一種提取砷的清潔生產工藝方法及裝備與流程

2023-05-21 04:01:56 4

本發明屬於環保領域，具體來說涉及一種用於從含砷煙氣中提取砷的清潔生產工藝方法及裝備。

背景技術：

在有色金屬物料冶煉過程中，有些礦石或物料含有較高的砷，這部分砷在有色金屬冶煉過程中會變成砷的氧化物As2O3，同時冶煉煙氣中還含有粉塵、SO2、SO3、CO、CO2、NOX等氣體成分。為了能夠處置含砷高的有色金屬物料，同時兼顧工藝順暢運行，目前採取的是驟冷收砷工藝，同時為了消除低露點氣體成分SO3對收砷工藝運行的影響，採取了添加鹼性物質氣相中和的方法和裝備。如此流程和裝備，可以保證含砷的有色金屬礦物原料的應用，以及流程的順利進行，但是同時在驟冷收砷環節產生了大量的、含有硫酸鹽及少量粉塵的、As2O3品質較差的、難以繼續綜合利用的含砷危險廢棄物，嚴重影響有色冶煉行業的持續、健康發展。本發明的目的在於解決上述問題，提供一種提取砷的清潔生產方法及裝備。

技術實現要素：

本發明提出的是一種用於從冶煉含砷煙氣中提取砷的清潔生產方法及裝備，具體的是通過連續在線二次砷提純工藝從含砷的有色金屬物料或含砷的有色金屬冶煉煙氣中回收高品質的產品As2O3，進一步的還原生產單質砷或金屬砷產品；同時採取氣相中和工藝將煙氣中的低露點酸性氣體SO3去除，並且採用高效率的塑燒板除塵設備，最終大大降低後工序含酸、含砷廢水處理費用。二次砷提純工藝在製取高品質As2O3的同時，還可以將提取殘餘硫酸鹽轉化為無害的一般固體廢物。該發明是整體的砷回收、提純、產品化、無害化的工藝技術和裝備，屬典型的清潔生產工藝。

具體來說，本發明採用了以下技術方案：

一種提取砷的清潔生產裝備，其特徵在於，所述裝備包括熱量回收裝置、除塵裝置、驟冷裝置、收砷裝置、輸送裝置、煅燒裝置及砷回收裝置，其中驟冷裝置包括一次驟冷裝置及二次驟冷裝置，收砷裝置包括一次收砷裝置及二次收砷裝置，連接關係為熱量回收裝置的煙氣出口連接至除塵裝置入口，除塵裝置煙氣出口連接至一次驟冷裝置入口，煙氣在一次驟冷裝置中冷卻後產生的氣固混合物進入一次收砷裝置，在一次收砷裝置中過濾分離後，氣體排出進入後段處理工藝，一次收砷裝置中分離出來的粉體和一次驟冷裝置中剩餘的固體一起經過輸送裝置送至煅燒裝置，煅燒裝置中煅燒後產生的氣體進入二次驟冷裝置，而固體則進入無害化處理工序，二次驟冷裝置中產生的氣固混合物送入二次收砷裝置過濾處理，經過二次收砷裝置過濾後產生的氣體排出進入後段處理工藝，所產生的高品質氧化砷粉體則進入砷回收裝置進行處理。

在優選的實施方案中，所用的一次驟冷裝置為霧化鹼性溶液驟冷裝置，一次驟冷裝置連接有鹼性溶液配送裝置，鹼性溶液配送裝置將鹼性溶液送入一次驟冷裝置中霧化並噴淋從除塵裝置進入一次驟冷裝置的煙氣，使煙氣驟冷至110-170℃。

在另一個優選的實施方案中，所用的二次驟冷裝置為採用空氣作為冷卻劑間接冷卻的氣冷式驟冷裝置。

仍然作為一個優選實施方案，一次和二次收砷裝置為採用塑燒板作為過濾介質的塑燒板收砷器。

在以上裝備的一個優選實施方案中，在二次收砷裝置的氣體出口安裝有引風機，作為煅燒裝置的煙氣輸送動力。

在另一個優選實施方案中，所用的煅燒裝置為採取均勻外部加熱方式的煅燒揮發窯。

在再一個優選實施方案中，所述提取砷的清潔生產裝備還配接有空氣壓縮機，空氣壓縮機連接在鹼性溶液配送裝置將鹼性溶液輸送至一次驟冷裝置的管路上以實現鹼性溶液在一次驟冷裝置內的加壓霧化噴淋。

在仍然另一個優選實施方案中，所述砷回收裝置包括氧化砷還原設備，其中二次收砷器收集的氧化砷粉體在該氧化砷還原設備中還原成金屬砷或單質砷，還原剩餘物質則返回到有色熔煉系統配料中。

