Способ извлечения соединений тяжелых цветных металлов Советский патент 1992 года по МПК C22B1/08 

Изобретение относится к усовершенствованию, улучшению и упрощению выделения обрабатываемых раздельно вредных веществ из комплексной смеси частиц, получающейся в процессе сжигания .

В частности, изобретение касается способа извлечения соединения тяжелых металлов из уловленной фильтром пыли мусоросжигательных установок, установок для обеспыливания дымовых газов и очистки газов путем испарения, разделения и последующей конденсации и/или сублимации соединений тяжелых металлов.

Целью изобретения является более полное удаление тяжелых цветных металлов.

Пример 1. В небольшой опытной установке обрабатывают уловленную фильтром пыль из мусоросжигательной установки. Выполненный из керамического материала снабженный решетом реактор имеет цилиндрическую форму. Его внутренний диаметр составляет 50 мм, его высота (внутри,

VI СА О 00 СЛ 00

CJ

31

цилиндрическая часть) 200 MNU Охладитель состоит из двухстенной трубы из нержавеющей стали с внутренним диаметром 10 мм и длиной 1000 мм. Через охлаждающую рубашку проходит вода в качестве охлаждающей среды.

Уловленная фильтром пыль содержит следующие металлы, %: Са 11,5; Си ,- 0,09; Zn 3,3; Pb 0,8; Cd 0,05; Sn 0,34; Sb 0,16; Ba 0,34,

В реактор загружают 10 г уловленной фильтром пыли и производят нагрев до 1000°С. При этой температуре пыль псевдоожижена с помощью потока азота в качестве газа-носителя и поддерживается в кипящем слое во взвешенном состоянии. Соединения тяжелых металлов в реакторе значительной частью испаряются и непрерывно конденсируются в охладителе. При этом осажденные соли металлов лишь слегка загрязняются увлеченными га - зовым потоком сверхтонкими частицами Через 1 ч процесс закончен, и реактор охлажден.

Уловленную фильтром пыль подвергают анализу до и после термической сепарации соединений тяжелых металлов. При этом получают следующее:

До сепара- После сепа ции

рации 8,0

0,3 0,4 0,005

Кроме того, пробы уловленной фильтром пыли растворяют до и после термической сепарации насыщенной С0г водой, и при этом полученные растворы исследуют на содержание ионов тяжелых металлов:

Тяжелый металл

Zn2+ РЬ2+- Си

П р и м е р 2 В опытной установке обрабатывают уловленную фильтром пыль из мусоросжигательной установки подобно примеру 1. Установка смонтирована подобно установке в примере 1, но отличается большими размерами..

В реактор загружают 1000 г уловлен

ной фильтром пыли и в течение 3 ч поддерживают при температуре 1000°С. В качестве газа-носителя вместо азота используют кислый отработанный. газ мусоросжигательной установки. После окончания загрузки реактор охлаждают, а остаток исследуют. Получают следующий результат:

5

5

Анализированная

До сепарации

После сепарации8,2

общая масса, г 10,0

Содержание

Zn, %3,3 0,02

Содержание

РЬ, %0,8 0,3

Содержание

Cd, %0,05 0,003

Кроме того, пробы уловленной фильтром пыли растворяют до и после термической сепарации насыщенной С02 водой и при этом полученные растворы исследуют на содержание ионов тяже0

5

0

5

0

лых металлов:

Тяжелый

металл

До сепарации .(мг/л раствора)

После сепарации(мг/л раствора) 1,3 2 1

Zn2+ 1600 Pb2 13 Cd2-1 37

Отсюда следует, что за счет применения химически активного газа вместо инертного азота получают лучший результат извлечения тяжелых металлов из пыли, уловленной фильтромо

ПримерЗ. В опытной установке для непрерывной эксплуатации подготавливают уловленную фильтром пыль из мусоросжигательной установки. Реактор выполнен из огнеупорного керамического материала и имеет кожухо- образную теплоизоляцию также выполненную из керамического материала и стеклянного войлока Цилиндрическое внутреннее пространство имеет диаметр 100 мм и высоту 500 мм. Охладитель, снабженньй охлаждающей рубашкой, через которую проходит вода, имеет цилиндрическую форму и при внутреннем диаметре 20 мм имеет высоту 1600 мм.

