用于处理飞灰的设备以及通过所述设备处理飞灰的方法与流程

本发明涉及一种粉煤灰处理设备及一种通过所述设备处理粉煤灰的方法。

背景技术：

稀有金属是指产量低的有用的金属元素。由于分离稀有金属的复杂过程，因此需要大量成本。然而，最近，由于核能、电子工程、太空开发等的利用，作为工业必需材料对稀有金属的需求不断增加。因此，已经努力从各种提取源获得稀有金属。已存在海水、高浓度盐水、深海矿石聚合体聚合物、地下矿石等作为稀有金属的重要提取源。

同时，韩国每年所产生的约9百万吨粉煤灰(灰)具有煤中存在的元素由于材料的性质而浓缩，且例如锂等贵金属和稀有金属等浓缩且含在其中的性质。粉煤灰通常用作制造水泥及例如道路填料等的建筑材料的材料。然而，由于其不可再循环的垃圾填埋量达到每年数百万吨，因此针对发电厂中缺少填埋地的问题需要采取对策，开发新应用技术。

因此由于例如自然资源的元素的较少提取源的韩国条件，对从每年所产生的粉煤灰提取元素的方法的关注增加。当提供上述提取技术时，不仅在经济可行性上而且在用于提供国家级战略材料的方法方面都非常有意义。

同时，煤被用作燃煤发电厂的锅炉的主要材料。已知晓，煤含有约1.0％或更少的硫化物且硫化物的约70％在燃烧过程期间作为废气被排放。当前，尽管在上述燃煤过程中所产生的硫氧化物使用湿法脱硫设备用于制造灰泥等，但用于高附加值经济生产的技术开发是必需的。

与本发明有关的现有技术在韩国专利公开案第2009-0106470号(2009年10月09日发布，标题为：处理粉煤灰的方法及处理系统)中揭示。

技术实现要素：

[技术问题]

本发明的一个方面为提供粉煤灰处理设备，所述粉煤灰处理设备具有将使用煤产生火力发电时所排放的废气再循环的优良效率。

本发明的另一方面为提供能够使用废气产生高质量硫酸的粉煤灰处理设备。

本发明的再一方面为提供具有回收废气中所包括的稀有金属的优良效率的粉煤灰处理设备。

本发明的还一方面为提供通过使用上述粉煤灰处理设备来处理粉煤灰的方法。

[技术解决方案]

本发明的一个方面涉及粉煤灰处理设备。在一个实施例中，粉煤灰处理设备包括：锅炉，其燃烧煤且排放废气及粉煤灰；硫酸产生部件，其从所排放的废气产生硫酸；及稀有金属回收部件，其通过允许所产生的硫酸与所述粉煤灰接触而回收稀有金属。

在一个实施例中，粉煤灰处理设备可进一步包括集尘部件，所述集尘部件连接到锅炉且收集来自所排放废气的灰尘以将废气分离成粉煤灰及包括硫化合物的处理气体。

在一个实施例中，粉煤灰处理设备可进一步包括硫酸存储部件，所述硫酸存储部件连接到硫酸产生部件且存储所产生的硫酸；及第一存储部件，其回收并存储在集尘部件中分离的粉煤灰及来自锅炉的粉煤灰。

在一个实施例中，稀有金属回收部件可包括第一反应部件，其通过允许分别从第一存储部件传送的粉煤灰及硫酸存储部件传送的硫酸彼此接触来产生第一混合物；第一分离部件，第一混合物被传送到所述第一分离部件且经分离成第一沉渣及第一提取物；第一干燥部件，第一沉渣被传送到所述第一干燥部件且进行干燥并产生第一再循环粉煤灰；及浓缩物产生部件，第一提取物被传送到所述浓缩物产生部件且进行干燥并产生稀有金属浓缩物。

在一个实施例中，粉煤灰与硫酸可以约1:0.1到约1:10的重量比彼此接触。

在一个实施例中，稀有金属回收部件可进一步包括：第一粉煤灰存储部件，第一再循环粉煤灰被传送到并存储于所述第一粉煤灰存储部件；及浓缩物存储部件，稀有金属浓缩物被传送到并存储于所述浓缩物存储部件。

在一个实施例中，粉煤灰可包括底灰及飞灰中的一者或多者。

在一个实施例中，粉煤灰处理设备可进一步包括：第二存储部件，其回收并存储粉煤灰；第二反应部件，其通过允许分别从第二存储部件传送的粉煤灰及硫酸存储部件传送的硫酸彼此接触来产生第二混合物；第二分离部件，第二混合物被传送到所述第二分离部件且分离成第二沉渣及第二提取物；及第二干燥部件，第二沉渣被传送到第二干燥部件且进行干燥以产生第二再循环粉煤灰。此处，第二提取物可被传送到浓缩物产生部件且进行干燥。

在一个实施例中，粉煤灰处理设备可进一步包括反应热回收部件，所述反应热回收部件回收在由硫酸产生部件产生硫酸时所产生的反应热。此处，可使用由反应热回收部件回收的反应热作为第一干燥部件、第二干燥部件及浓缩物产生部件的干燥热源。

在一个实施例中，粉煤灰处理设备可进一步包括废热回收部件，所述废热回收部件设置在集尘部件的前端且回收从锅炉排放的废气的废热。此处，可使用由废热回收部件回收的废热作为第一干燥部件、第二干燥部件及浓缩物产生部件的干燥热源。

