本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種處理含鋅廢渣的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在金屬冶煉過程中，往往會附帶產(chǎn)生一定量的冶金塵泥和冶煉渣，如鋼鐵廠燒結(jié)、高爐、電爐部分產(chǎn)生的除塵灰，還有鋅、鉛、銅等金屬冶煉過程的含鋅廢渣。這些冶煉廢渣中仍然含有大量的可回收的有價金屬，如鋅、鉛、鐵等。加強此類冶煉渣的回收利用有利于提高資源回收率。目前，有效的冶煉方法主要通過火法工藝來進行回收。如在回轉(zhuǎn)窯、煙化爐或者轉(zhuǎn)底爐中以煤基直接還原為基本原理，將冶煉廢渣中鋅、鉛等化合物還原后揮發(fā)，再通過配套的收塵系統(tǒng)進行回收，得到含鋅粉塵。

然而，在回轉(zhuǎn)窯、煙化爐或者轉(zhuǎn)底爐中以煤基直接還原的方法確實能回收鉛鋅粉塵，但是通常情況下得到的都是鉛、鋅粉塵的氧化物，也稱之為次氧化鋅粉，很難得到純凈的單質(zhì)鉛、鋅，次氧化鋅粉的后續(xù)提純工藝流程長且復雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種處理含鋅廢渣的系統(tǒng)及方法，將固體廢棄物混合后進行熱解處理，能夠回收含鋅粉塵中的鉛鋅等金屬單質(zhì)，同時回收可燃氣、生物質(zhì)液和含碳鐵渣等可二次利用的資源。

本發(fā)明的目的之一是提供一種處理含鋅廢渣的系統(tǒng)，包括：

混合裝置，設(shè)有含鋅廢渣入口、生物質(zhì)入口和混合料出口；

熱解爐，設(shè)有混合料入口、混合氣體出口和含碳鐵渣出口，所述混合裝置的混合料出口連接所述熱解爐的混合料入口；

鉛鋅收集器，包括第一冷凝管和熱解氣出口，所述第一冷凝管與所述鉛鋅收集器的內(nèi)腔連通，所述第一冷凝管設(shè)有混合氣體入口，所述熱解爐的混合氣體出口連接所述第一冷凝管的混合氣體入口；

精餾器，所述精餾器設(shè)有粗鉛鋅混合物入口，所述鉛鋅收集器設(shè)有粗鉛鋅混合物出口，所述鉛鋅收集器的粗鉛鋅混合物出口連接所述精餾器的粗鉛鋅混合物入口；

集液瓶，包括第二冷凝管和可燃氣出口，所述第二冷凝管連通所述集液瓶的內(nèi)腔，所述第二冷凝管設(shè)有熱解氣入口，所述鉛鋅收集器的熱解氣出口連接所述第二冷凝管的熱解氣入口；

引風機，設(shè)有氣體入口和氣體出口，所述集液瓶的可燃氣出口連接所述引風機的氣體入口；

儲氣柜，設(shè)有可燃氣入口，所述引風機的氣體出口連接所述儲氣柜的可燃氣入口。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述熱解爐的內(nèi)腔設(shè)有螺旋攪拌桿。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述儲氣柜上安裝有氣體采樣管。

本發(fā)明的系統(tǒng)進一步包括熔分爐，所述熔分爐設(shè)有含碳鐵渣入口，所述熱解爐的含碳鐵渣出口連接所述熔分爐的含碳鐵渣入口。

本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述的系統(tǒng)處理含鋅廢渣的方法，包括以下步驟：

a、將含鋅廢渣和生物質(zhì)混合，獲得混合料；

b、將所述混合料送入熱解爐中進行熱解，生成熱解氣和含碳鐵渣，部分所述熱解氣作為還原氣與所述混合料中的金屬氧化物發(fā)生還原反應，生成金屬鉛、金屬鋅、金屬鐵；所述金屬鉛和金屬鋅受熱揮發(fā)，形成鉛鋅蒸汽，所述含碳鐵渣排出所述熱解爐；

