Способ извлечения соединений тяжелых цветных металлов

 

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 грэерывно работающие установки Перед извлечением соединений тяжелых металлов сверхтонкую пыль сепарируют предпочтительным способом и отдельно обрабатывают повторно 3 з.п. ф-лы i Ё

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (») Л.й.Л 2И.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

О (21) 4356213/02 (22) 14.07.88 (31) 2677/87 (32) 15.07.87 (33) СН (46) 07.06.92. Бюл. )Ф 21 (71) ББЦ Браун Бовери АГ (СН) (72) Гернот Гесингер (AT), Манфред

Йозеф Мирбах, Иоахим Иохум и Кристиан Викерт (DE) (53) 66.094.403(088.8) (56) Патент СНА Р 4673431, кл. С 22 В 7/02, 1987. (54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ

ТЯЖЕЛЫХ ЦВЕТ НЫХ I IETAJIJIOB (57) Изобретение может быть использовано при изВлечении соединений тя желых цветных металлов из пылей от сжигания мусора. Сущность изобретения

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 конден2 заключается в том, что пыпь, 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 вакуумнйй насос для испарения соединений. тяжелых металлов при пониженном давлении. Используют добавки, способствующие испарению или переводу тяжелых металлов в более летучие соедине" ния. Используют непрерывно или пре, рывно работающие установки. Перед извлечением соединений тяжелых металлов сверхтонкую пыль сепарируют предпочтительным способом и отдельно обрабатывают повторно. 3 з.п. ф-лы. сации и/или сублимации соединений О тяжелых металлов. 00

Целью изобретения является более (Я полное удаление тяжелых цветных ме- Я) таллов.

Пример 1. В небольшой опытной установке обрабатывают уловлен-! см ную фильтром пыль из мусоросжигательной установки. Выполненный из кераФ мического материала, снабженный решетом реактор имеет цилиндрическую форму. Его внутренний диаметр составляет 50 мм, его высота (внутри, 3

1739858 4 цилиндрическая часть) 200 мм. Охладитель состоит из двухстенной трубы . ной фильтром пыли и в течение 3 ч из нержавеющей стали с внутренним о поддерживают при температуре 1000 C. диаметром 10 мм и длиной 1000 мм.

5 В качестве газа-носителя вместо азоЧерез охлаждающую рубашку проходит вода в качестве охлаждающей среды.

Уловленная фильтром пыль содержит следующие металлы, %: Са 11,5; Си

009; Zn 33; РЬ 08; Cd 005; $п

0,34; Sb 0,16; Ва 0,34.

В реактор загружают 10 r уловленной фильтром пыли и производят нагрев pо 1000 С. При этой температуре. пыль псевдоожижена с помощью потока азота в качестве газа-носителя и

Ф 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 газовым 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 сепации рации

Общая масс, г 10,0 8,0

Содержание

Zn % 6,3

Содержание

Pb, %

Содержание

Cd, В реактор загружают 1000 г уловлента используют кислый отработанный га3 мусоросжигательной установки. лаждают, а остаток исследуют. Получают следующий результат:

Анализированная До сепара- После

: ции сепарации

8,2 общая масса, г 10,0

Содержание

Zn, % 3 3 0,02

Содержание

Pby % 0,3

Содержание

Cd, % . 0 05 0,003

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

0,8

3,3

0,8 0,4

О, 005

0,03

Тяжелый

Кроме .того, пробы уловленной фильт- 0 ром пыли растворяют до и после термической сепарации насыщенной СО водой, и при этом полученные растворы исследуют на содержание ионов. тяжелык металлов: 45

До сепара- После сепаметалл ции (мг/л рации раствора) (мг/л раст50

Zn2t 100 63

Р1,2+ 13 7,8

С0 37 2,4

Пример 2. В опытной .установке обрабатывают уловленную фильтром пыпь из мусоросжигательной установки подобно примеру 1. Установка смонтирована подобно установке в примере 1, но отли" чается большими размерами., Тяжелый До сепара-. После семеталл ции .(мг/л парации раствора) (мг/л раствора)

Zn2+ 1600 1,3

Pb + 13 2 .

CcV+ 37 (1

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

Пример 3. В опытной установке для непрерывной эксплуатации подготавливают уловленную фильтром пыль из мусоросжигательной установки. Реактор выполнен из огнеупорного керамического материала и имеет кожухообразную теплоизоляцию, также выполненную из керамического материала и стеклянного войлока. Цилиндрическое внутреннее пространство имеет диаметр 100 мм и высоту 500 мм.

Охладитель, снабженный охлаждающей рубашкой, через которую проходит вода, имеет цилиндрическую форму и при внутреннем диаметре 20 мм имеет высоту 1600 мм.

