CN103060570B - 一种污泥有价成分的提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜污泥有价成分的提取方法，该方法利用真空蒸馏技术、真空二次蒸馏、高温氧化焙烧、砷的提取和粗锑精炼，实现砷及砷氧化物及其它易挥发性金属的分离与提取，实现有价金属的回收以及降低污泥中有害成分含量的目的，该工艺简单、设备投入少，砷和锑不经氧化还原直接提取回收，达到了降低了污泥中的有害元素含量的目的，进而降低污泥的浸出毒性或固化成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶金危险固体废弃物综合利用技术，是一种铜污泥有价成分提取技术，属于资源综合利用与危险废弃物无害化处置领域。
技术背景
铜火法冶炼过程中产生大量酸性废水，这类废水的处理目前通常采用石灰中和沉淀处理，使重金属以氢氧化物的形式沉淀析出，产生大量含Cu、Sn、Zn、As的混合污泥。这些污泥其主要成分为石膏，但富含砷及其他重金属，若任其随意堆放，会对环境造成严重的危害。由于污泥成分复杂且含有多种有毒有害物质，长期堆放不仅侵占土地，而且会严重地污染地下水、土壤和农田，影响人体健康和生态环境。该污泥含有多种有毒有害物质，必须经无害化处置，以达到防治污染目的。
由于此类铜污泥中含有大量的有价成分，如As、Zn、Cu、Ag、Sb、Se等，如果能有效的回收其中有价成分，不仅避免了资源浪费，更重要的是可以降低污泥中有害成分的含量，减少对环境的污染。
与传统的湿法浸出相比，不需要进行多次的固液分离，减少了污泥的处理过程。与传统的直接高温焙烧相比，提高了砷及其它易挥发元素的收得率，节约成本。与传统的污泥直接固化技术相比，提高了污泥利用率回收了有价金属，节约成本，降低了污泥固化成本和减少污泥对环境的危害。
鉴于以上原因，本发明提出一种回收铜污泥中砷及易挥发的有价金属，实现污泥综合利用新方法。
发明内容
本方法提出一种铜污泥有价成分的提取方法，以铜火法冶炼产生的污泥为主要原料，利用真空技术实现砷及砷氧化物及其他易挥发性金属的分离与提取，达到降低铜污泥中有害成分含量的目的，进而降低铜污泥的浸出毒性或固化成本。
该发明包括以下几个步骤：
（1）对污泥进行脱水预处理，在100℃~150℃下烘干处理12小时，脱除其中水分，预处理后将样品进行研磨处理，控制物料粒度为0.45~1.0mm左右；
（2）将预处理过样品与一定量的还原剂（煤粉、焦炭等）进行充分混合，其中还原剂的添加量控制在5~10%的范围内；充分混合后的物料放入真空炉内，同时将炉子抽真空；控制真空炉残压6.67~26.7Pa范围内，温度控制在（800~1200℃）范围内，进行真空高温处理20 ~60min时间；
（3）随着真空炉温度与真空度的升高，通过还原或分解反应污泥中的As、Sb等易挥发性成分挥发出来，并且以冷凝的方式进行收集得到一次精馏产物，一次精馏产物中主要是砷、锑的混合物，含有少量的Pb、Zn等少量易挥发的杂质及焙烧产生的灰尘，将含有砷、锑的一次精馏产物重新放入真空炉中进行二次精馏可进一步提高其中有价成分含量，蒸馏温度为400-800℃，真空炉残压5.33~66.7Pa下蒸馏30-50min，冷凝收集挥发性得到含砷、锑的合金，合金的收得率在95%以上；
（4）将上述收集As、Sb合金采用常规锑精炼方法进行砷和锑的回收，在砷、锑合金精炼时砷优先蒸发，精炼是在500~700℃时，残压40Pa下处理30~60min，分别回收得到砷和锑，其中在合金精炼中加入还原剂，还原剂的添加量为物料质量的5~10%；
（5）将第一次蒸馏产生的残留物料与第二次蒸馏的残留物料放在一起，放入焙烧炉，通入O2进行氧化焙烧，焙烧温度在500~850℃，焙烧时间60~120min，收集As2O3气体，防止污染环境，将焙烧后的物料进行固化处理。
本发明中还原剂为煤粉、焦炭。
