一种砷碱渣资源化利用设备及其方法技术

一种砷碱渣资源化利用的设备，包括电热还原炉、粉料锁风计喂料装置、喷氨装置、换热器、残氨整理装置、离心风机和储氨装置。所述砷碱渣资源化利用的方法，包括以下步骤：将预热的砷碱渣粉物料送入的电热还原炉内，将氨直接喷吹入炉内物料中进行还原反应，还原反应所得的单质锑从还原炉底部出口放出，得粗锑，残渣从还原炉边部排渣口排出，得碱性渣，喷吹还原升华的单质砷蒸气随引风机牵引的热废气流一起进入冷却器冷凝固化，得粗砷，废气进入残氨整理装置余氨收集循环利用。本发明专利技术工艺流程简单，易于自动化控制，投资较小，处理量大，安全环保；砷碱渣的处理分离彻底，可以将极难妥善处理的砷碱渣作为生产砷、锑、碱的原料。

A Equipment and Method for Resources Utilization of Arsenic-Alkali Slag

【技术实现步骤摘要】
一种砷碱渣资源化利用设备及其方法
本专利技术涉及一种砷碱渣处理设备及方法，具体涉及一种砷碱渣资源化利用设备及其方法。
技术介绍
砷碱渣是火法炼锑的锑精炼除砷过程中所产生的一种含砷酸钠、锑酸钠、碳酸钠的冶炼废渣，因砷酸钠剧毒且易溶于水，极易导致环境污染事件，一直以来难以妥善处理的固体危险废弃物，一定程度上制约了锑冶炼行业的健康发展。对于难以妥善处理的砷碱渣，国内外科技工作者持续地进行了大量的研究和实践，现有砷碱渣处理的各种技术方法大致可概括为固化填埋、湿法处理和火法处理三大类方法。砷碱渣的固化填埋方法包括釆用水泥固化、石灰/钙盐固化、铁盐固化、塑料固化、沥青固化、熔融/玻璃化固化等然后填埋，固化填埋虽然能够在一定程度上、一定时间内实现砷的固定，但这些固化填埋方法都存在固化前后增容比大、后期需要大量土地填埋、且存在长期污染隐患等问题。砷碱渣的湿法处理方法主要是利用砷碱渣中砷酸钠和亚砷酸钠能溶于水，而亚锑酸钠和锑酸钠难溶或不溶于水的性质实现砷锑分离，使砷溶出，然后采用化学沉淀法如砷酸钙沉淀、砷酸铁沉淀、硫化砷沉淀等，或直接结晶砷酸钠与纯碱混合盐的办法进一步处理浸出液。湿法处理方法可概括为：1）砷酸钠混合盐法：用热水浸出破碎砷碱渣物料，分离为含锑浸出渣和溶液，浸出渣烘干后送鼓风炉处理，溶液经完全蒸发干燥后为砷酸钠混合盐（含有砷酸钠、碳酸钠、硫酸钠和少量锑），主要作为玻璃澄清剂。2）钙渣法：将砷碱渣湿式破碎，然后，用热水搅拌浸出，其中的绝大部份砷酸钠和碳酸钠进入溶液，分离为含锑浸出渣和浸出液，浸出渣烘干后送鼓风炉处理，浸出液加消石灰苛化，再分离为钙渣（砷酸钙含碳酸钙）和烧碱溶液。砷的沉淀率虽可达98％，但钙渣中砷在水溶液中仍然达13～126mg/L，在酸性环境下溶解度更大，依然是必须要处理的有毒危险固废，而烧碱溶液经蒸发浓缩后制成液碱或片碱，含砷高达3％左右，返回用作粗锑精炼脱砷剂效果很不理想，造成砷在冶炼系统的循环。3）CO2分离砷碱工艺：采用热水氧化浸出破碎或者湿磨的砷碱渣，分离为浸出液（含碳酸钠、砷酸钠、硫酸钠、硫代锑酸钠等的溶液）、及浸出渣（含锑酸钠、亚锑酸钠和金属锑及其他二氧化硅等脉石矿物的固体物）。然后，用二氧化碳将浸出液中的碳酸钠转化为溶解度较低的碳酸氢钠，分离出结晶的碳酸氢钠（含砷）后，再在溶液中加入脱砷剂沉淀出砷酸钠（含碱）。碳酸氢钠在95℃以上转化为碳酸钠（含砷）回用于锑精炼除砷。