬氧化物隨后在過濾設備中從廢氣中分離出來。
同時或稍后保留在多床爐中的氧化鐵被還原為精煉鐵。用這種方法生產的精煉鐵與被導入的剩余原料、還原劑的灰燼和任何過量還原劑一起從熔爐中排出。
在該過程中，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循環防止結塊。不論供給原料的濃度，該方法提供細粒的成品。如果用灰燼形式的還原劑這一點則特別有利。因為固態成品是細粒的，所以能容易地將灰從鐵中分離出來。比如，可以在熱的條件下通過篩選發生這種分離。
另一方面，當冷卻到低于700℃后，可能通過磁力分離器從灰和過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量與還原劑殘渣的數量無關。獲得的鐵隨后被處理成坯塊或直接被導進熔化爐中(電爐等)并被進一步處理。
在單獨的汽化反應器中可以利用產生的其中含有任何未使用的還原劑的殘渣，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。
相應地，有可能使用某種廉價的有相對高的灰含量的還原劑，和/或與能防止殘余物結塊的相對高的過量還原劑一起工作。
當與過量還原劑一起工作時，可以預備殘渣來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充分粗粒形式出現的話，這一點可以通過過濾殘渣做到。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上。
這樣，可在多床爐的第二區的較高點供給粗粒的還原劑(1-3mm)，在較低點供給細粒還原劑(＜1mm)。結果很大程度上避免了隨廢氣一起排出灰塵，并且由于將細的還原劑供給更低層因此加快了反應過程。
裝進較粗顆粒減少了還原劑的消耗，因為在有相當的氧化空氣的上部爐床中，小顆粒通過與來自廢氣的H2O和CO2反應而很快被消耗掉。
處理空間可以再分為不同區，固體連續從頂部向下移動，而氣體從下部穿過熔爐向上被引導。通過將處理空間再分成不同區來測量和有選擇地控制各區甚至每個爐床的處理條件。
但是，被引進多床爐中之前，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。這一點尤其適用于處理含高水分的淤渣的情況，在進入熔爐之前，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。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塊。
安在熔爐的每個爐床上的攪拌器使含重金屬的殘余物不斷循環，并且逐漸被傳遞到下面的爐床。
連續循環阻止了顆粒結塊。循環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分鐘周轉至少一次，從而很大程度上避免了結塊。
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量的處理氣體的燃燒彌補。
采用至少250℃溫度的含氧氣體是有利的。
可以另外將氣態還原劑噴射到多床爐的第三區的底部爐床上。結果可以使爐中空氣有較高還原能力，并且可以更徹底還原氧化物。
根據進一步的優選實施例，熔爐中的一個或多個爐床由燃燒器加熱，該一個或多個爐床是在還原劑被導入的爐床的下方。
為了阻止通過來自加熱系統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。
根據本發明另一個最佳實施例，氣體可以在每區的一個或多個爐床從多床爐中排出。隨后這些熱氣或者通過CO2滌氣器或者通過一個額外的其中有碳的反應器被引導，CO2滌氣器減少氣體量并增加氣體的還原能力，碳反應器中存有碳從而熱氣中的二氧化碳可以根據Boudouard equilibrium與碳反應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，向上流動的一些氣體還可以通過側壁上的連接件從熔爐排出，并且通過一個噴嘴再從這些爐床上方噴射進入爐內，該側壁位于重金屬在上面蒸發的爐床的下方。結果出現在重金屬氧化物被還原為重金屬并且蒸發的爐床上的氣體量很小。這些爐床上的重金屬然后以相對小的氣體量通過側壁上的出口從熔爐排出。離開的氣體混合物在排進大氣之前被燃燒、在冷卻設備中被冷卻并且隨后在過濾器的幫助下被清潔。
作為小廢氣量的結果，相應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。結果廢氣中的重金屬濃度相當高。
為了進一步增加生產量，多床爐可以在特定的過壓下工作。與轉爐相反，該轉爐由水密封來密封，水密封有約50m的直徑，這可以非常容易地在多床爐中實現，它只在驅動軸上有小的密封。在這種情況下，必須為供給和移走原料設置氣壓閥。
根據本發明的另一方面，提出一種根據描述的方法所采用的對含重金屬的殘余物進行熱處理的多床爐。
更優選的實施例列于從屬權利要求中。
下面將結合附圖描述本發明的一個實施例。
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示出一個多床爐10的剖面圖，它由一個在另一個下面的三區12，14,16組成，每一區有幾個爐床18。這些無支撐爐床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12,14,16中設有一個排氣連接件26,28,30，熔爐10中的氣體可以從此排出。三區12,14,16中的廢氣有不同組分，所以分別處理不同區12,14,16的廢氣是合理的。