本发明中处理的污泥为铜火法冶炼过程中用烟气制酸后产生的废水，废水经废水处理站后产生的含高砷及其它重金属污泥，一般统称为铜污泥。
本发明中固化处理是采用常规方法，利用物理-化学方法将焙烧后的污泥掺合并包容在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程；或者是将焙烧后的污泥用惰性材料加以包容的过程。处理后的污泥中含有大量的重金属元素，为了防止重金属元素对环境产生二次污染，必须对污泥进行固化处理。
本发明的优点：
与传统的对污泥直接固化处理相比，可以有效的回收As、Sb等有价元素，提高了资源的利用率，防止砷等有害元素进入大气环境，给周边环境带来污染。
本发明与以往的直接焙烧污泥脱砷相比，通过一次蒸馏和二次蒸馏更好的保证了对砷、锑的回收效果，而且可以不用额外的再加入熟石灰来防止煅烧过的污泥中的砷的浸出。
本发明与湿法浸出相比，不需要进行多次的固液分离，减少操作的环节，节约成本。
本发明由于采用上述工艺方法，工艺简单，投入设备少，成本低，提取过程不产生污染，为处理污泥的一种新工艺。
通过本发明方法可以将有价成分中砷锑的回收率提高到98%以上、锑的回收率提高到95%以上。
附图说明
图1是本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
实施例1：本污泥有价成分的提取方法，具体内容如下：
本实施例使用的是炼铜厂废水处理后产生的污泥，其组分见表1：
表1 ：某炼铜厂废水处理后的污泥成分
| 元素 | As | Sb | Zn | C | O | Ca | Pb |
| 含量% | 16 | 6.5 | 4 | 5.5 | 24 | 42 | 2 |
1、对20g污泥进行脱水预处理，在100℃下烘干处理15小时，干燥后样品进行研磨，研磨后物料粒度为1.0mm；
2、将预处理后物料与还原剂煤粉混合，加入物料质量5%的煤粉，混匀后物料放入真空炉中，真空炉残压为6.67Pa，在800℃下进行真空高温精馏处理60min，然后将反应污泥中挥发出来的易挥发性成分以冷凝的方式进行收集，得到一次精馏产物含As、Sb的混合物6g；
3、将含有As、Sb的一次精馏产物再放入真空炉中进行真空重蒸馏，蒸馏温度400℃，真空炉残压40Pa下蒸馏40min，冷凝收集挥发性成分，得到含As、Sb的合金4.46g；
4、将上述冷凝收集As、Sb的合金进行锑精炼回收砷、锑，在砷、锑合金蒸馏时砷优先蒸发，锑精炼是在500℃时，残压40Pa下蒸发30min，分别回收得到砷3.15g，锑1.24g；砷的回收率为98.4%，锑的回收率是95.4%；
5、将第一次精馏产生的残留物料与第二次精馏的残留物料收集在一起，放入焙烧炉，通入O2进行氧化焙烧，焙烧温度为500℃，焙烧时间120min，通过改变物料的结构，使其疏松多孔，同时使残留的砷以挥发性氧化物As2O3形式从污泥中挥发，收集As2O3气体，进而降低污泥的浸出毒性或固化成本，将焙烧后的物料采用常规方法进行固化处理（见图1）。
实施例2：本污泥有价成分的提取方法，具体内容如下：
本实施例中使用的是某炼铜厂废水处理后的污泥，其成分如下表：
表2：某炼铜厂废水处理后的污泥成分
| 元素 | As | Sb | Zn | C | O | Ca | Pb |
| 含量% | 18.5 | 7.5 | 3.5 | 6 | 22.5 | 40 | 2 |
1、对20g污泥进行脱水预处理，在120℃下烘干处理12小时，干燥后样品进行研磨，研磨后物料粒度为0.8mm；
2、将预处理后物料与还原剂煤粉混合，加入物料质量10%的煤粉，混匀后物料放入真空炉中，真空炉残压为26.7Pa，在1000℃下进行真空高温精馏处理40min，然后将反应污泥中挥发出来的易挥发性成分以冷凝的方式进行收集，得到一次精馏产物含As、Sb的混合物6.5g；
