專利名稱：一種飛灰或二次飛灰中重金屬的回收方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛灰中重金屬的無害化處理及再生資源化技術(shù)，具體地 說涉及一種回收飛灰或二次飛灰中重金屬的方法。 本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。
背景技術(shù)：
垃圾產(chǎn)量隨著人們生活水平日益提高而逐漸增多，許多國家和城市 因?yàn)橥恋鼐o張而導(dǎo)致填埋場日趨飽和。垃圾焚燒技術(shù)由于具有"三化"的 優(yōu)點(diǎn)，近年來倍受環(huán)保工作者的青睞，尤其在日本、德國、美國、瑞士 等發(fā)達(dá)國家，焚燒在垃圾處理技術(shù)領(lǐng)域占了相當(dāng)高的比例。我國近年來也開展了垃圾焚燒項目，到2005年底全國約有47垃圾焚燒廠。垃圾焚 燒導(dǎo)致飛灰產(chǎn)量的巨增。飛灰中含有大量的重金屬及有害物質(zhì)，重金屬 具有不可降解性和生物富集性，若不經(jīng)特殊處理直接填埋，飛灰中重金 屬在填埋場酸性的條件下會大量滲出，污染地下水和土壤甚至空氣，對 人類的健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在的危害；如果飛灰不經(jīng)過特殊處理直接 作為其他產(chǎn)品原料，在使用過程中飛灰中重金屬和有害物質(zhì)很可能浸出， 直接或間接污染環(huán)境和人類健康。另外，從資源再利用角度來看，提取 飛灰中有經(jīng)濟(jì)價值的重金屬，作為冶金原料或者進(jìn)行富礦化，熔后的熔
渣還可以作為其他建筑材料的原料或者鋪路材料，不但解決了飛灰處理 難的問題，而且回收了有用金屬，對持續(xù)發(fā)展的循環(huán)型環(huán)境，具有雙重 的功能與意義。目前國內(nèi)外對垃圾焚燒飛灰的處理方法很多，主要有熔融固化、水 泥固化、藥劑穩(wěn)定化以及酸或其他溶劑提取法。這些方法多是把飛灰中 重金屬和有害物質(zhì)固定在某種特定的結(jié)構(gòu)里，減少重金屬的浸出特性， 但這些方法僅限于把重金屬固定在產(chǎn)物中，從長遠(yuǎn)看，這些重金屬遲早 會在特定的環(huán)境下浸出而污染環(huán)境，因此沒有從根本上解決重金屬污染 問題。以熔融固化為例熔融固化法是在高溫熔融狀態(tài)下，致使飛灰中 各種成分發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，重金屬及一些有害物質(zhì)被固定在致 密的Si — O結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格中，大大降低重金屬的浸出特性，但飛灰在熔融 過程中，有大量的重金屬揮發(fā)出來，這不僅形成二次污染增加煙氣處理 負(fù)擔(dān)，而且造成資源的浪費(fèi)。目前，常用于提取飛灰中重金屬的方法多 是物理化學(xué)法，即飛灰經(jīng)過水洗后，除去飛灰中大量的鈉、鉀和鈣等鹽 分，減小飛灰的堿性，然后用酸或堿對飛灰中重金屬進(jìn)行提取。但是這 種方法還存在很多問題，如提取過程中產(chǎn)生的廢水和廢酸堿液必須進(jìn)行 嚴(yán)格處理。因此具有流程長、投資和運(yùn)行費(fèi)用高、易產(chǎn)生嚴(yán)重二次污染、 綜合效益低等缺點(diǎn)。因此，熔融固化的研究基礎(chǔ)上，我們才有"逆向" 處理法，即在高溫?zé)崽幚磉^程中，結(jié)合飛灰中重金屬的沸點(diǎn)控制爐溫， 使重金屬在加熱過程中最大限度揮發(fā)并回收，這不僅解決了飛灰的無害 化問題，而且回收了有用的重金屬資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種飛灰或二次飛灰中重金屬的回收裝置，以 實(shí)現(xiàn)在飛灰無害化處理的基礎(chǔ)上，回收有用童金屬髙資源。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的回收裝置，采用多回路高溫氣氛電 爐，該電爐具有一個高溫爐、至少一個中溫爐和至少一個低溫爐；中溫 爐和低溫爐的爐膛內(nèi)安裝有吸附揮發(fā)物的陶瓷網(wǎng)片，以吸附高溫爐形成 的重金屬化合物混合組分揮發(fā)物；低溫爐爐膛的出氣管處安裝有濾袋， 以吸附載氣中殘留揮發(fā)物。
