[12]发明专利申请公布说明书
[21]申请号200610112409.8
[51]Int.CI.
C22B 7/02 (2006.01)
[43]公开日2008年2月20日[22]申请日2006.08.16[21]申请号200610112409.8
[71]申请人中国环境科学研究院
地址100012北京市安外大羊坊8号[72]发明人王琪 田书磊 金晶
[11]公开号CN 101126132A
[74]专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司
代理人周长兴
权利要求书 1 页 说明书 8 页 附图 2 页
[54]发明名称
一种飞灰或二次飞灰中重金属的回收方法和装置[57]摘要
一种飞灰或二次飞灰中重金属的回收装置，采用多回路高温气氛电炉，该电炉具有一个高温炉、至少一个中温炉和至少一个低温炉；中温炉和低温炉的炉膛内贯穿地安装有吸附挥发物的陶瓷网片，以吸附高温炉挥发出来的重金属化合物混合组分；低温炉出气管处安装有滤袋，以吸附余下的挥发物。
200610112409.8
权 利 要 求 书
第1/1页
1.一种飞灰或二次飞灰中重金属的回收装置，采用多回路高温气氛电炉，该电炉具有一个高温炉、至少一个中温炉和至少一个低温炉；中温炉和低温炉的炉膛内贯穿地安装有吸附挥发物的陶瓷网片，以吸附高温炉形成的重金属化合物混合组分挥发物；低温炉出气管处安装有滤袋，以吸附余下的挥发物。
2.如权利要求1所述的回收装置，其中陶瓷网片为多片，安装在一根陶瓷棒上，陶瓷网片的直径由炉膛进气端向出气端逐渐增大。 3.如权利要求2所述的回收装置，其中陶瓷网片之间由陶瓷套管隔开，使每两片陶瓷网片之间有一间距。
4.如权利要求1所述的回收装置，其中安装在中温炉的陶瓷网片网孔孔径大于安装在低温炉陶瓷网片网孔孔径。
5.如权利要求1所述的回收装置，其中滤袋为氟美斯材质。 6.如权利要求1或5所述的回收装置，其中滤袋连接一酸碱气体洗涤器，洗涤器除可以洗手载气中有毒有害气体，还可以吸收溶解残留在载气中的部分挥发物，而后排入大气。
7.如权利要求1所述的回收装置，其中多回路高温气氛电炉中，高温炉用硅钼棒加热；中、低温炉用电阻丝加热。
2
200610112409.8
说 明 书
第1/8页
一种飞灰或二次飞灰中重金属的回收方法和装置
技术领域
本发明涉及飞灰中重金属的无害化处理及再生资源化技术，具体地说涉及一种回收飞灰或二次飞灰中重金属的方法。 本发明还涉及实现上述方法的装置。 背景技术
垃圾产量随着人们生活水平日益提高而逐渐增多，许多国家和城市因为土地紧张而导致填埋场日趋饱和。垃圾焚烧技术由于具有“三化”的优点，近年来倍受环保工作者的青睐，尤其在日本、德国、美国、瑞士等发达国家，焚烧在垃圾处理技术领域占了相当高的比例。我国近年来也开展了垃圾焚烧项目，到2005年底全国约有47垃圾焚烧厂。垃圾焚烧导致飞灰产量的巨增。飞灰中含有大量的重金属及有害物质，重金属具有不可降解性和生物富集性，若不经特殊处理直接填埋，飞灰中重金属在填埋场酸性的条件下会大量渗出，污染地下水和土壤甚至空气，对人类的健康和生态环境构成潜在的危害；如果飞灰不经过特殊处理直接作为其他产品原料，在使用过程中飞灰中重金属和有害物质很可能浸出，直接或间接污染环境和人类健康。另外，从资源再利用角度来看，提取飞灰中有经济价值的重金属，作为冶金原料或者进行富矿化，熔后的熔