c、將所述鉛鋅蒸汽與剩余熱解氣通入第一冷凝管，在150～300℃進行冷卻，獲得粗鉛鋅混合物和冷卻熱解氣，所述粗鉛鋅混合物下落至鉛鋅收集器的內(nèi)腔；

d、將所述冷卻熱解氣通入所述第二冷凝管，在100℃以下進行冷卻，獲得生物質(zhì)液和可燃氣，所述生物質(zhì)液流入集液瓶的內(nèi)腔；

e、所述可燃氣通過引風機進入儲氣柜。

f、將所述鉛鋅收集器中的粗鉛鋅混合物進行精餾處理，獲得單質(zhì)鋅和單質(zhì)鉛。

本發(fā)明的方法中，所述熱解爐中的溫度為800～1100℃。

作為優(yōu)選的方案，所述步驟a中，含鋅廢渣和生物質(zhì)的質(zhì)量比為(50～20):(50～80)。

進一步的，所述含鋅廢渣為鋼鐵廠除塵灰、鉛冶煉廢渣、鋅冶煉廢渣、銅冶煉廢渣中的一種或多種。

進一步的，所述生物質(zhì)為鋸末、樹枝、秸稈中的一種或多種。

本發(fā)明提供的處理含鋅廢渣的系統(tǒng)及方法，將生物質(zhì)與含鋅廢渣混合后通過熱解設(shè)備進行熱解處理，可以利用生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的熱解氣還原含鋅廢渣中的金屬氧化物，回收鉛鋅等金屬單質(zhì)；含鋅廢渣中鐵氧化物被還原后生成的金屬鐵對生物質(zhì)的熱解起到催化作用，促進生物質(zhì)的進一步熱解，從而促進熱解氣的產(chǎn)生，促進還原反應的進行；生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的殘?zhí)紝峤夂笫Ｓ嗟暮艰F渣熔分過程起到增碳劑的作用，促進的鐵的進一步還原，不用外配焦炭，降低碳消耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例方法流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明中所述的“連接”，除非另有明確的規(guī)定或限定，應作廣義理解，可以是直接相連，也可以是通過中間媒介相連。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種處理含鋅廢渣的系統(tǒng)，包括：混合裝置1、熱解爐2、鉛鋅收集器3、集液瓶4、引風機5、儲氣柜6、精餾器7和熔分爐8。本實施例的系統(tǒng)將含鋅廢渣和生物質(zhì)混合后進行熱處理，一方面能夠回收含鋅廢渣中的鉛鋅等金屬單質(zhì)，另一方面還原后鐵氧化物又能對生物質(zhì)的熱解起到催化熱解作用，回收可燃氣、生物質(zhì)液、含碳鐵渣等二次利用的資源。

混合裝置1為物料的混合設(shè)備，本實施例的混合裝置1為機械攪拌器?；旌涎b置1包括含鋅廢渣入口、生物質(zhì)入口和混合料出口，含鋅廢渣和生物質(zhì)在混合裝置1形成混合料。

優(yōu)選的，將含鋅廢渣破碎至5mm以下，優(yōu)選3～5mm，破碎至該粒度既有利于與生物質(zhì)的充分接觸與混合又有利于鉛鋅的還原與揮發(fā)。將生物質(zhì)粒度破碎至5cm以下，優(yōu)選3～5cm，破碎至該粒度其產(chǎn)氣率明顯提高，而熱解液和半焦的產(chǎn)率則降低，物料進入熱解爐2后，熱解爐2內(nèi)傳熱條件得到改善，不但平均溫度得到提高，而且溫度梯度減小，這樣物料可以在較高的溫度下進行熱解反應，生成更多的氣體。

熱解爐2用于混合料的熱解，設(shè)有混合料入口、混合氣體出口和含碳鐵渣出口，混合裝置1的混合料出口連接熱解爐2的混合料入口。熱解爐的內(nèi)腔設(shè)有螺旋攪拌桿21，螺旋攪拌桿21可使得熱解爐2內(nèi)的混合料更均勻的受熱?；旌狭显跓峤鉅t2中的布料厚度為80～200mm，優(yōu)選80～150mm。通過加熱器22對混合料進行加熱，發(fā)生熱解反應，生成熱解氣和含碳鐵渣。其中，熱解氣的主要成分為甲烷、氫氣和一氧化碳等還原性氣體，可以直接參與還原反應，將混合料中的鉛、鋅、鐵等金屬氧化物還原成金屬單質(zhì)，當鉛、鋅等可揮發(fā)的物質(zhì)在熱解溫度達到其揮發(fā)溫度時，形成鉛鋅蒸汽，其隨剩余的熱解氣一并由混合氣體出口排出。