所述的回收裝置，其中陶瓷網(wǎng)片為多片，安裝在一根陶瓷棒上，陶 瓷網(wǎng)片的直徑由爐膛進(jìn)氣端向出氣端逐漸增大。
所述的回收裝置，其中陶瓷網(wǎng)片之間由陶瓷套管隔開，使每兩片陶 瓷網(wǎng)片之間有一間距。
所述的回收裝置，其中安裝在中溫爐的陶瓷網(wǎng)片網(wǎng)孔孔徑大于安裝 在低溫爐陶瓷網(wǎng)片網(wǎng)孔孔徑。
所述的回收裝置，其中濾袋為氟美斯等耐高溫材質(zhì)。
所述的回收裝置，其中濾袋連接一氣體處理器，使氣體經(jīng)過酸堿洗 滌后排入大氣。
所述的回收裝置，其中多回路高溫氣氛電爐中，高溫爐用硅鉬棒加 熱；中、低溫爐用電阻絲加熱。
由上述回收裝置，使用時可將高溫爐的溫度根據(jù)需要設(shè)定，即可以 逐一收集重金屬，亦可全部收集。當(dāng)逐一收集重金屬時，可根據(jù)重金屬 具體熔沸點(diǎn)把溫度從低到高設(shè)定，并停留一定時間進(jìn)行收集；若全部收
集，則可把溫度設(shè)到1050 1200°C，中溫爐和低溫爐的溫度設(shè)為該重金 屬的凝結(jié)點(diǎn)或凝固點(diǎn)；將飛灰或二次飛灰放入高溫爐內(nèi)，同時通入不同 氣氛(如空氣、氧氣氮?dú)?、氬氣、氦氣或氫?做為載氣；飛灰或二 次飛灰中的重金屬化合物(如鉛、鉻、鎘、鋁、鋅和銅的氧化物、硫 化物和氯化物)在高溫下形成揮發(fā)物，該揮發(fā)物在氣流的帶動下，進(jìn)入 中溫爐和低溫爐，揮發(fā)物中不同的重金屬化合物分別吸附在中溫爐和低 溫爐的陶瓷網(wǎng)片上，余下的揮發(fā)物由濾袋吸附。 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)如下1. 由于多回路高溫氣氛熔電爐的不同溫度段溫度均可根據(jù)需要進(jìn)行 控制，因此可適合大多數(shù)各種含有金屬化合物廢料的回收處理。2. 工藝流程簡單、易操作、產(chǎn)生煙氣量小、無二次污染。3. 飛灰或二次飛灰經(jīng)高溫處理后，得到的金屬可作為冶金材料或者 將其富礦化，以待進(jìn)一步開采；熔渣可作為鋪路材料或其他建筑材料的 原料，實(shí)現(xiàn)了廢物的回收再利用，同時也減輕了填埋場的負(fù)擔(dān)。4. 可以回收廢舊電池、廢舊電路板及其邊角料和含有金屬的電子部 件中的銅和氣體金屬。


圖1為本發(fā)明使用的三回路高溫熔融管式爐剖面示意圖； 圖中標(biāo)記為l-高溫爐熱電偶；2-進(jìn)氣口； 3-爐門；4-高溫爐；5-剛 玉爐膛；6-剛玉坩鍋；7-耐高溫材料；8-爐膛收縮口； 9-高溫密封套；10-中溫爐；ll-陶瓷網(wǎng)片；12-化學(xué)瓷爐膛；13-陶瓷網(wǎng)片；14-低溫爐；15-濾
袋；16-酸堿處理器；17-中溫爐和低溫爐熱電偶。圖2為圖1的俯視示意圖。圖3為本發(fā)明的陶瓷套管芷面視圖。圖4為圖3的側(cè)面視圖。圖5為本發(fā)明的陶瓷網(wǎng)片的正面視圖。圖6為本發(fā)明的多片陶瓷網(wǎng)片組合的陶瓷網(wǎng)片組示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述，但不能理解為是對本發(fā)明的限定。請參閱圖1，本發(fā)明以三回路高溫氣氛電爐裝置為例。該電爐具有高 溫爐、 一個中溫爐和一個低溫爐，也可以根據(jù)處理的飛灰需要多設(shè)幾個 中、低溫爐。在中溫爐10和低溫爐14的爐膛內(nèi)分別安裝有陶瓷網(wǎng)片11 (該陶瓷 網(wǎng)片形狀可參閱圖5)，由于揮發(fā)物是從高溫爐4先經(jīng)過中溫爐10后再經(jīng) 過低溫爐14，因此設(shè)置在中溫爐10的陶瓷網(wǎng)片11上的網(wǎng)孔孔徑51大于 低溫爐14陶瓷網(wǎng)片11的網(wǎng)孔孔徑，比如中溫爐10的陶瓷網(wǎng)片其網(wǎng)孔孔 徑為3mm，而低溫爐14的陶瓷網(wǎng)片網(wǎng)孔孔徑為2mm。陶瓷網(wǎng)片11可以 是單片地安裝在爐膛內(nèi)，也可由多片組合成陶瓷網(wǎng)片組安裝在爐膛內(nèi)。 陶瓷網(wǎng)片組是將多片陶瓷網(wǎng)片通過其中心孔套52設(shè)在一陶瓷棒61上組 成，為避免陶瓷網(wǎng)片相互貼緊，影響吸附效果，在每兩片網(wǎng)片之間加設(shè) 一陶瓷管套62 (請參閱圖3和圖4)，然后貫穿地安裝在爐膛內(nèi)。