4）中和—硫化沉砷：用热水氧化浸溶破碎或湿磨的砷碱渣，分离为（含锑）浸出渣、浸出液，浸出渣干燥返回鼓风炉处理；然后，在含砷酸钠、亚砷酸钠、碳酸钠、硫酸钠等可溶性物质的浸出液中加入大量的酸中和其中的碱，调节溶液至酸性，再加H2S、Na2S等硫化物将溶液中的砷转化为硫化砷沉淀（As2S3）。该方法不但需要消耗大量的酸去中和浸出液中的碱，残液仍含有一定量的砷和大量无机盐。5）砷酸铵金属盐沉淀法：破碎或湿磨砷碱渣氧化水浸后，固液分离为含碳酸钠和砷酸钠的浸出液和含锑浸出渣；然后，浸出液中加入金属铵络合离子溶液及晶体生长促进剂进行反应、陈化、结晶、沉淀，再固液分离出砷酸铵金属盐；再将溶液加热脱铵，再通入二氧化碳反应析出碳酸氢钠晶体，分离出的碳酸氢钠经热分解为碳酸钠回用。显然，现有的湿法处理工艺都需要将砷碱渣溶解于大量的水中，沉淀法分离会产生体积庞大的含砷废液，直接排放会给环境带来巨大污染，需要深度处理才能达到排放标准，处理成本高，能耗高。其中直接结晶砷酸钠和纯碱的办法也是需要蒸发大体积的含砷液，且蒸发过程难以避免的含砷微沫飞溅，操作环境恶劣；加之产出的砷酸钠产品杂质含量偏高，且砷酸钠、硫化砷等产品市场需求受限积压量大，湿法工艺运行总体来说不尽人意。砷碱渣的火法处理的基本工艺是“砷碱渣鼓风炉挥发熔炼+反射炉还原熔炼精炼”法，即将砷碱渣投入锑鼓风炉进行挥发熔炼，同时配入足够的熔剂和焦炭，砷碱渣中的砷、锑一同被氧化以氧化物的形式随高温烟气进入烟气冷却装置，冷却回收的高砷粗三氧化二锑再入反射炉内加入还原剂还原为粗锑，然后再在反射炉内加入纯碱或片碱鼓风反复精炼，得到合格的锑锭。火法处理砷碱渣的优势是处理能力大，生产效率高，可以利用锑冶炼系统的设备。但因原料/返回品含砷高，一则操作环境差，人身安全风险大，二则高砷粗锑反复精炼产生的返回品含砷更高，形成砷的恶性循环，再则要求有完善的、密闭的冷却收尘系统。为此，众多科技工作者进行了深度的开发，新技术的代表性成果有：CN102965517A公开了一种砷碱渣玻璃固化的处理方法，其工艺步骤为：a)将砷碱渣在熔融状态下与碳还原剂反应，使锑酸钠还原为金属锑（具体为将砷碱渣与粉煤、粒煤、焦粉或者焦粒一种或几种混合，在反射炉或者转炉中加热升温至850～1200℃），还原温度为850℃～1200℃，砷以砷酸钠形式存在于渣中；所述碳还原剂的加入量为将锑酸钠还原为金属锑所需碳还原剂理论量的1.2～1.8倍；b)在步骤a)进行还原反应后的含砷渣中加入玻璃熔融剂形成低温玻璃相；c)将上述低温玻璃相在800℃～1300℃下熔制0.5h～2h，烧成后玻璃液直接水淬成碎玻璃块或置于铸锭模内熔铸成玻璃锭；d)将步骤c)处理后碎玻璃块或玻璃锭进行堆存或返回矿坑填埋。”该方法说明书中记载，所得的金属锑中砷含量较高，且熔制的玻璃相中砷酸盐含量高。高砷锑返回精炼存在常规火法处理的麻烦，而低温玻璃相中的砷酸盐虽然短期内浸出率不高，但这种低温玻璃相经不住自然风化易崩解，也经不住微生物和植物根系的侵蚀，存在长期污染隐患；其次，为间隙式热处理工艺，处理量不大，但须填埋处理量未有多大减少，且处理过程中砷升华（砷于615℃直接升华）随烟气挥发也存在较严重的污染风险；再者处理能耗高，潜在污染隐患大。CN104073644B公开了锑火法精炼除铅渣与砷碱渣配比同步还原冶炼方法，包括以下步骤：（1）除铅渣与砷碱渣以重量计，依据除铅渣中磷酸根离子（PO43-）的含量与砷碱渣中钠离子（Na+）的含量，确定除铅渣与砷碱渣的配比，其中，砷碱渣中钠离子与除铅渣中磷酸根离子的质量比为60～80∶90～120；（2）将按步骤（1）配比的除铅渣和砷碱渣混合，加入无烟煤，所加无烟煤为除铅渣与砷碱渣总重量的3～15%，在800～1000℃恒温处理30～60分钟后，冷却至室温，分离锑砷铅合金及磷酸三钠浮渣，即成。