熱解爐2內(nèi)的溫度控制在800～1100℃，優(yōu)選1000℃～1100℃，該溫度下能夠提高混合料的加熱速率，較快的加熱方式使得揮發(fā)分在高溫環(huán)境下的停留時間增加，生物質(zhì)液產(chǎn)率下降、氣體產(chǎn)率增加，有助于還原反應的進行，同時又能夠保證鉛鋅達到揮發(fā)溫度充分揮發(fā)。熱解時間控制在0.5～3h(小時)，優(yōu)選1～2.5h，這樣有利于生物質(zhì)的充分熱解，也有利于鉛鋅的還原反應的進行，以便回收單質(zhì)鉛、鋅。

鉛鋅收集器3可回收鉛鋅蒸汽與熱解氣的混合氣體中的鉛和鋅，包括第一冷凝管31和熱解氣出口。第一冷凝管31位于鉛鋅收集器3的上部，與鉛鋅收集器3的內(nèi)腔連通，熱解氣出口位于鉛鋅收集器3內(nèi)腔的上方。第一冷凝管31設(shè)有混合氣體入口，熱解爐2的混合氣體出口連接第一冷凝管31的混合氣體入口。鉛熔點為327℃，鋅熔點為419℃，混合氣體由熱解爐2進入第一冷凝管31，在150～300℃，優(yōu)選150～200℃進行冷卻，該溫度下混合氣體中的鉛、鋅冷凝后發(fā)生沉降，粗鉛鋅混合物落入鉛鋅收集器3內(nèi)腔的底部，冷卻熱解氣由熱解氣出口排出。

集液瓶4可用來收集生物質(zhì)液，包括第二冷凝管41和可燃氣出口。第二冷凝管41的下部連通集液瓶的內(nèi)腔，可燃氣出口位于集液瓶4內(nèi)腔的上部。第二冷凝管41設(shè)有熱解氣入口，鉛鋅收集器3的熱解氣出口連接第二冷凝管41的熱解氣入口。鉛鋅收集器3排出的冷卻熱解氣進入第二冷凝管41，第二冷凝管41的溫度控制在100℃以下，優(yōu)選30～50℃，該溫度下生物質(zhì)液和可燃氣發(fā)生分離，生物質(zhì)液落入集液瓶4的內(nèi)腔，可燃氣由可燃氣出口排出。

引風機5為抽氣設(shè)備，設(shè)有氣體入口和氣體出口，集液瓶4的可燃氣出口連接引風機5的氣體入口。引風機5可將集液瓶4內(nèi)的氣體抽出，使得氣體由熱解爐2依次通過第一冷凝管31、第二冷凝管41后由引風機5排出。

儲氣柜6為可燃氣的儲存設(shè)備，設(shè)有可燃氣入口，引風機5的氣體出口連接儲氣柜6的可燃氣入口。儲氣柜6附帶氣體采樣管61，可檢測儲氣柜內(nèi)的氣體成分。

精餾器7設(shè)有粗鉛鋅混合物入口，鉛鋅收集器3設(shè)有粗鉛鋅混合物出口，鉛鋅收集器3的粗鉛鋅混合物出口連接精餾器7的粗鉛鋅混合物入口。精餾器7內(nèi)的溫度維持約1000℃，在此溫度下大部分的鉛會揮發(fā)。粗鉛鋅混合物進入精餾器7后，鋅受熱揮發(fā)后冷凝收集，獲得單質(zhì)鋅，鉛留在精餾器7的底部。精餾器7由若干個碳化硅塔盤疊加而成，一般可產(chǎn)出99.99％的精鋅，回收率可達99％。

熔分爐8設(shè)有含碳鐵渣入口，熱解爐2的含碳鐵渣出口連接熔分爐8的含碳鐵渣入口。含碳鐵渣進入熔分爐8進行熔分處理，渣鐵分離，得到鐵水和殘渣，熱解后產(chǎn)生的殘?zhí)紝τ谖锪先鄯诌^程的深還原起到增碳劑的作用，促進的鐵的進一步還原，不用外配焦炭，降低碳消耗。

