Способ извлечения соединений тяжелых цветных металлов

(19) (11)3) С 12 Н КОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР БРЕТЕН ЕНТУ обст и Изобретен енствованиюединении е относится в Рниюномес металлов.ю изобретения яв удаление тяжелых тяжелых Цельулучшени рабатываемь ств из ком чающейся в тся более етных мевыделения о вредных вещ частиц, пол гания.В части способа из лное оцесс аллов П ри, изобретение кас чения соединения т ос вл ся ои ус ую фил ой усч мическо ееталлов. из мусоросжигок для оочистки уловл тельн ильт станов ып спыливания дымовых шетом форму тавля установ газов и ния, ра ов путем испареоследующей конце ен ОПИСАНИЕ(46) 07.06,92. Бюл. )Ф 21 (71) ББЦ Браун Бовери АГ (СН)(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение может быть испол зовано при изВлечении соединений т желых цветных металлов из пылей от сжигания мусора. Сущность изобрете 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, спос вующие 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 сублимаци и м е р 1. В небольшой опытановке обрабатывают уловленьтром пьль из мусоросжигательановки. Выполненный из кераФго материала, снабженный рееактор имеет цилиндрическую Его внутренний диаметр сос мм, его высота (внутри,31739858 4 цилиндрическая часть) 200 мм. Охладитель состоит из двухстенной трубы. ной фильтром пыли и в течение 3 ч из нержавеющей стали с внутреннимоподдерживают при температуре 1000 С, диаметром 10 мм и длиной 1000 мм.5 В качестве газа-носителя вместо азоЧерез охлаждающую рубашку проходитвода в качестве охлаждающей среды.Уловленная фильтром пыль содержитследующие металлы, %: Са 11,5; Сц009 Еп 33; РЬ 08; Сй 005; Бп0,34; ЬЬ 0,16; Ва 0,34.В реактор загружают 10 г уловленной Фильтром пыли и производят нагрев до 1000 С. При этой температурепыль псевдоожижена с помощью потокаазота в качестве газа-носителя иподдерживается в кипящем слое вовзвешенном состоянии. Соединения тяжелых металлов в реакторе значительной частью испаряются и непрерывноконденсируются в охладителе. Приэтом осажденные соли металлов лишьслегка загрязняются увлеченными га -зовым потоком сверхтонкими частицами.Через 1 ч процесс закончен, и реактор охлажден.Уловленную фильтром пыль подвергают анализу до и после термическойсепарации соединений тяжелых металлов. При этом получают следующее;30До сепара- После сепации рацииОбщая масс, г 10,0 8,0СодержаниеКп, % 0,335СодержаниеРЬ, %СодержаниеСй,В реактор загружают 1000 г уловлента используют кислый отработанный газ мусоросжигательной установки. лаждают, а остаток исследуют. Получают следующий результат: Аналиэированная До сепара- Послеции сепарации8,2 общая масса, г 10,0СодержаниеЕп, % 3,3 0,02 СодержаниеРЬ, % 0,3 СодержаниеСс 1, % . 0,05 0,003Кроме 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 0,005 0,03 Тяжелый Кроме .того, пробы уловленной фильт- ф 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 рациираствора) (мгл раст"воР ) 50 Щп 2+ 100 63 РЬ 2+ 13 7,8 Со 37 2,4П р и м е р 2. В опытной .установке обрабатывают уловленную фильтром пьц 1 ь 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 парациираствора) (мг/лраствора) 2,п 2+ 1600 1,3 РЬ 2+13 2 .СЙ 2+ 37 (1Отсюда следует, что за счет применения химически активного газа вместо инертного азота получают .лучший результат извлечения тяжелых металлов из пыли, уловленной фильтром.П р и м е р 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, непрерывно вводят в реактор, и псевдоожнжают газом-носителем, предварительно нагретым до 1400 С (нагрев 12). Последний состоит аналогично. 1739858 После сепарации До сепарации цииАнализиро 25 ваннаясепа- общая массаиСодержание2 пСодержаниеСодержаниеСй,После До сепарации 10,0 9,1 3,3 10,0 0,1 0,8 О, 005 0,8 0,05.Достоверные сведения от 35 сутствуют примеру 2 из кислого отработавшего газа мусоросжигательной установки. В реактор, кроме того, в качестве добавки впрыскивают 5 ИН С 1 в пересчете на массу уловленной фильтром пьши. Расход пыли, уловленной фильтром, .составляет около 1 г/с, а расход газа-носителя - около 1 дм,/с относительно нормального состоя, - ния, Таким образом, в реакторе при температуре 1000 С получается скосрость 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 сепара Получают следующий результат,Анализированная рации общая масса,8,4 Содержание2 п 3,3 0,3 СодержаниеРЪ,0,1 СодержаниеСй 0,05 0,0005Одновременно 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/лраствора . раствора Еп+ 1600 43 РЬ+ 13 . 