為了防止揮發(fā)物過多地吸附在前面的陶瓷網(wǎng)片上，從而導(dǎo)致堵塞， 本發(fā)明還可以將各陶瓷網(wǎng)片設(shè)計為大小不同直徑，組合為陶瓷網(wǎng)片組時,其陶瓷網(wǎng)片的直徑逐漸增加，形成錐形狀(請參閱圖6所示)。安裝時， 直徑小的一端置于爐膛的進(jìn)氣端。在低溫爐爐膛的出氣管11套設(shè)有濾袋 15。該濾袋15為可采用現(xiàn)有產(chǎn)品，如上海得潔過濾材料有限公司，或江 蘇鹽城世邦布業(yè)有限公司生產(chǎn)的氟美斯除塵濾袋。將載有飛灰的剛玉方舟6放入高溫爐膛5內(nèi)，關(guān)閉爐門，同時通入 氮?dú)?也可為空氣、氧氣、氮?dú)狻錃?、氦氣、氬氣?，載氣流量控制 在400ml/min (流量可根據(jù)實(shí)際情況控制在300 800 ml/min)，約半小時 后，飛灰中的重金屬化合物在高溫下發(fā)生劇烈的物理化學(xué)反應(yīng)，形成混 合組分揮發(fā)物。揮發(fā)物在載氣帶動下，進(jìn)入中溫爐，組分中凝固點(diǎn)高于 60(TC的物質(zhì)便在中溫爐凝結(jié)下來，吸附在陶瓷網(wǎng)片上，低于600'C的物 質(zhì)進(jìn)入低溫爐凝結(jié)下來，吸附在陶瓷網(wǎng)片上，載氣經(jīng)過冷凝后從出氣管 ll排放至濾袋，吸附所有揮發(fā)物，載氣通過酸堿處理器16洗滌后循環(huán)使 用或排放至大氣中(關(guān)于酸堿處理器為公知技術(shù)，不作詳細(xì)描述)。然后 關(guān)閉氣體，打開爐門，取出剛玉方舟，放入第二個載有飛灰的剛玉方舟 放入爐膛，關(guān)閉爐門，通入氣體。以后重復(fù)以上步驟直至十次到二十次 以后，從中溫爐和低溫爐的冷凝器上取下回收到的重金屬。表1為重金 屬各種形態(tài)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。實(shí)施例1根據(jù)欲處理的的飛灰中重金屬化合物的成分，將三回路高溫氣氛電 爐的高溫爐的溫度升至飛灰的熔點(diǎn)，以飛灰中重金屬為鉛、鉻、鎘、鋁、
鋅和銅的氧化物、氯化物及硫化物為例，其熔沸點(diǎn)在500-1300°C，而凝 固點(diǎn)分別高于為600。C和20(TC，則高溫爐4設(shè)為1300°C，中溫爐7設(shè)為 600°C，低溫爐14設(shè)為100。C。對飛灰和回收的物質(zhì)進(jìn)行金屬含量分析表明，金屬回收率可達(dá) 85~95%。對熔渣進(jìn)行浸出毒性實(shí)驗(yàn)和X-射線衍射分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熔渣主要 是非晶體的玻璃相，熔渣中各種金屬的浸出濃度均小于浸出標(biāo)準(zhǔn)。載氣 經(jīng)過酸堿洗滌可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例2根據(jù)欲處理的的二次飛灰中重金屬化合物的成分，將三回路高溫氣 氛電爐的高溫爐的溫度升至飛灰的熔點(diǎn)以上的溫度，飛灰中重金屬為鉛、 鉻、鎘、鋁、鋅和銅的氧化物和氯化物，其熔沸點(diǎn)在500-1300°C，而凝 固點(diǎn)分別高于為60(TC和20(TC，則高溫爐4設(shè)為IIO(TC，中溫爐7設(shè)為 400°C，低溫爐9設(shè)為5(TC，然后將載有二次飛灰的剛玉方舟6放入高溫 爐膛5內(nèi)，關(guān)閉爐門，同時通入氧氣(也可為空氣、氧氣、氮?dú)?、氫氣?