3
200610112409.8说 明 书 第2/8页
渣还可以作为其他建筑材料的原料或者铺路材料，不但解决了飞灰处理难的问题，而且回收了有用金属，对持续发展的循环型环境，具有双重的功能与意义。
目前国内外对垃圾焚烧飞灰的处理方法很多，主要有熔融固化、水泥固化、药剂稳定化以及酸或其他溶剂提取法。这些方法多是把飞灰中重金属和有害物质固定在某种特定的结构里，减少重金属的浸出特性，但这些方法仅限于把重金属固定在产物中，从长远看，这些重金属迟早会在特定的环境下浸出而污染环境，因此没有从根本上解决重金属污染问题。以熔融固化为例：熔融固化法是在高温熔融状态下，致使飞灰中各种成分发生复杂的物理化学变化，重金属及一些有害物质被固定在致密的Si-O结构的网格中，大大降低重金属的浸出特性，但飞灰在熔融过程中，有大量的重金属挥发出来，这不仅形成二次污染增加烟气处理负担，而且造成资源的浪费。目前，常用于提取飞灰中重金属的方法多是物理化学法，即飞灰经过水洗后，除去飞灰中大量的钠、钾和钙等盐分，减小飞灰的碱性，然后用酸或碱对飞灰中重金属进行提取。但是这种方法还存在很多问题，如提取过程中产生的废水和废酸碱液必须进行严格处理。因此具有流程长、投资和运行费用高、易产生严重二次污染、综合效益低等缺点。因此，熔融固化的研究基础上，我们才有“逆向”处理法，即在高温热处理过程中，结合飞灰中重金属的沸点控制炉温，使重金属在加热过程中最大限度挥发并回收，这不仅解决了飞灰的无害化问题，而且回收了有用的重金属资源。
4
200610112409.8说 明 书 第3/8页
发明内容
本发明的目的是提供一种飞灰或二次飞灰中重金属的回收装置，以实现在飞灰无害化处理的基础上，回收有用重金属高资源。 为实现上述目的，本发明提供的回收装置，采用多回路高温气氛电炉，该电炉具有一个高温炉、至少一个中温炉和至少一个低温炉；中温炉和低温炉的炉膛内安装有吸附挥发物的陶瓷网片，以吸附高温炉形成的重金属化合物混合组分挥发物；低温炉炉膛的出气管处安装有滤袋，以吸附载气中残留挥发物。
所述的回收装置，其中陶瓷网片为多片，安装在一根陶瓷棒上，陶瓷网片的直径由炉膛进气端向出气端逐渐增大。
所述的回收装置，其中陶瓷网片之间由陶瓷套管隔开，使每两片陶瓷网片之间有一间距。
所述的回收装置，其中安装在中温炉的陶瓷网片网孔孔径大于安装在低温炉陶瓷网片网孔孔径。
所述的回收装置，其中滤袋为氟美斯等耐高温材质。 所述的回收装置，其中滤袋连接一气体处理器，使气体经过酸碱洗涤后排入大气。
所述的回收装置，其中多回路高温气氛电炉中，高温炉用硅钼棒加热；中、低温炉用电阻丝加热。
由上述回收装置，使用时可将高温炉的温度根据需要设定，即可以逐一收集重金属，亦可全部收集。当逐一收集重金属时，可根据重金属具体熔沸点把温度从低到高设定，并停留一定时间进行收集；若全部收
5
200610112409.8说 明 书 第4/8页
集，则可把温度设到1050～1200℃，中温炉和低温炉的温度设为该重金属的凝结点或凝固点；将飞灰或二次飞灰放入高温炉内，同时通入不同气氛(如：空气、氧气氮气、氩气、氦气或氢气)做为载气；飞灰或二次飞灰中的重金属化合物(如：铅、铬、镉、铝、锌和铜的氧化物、硫化物和氯化物)在高温下形成挥发物，该挥发物在气流的带动下，进入中温炉和低温炉，挥发物中不同的重金属化合物分别吸附在中温炉和低温炉的陶瓷网片上，余下的挥发物由滤袋吸附。 本发明优点如下：