0,9СсРф 37 0,2П р и м е р 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 дмэ /с (впересчете на нормальное состояние),подогретый до температуры 1300 С дляпередачи избытка физического теплана порцию загруженного материала ипокрытия всех тепловых потерь. Нанагретую предварительно пыль, уловленную фильтром, вводят в реактор вколичестве около 1 г/с. Одновременновводят коксовый порошок (85% С) вколичестве около 0,05 г/с, что составляет 4 С в пересчете на пыль, 15 уловленную фильтром. Выполненный ввиде злектрофипьтра разделитель имеетстепень разделения 923 для частицдиаметром менее 3 мкм. Тонкая фракция возвращается в систему циркуля- О ции с помощью рециркуляционного насоса. Пыль подвергают анализу до ипосле сепарации: . Пробы пыли, уловленной фильтром,растворяют согласно примеру 1, иполученные растворы исследуют на содержание ионов тяжелых металлов;Тяжелый До сепара- После сепаметалл ции (мг/л рации (мг/лраствора) раствора)2 п+ 1 600 8 45РЬ 2+ 13 ДостоверныесведенияотсутствуютЯ+ 37 То жеП 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 псевдоожнжают. 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 объем10,0 3,3 азота. Таким образом, получают реактивную (восстанавливающую) смесь. Количество пыпи уловленной фильтром,на объем газа составляет около150 г/мф расход уловленной фильтромпыли - около 0,15 г/с, расход газаносителя " около 1 дм /с. Средняя скорость потока в реакторе 4 при температуре 1000 С составляет околоР 5 м/с а средняя скорость потока вохладителе на входе - около 12 м/с,на выходе - около 5 м/с. В качестверазделителя используют циклон,Пыпь исследуют до и после сепарации аналогично предыдущим примерам.Получают следующие значения:Анализиро- До сепара- После севанная ции парацииобщая масса,и 8,2Содержаниес".п Ж 0,5СодержаниеРЬ, Х 0,8 0,4СодержаниеСй, 7. 0,05, О, 005Кроме того, пробы уловленнойФильтром пыли, выщелочены насыщеннымСО водным раствором, а щелочныерастворы исследуют на содержание ионов тяжелых металлов:Тяжелый До сепара- После сепараметалл ции (мг/л ции (мг/лраствора) раствора)Еп+ 1600 122РЬ 13 4,2С,12+ 37 4,1П р и м е р 6. В опытной установке для непрерывной эксплуатации обрабатывают уловленную электрофильтромзолу из мусоросжигательной установки.Уловленную фильтром золу сначалапсевдоожижают в смесителе азотом(расход около О, 14 дм/с), а затемзагружают в обогреваемую электричеством реактивную печь. При этомпсевдоожиженную смесь нагревают до1100 С и удерживают при этой температуре в течение 3 с. В этом случаебольшая часть соединений тяжелых ме"таллов 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 от40 3,3 0,02 50 5 5 10 15 Ю 25 30 35 соединений тяжелых металлов газовыйпоток, вводят в фильтр для улавливания пыли где пыль сепарируется.Анализ дает следующий результат:Анализиро- До сепара- После сепаванная ции рацииобщая масса,г 8,0 6,5Содержание2 П Е 0,07СодержаниеРЬ, Е 0,8СодержаниеСс 1 Е О, 05 О, 001Пробы пыли, уловленной фильтром,растворяют насыщенной СО, водой. Приэтом получают следующее содержаниетяжелых металлов в растворе;Тяжелый До сепара- После сепараметалл ции (мг/л ции (мг/лраствора) раствора)Еп+ 1600 45РУ+ 13 . 09СД 2+ 37 0,8П р и м е р 7. В небольшой опытной установке подготавливают уловленную фильтром пыль из мусоросжига"тельной установки. Выполйенный изкерамического материала реактор имеетФорму в виде полого цилиндра с коническим дном. Он снабжен нагревом итеплоизоляцией в виде рубашки, Внутренний диаметр составляет 40 мм, вы-.сота 240 мм. Охладитель состоит издвухстенной трубы с внутренним диаметром 6 мм и .длиной 1500 мм. Охладительная рубашка заполнена водой вкачестве охлаждающей среды. Порция материала состоит из 100 г уловленной фильтром пыли, нагретой в реакторе до 1000 С, Одновременно все устройство через трехходовой кран с помощью вакуумного насоса постепенно вакуумируется с падением давления10 кПа/мин, до конечного давления1 мПа (около 0,01 бар). Таким образом, этот процесс длился около 10 мин. Порция загруженного материала удерживается в этом состоянии в течениеприблизительно 1 ч. При этом соединения тяжелых металлов. в значительнойстепени испаряются при пониженномдавлении и конденсируются, соответственно, сублимируются в имеющем вытянутую Форму охладителе, откуда онипосле окончания загрузки вьп ружаютсячерез вакуумплотный прибор. Устройст3,3 0,4 Тяжелыйметалл До сепарации (мг/лраствора)1 бОО1337 После сепарации (мг/л раствора) 876,41,7 пг+, РЬг+ С г П р и м е р 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: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 мг . 