本發明還公開一種提取砷的清潔生產工藝方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟：

S1、一次收砷：含砷煙氣經過熱量回收和除塵處理後，進入一次驟冷裝置，在一次驟冷裝置中冷卻後產生的氣固混合物進入一次收砷裝置過濾收集含砷粉體，過濾後產生的煙氣氣體進入後段煙氣處理工藝，過濾後產生的含砷粉體及一次驟冷裝置中的殘餘固體一起通過輸送裝置輸送至煅燒裝置；

S2、煅燒：將上一步驟一次收砷步驟中送來的粉體在煅燒裝置中進行均勻加熱至280-350℃進行煅燒，使混合物中的氧化砷升華為氣態，煅燒後產生的固體進入固體無害化處理工序，而含砷氣體則進入二次收砷步驟；

S3、二次收砷：將上一步驟煅燒步驟送來的含砷煙氣送至二次驟冷裝置，在二次驟冷裝置中將含砷煙氣冷卻產生氣體和氧化砷粉體的氣固混合物，氣固混合物進入二次收砷裝置進行氣固分離，所分離出來的氣體進入後段煙氣處理工藝，氧化砷粉體則進入砷回收工序；

S4、砷回收：上一步驟二次收砷步驟分離獲得的氧化砷粉體進入砷回收裝置，砷回收裝置包括還原裝置，在還原裝置中將二次收砷步驟中獲得的氧化砷粉體進行還原得到金屬砷或單質砷。

在以上方法的優選實施方案中，一次驟冷裝置為鹼性溶液霧化噴淋驟冷裝置，輸入一次驟冷裝置的含砷煙氣經過鹼性溶液噴淋使煙氣被驟冷至110-170℃並且煙氣被鹼性溶液中和，二次驟冷裝置為採用空氣作為冷卻劑的空氣間接驟冷裝置，其中在一次驟冷氣相中和過程中產生硫酸鹽粉體，所述粉體與一次驟冷裝置中的其它殘餘固體及一次收砷裝置中過濾產生的含砷粉體一起通過輸送裝置送入煅燒裝置。

有益效果：本發明通過連續二次砷提純工藝從含砷的有色金屬物料或含砷的有色金屬冶煉煙氣中回收高品質的產品As2O3，進一步還原生產單質砷或金屬砷產品，避免了低品質含砷物料屬危險廢物難以銷售和利用的情況；同時採取氣相中和工藝將煙氣中的低露點酸性氣體SO3去除，並且採用高效率的塑燒板除塵設備，大大降低後工序含酸、含砷廢水處理費用；該發明是整體的砷回收、提純、產品化、無害化的工藝技術和裝備，屬典型的清潔生產工藝，可大大提高有色冶煉企業的綜合經濟和環保效益。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

其中：1、餘熱鍋爐；2、電除塵器；3、一次驟冷器；4、溶液配送裝置；5、空氣壓縮機；6、一次塑燒板收砷器； 7、輸送設備；8、煅燒揮發窯；9、二次驟冷器；10、二次塑燒板收砷器；11、引風機；12、還原裝置。

具體實施方式

本發明提出了一種通過連續二次提砷工藝從含砷的有色金屬物料或含砷的有色金屬冶煉煙氣中回收砷的工藝方法及裝置。

含砷的有色金屬物料，在各種形式的熔煉爐或爐窯內熔煉或焙燒，砷的硫化物或化合物被氧化為As2O3進入到煙氣中，同時煙氣中還含有粉塵、SO2、SO3、CO、CO2、NOX等氣體成分。高溫煙氣經過餘熱鍋爐回收熱量、電除塵器去除絕大部分粉塵後，再經一次驟冷器噴淋鹼性的霧化溶液，煙氣驟冷至110-170℃，氣體中的As2O3凝固為固體，氣體中的SO3被鹼性物質中和為硫酸鹽固體，氣固混合物部分自驟冷器內下落收集，絕大部分進入一次塑燒板收砷器，As2O3和硫酸鹽粉體通過輸送設備集中收集，過濾後煙氣去後續制酸工序。

在該過程中，高溫煙氣經過餘熱鍋爐回收熱量後溫度降低至350-400℃，經過電除塵後，煙氣溫度≤400℃，優選為300-360℃。其中，一次驟冷器是指採用噴淋液體霧化直接快速冷卻煙氣的立式、臥式或其他可以實現該功能的設備等，其形式不做特別限定。一次驟冷器出口氣體溫度110-170℃，優選120-160℃。優選地，為解決有色冶煉煙氣中低露點SO3等組分，採取的鹼性溶液為Ca(OH)2、NaOH及其他鹼性物質溶液等其中的一種或幾種的復配混合物。

一次驟冷器及一次塑燒板收砷器收集的含As2O3、含硫酸鹽粉體混合物，經輸送設備集中收集收送進入煅燒揮發窯內，通過外部加熱方式加熱到280-350℃，混合物中的As2O3升華為氣體狀態，含氣態As2O3氣體的煙氣通過管道進入二次驟冷器，氣態As2O3再次凝固為As2O3粉體，並隨氣流進入二次塑燒板收砷器中，As2O3固態粉體得以過濾集中收集，過濾後煙氣經引風機輸送併入去後續制酸工序煙氣管道。