Пыль, уловленную фильтром, не" прерывно вводят в реаКтор, и псевдоожнжают газом-носителем, предварительно нагретым до 1400 С (нагрев

12). Последний состоит аналогично. 1739858

После сепарации

До сепарации ции

Анализиро25 сепа- Общая масса,, г

Содержание

Zn, .

Содержание

30 Pb

Содержание

Cd, Посл е

ДО СЕПарации

10,0

9,1

3,3

10,0

0,1

0,8

О, 005

0,8

0,05.Достоверные сведения от35 сутствуют примеру 2 из кислого отработавшего газа мусоросжигательной установки.

В реактор, кроме того, в качестве добавки впрыскивают 5 NH C1 в пересчете на массу уловленной фильтром пыли. Расход пыли, уловленной фильтром, составляет около 1 r/с, а расход газа-носителя — около 1 дм,/с относительно нормального состоя,— ния. Таким образом, в реакторе при температуре 1000 С получается скоо рость 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 95Х-ной степенью разделения.

Пыль исследуют, как и в предыдущих примерах, до и после сепара

Получают следующий результат.

Анализированная рации

Общая масса, 1 8,4

Содержание

Zn 3,3 0,3

Содержание

Pb, 0,1

Содержание

Cd . О, 05 0,0005

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

Тяжелый До сепара- После сепаметалл . ции (мг/л рации (мг/л раствора . раствора

Zn2+ 1600 43

Pb2+ 13 . 0,9

Cd2+ 37 О 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.

В качестве газа-носителя используют азот в количестве 4 дм /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 r/с, что составляет 4 С в пересчете на пыль, 15 уловленную фильтром. Выполненный в виде злектрофипьтра разделитель имеет степень разделения 92Х для частиц диаметром менее 3 мкм. Тонкая фракция возвращается в систему циркуля20 ции с помощью рециркуляционного насоса. Пыль подвергают анализу до и после сепарации: .

Пробы пыли, уловленной фильтром, растворяют согласно примеру 1, и полученные растворы исследуют на со40 держание иОнОВ тяжелых металлОВ

Тяжелый До сепара- После сепаметалл ции (мг/л рации (мг/л раствора) раствора)

Zn2+ 1 600 8

РЬ2+ 1 3 Достоверные сведения отсутствуют . Cd2+ 37 То же

П р и и е р 5. В опытной установке по примеру 3 обрабатывают уловленную фильтром пыль из мусоросжигательной установки.

Пыль, уловленную фильтром, непрерывно вводят в реактор и псевдоожнжа5 5 ют. В качестве газа-носителя испо1тьзуют азот, предварительно нагретый до 1200 С. Одновременно в реактор в качестве добавки впрыснуто 3 Объемных процента CO в пересчетЕ на объем

1739858

10,0

3,3 азота. Таким образом, получают реактивную {восстанавливающую) смесь. Количество пыли, уловленной фильтром, на объем газа составляет около

150 г/м, расход уловленной фильтром пыли — около 0,15 г/с, расход газаносителя " около 1 дм /с. Средняя скорость потока в реакторе 4 при температуре 1000 С составляет около 0 5 м/с а средняя скорость потока в

У 1 охладителе на входе - около 12 м/с, на выходе — около 5 м/с. В качестве разделителя используют циклон.

Пыпь исследуют до и после сепарации аналогично предыдущим примерам.

Получают следующие значения:

Анализиро- До сепара- После севанная ции парации общая масса, и 8,2

Содержание

Zn 7 0,5

Содержание

Pb» 7 0,8 0,4

Содержание

Cd% Ж 0,05 О, 005

Кроме того, пробы уловленной фильтром пыли, выщелочены насыщенным

СО водным раствором, а щелочные растворы исследуют на содержание ионов тяжелых металлов:

Тяжелый До сепара- После сепараметалл ции (мг/л ции (мг/л раствора) раствора)

Zn + 1600 122

РЬ 13 4,2

С,12+ 37 4,1

Пример 6. В опытной установке для непрерывной эксплуатации обрабатывают уловленную электрофильтром золу из мусоросжигательной установки.

Уловленную фильтром золу сначала псевдоожижают в смесителе азотом (расход около 0, 14 дм /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

0,07

0,8

5

Ю

35 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, г 8,0 6,5

Содержание

Zn, 7. 3 3

Содержание

Pbt X 0,02

Содержание

Cd, 7 0 05 0,001

Пробы пыли, уловленной фильтром, растворяют насыщенной СО водой. При этом получают следующее содержание тяжелых металлов в растворе:

Тяжелый До сепара- После сепараметалл ции (мг/л ции (мг/л раствора) раствора)

Zn + 1600 45 ру+ 13 . 09

Cdz+ 37 0,8

Пример 7. В небольшой опытной установке подготавливают уловленную фильтром пыль из мусоросжигательной установки. Выполйенный 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, вы-. 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.