3、将含有As、Sb的一次精馏产物再放入真空炉中进行真空重蒸馏，蒸馏温度800℃，真空炉残压66.7Pa下蒸馏30min，最终得到含As、Sb的冷凝物5.14g；
4、将上述冷凝收集As、Sb的合金进行锑精炼回收砷、锑，在砷、锑,合金蒸馏时砷优先蒸发，锑精炼是在700℃时，残压40Pa下蒸发60min，分别回收得到砷3.66g，锑1.46g；砷的回收率为98.9%，锑的回收率是97.3%；
5、将第一次精馏产生的残留物料与第二次精馏的残留物料收集在一起，放入焙烧炉，通入O2进行氧化焙烧，焙烧温度为850℃，焙烧时间60min，同时收集As2O3气体，将焙烧后的物料采用常规方法进行固化处理。
实施例3：本污泥有价成分的提取方法，具体内容如下：
本实施例中使用的是某炼铜厂废水处理后的污泥，其成分如下表：
表3：某炼铜厂废水处理后的污泥成分
| 元素 | As | Sb | Zn | C | O | Ca | Pb |
| 含量% | 17 | 6.5 | 3.5 | 8 | 21 | 41 | 3 |
1、对20g污泥进行脱水预处理，在120℃下烘干处理12小时，干燥后样品进行研磨，研磨后物料粒度为0.45mm；
2、将预处理后物料与还原剂煤粉混合，加入物料质量18%的焦炭，混匀后物料放入真空炉中，真空炉残压为7Pa，在1200℃下进行真空高温精馏处理20min，然后将反应污泥中挥发出来的易挥发性成分以冷凝的方式进行收集，得到一次精馏产物含As、Sb的混合物5.8g；
3、将含有As、Sb的一次精馏产物再放入真空炉中进行真空重蒸馏，蒸馏温度650℃，真空炉残压6Pa下蒸馏50min，最终得到含As、Sb的冷凝物4.67g；
4、将上述冷凝收集As、Sb合金进行锑精炼回收砷、锑，在砷、锑合金蒸馏时砷优先蒸发，锑精炼是在500℃时，残压40Pa下蒸发40min，分别回收得到砷3.38g，锑1.26g；砷的回收率为99.4%，锑的回收率是96.9%；
5、将第一次精馏产生的残留物料与第二次精馏的残留物料收集在一起，放入焙烧炉，通入O2进行氧化焙烧，焙烧温度为600℃，焙烧时间100min，同时收集As2O3气体，将焙烧后的物料采用常规方法进行固化处理。
Claims (2)
1.一种铜污泥有价成分的提取方法，其特征在于按如下步骤进行：
（1）污泥的预处理：对铜污泥进行脱水预处理，在100~150℃下烘干处理12小时，干燥后样品进行研磨，研磨后物料粒度为0.45~1.0mm；
（2）将预处理后物料与还原剂混合，混匀后物料放入真空炉中，真空炉残压为6.67~26.7Pa，在800~1200℃下进行真空高温精馏处理20~60min，然后将反应污泥中挥发出来的易挥发性成分以冷凝的方式进行收集，得到一次精馏产物，将含有砷、锑的一次精馏产物再放入真空炉中进行真空重蒸馏，蒸馏温度为400~800℃，真空炉残压5.33~66.7Pa下蒸馏30~50min，冷凝收集挥发份，得到含砷、锑的合金，其中还原剂的添加量为预处理后物料质量的5~10%；
（3）将收集的砷、锑合金采用常规锑精炼方法进行砷和锑的回收，锑精炼是在500~700℃、残压40Pa下处理30~60min，分别得到砷和锑，其中在合金精炼中加入还原剂，还原剂的添加量为含砷、锑合金物料质量的5~10%；
（4）将第一次精馏产生的残留物料与第二次精馏的残留物料收集在一起，放入焙烧炉，通入O2进行氧化焙烧，焙烧温度为500~850℃，焙烧时间60~120min，同时收集As2O3气体，将焙烧后的物料进行固化处理；
其中所述铜污泥为铜火法冶炼过程中用烟气制酸后产生的废水，废水经废水处理站后产生的含高砷及其它重金属污泥。
2.根据权利要求1所述的铜污泥有价成分的提取方法，其特征在于：还原剂为煤粉、焦炭。
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