Пыль, уловленную фильтром, непрерывно вводят в реактор, и псевдо- ожижают газом-носителем, предварительно нагретым до 1400°С (нагрев 12). Последний состоит аналогично

5

примеру 2 из кислого отработавшего газа мусоросжигательной установки. В реактор, кроме того, в качестве добавки впрыскивают 5% NH4Cl в пересчете на массу уловленной фильтром пыли. Расход пыли, уловленной фильтром, составляет около 1 г/с, а расход газа-носителя - около 1 дм3,/с относительно нормального состоя; - ния„ Таким образом, в реакторе при температуре 1000°С получается скорость потока около 0,55 м/с, в охладителе 12,5 м/с на входе и около 5 м/с на выходе. Подключенный разделитель выполняют в виде циклона и конструируют и регулируют так, что более крупная фракция разделяется до крупности частиц менее 5 мкм с по меньшей мере 95%-ной степенью разделения .

Пыль исследуют, как и в предыдущих примерах, до и после сепарации. Получают следующий результат

Анализиро- До сепара- После сепаванная ции рации

общая масса,

г10,0 8,4

Содержание

Zn, % 3,3 0,3

Содержание

РЪ, % 0,8 0,1

Содержание

Cd, %0,050,0005

Одновременно пробы пыли, уловленной фильтром, растворяют согласно примеру 1, и полученные при этом растворы исследуют на содержание ио- ов тяжелых металлов:

Тяжелый До сепара- После сепа- металл ции (мг/л рации (мг/л

раствора раствора Zn2+160043

РЬг 130,9

Cd24-370,2

Пример 4. В установке непрерывной эксплуатации обрабатывают уловленную фильтром пыль из мусоросжигательной установки. Реактор состоит из жаропрочной керамики и имеет выполненную также из керамического материала и шлаковаты теплоизоляцию в виде рубашки. Цилиндрическое внутреннее пространство имеет диаметр 200 мм и высоту 800 мм. Охладитель из нержавеющей стали выполняют из трех параллельно включенных цилиндрических труб с внутренним диаметром 25 мм и длиной 1800 мм каждая.

10

398586

В качестве газа-носителя используют азот в количестве 4 дм3/с (в пересчете на нормальное состояние), подогретый до температуры 1300°С для передачи избытка физического тепла на порцию загруженного материала и покрытия всех тепловых потерь. На нагретую предварительно пыль, уловленную фильтром, вводят в реактор в количестве около 1 г/с„ Одновременно вводят коксовый порошок (85% С) в количестве около 0,05 г/с, что составляет 4% С в пересчете на пыль, уловленную фильтром. Выполненный в виде электрофильтра разделитель имеет степень разделения 92% для частиц диаметром менее 3 мкм. Тонкая фракция возвращается в систему циркуляции с помощью рециркуляционного насоса,, Пыль подвергают анализу до и после сепарации:

15

20

25

30

35

0

Пробы пыли, уловленной фильтром, растворяют согласно примеру 1, и полученные растворы исследуют на содержание ионов тяжелых металлов:

Тяжелый металл

5

Zn2+

гъ24До сепарации (мг /л раствора) 1600 13

Cd24

37

II р и м е р 5,

0

5

После сепарации (мг/л раствора) 8

Достоверные сведения отсутствуют То же

В опытной установке по примеру 3 обрабатывают уловленную фильтром пыль из мусоросжигательной установки,

Пыль, уловленную фильтром, непрерывно вводят в реактор и псевдоожижа- ют. В качестве газа-носителя используют азот, предварительно нагретый до 1200°С. Одновременно в реактор в качестве добавки впрыснуто 3 объемных процента СО в пересчете на объем

азота. Таким образом, получают реактивную (восстанавливающую) смесь„ Количество пыли, уловленной фильтром, на объем газа составляет около 150 г/м3, расход уловленной фильтром пыли - около 0,15 г/с, расход газа- носителя - около 1 дм3/с. Средняя скорость потока з реакторе 4 при температуре 1000°С составляет около 0,5 м/с, а средняя скорость потока в охладителе на входе - около 12 м/с, на выходе - около 5 м/с. В качестве разделителя используют циклон.

Пыль исследуют до и после сепарации аналогично предыдущим примерам.