1.由于多回路高温气氛熔电炉的不同温度段温度均可根据需要进行控制，因此可适合大多数各种含有金属化合物废料的回收处理。 2.工艺流程简单、易操作、产生烟气量小、无二次污染。 3.飞灰或二次飞灰经高温处理后，得到的金属可作为冶金材料或者将其富矿化，以待进一步开采；熔渣可作为铺路材料或其他建筑材料的原料，实现了废物的回收再利用，同时也减轻了填埋场的负担。 4、可以回收废旧电池、废旧电路板及其边角料和含有金属的电子部件中的铜和气体金属。 附图说明
图1为本发明使用的三回路高温熔融管式炉剖面示意图； 图中标记为：1-高温炉热电偶；2-进气口；3-炉门；4-高温炉；5-刚玉炉膛；6-刚玉坩锅；7-耐高温材料；8-炉膛收缩口；9-高温密封套；10-中温炉；11-陶瓷网片；12-化学瓷炉膛；13-陶瓷网片；14-低温炉；15-滤
6
200610112409.8说 明 书 第5/8页
袋；16-酸碱处理器；17-中温炉和低温炉热电偶。 图2为图1的俯视示意图。
图3为本发明的陶瓷套管正面视图。 图4为图3的侧面视图。
图5为本发明的陶瓷网片的正面视图。
图6为本发明的多片陶瓷网片组合的陶瓷网片组示意图。 具体实施方式
以下结合附图对本发明作详细描述，但不能理解为是对本发明的限定。
请参阅图1，本发明以三回路高温气氛电炉装置为例。该电炉具有高温炉、一个中温炉和一个低温炉，也可以根据处理的飞灰需要多设几个中、低温炉。
在中温炉10和低温炉14的炉膛内分别安装有陶瓷网片11(该陶瓷网片形状可参阅图5)，由于挥发物是从高温炉4先经过中温炉10后再经过低温炉14，因此设置在中温炉10的陶瓷网片11上的网孔孔径51大于低温炉14陶瓷网片11的网孔孔径，比如中温炉10的陶瓷网片其网孔孔径为3mm，而低温炉14的陶瓷网片网孔孔径为2mm。陶瓷网片11可以是单片地安装在炉膛内，也可由多片组合成陶瓷网片组安装在炉膛内。陶瓷网片组是将多片陶瓷网片通过其中心孔套52设在一陶瓷棒61上组成，为避免陶瓷网片相互贴紧，影响吸附效果，在每两片网片之间加设一陶瓷管套62(请参阅图3和图4)，然后贯穿地安装在炉膛内。
7
200610112409.8说 明 书 第6/8页
为了防止挥发物过多地吸附在前面的陶瓷网片上，从而导致堵塞，本发明还可以将各陶瓷网片设计为大小不同直径，组合为陶瓷网片组时，其陶瓷网片的直径逐渐增加，形成锥形状(请参阅图6所示)。安装时，直径小的一端置于炉膛的进气端。在低温炉炉膛的出气管11套设有滤袋15。该滤袋15为可采用现有产品，如上海得洁过滤材料有限公司，或江苏盐城世邦布业有限公司生产的氟美斯除尘滤袋。
将载有飞灰的刚玉方舟6放入高温炉膛5内，关闭炉门，同时通入氮气(也可为空气、氧气、氮气、氢气、氦气、氩气等)，载气流量控制在400ml/min(流量可根据实际情况控制在300～800ml/min)，约半小时后，飞灰中的重金属化合物在高温下发生剧烈的物理化学反应，形成混合组分挥发物。挥发物在载气带动下，进入中温炉，组分中凝固点高于600℃的物质便在中温炉凝结下来，吸附在陶瓷网片上，低于600℃的物质进入低温炉凝结下来，吸附在陶瓷网片上，载气经过冷凝后从出气管11排放至滤袋，吸附所有挥发物，载气通过酸碱处理器16洗涤后循环使用或排放至大气中(关于酸碱处理器为公知技术，不作详细描述)。然后关闭气体，打开炉门，取出刚玉方舟，放入第二个载有飞灰的刚玉方舟放入炉膛，关闭炉门，通入气体。以后重复以上步骤直至十次到二十次以后，从中温炉和低温炉的冷凝器上取下回收到的重金属。表1为重金属各种形态的熔点和沸点。 实施例1