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, пере" мещаемая газом-носителем пыпь составляет еще около 2% массы от первоначального количества пыли и была введена в установку для вторичной переработки, Эта пыль сепарирована в 917во провентилировано, остаток пыли вреакторе спущен вниз, и последнийзагружают следующей порцией,Сверхтонкая пыль, унесенная потоком пара, удерживается в фильтре отвакуумного насоса н периодически нагружается.Пыль была проанализирована до ипосле сепарации, причем выявляетсяследующее:Анализиро- До сепара- После сепараванная ции цииобщая, масса,г 10,0 8,4СодержаниеЕп,0,4СодржаниеРЬ,. 0,8Содержание.Сй, % О 05 . 0 005Пробы уловленной фильтром пылирастворяют насыщенной СО водой. Содержание растворов тяжелых металловследующее: 39858фильтре сверхтонной пыли и обработана раздельно.Уловленная фильтром пыль нагревается в реакторе до температуры5испарения извлекаемых соединений тяжелых металлов при существующем парциальном давлении, а образующийся парчисто термически отделяется от частицпыли, между тем как смесь охлаждается, а пар путем конденсации, затвердевания, соответственно, сублимациипереводится в жидкое или твердое аг-регатное состояние, По меньше мере 5одна часть газа-носителя при способес псевдоожижением возвращается с помощью газообразной среды в качествециркулирукщего газа в круговом процессе к месту загрузки уловленнойфильтром пыли. Газ-носитель предпочтительно нагревается. предварительнотаким образом, что общий тепловойбаланс - независимо от потерь - покрывается его физическим теплом. Таким образом, достигаются высокие коэффициенты теплоотдачи для нагревапорции загружаемого материала.Режим может вестись принципиальнонепрерывно или циклично. В последнемслучае работа может вестись такжециклично без газа-носителя при сильно пониженном парциальном давлениидля испаряемых соединений тяжелыхметаллов или при вакууме. Таким образом, температура испарения можетсущественно понижаться, процесс испарения ускоряться, а выход соединений тяжелых металлов в конденсатесублимате увеличиваться, В уловленную фильтром пыпь в принципе при всехспособах в реакторе могут дополнительно вводиться твердые, жидкие илигазообразные вещества, тогда как ихвводят в саму пыль или примешивают 45к газу-носителю, или вводят непосредственно в реактор. Эти веществавоздействуют на порцию загруженногоматериала физически и/или химически,в то, время как они ускоряют испарение соединений тяжелых металловпутем снижения температуры испарения,перевода тяжелых металлов в более летучие субстанции, и т.д.Предпочтительно добавляются галогениды металлов, галогениды аммонияили восстановители, преимущественноуглерод или окись углерода. Преимущество состоит в том, что уловленнаяфильтром пыль до извлечения соединеф о р м у л а изобретения Составитель А. Кальницкий Техред И,Яндык Корректор Л,Патай Редактор М.Бланар Заказ 2113 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 11 17ний тяжелых металлов в холодном сос"тоянйи чисто механически разделяетсяна более крупную и более тонкую фрак"ции и каждая фракция, раздельно перерабатывается вторично. Разделение мо"жет происходить механическим, пневматическим или гидравлическим путем спомощью циклонов; электрофильтров,сухих фильтров, скрубберов и т.д. Бо"лее крупная фракция поступаетв установку. для извлечения тяжелых металлов, более тонкая - в установку дляконцентрации, 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 обеспьщнвания 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,39858 12с целью более полного удаления тяжелых цветньх металлов, тонкие частицыпыли с крупностью менее 5 мкм, отделенные механическим, или гидравлический, или пневматическим путем илифильтрацией, перед испарением соединений тяжелых цветных металлов отде.ляют от уловленной фильтром пыли, а 1 О остальную уловленную фильтром пыльподают к реактору.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю-,щ и й с я тем, что к нагретой уловленной фильтром пыпи подводят в про .тивотоке через перфорированное дно вреакторе свежий газ-носитель, нагретый перед прохождением через перфорированное дно до 1100 - 1400 С, причем часть газа-носителя в качестве О циркулирукщего газа смешивают со свежим газом-носителем перед нагревом.с3. Способ по п.2, о т л и ч а ю "щ и й с я тем, что свежий гаэ-носитель и циркулирукщий гаэ подводят вреактор с образованием вьппе перфорированного дна слоя псевдоожиженнойпыли.4, Способ по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что тонкую пыль иэохладителя путем разрежения противотоком к конденсирукщимся соединениямтяжелых цветных металлов отсасываюти отделяют фильтрацией.