I

Получают следующие значения:

Кроме того, пробы уловленной фильтром пыли, выщелочены насыщенным С0г водным раствором, а щелочные растворы исследуют на содержание ионов тяжелых металлов:

После сепарации (мг/л раствора) 122 4,2 4,1

ПримербоВ опытной установке для непрерывной эксплуатации обрабатывают уловленную электрофильтром золу из мусоросжигательной установки Уловленную фильтром золу сначала псевдоожижают в смесителе азотом (расход около 0,14 дм3/с), а затем загружают в обогреваемую электричеством реактивную печь. При этом псевдоожиженную смесь нагревают до 1100°С и удерживают при этой температуре в течение 3 с„ В этом случае большая часть соединений тяжелых металлов испаряется и переходит в газовую фазу. Затем газ (смесь частиц) проходит через цилиндрический охладитель с внутренним диаметром 10 мм, на внутренней стенке которого конденсируются соединения тяжелых металлов. Охлажденный, содержащий частицы, в значительной степени очищенный от

5

5

соединений тяжелых металлов газовый поток, вводят в фильтр для улавливания пыли, где пыль сепарируется. Анализ дает следующий результат:

Анализиро- До сепара- После сепаванная ции рации

общая масса,

г8,0 6,5

Содержание

Zn, % 3,3 0,07

Содержание

РЪ, % 0,8 0,02

Содержание

Cd, %0,050,001

Пробы пыли, уловленной фильтром, растворяют насыщенной COg водой. При этом получают следующее содержание тяжелых металлов в растворе: Тяжелый До сепара- После сепара- металл ции (мг/л ции (мг/л

раствора) раствора)

1600

13

37

0

45

0,9

0,8

Zn2 РЬ2+ Cd2- Пример7. В небольшой опытной установке подготавливают уловленную фильтром пыль из мусоросжигательной установки. Выполненный из керамического материала реактор имеет форму в виде полого цилиндра с коническим дном. Он снабжен нагревом и теплоизоляцией в виде рубашки Внутренний диаметр составляет 40 мм, вы5 сота 240 мм. Охладитель состоит из двухстенной трубы с внутренним диаметром 6 мм и длиной 1500 мм„ Охладительная рубашка заполнена водой в качестве охлаждающей среды.

0

Порция материала состоит из 100 г

уловленной фильтром пыли, нагретой в реакторе до 1000°С. Одновременно все устройство через трехходовой кран

5 с помощью вакуумного насоса постепенно вакуумируется с падением давления 10 кПа/мин, до конечного давления 1 мПа (около 0,01 бар). Таким образом, этот процесс длился около 10 мин„

0 Порция загруженного материала удерживается в этом состоянии в течение приблизительно 1 ч. При этом соединения тяжелых металлов в значительной степени испаряются при пониженном

, давлении и конденсируются, соответственно, сублимируются в имеющем вытянутую форму охладителе, откуда они после окончания загрузки выгружаются через вакуумплотньй прибор„ Устройство провентилировано, остаток пыли в реакторе спущен вниз, и последний загружают следующей порцией„

Сверхтонкая пыль, унесенная потоком пара, удерживается в фильтре от вакуумного насоса и периодически нагружается о

Пыль была проанализирована до и после сепарации, причем выявляется следующее:

Анализиро- До сепара- После сепара ванная ции ции общая.масса,

г10,0 8,4

Содержание

Zn, % 3,3 0,4 Содержание

РЪ, % 0,8 0,4 Содержание Cd, % 0,Q5 0,005

Пробы уловленной фильтром пыли растворяют насыщенной С02 водой. Содержание растворов тяжелых металлов следующее:

Тяжелый До сепара- После сепа- металл ции (мг/л рации (мг/л

раствора) раствора) Zn24 1600 87 13 6,4 Cd2+ 37 1,7

П р и м е р 8, Уловленная фильтро пыль из мусоросжигательной установки перед извлечением соединений тяжелых металлов подготовлена механически так, что она разделена на более

крупные и более тонкие фракции. i

Свежий газ-носитель вводят в смеситель с помощью вентилятора Расход составляет около 0,55 дм3/с„ Из бункера для пыли уловленная фильтром пыль была подана в смеситель так, что образовалась суспензия около 100 г пыли на 1 м3. Псевдосжиженная таким образом смесь была транспортирована в холодном состоянии через циклон, где была сепарирована более крупная фракция с диаметром частиц более 5 мкм. Эта фракция составляет около 98% массы всей пыли. Она подана непосредственно в установку для извлечения соединений тяжелых металлов. Проходящая через циклон, перемещаемая газом-носителем пыль составляет еще около 2% массы от первоначального количества пыли и была введена в установку для вторичной переработки. Эта пыль сепарирована в

39858

10

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

фильтре сверхтонной пыли и обработана раздельно.