在爐蓋22中設有一開口32，含重金屬的殘余物從此裝填進第一區的頂層爐床。
爐中心安裝一個軸34，其上裝有凸出在各個爐床上的攪拌器。
攪拌器以這樣一種方式設計，即為了使物質從頂層向下穿過熔爐，攪拌器使爐床上的物質從內向外循環然后在下面的爐床上從外向內循環。軸34和攪拌器是用空氣冷卻的，在攪拌器上設有開口，空氣穿過開口進入爐內并在內部用來后燃燒。
殘余物裝填到第一區12的第一爐床，而還原劑和脫硫劑裝填進入第二區14，在此它們開始與含重金屬的殘余物接觸。
在穿過第一區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14的上三分之一處)至少設有一個開口36，通過開口將還原劑和脫硫劑導進熔爐內。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)。
被引進第二區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℃。通過高溫和穿過多床爐10時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，而且可以通過在多床爐10的各個點上控制固態、液態和氣態還原劑和含氧的氣體的供給以及通過在臨界點排氣的可能性，使得在最優條件下完成該過程。
在側壁上設有噴射含氧熱氣(350℃到500℃)的噴嘴38，通過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，二氧化碳再與過量的碳反應并被轉化為一氧化碳。一氧化碳最后使氧化物還原。
由于該反應主要是吸熱反應，安裝燃燒器40是合理的，它能保證在爐床內有均勻高溫。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點燃，用來預熱和/或額外加熱。可以以氧和燃料的一定比例產生額外的還原氣體，就過量空氣來說，可以實現處理氣體的后燃燒。在燃燒煤粉的情況下，燃燒器中產生過量一氧化碳。對于外燃室，可以阻止焦碳的灰燼進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量還原。
在最后一層或最后兩層爐床中，通過專門噴嘴供給像一氧化碳或氫的氣態還原劑。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。
權利要求
1．一種在多床爐中對含重金屬的殘余物進行熱處理的方法，該熔爐被分為三區，每一區有多個一個在另一個之上的爐床，該方法包括下列步驟·連續將含重金屬的殘余物引入多床爐的第一區的頂層床，逐漸將殘余物轉移到第二區并且同時被干燥；·連續將還原劑和脫硫劑引入第二區的頂層床，還原劑和脫硫劑與干燥過的殘余物混合，混合物被加熱到800℃并且被煅燒，并且逐漸轉移到第三區；·將第三區中的混合物加熱到1000℃，還原出金屬并且第三區產生的廢氣被排出并且被單獨處理；·從多床爐排出混合物。
2．根據權利要求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．根據上述任一權利要求所述的方法，其特征在于，還原劑以液態、固態和/或氣態形式被導進多床爐中。
4．根據上述任一權利要求所述的方法，其特征在于，過量的還原劑被導入多床爐內。
5．根據上述任一權利要求所述的方法，其特征在于，在被導入多床爐之前，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．根據上述任一權利要求所述的方法，其特征在于，來自第三區的廢氣在一個后燃燒器中被處理，其中包含的易揮發金屬被轉化為金屬氧化物并且在過濾設備中從廢氣中分離。
7．根據上述任一權利要求所述的方法，其特征在于，在排出多床爐后鐵從混合物中分離出來。
8．根據上述任一權利要求所述的方法，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。
9．根據上述任一權利要求所述的方法，其特征在于，一個或多個爐床被直接或間接加熱。
10．根據上述任一權利要求所述的方法，其特征在于，有選擇地將含氧氣體噴射給不同爐床。
11．根據權利要求10所述的方法，其特征在于，含氧氣體有至少250℃的溫度。
12．根據上述任一權利要求所述的方法，其特征在于，氣體還原劑被噴射進入多床爐第三區中的底層爐床。
13．根據上述任一權利要求所述的方法，其特征在于，氣體在每一區的一個爐床上從多床爐排出。
14．根據上述任一權利要求所述的方法，其特征在于，該方法在過壓下進行。
15．一種根據上述任一權利要求的方法所使用的用來對含重金屬殘余物進行熱處理的多床爐。
全文摘要
一種對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,每區包括幾個疊層。所述方法包括:將重金屬殘余物連續供給多床爐的第一區的頂層,逐漸將殘余物轉移到第二區并且在轉移期間被干燥;將還原劑和脫硫劑連續供給第二區的頂層,還原劑和脫硫劑與殘余物混合,加熱到約800℃,逐漸轉移到第三區;在第三區加熱到約1000℃,還原出金屬,第三區中產生的廢氣排出并被單獨處理;從多床爐中排出混合物。
文檔編號C22B7/00GK1323359SQ99812281
公開日2001年11月21日 申請日期1999年11月4日 優先權日1998年11月5日
發明者讓-盧克·羅思, 托馬斯·漢斯曼, 羅曼·弗里登, 馬克·索爾維 申請人:保爾·沃特公司