一種含砷煙塵流態(tài)化脫砷的方法
【專利摘要】一種含砷煙塵流態(tài)化脫砷的方法，本發(fā)明首先將含砷煙塵進(jìn)行干燥，之后通過(guò)氣流使含砷煙塵流態(tài)化，控制氣流中保護(hù)性氣體和還原性氣體的比例進(jìn)行還原揮發(fā)，然后在保護(hù)性氣體下直接揮發(fā)，揮發(fā)煙氣經(jīng)過(guò)高溫收塵、低溫收砷，得到三氧化二砷，揮發(fā)殘?jiān)鳛榛厥掌渌袃r(jià)金屬的原料。本發(fā)明將難以揮發(fā)的五氧化二砷完全轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)的三氧化二砷，并避免三氧化二砷的進(jìn)一步還原，從而實(shí)現(xiàn)含砷煙塵的高效脫砷，含砷煙塵處理后產(chǎn)生的渣料和煙塵可分別作為回收有價(jià)金屬原料和三氧化二砷產(chǎn)品，不產(chǎn)生二次污染。
【專利說(shuō)明】一種含砷煙塵流態(tài)化脫砷的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金污染治理領(lǐng)域中的火法冶金過(guò)程，特別是從火法冶金過(guò)程副產(chǎn)的 含砷煙塵揮發(fā)高效分離砷的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在火法冶金過(guò)程中，砷化合物易揮發(fā)進(jìn)入煙氣，從而產(chǎn)生大量含砷煙塵。這些煙塵 除了含砷外，還含有鉛、鋅、銻、銅、金、銀等有價(jià)金屬，具有較高的回收價(jià)值。但是由于砷對(duì) 環(huán)境具有較大的危害性，導(dǎo)致傳統(tǒng)冶煉工藝難以高效環(huán)保地處理這類煙塵。因此，開發(fā)含砷 煙塵的高效環(huán)保脫砷技術(shù)已成為當(dāng)下迫在眉睫的需求。
[0003] 目前常見(jiàn)的脫砷方法可分為濕法脫砷和火法脫砷兩類。火法脫砷是利用三氧化二 砷容易揮發(fā)的特點(diǎn)，通過(guò)焙燒使之進(jìn)入氣相，以實(shí)現(xiàn)其與煙塵中其他成份分離的方法。相比 于濕法脫砷方法，火法脫砷方法的優(yōu)越性在于步驟簡(jiǎn)單，處理能力大，更適合于工業(yè)應(yīng)用。 火法脫砷又可以分為氧化焙燒、還原揮發(fā)和真空蒸發(fā)等方法[胡斌，姚金江，王智友，周 坐東?含砷煙塵脫砷現(xiàn)狀?湖南有色金屬，2013，29(5): 41-44.]。氧化焙燒法采用 氧化性氣氛對(duì)煙塵進(jìn)行焙燒脫砷。由于砷酸鹽(五價(jià)砷）的存在，該方法脫砷率較低，通常 在焙燒后還需要加酸或加堿以進(jìn)一步脫砷，由此產(chǎn)生的大量砷渣容易對(duì)環(huán)境造成二次污染 [一種從高砷銅冶煉煙灰中綜合回收有價(jià)元素的方法，中國(guó)發(fā)明專利，CN 102534228B ; - 種從含三氧化二砷煙塵中脫砷的方法，中國(guó)發(fā)明專利，CN 100537798C]。真空蒸發(fā)法通過(guò) 強(qiáng)化砷揮發(fā)條件以提高砷的脫除效率。李偉等[李偉，邱克強(qiáng)，錫煙塵的真空脫砷預(yù)處理， 廣東化工，2013, 40 (13),17-18]采用真空蒸發(fā)的方法對(duì)含砷煙塵進(jìn)行脫砷處理，在體系壓 強(qiáng)為40Pa的條件下，可將煙塵中砷含量降低至1. 12%。雖然此方法能在較低的溫度下實(shí)現(xiàn) 砷的有效脫除，得到的揮發(fā)產(chǎn)品純度較高，但真空脫砷工藝條件對(duì)設(shè)備要求高、過(guò)程操作難 度大、生產(chǎn)成本極高。