Порция материала состоит из 100 r уловленной фильтром пыли, нагретой в реакторе до 1000 С. Одновременно все устройство через трехходовой кран с помощью вакуумного насоса постепенно вакуумируется с падением давления

10 кПа/мин, до конечного давления

i мПа (около 0,01 бар). Таким образом, этот процесс длился около 10 мин.

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 вьп ружаются через вакуумплотный прибор. Устройст739858 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 охлаждает!

20

0,8

Тяжелый металл

До сепарации (мг/л раствора)

13

После сепарации (мг/л раствора)

87

6,4

1,7

9

1 во 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.

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

Анализиро- До сепара- После сепараванная ции ции общая, масса, 1 10,0 8,4

Содержание

Zn, % 3,3 0,4

Сод ржание

% 0,4.

Содержание

cd, % 0,05 0,005

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

Zn +, Pb +

СДг+

Свежий газ-носитель вводят в смеситель с помощью вентилятора. Расход составляет около 0,55 дмэ /с. Из бункера для пыли уловленная фильтром пыль была подана в смеситель так, что образовалась суспензия около

100 г пыли на 1 м . 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 пыпь составляет еще около 2% массы от первоначального количества пыли и была введена в установку для вторичной переработки. Эта пыль сепарирована в

Пример 8, Уловленная фильтром пыль из мусоросжигательной установки перед извлечением соединений тяжелых металлов подготовлена механически так, что она разделена на более крупные и более тонкие фракции:

l ся, а пар путем конденсации, затвердевания, соответственно, сублимации переводится в жидкое или твердое аг- регатное состояние. По меньше мере одна часть газа-носителя при способе с псевдоожижением возвращается с помощью газообразной среды в качестве циркулирукщего 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 уловлен40 ную фильтром пыпь 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 испа50 рение соединений тяжелых металлов путем снижения температуры испарения, перевода тяжелых металлов в более летучие субстанции, и т.д.

Предпоч THTesibHo добавляются галогениды металлов, галогениды аммония или восстановители, преимущественно углерод или окись углерода. Преимущество состоит в том, что уловленная фильтром пыль до извлечения соединеФормула и з о б р е т е н и я

Составитель А. Кальницкий

Техред N.Яндык Корректор Л.Патай

Редактор М.Бланар

Заказ 2"13 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

11 17 ний тяжелых металлов в холодном сос" тоянйи чисто механически разделяется на более крупную и более тонкую фрак" ции и каждая фракция, раздельно перерабатывается вторично. Разделение мо" жет происходить механическим, пневматическим или гидравлическим путем с помощью циклонов; электрофильтров, сухих фильтров, скрубберов и т.д. Бо" лее крупная фракция поступает в установку. для извлечения тяжелых металлов, более тонкая - в установку для концентрации, агломерации, брикетирования и хранения (конечное складирование) и т.д.

1. Способ извлечения соединений тяжелых цветных металлов, преимущественно из уловленной фильтром пыли мусоросжигательных установок, установок для обеспьливания дымовых газов и очистки газов, включакщий 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 последукщую выл руз" ку, отличающийся тем, что, 39858 12 с целью более полного удаления тяжелых цвютньх металлов, тонкие частицы пыли с крупностью менее 5 мкм, отделенные механическим, или гидравлиI ческий, или пневматическим путем или фильтрацией, перед испарением соеди:::нений тяжелых цветных металлов отде. ляют от уловленной фильтром пыли, а

10 остальную уловленную фильтром пыль подают к реактору.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю- .шийся тем, что к нагретой уловленной фильтром пыпи подводят в про«

15 .Тивотоке через перфорированное дно в реакторе свежий газ-носитель, нагретый перед прохождением через перфорированное дно до 1100 — 1400 С, причем часть газа-носителя в качестве

20 циркулирукщего газа смешивают со свежим газом-носителем перед нагревом. с

3. Способ по п.2, о т л и ч а юшийся тем, что свежий газ-носи

25 тель и циркулирукщий газ пОдВОдят В реактор с образованием вьппе перфорированного дна слоя псевдоожиженной пыли.

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, чro тонкую пыль иэ охладителя путем разрежения противотоком к конденсирукщимся соединениям тяжелых цветных металлов отсасывают и отделяют фильтрацией.