氦氣、氬氣等)，載氣流量控制在300L/h，約半小時后，飛灰中的重金屬 化合物在高溫下發(fā)生劇烈的物理化學(xué)反應(yīng)，形成混合組分揮發(fā)物。揮發(fā) 物在載氣帶動下，進(jìn)入中溫爐，組分中凝固點(diǎn)高于40(TC的物質(zhì)便在中溫 爐凝結(jié)下來，低于40(TC的物質(zhì)進(jìn)入低溫爐凝結(jié)下來，載氣從出氣管11 排放。然后關(guān)閉氣體，打開爐門，取出剛玉方舟，放入第二個載有飛灰 的剛玉方舟放入爐膛，關(guān)閉爐門，通入氣體。以后重復(fù)以上步驟直至十 次到二十次以后，從中溫爐和低溫爐上取下回收到的重金屬。對飛灰和
回收的物質(zhì)進(jìn)行金屬含量分析表明，金屬回收率可達(dá)95%以上。 賣施例3把廢舊電池剝殼粉碎至1 50目，然后放入剛玉方舟送入爐膛。此 時將三回路高溫氣氛電爐的高溫爐4的溫度設(shè)至50 70°C，中溫爐7和 低溫爐9暫設(shè)為0°C，此后逐漸升溫，通入非氧化氣氛，氣體流速為 200L/h，以收集汞。當(dāng)高溫爐4溫度升至400。C時，取換出中溫和低溫的 收集系統(tǒng)9和10，重新更換一套收集系統(tǒng)，并使中溫和低溫爐溫度逐漸 升溫，分布設(shè)置為40(TC和IO(TC，同時高溫爐4溫度逐步升至IOO(TC， 通入非氧化氣氛，氣體流速為400L/h。在中溫爐10和低溫爐14回收金 屬，載氣從出氣管ll排放。表l:重金屬各種形態(tài)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)金 屬元素態(tài)氯化態(tài)氧化物硫酸鹽硫化物Pb328, 174095088611701114Cu1083， 2595620132620(TC下分解20(TC下分解Zn420283, 73210201975Cr1857， 26721150， 13002266濯1550Cd321， 769568， 960150010001750， 98010
權(quán)利要求
1.一種飛灰或二次飛灰中重金屬的回收裝置，采用多回路高溫氣氛電爐，該電爐具有一個高溫爐、至少一個中溫爐和至少一個低溫爐；中溫爐和低溫爐的爐膛內(nèi)貫穿地安裝有吸附揮發(fā)物的陶瓷網(wǎng)片，以吸附高溫爐形成的重金屬化合物混合組分揮發(fā)物；低溫爐出氣管處安裝有濾袋，以吸附余下的揮發(fā)物。
2. 如權(quán)利要求1所述的回收裝置，其中陶瓷網(wǎng)片為多片，安裝在一 根陶瓷棒上，陶瓷網(wǎng)片的直徑由爐膛進(jìn)氣端向出氣端逐漸增大。
3. 如權(quán)利要求2所述的回收裝置，其中陶瓷網(wǎng)片之間由陶瓷套管隔 開，使每兩片陶瓷網(wǎng)片之間有一間距。
4. 如權(quán)利要求1所述的回收裝置，其中安裝在中溫爐的陶瓷網(wǎng)片網(wǎng) 孔孔徑大于安裝在低溫爐陶瓷網(wǎng)片網(wǎng)孔孔徑。
5. 如權(quán)利要求l所述的回收裝置，其中濾袋為氟美斯材質(zhì)。
6. 如權(quán)利要求1或5所述的回收裝置，其中濾袋連接一酸堿氣體洗 滌器，洗滌器除可以洗手載氣中有毒有害氣體，還可以吸收溶解殘留在 載氣中的部分揮發(fā)物，而后排入大氣。
7. 如權(quán)利要求1所述的回收裝置，其中多回路高溫氣氛電爐中，高 溫爐用硅鉬棒加熱；中、低溫爐用電阻絲加熱。
全文摘要
一種飛灰或二次飛灰中重金屬的回收裝置，采用多回路高溫氣氛電爐，該電爐具有一個高溫爐、至少一個中溫爐和至少一個低溫爐；中溫爐和低溫爐的爐膛內(nèi)貫穿地安裝有吸附揮發(fā)物的陶瓷網(wǎng)片，以吸附高溫爐揮發(fā)出來的重金屬化合物混合組分；低溫爐出氣管處安裝有濾袋，以吸附余下的揮發(fā)物。
文檔編號C22B7/02GK101126132SQ200610112409
公開日2008年2月20日 申請日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月16日
發(fā)明者琪 王, 田書磊, 晶 金 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院