[0004] 由于含砷煙塵中砷常以三價(jià)和五價(jià)兩種價(jià)態(tài)存在，因此還原揮發(fā)法采用在煙塵中 摻入一定量的還原劑(例如煤或焦炭)來(lái)將高價(jià)砷轉(zhuǎn)化為低價(jià)砷以促進(jìn)其揮發(fā)。相比于氧化 焙燒法，還原揮發(fā)法增加了高價(jià)砷的脫除率，因此其脫砷效果更好。決定還原揮發(fā)法脫砷效 果的關(guān)鍵在于揮發(fā)溫度和還原劑與高價(jià)砷的反應(yīng)效率。在傳統(tǒng)的還原揮發(fā)工藝中，反應(yīng)物 料受熱并不均衡，容易形成局部溫度過(guò)高或過(guò)低的現(xiàn)象，溫度過(guò)低則脫砷效果不佳，溫度過(guò) 高則容易造成含砷煙塵的熔結(jié)和煙塵中其他成份揮發(fā)程度加大，不僅導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)難以連 續(xù)進(jìn)行，而且使得脫砷過(guò)程的選擇性下降。另一方面，傳統(tǒng)工藝中含砷煙塵與還原劑是通過(guò) 機(jī)械混合后進(jìn)行固相反應(yīng)，混合難以均勻，且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)還原反應(yīng)程度的控制，容易造成煙 塵中高價(jià)砷還原不徹底或還原過(guò)度（即還原為金屬砷）的情況，均會(huì)導(dǎo)致脫砷效果不佳。例 如中國(guó)發(fā)明專利[一種復(fù)雜含砷及有價(jià)金屬渣塵物料的綜合回收方法，CN 102286665B]采 用還原揮發(fā)法對(duì)含砷渣塵進(jìn)行脫砷處理，600°C -800°C脫砷后渣中含砷仍達(dá)到5%-8%，且揮 發(fā)得到的煙塵成份復(fù)雜，需要經(jīng)過(guò)二次處理以提純?nèi)趸椤?br> [0005] 由此可知，通過(guò)提供均勻的溫度場(chǎng)和采取可控性的還原揮發(fā)過(guò)程，就有可能大大 提高含砷煙塵的脫砷效率和選擇性，而目前尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)具有以上特征的含砷煙塵脫砷方 法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服傳統(tǒng)脫砷方法的不足，本發(fā)明提供一種反應(yīng)程度可控，脫砷效率高的含 砷煙塵流態(tài)化脫砷法。
[0007] 本發(fā)明為達(dá)到上述目的采用的技術(shù)方案是：首先將含砷煙塵進(jìn)行干燥，之后通過(guò) 氣流使含砷煙塵流態(tài)化，控制氣流中保護(hù)性氣體和還原性氣體的比例，在一定的溫度下進(jìn) 行還原揮發(fā)一定時(shí)間，然后在保護(hù)性氣體下直接揮發(fā)一定時(shí)間，揮發(fā)煙氣經(jīng)過(guò)高溫收塵、低 溫收砷，得到三氧化二砷，揮發(fā)殘?jiān)鳛榛厥掌渌袃r(jià)金屬的原料。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是利用氣 流使得含砷煙塵懸浮并保持在均勻的溫度場(chǎng)和反應(yīng)氣氛中，通過(guò)調(diào)節(jié)還原性氣體與保護(hù)性 氣體比例以及反應(yīng)時(shí)間來(lái)控制含砷煙塵的還原程度，將難以揮發(fā)的五氧化二砷完全轉(zhuǎn)化為 易揮發(fā)的三氧化二砷，并避免三氧化二砷的進(jìn)一步還原，從而實(shí)現(xiàn)含砷煙塵的高效脫砷。