含As2O3、硫酸鹽固體混合物的煅燒揮發窯，為連續運轉設備，可採取電加熱、天然氣或煤氣加熱等可以實現均勻外部加熱的方式，As2O3揮發到氣體中自窯內排出，硫酸鹽等固體物質自窯尾排出。迴轉窯為氣密設備，煙氣輸送動力由二次塑燒板收砷器後引風機提供。二次驟冷器，宜採取強制空氣間接冷卻等可以實現快速冷卻的方式和設備，將二次揮發的氣態As2O3在此冷卻為固態As2O3粉體。二次收砷器，形式同一次塑燒板收砷器，均為具有在線噴吹清灰功能的箱式結構的塑燒板收砷設備形式。

二次塑燒板收砷器得到的二次提純的固態As2O3粉體，再輸送至還原裝置，採用碳還原或氫氣還原等還原工藝，將As2O3還原為單質砷或金屬砷，還原剩餘物質返回到有色熔煉系統配料中。

下面將進一步結合附圖來詳細說明本發明。

含砷的有色金屬礦物原料，在各種形式的熔煉爐或爐窯內熔煉或焙燒，砷的硫化物或化合物被氧化為As2O3進入到煙氣中，同時煙氣中還含有粉塵、SO2、SO3、CO、CO2、NOX等氣體成分。高溫煙氣經過餘熱鍋爐1回收熱量後溫度降低至350-400℃，進入電除塵器2利用高壓靜電去除絕大部分粉塵。因此經過有色冶煉煙氣除塵設備電除塵後煙氣的溫度≤400℃，優選≤380℃，更優選為300-360℃。

除塵後煙氣再進入一次驟冷器3內，溶液配送裝置4輸送而來的鹼性溶液，與空氣壓縮機5輸送而來的壓縮空氣，在一次驟冷器3內經流化噴頭混合霧化，與高溫煙氣充分接觸，煙氣溫度降低至110-170℃，氣體中的As2O3凝固為固態粉體，氣體中的SO3被鹼性物質中和為硫酸鹽固態粉體。驟冷器是指採用噴淋液體霧化直接快速冷卻煙氣的立式、臥式或其他可以實現該功能的設備等，其形式不做特別限定。所述霧化鹼性溶液，可採取壓縮空氣霧化方式，亦可採取高壓溶液直接霧化方式等。驟冷器出口氣體溫度110-170℃，優選120-160℃。一次驟冷器中所用的鹼性溶液為Ca(OH)2、NaOH及其他鹼性物質溶液等其中的一種或幾種的復配混合物以解決有色冶煉煙氣中低露點SO3等組分。

氣固混合物部分自一次驟冷器3內下落收集，絕大部分進入一次塑燒板收砷器6，As2O3和硫酸鹽粉體通過輸送設備7集中收集，過濾後煙氣去後續處理工藝，如制酸工序。本發明採用的一次As2O3收集設備除為塑燒板收砷器外，也可以採用布袋收砷器等。但優選為塑燒板收砷器，其具有耐酸、抗結露、耐高溼煙氣、除塵效率高達99.99%等特點，特別適應本發明煙氣條件特點。

一次驟冷器3及一次塑燒板收砷器6收集的含As2O3、硫酸鹽固態粉體混合物，經輸送設備7集中收集收送進入煅燒揮發窯8內，通過外部加熱方式加熱到280-350℃，混合物中的As2O3固態粉體升華為氣態。用於含As2O3、硫酸鹽固體混合物的煅燒揮發窯，宜採用連續運轉設備，加熱方式可採取電加熱、天然氣或煤氣加熱等可以實現均勻外部加熱的方式；As2O3揮發到氣體中自窯內排出，硫酸鹽等固體物質自窯尾排出。迴轉窯為氣密設備，煙氣輸送動力由二次塑燒板收砷器後引風機11提供。

含氣態As2O3的煙氣通過管道進入二次驟冷器9內，氣態As2O3再次凝固為As2O3固態粉體，並隨氣流進入二次塑燒板收砷器10中，As2O3固態粉體得以過濾集中收集，過濾後煙氣經引風機11輸送併入去後續制酸工序煙氣管道。二次驟冷器宜採用強制空氣間接冷卻等可以實現快速冷卻的方式和設備，將二次揮發的氣體As2O3在此冷卻為固體As2O3。二次收砷器形式同一次塑燒板收砷器，均為具有在線噴吹清灰功能的箱式濾袋結構的塑燒板收砷設備形式。

二次塑燒板收砷器10得到的二次提純的As2O3固態粉體，再輸送至還原裝置12，採用碳還原或氫氣還原等還原工藝，將As2O3還原為單質砷或金屬砷。提純剩餘物質，返回到有色熔煉系統配料中。

上面結合附圖和具體實施例對本發明的實施方式作了詳細的說明，但是本發明不限於上述實施方式，在所屬技術領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。