根据欲处理的的飞灰中重金属化合物的成分，将三回路高温气氛电炉的高温炉的温度升至飞灰的熔点，以飞灰中重金属为铅、铬、镉、铝、
8
200610112409.8说 明 书 第7/8页
锌和铜的氧化物、氯化物及硫化物为例，其熔沸点在500-1300℃，而凝固点分别高于为600℃和200℃，则高温炉4设为1300℃，中温炉7设为600℃，低温炉14设为100℃。
对飞灰和回收的物质进行金属含量分析表明，金属回收率可达85～95％。
对熔渣进行浸出毒性实验和X-射线衍射分析，结果发现，熔渣主要是非晶体的玻璃相，熔渣中各种金属的浸出浓度均小于浸出标准。载气经过酸碱洗涤可达到排放标准。 实施例2
根据欲处理的的二次飞灰中重金属化合物的成分，将三回路高温气氛电炉的高温炉的温度升至飞灰的熔点以上的温度，飞灰中重金属为铅、铬、镉、铝、锌和铜的氧化物和氯化物，其熔沸点在500-1300℃，而凝固点分别高于为600℃和200℃，则高温炉4设为1100℃，中温炉7设为400℃，低温炉9设为50℃，然后将载有二次飞灰的刚玉方舟6放入高温炉膛5内，关闭炉门，同时通入氧气(也可为空气、氧气、氮气、氢气、氦气、氩气等)，载气流量控制在300L/h，约半小时后，飞灰中的重金属化合物在高温下发生剧烈的物理化学反应，形成混合组分挥发物。挥发物在载气带动下，进入中温炉，组分中凝固点高于400℃的物质便在中温炉凝结下来，低于400℃的物质进入低温炉凝结下来，载气从出气管11排放。然后关闭气体，打开炉门，取出刚玉方舟，放入第二个载有飞灰的刚玉方舟放入炉膛，关闭炉门，通入气体。以后重复以上步骤直至十次到二十次以后，从中温炉和低温炉上取下回收到的重金属。对飞灰和
9
200610112409.8说 明 书 第8/8页
回收的物质进行金属含量分析表明，金属回收率可达95％以上。 实施例3
把废旧电池剥壳粉碎至1～50目，然后放入刚玉方舟送入炉膛。此时将三回路高温气氛电炉的高温炉4的温度设至50～70℃，中温炉7和低温炉9暂设为0℃，此后逐渐升温，通入非氧化气氛，气体流速为200L/h，以收集汞。当高温炉4温度升至400℃时，取换出中温和低温的收集系统9和10，重新更换一套收集系统，并使中温和低温炉温度逐渐升温，分布设置为400℃和100℃，同时高温炉4温度逐步升至1000℃，通入非氧化气氛，气体流速为400L/h。在中温炉10和低温炉14回收金属，载气从出气管11排放。
表1：重金属各种形态的熔点和沸点 金属PbCuZnCrCd
元素态328，17401083，25954201857，2672321，769
氯化态950620283，7321150，1300568，960
氧化物8861326.........22661500
硫酸盐1170200℃下分解10201001000
硫化物1114200℃下分解197515501750，980
10
200610112409.8
说 明 书 附 图
第1/2页
11
200610112409.8说 明 书 附 图 第2/2页
12
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容