[0008] 上述流態(tài)化脫砷法具體的工藝過(guò)程和參數(shù)如下： (1)干燥 將含砷煙塵升溫至80°C _150°C，干燥lh-lOh，干燥后煙塵中水質(zhì)量百分含量低于8%。 [0009] (2 )流態(tài)化還原揮發(fā) 將干燥后的含砷煙塵揮發(fā)還原，通入保護(hù)氣體和還原性氣體以保持含砷煙塵懸浮，調(diào) 節(jié)還原性氣體與保護(hù)氣體體積比例為0. 05-5 :100以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)氣氛為控制性還原氣氛，反 應(yīng)溫度控制為350°C _480°C，反應(yīng)時(shí)間控制3min-30min，煙塵中以五氧化二砷形式存在的 砷與還原性氣體發(fā)生反應(yīng)生成三氧化二砷，其主要反應(yīng)為：

【權(quán)利要求】
1. 一種含砷煙塵流態(tài)化脫砷的方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 干燥 將含砷煙塵升溫至80°C -150°C，干燥lh-10h，干燥后煙塵中水質(zhì)量百分含量低于8% ; (2) 流態(tài)化還原揮發(fā) 將干燥后的含砷煙塵揮發(fā)還原，通入保護(hù)氣體和還原性氣體保持含砷煙塵懸浮，還原 性氣體與保護(hù)氣體體積比例為0. 05-5 :100,反應(yīng)溫度控制為350°C -480°C，反應(yīng)時(shí)間控制 3min-30min，使煙塵中以五氧化二砷形式存在的砷與還原性氣體發(fā)生反應(yīng)生成三氧化二 砷； (3) 流態(tài)化直接揮發(fā) 保持含砷煙塵的懸浮狀態(tài)，通入保護(hù)氣體以控制反應(yīng)氣氛為保護(hù)性氣氛，反應(yīng)溫度控 制為500°C _600°C，反應(yīng)時(shí)間控制30min-120min，煙塵中殘余的三氧化二砷直接揮發(fā)，流態(tài) 化揮發(fā)后的殘?jiān)鳛榛厥沼袃r(jià)金屬的原料； (4) 煙氣高溫收塵 保持煙氣溫度在450°C _500°C進(jìn)行收塵，獲得的煙塵返回步驟（2); (5) 煙氣冷卻收砷 經(jīng)過(guò)高溫收塵的煙氣冷卻至120°C _220°C，經(jīng)收塵得到三氧化二砷產(chǎn)品。
2. 如權(quán)利要求1所述的含砷煙塵流態(tài)化脫砷的方法，其特征在于：所述的保護(hù)氣體為 氮?dú)狻鍤庵械囊环N或多種，氮?dú)庵蠳2體積百分比彡99%，氬氣中Ar體積百分比彡99%。
3. 如權(quán)利要求1所述的含砷煙塵流態(tài)化脫砷的方法，其特征在于：所述的還原性氣體 為一氧化碳、氫氣、天然氣或煤氣中的一種或多種，一氧化碳中C0體積百分比> 99%，氫氣 中H2體積百分比彡99% ;天然氣中CH4體積百分比彡85% ;煤氣可以為高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣 或水煤氣，其成份體積百分比為 H2 1. 5-60, C0 5. 0-40, CH4 23. 0-28. 0, C02 1. 3-15. 0, N2 2. 5~56. 0〇
4. 如權(quán)利要求1所述的含砷煙塵流態(tài)化脫砷的方法，其特征在于：所述的含砷煙塵是 銅、鉛、銻有色金屬火法冶金過(guò)程中所產(chǎn)生的含砷煙塵或中間產(chǎn)品，其成份的質(zhì)量百分比范 圍為：Sb 15. 0-81.0, As 1.5-43. 0，Pb〈5.0, Bi〈45.0, Cu〈22.0。
【文檔編號(hào)】C22B7/02GK104451171SQ201410786769
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】陳霖, 郝占東, 楊天足, 陳威, 劉偉鋒, 張杜超 申請(qǐng)人:中南大學(xué)