Уловленная фильтром пыль нагревается в реакторе до температуры испарения извлекаемых соединений тяжелых металлов при существующем парциальном давлении, а образующийся пар чисто термически отделяется от частиц пыли, между тем как смесь охлаждается, а пар путем конденсации, затвердевания, соответственно, сублимации переводится в жидкое или твердое агрегатное состояние. По меньше мере одна часть газа-носителя при способе с псевдоожижением возвращается с помощью газообразной среды в качестве циркулирующего газа в круговом процессе к месту загрузки уловленной фильтром пыли. Газ-носитель предпочтительно нагревается предварительно таким образом, что общий тепловой баланс - независимо от потерь - покрывается его физическим теплом. Таким образом, достигаются высокие коэффициенты теплоотдачи для нагрева порции загружаемого материала.

Режим может вестись принципиально непрерывно или циклично, В последнем случае работа может вестись также циклично без газа-носителя при сильно пониженном парциальном давлении для испаряемых соединений тяжелых металлов или при вакууме. Таким образом, температура испарения может существенно понижаться, процесс испарения ускоряться, а выход соединений тяжелых металлов в конденсате сублимате увеличиваться. В уловленную фильтром пыль в принципе при всех способах в реакторе могут дополнительно вводиться твердые, жидкие или газообразные вещества, тогда как их вводят в саму пыль или примешивают к газу-носителю, или вводят непосредственно в реактор. Эти вещества воздействуют на порцию загруженного материала физически и/или химически, в то, время как они ускоряют испарение соединений тяжелых металлов путем снижения температуры испарения, перевода тяжелых металлов в более летучие субстанции, и т0д.

Предпочтительно добавляются гало- гениды металлов, галогениды аммония или восстановители, преимущественно углерод или окись углерода. Преимущество состоит в том, что уловленная фильтром пыль до извлечения соединений тяжелых металлов в холодном состоянии чисто механически разделяется на более крупную и более тонкую фракции и каждая фракция раздельно перерабатывается вторично. Разделение может происходить механическим, пневматическим или гидравлическим путем с помощью циклонов; электрофильтров, сухих фильтров, скрубберов и т.д. Более крупная фракция поступает в установку для извлечения тяжелых металлов, более тонкая - в установку для концентрации, агломерации, брикетирования и хранения (конечное складирование) и т.д,

Формула изобретения

1. Способ извлечения соединений тяжелых цветных металлов, преимущественно из уловленной фильтром пыли мусоросжигательных установок, установок для обеспыливания дымовых газов и очистки газов, включающий нагрев уловленной фильтром пыли в реакторе до температуры испарения подлежащих извлечению соединений тяжелых цветных металлов, охлаждение полученных парообразных соединений в охладителе, перевод их в жидкое или твердое состояние, затвердевание и/ /или сублимации и последующую выгрузку, отличающийся тем, что,

o

5

0

5

0

с целью более полного удаления тяжелых цветных металлов, тонкие частицы пыли с крупностью менее 5 мкм, отделенные механическим, или гидравлическим, или пневматическим путем или фильтрацией, перед испарением соединений тяжелых цветных металлов отделяют от уловленной фильтром пыли, а остальную уловленную фильтром пыль подают к реактору.

2„ Способ поп.1, о т л и ч а ю - -щ и и с я тем, что к нагретой уловленной фильтром пыли подводят в противотоке через перфорированное дно в реакторе свежий газ-носитель, нагретый перед прохождением через перфорированное дно до 1100 - 1400°С, причем часть газа-носителя в качестве циркулирующего газа смешивают со свежим газом-носителем перед нагревом. /

3.Способ по п.2, отличающийся тем, что свежий газ-носи- тель и циркулирующий газ подводят в реактор с образованием выше перфорированного дна слоя псевдоожиженной пыли,

4.Способ по , отличающийся тем, что тонкую пыль из охладителя путем разрежения противотоком к конденсирующимся соединениям тяжелых цветных металлов отсасывают и отделяют фильтрациейо

Изобретение может быть использовано при извлечении соединений тяжелых цветных металлов из пылей от сжигания мусора. Сущность изобретения заключается в том, что пыль, уловленная фильтром, нагревается в реакторе до температуры испарения и образовавшиеся пары тяжелых металлов в охладителе охлаждаются, конденсируются (сублимируются) и отводятся. Используют газ-носитель, соответственно циркулирующий газ для псевдоожижения уловленной фильтром пыли или вакуумный насос для испарения соединений тяжелых металлов при пониженном давлении. Используют добавки, способствующие испарению или переводу тяжелых металлов в более летучие соединения. Используют непрерывно или грэе- рывно работающие установки Перед извлечением соединений тяжелых металлов сверхтонкую пыль сепарируют предпочтительным способом и отдельно обрабатывают повторно 3 з.п. ф-лы i Ё