说明书记载的反应原理是钠离子（Na+）与磷酸根离子（PO43-）离子间的反应，反应摩尔比为3∶1。该火法处理方法存在的问题是，其一、产物为高含砷的“锑砷铅合金”、和含砷的磷酸三钠有毒浮渣，而成分极不稳定的锑砷铅合金的市场、及含砷的磷酸三钠有毒浮渣的后续处理亦是难题；其二、为典型的间隙式热处理工艺，处理能力较少；其三、处理过程中砷升华（砷于615℃直接升华）随烟气挥发也存在较严重的污染风险；再者处理能耗高，潜在污染隐患大，尤其是含砷的磷酸三钠浮渣极易悄然流入农用肥市场扩散污染。CN108220626A公开了一种砷碱渣还原熔炼处理方法，包括以下具体步骤：1)将砷碱渣与碳质还原剂混合均匀后，置于惰性或还原气氛中，在不超过1atm压强条件下，及≥800℃温度条件下进行还原熔炼，反应时间1～8小时，放渣后得到粗锑和还原渣，收集烟气产物，得金属砷产品；2)所述还原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种砷碱渣资源化利用的设备，其特征在于，包括电热还原炉（1）、粉料锁风计喂料装置（2）、喷氨装置（3）、冷却（换热）器（4）、残氨整理装置（5）、离心风机（6）、储氨装置（7），所述的粉料锁风计喂料装置（2）的出料口与电热还原炉（1）的粉料进口相连，喷氨装置（3）分别与电热还原炉（1）、冷却（换热）器（4）以氨气输送管道相连，冷却（换热）器（4）分别与电热还原炉（1）的排气出口、残氨整理装置（5）的进口以管道相连，残氨整理装置（5）的废气出口与离心风机（6）的进风口相连，储氨装置（7）与冷却（换热）器（4）以液氨输送管道相连。

【技术特征摘要】
1.一种砷碱渣资源化利用的设备，其特征在于，包括电热还原炉（1）、粉料锁风计喂料装置（2）、喷氨装置（3）、冷却（换热）器（4）、残氨整理装置（5）、离心风机（6）、储氨装置（7），所述的粉料锁风计喂料装置（2）的出料口与电热还原炉（1）的粉料进口相连，喷氨装置（3）分别与电热还原炉（1）、冷却（换热）器（4）以氨气输送管道相连，冷却（换热）器（4）分别与电热还原炉（1）的排气出口、残氨整理装置（5）的进口以管道相连，残氨整理装置（5）的废气出口与离心风机（6）的进风口相连，储氨装置（7）与冷却（换热）器（4）以液氨输送管道相连。2.根据权利要求1所述的砷碱渣资源化利用的设备，其特征在于，所述的离心风机分别与冷却（换热）器的废气出口、残氨整理装置的进风口相连。3.一种砷碱渣资源化利用的方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的砷碱渣资源化利用的设备进行回收，包括以下步骤：将预热的砷碱渣粉物料送入的电热还原炉内进行热化学还原，将氨喷吹入炉内物料中进行还原反应，还原反应所得的单质锑从还原炉底部出口放出，得粗锑，残渣从还原炉边部排渣口排出，得碱性渣，喷吹还原升华的单质砷蒸气随离心（引）风机牵引的热废气流一起进入冷却器冷凝固化，得粗砷，废气进入残氨整理装置余氨收...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹小林，
申请(专利权)人：长沙紫宸科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43