如圖2所示，另一方面，本實施例提供一種利用上述的系統(tǒng)處理含鋅廢渣的方法，包括以下步驟：

1、將含鋅廢渣和生物質(zhì)混合，獲得混合料；含鋅廢渣和生物質(zhì)的質(zhì)量比為(50～20):(50～80)，優(yōu)選(40～20):(60～80)。

2、將混合料送入熱解爐中，布料厚度控制在80～200mm，優(yōu)選80～150mm，在800～1100℃進行熱解，優(yōu)選1000～1100℃，生成熱解氣，部分熱解氣作為還原氣與混合料中的金屬氧化物發(fā)生反應，生成金屬鉛、金屬鋅、金屬鐵；金屬鉛和金屬鋅受熱揮發(fā)，形成鉛鋅蒸汽；所得含碳鐵渣排出熱解爐；熱解時間控制在0.5～3h，優(yōu)選1～2.5h。

3、將鉛鋅蒸汽與剩余熱解氣通入第一冷凝管，在150～300℃進行冷卻，優(yōu)選150～200℃，獲得粗鉛鋅混合物和冷卻熱解氣，粗鉛鋅混合物下落至鉛鋅收集器的內(nèi)腔。

4、將冷卻熱解氣通入第二冷凝管，在100℃以下進行冷卻，優(yōu)選30～50℃，獲得生物質(zhì)液和可燃氣，生物質(zhì)液流入集液瓶的內(nèi)腔。

5、可燃氣通過引風機送入儲氣柜；儲氣柜上的氣體采樣管可檢測氣體成分。

6、將鉛鋅收集器中的粗鉛鋅混合物進行精餾處理，獲得單質(zhì)鋅和單質(zhì)鉛。

7、將含碳鐵渣送入熔分爐進行熔分，獲得鐵水和殘渣。

本發(fā)明實施例的含鋅廢渣為鋼鐵廠除塵灰、鉛冶煉廢渣、鋅冶煉廢渣、銅冶煉廢渣中的一種或多種，含鋅廢渣中一般含有鋅2～18％(質(zhì)量比)，鉛1～12％，鐵10～30％，另含有微量的銦、銀、鍺等易還原揮發(fā)的元素。所用含鋅廢渣粒度破碎至5mm以下，優(yōu)選3～5mm，破碎至該粒度既有利于與生物質(zhì)的充分接觸與混合，又有利于鉛鋅的還原與揮發(fā)。

本實施例的生物質(zhì)為鋸末、樹枝、秸稈中的一種或多種。高揮發(fā)分的生物質(zhì)產(chǎn)氣率較高，便于含鉛鋅粉塵的還原。所用生物質(zhì)粒度破碎至5cm以下，優(yōu)選3～5cm。破碎至該粒度，其產(chǎn)氣率明顯提高而熱解液和半焦的產(chǎn)率則降低，物料進入熱解爐后，熱解爐內(nèi)傳熱條件得到改善，不但平均溫度得到提高，而且溫度梯度減小，這樣物料可以在較高的溫度下進行熱解反應，生成更多的氣體。

實施例1

1、將烘干破碎后鐵礬渣(鋅含量6.8％，鉛含量3.2％、鐵含量15.8％)和生物質(zhì)混合，獲得混合料；鐵礬渣和生物質(zhì)的質(zhì)量比為50:50；其中鐵礬渣粒度為3～5mm的占80％以上質(zhì)量比，生物質(zhì)秸稈的粒度為3～5cm的占90％以上質(zhì)量比。

2、將混合料送入熱解爐中，布料厚度控制在90～110mm，在1000℃生成熱解氣，熱解時間2h，部分熱解氣作為還原氣與混合料中的金屬氧化物發(fā)生反應，生成金屬鉛、金屬鋅、金屬鐵；金屬鉛和金屬鋅受熱揮發(fā)，形成鉛鋅蒸汽；所得含碳鐵渣排出熱解爐。

3、將鉛鋅蒸汽與剩余熱解氣通入第一冷凝管，在200℃進行冷卻，獲得粗鉛鋅混合物和冷卻熱解氣，粗鉛鋅混合物下落至鉛鋅收集器的內(nèi)腔。

4、將冷卻熱解氣通入第二冷凝管，在50℃進行冷卻，獲得生物質(zhì)液和可燃氣，生物質(zhì)液流入集液瓶的內(nèi)腔。

5、可燃氣通過引風機送入儲氣柜；儲氣柜上的氣體采樣管可檢測氣體成分。

6、將鉛鋅收集器中的粗鉛鋅混合物進行精餾處理，獲得單質(zhì)鋅和單質(zhì)鉛，粗鉛鋅混合物中單質(zhì)鋅的含量為97.86％，單質(zhì)鉛的含量為1.85％。

7、將含碳鐵渣送入熔分爐進行熔分，獲得鐵水和殘渣，其中鐵品位為95.6％，回收率為96.2％。

實施例2

1、將烘干破碎后鋅浸出渣(鋅含量17.8％，鉛含量2.5％、鐵含量23.5％)和生物質(zhì)秸稈混合，獲得混合料；鋅浸出渣和生物質(zhì)秸稈的質(zhì)量比為40:60；其中鋅浸出渣粒度為3～5mm的占80％以上質(zhì)量比，生物質(zhì)秸稈的粒度為3～5cm的占90％以上質(zhì)量比。

2、將混合料送入熱解爐中，布料厚度控制在80～100mm，在1100℃生成熱解氣，熱解時間1h，部分熱解氣作為還原氣與混合料中的金屬氧化物發(fā)生反應，生成金屬鉛、金屬鋅、金屬鐵；金屬鉛和金屬鋅受熱揮發(fā)，形成鉛鋅蒸汽；所得含碳鐵渣排出熱解爐。

3、將鉛鋅蒸汽與剩余熱解氣通入第一冷凝管，在150℃進行冷卻，獲得粗鉛鋅混合物和冷卻熱解氣，粗鉛鋅混合物下落至鉛鋅收集器的內(nèi)腔。

4、將冷卻熱解氣通入第二冷凝管，在30℃進行冷卻，獲得生物質(zhì)液和可燃氣，生物質(zhì)液流入集液瓶的內(nèi)腔。

5、可燃氣通過引風機送入儲氣柜；儲氣柜上的氣體采樣管可檢測氣體成分。

6、將鉛鋅收集器中的粗鉛鋅混合物進行精餾處理，獲得單質(zhì)鋅和單質(zhì)鉛，粗鉛鋅混合物中單質(zhì)鋅的含量為98.28％，單質(zhì)鉛的含量為1.58％。

7、將含碳鐵渣送入熔分爐進行熔分，獲得鐵水和殘渣，其中鐵品位為96.2％，回收率為96.8％。

實施例3

1、將烘干破碎后鋅浸出渣(鋅含量14.6％，鉛含量1.6％、鐵含量25.6％)和生物質(zhì)秸稈混合，獲得混合料；鋅浸出渣和生物質(zhì)秸稈的質(zhì)量比為20:80；其中鋅浸出渣粒度為3～5mm的占80％以上質(zhì)量比，生物質(zhì)秸稈的粒度為3～5cm的占90％以上質(zhì)量比。

2、將混合料送入熱解爐中，布料厚度控制在150～200mm，在800℃生成熱解氣，熱解時間3h，部分熱解氣作為還原氣與混合料中的金屬氧化物發(fā)生反應，生成金屬鉛、金屬鋅、金屬鐵；金屬鉛和金屬鋅受熱揮發(fā)，形成鉛鋅蒸汽；所得含碳鐵渣排出熱解爐。

3、將鉛鋅蒸汽與剩余熱解氣通入第一冷凝管，在300℃進行冷卻，獲得粗鉛鋅混合物和冷卻熱解氣，粗鉛鋅混合物下落至鉛鋅收集器的內(nèi)腔。

4、將冷卻熱解氣通入第二冷凝管，在40℃進行冷卻，獲得生物質(zhì)液和可燃氣，生物質(zhì)液流入集液瓶的內(nèi)腔。

5、可燃氣通過引風機送入儲氣柜；儲氣柜上的氣體采樣管可檢測氣體成分。

6、將鉛鋅收集器中的粗鉛鋅混合物進行精餾處理，獲得單質(zhì)鋅和單質(zhì)鉛，粗鉛鋅混合物中單質(zhì)鋅的含量為98.86％，單質(zhì)鉛的含量為0.86％。

7、將含碳鐵渣送入熔分爐進行熔分，獲得鐵水和殘渣，其中鐵品位為96.8％，回收率為97.3％。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。