本发明的另一方面涉及通过粉煤灰处理设备来处理粉煤灰的方法。在一个实施例中，方法包括：通过收集来自从燃煤发电厂的锅炉排放的废气的灰尘将所述废气分离成粉煤灰及包括硫化合物的处理气体；通过处理气体来产生硫酸；通过允许粉煤灰与硫酸接触来产生混合物；从混合物分离沉渣及提取物，及干燥沉渣与提取物中的每一者。

在一个实施例中，粉煤灰可包括底灰及飞灰中的一者或多者。

在一个实施例中，硫酸的产生可包括：通过将含氧气体引入到处理气体来产生第一气体混合物；通过在存在催化剂的情况下加热第一气体混合物来产生第二气体混合物；及允许第二气体混合物与水接触。

在一个实施例中，粉煤灰与硫酸可以约1:0.1到约1:10的重量比彼此接触。

在一个实施例中，可通过干燥沉渣来产生再循环粉煤灰，且可通过干燥提取物来回收稀有金属。

在一个实施例中，可使用在产生硫酸时所产生的反应热来干燥沉渣及提取物。

在一个实施例中，可通过使用废气的废热及锅炉的辅助蒸汽热中的一者或多者来干燥沉渣及提取物。

[有利效果]

在应用通过根据本发明的粉煤灰处理设备来处理粉煤灰的方法时，由于可通过使用含在从燃煤发电厂的锅炉排放的废气中的粉煤灰及硫化合物来产生高质量硫酸且可通过使用硫酸从粉煤灰中回收高纯度再循环粉煤灰及稀有金属，因此在资源回收中提供优良效率及经济可行性，使得能够同时实现污染物处理及高附加值副产物的产生及利用。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的粉煤灰处理设备。

图2是根据本发明的另一个实施例的粉煤灰处理设备。

具体实施方式

[最佳实施例]

在本发明的描述中，在认为众所周知技术或相关技术的组件可能不必要地模糊本发明的本质时将省略对其的某些详细解释。

此外，由于下文将描述的术语为在考虑到本发明中的功能的情况下所定义的术语且可根据用户及操作者的目的、实践等而变化，因此可基于贯穿描述本发明的说明书的内容来确定其定义。

粉煤灰处理设备

本发明的一个方面为提供粉煤灰处理设备。图1是根据本发明的一个实施例的粉煤灰处理设备。参考图1，粉煤灰处理设备1000包括：锅炉101，其通过燃烧煤来排放废气及粉煤灰；硫酸产生部件201，其从所排放的废气产生硫酸；及稀有金属回收部件(图未示)，其允许所产生的硫酸与粉煤灰接触以回收稀有金属。

废气可包括稀有金属、灰(粉煤灰)以及硫化合物。此外，稀有金属可包括稀土金属和有机金属。在实施例中，硫化合物可包括硫(s)、硫化氢(h2s)、二氧化硫(so2)等。

在一个实施例中，粉煤灰可包括底灰及飞灰中的一者或多者。

在一个实施例中，粉煤灰处理设备1000可进一步包括集尘部件102，所述集尘部件连接到锅炉101以通过收集来自所排放废气的灰尘来将其分离成粉煤灰以及包括硫化合物的处理气体。

在一个实施例中，由锅炉排放的废气可通过预热器(图未示)加热且可流动到集尘部件102中。在加热废气时，集尘部件102的集尘效率及硫酸产生过程的效率可为优良的。

可包括集尘部件102以通过收集来自从锅炉101排放的废气的灰尘来将所述废气分离成粉煤灰及包括硫化合物的处理气体。集尘部件102可包括一般集尘装置。例如，可使用电集尘器(ep)。

在一个实施例中，由集尘部件102分离的粉煤灰可能为飞灰。

在一个实施例中，粉煤灰处理设备1000可进一步包括硫酸存储部件202，其连接到硫酸产生部件201以存储所产生硫酸；以及第一存储部件301，其回收并存储由集尘部件102及锅炉101分离的粉煤灰。

在一个实施例中，由集尘部件102分离的处理气体可流动到硫酸产生部件201中以产生硫酸h2so4，可将所述硫酸传送到并存储于硫酸存储部件202中。在一个实施例中，在集尘部件102的后端设置流量分配装置(图未示)，使得可通过根据流量分配中的操作情况分配及抽吸必需流动速率的处理气体来产生硫酸。此外，由集尘部件102分离的粉煤灰流动到并存储在第一存储部件301中。此外，粉煤灰可在其经再循环或传送到垃圾填埋地以进行丢弃时被丢弃。

在一个实施例中，稀有金属回收部件可包括第一反应部件302，其允许分别从第一存储部件301传送的粉煤灰及硫酸存储部件传送的硫酸彼此接触并产生第一混合物；第一分离部件303，第一混合物被传送到所述第一分离部件且分离成第一沉渣及第一提取物；第一干燥部件304，第一沉渣被传送到所述第一干燥部件且进行干燥并产生第一再循环粉煤灰；及浓缩物产生部件401，第一提取物被传送到所述浓缩物产生部件且进行干燥并产生稀有金属浓缩物。

参考图1，存储在第一存储部件301中的粉煤灰及硫酸存储部件202中的硫酸被传送到第一反应部件302且彼此接触以产生第一混合物。在一个实施例中，粉煤灰与硫酸可以以约1:0.1到约1:10的重量比彼此接触。在此范围内，可容易地浸出粉煤灰中所包括的重金属。例如，粉煤灰与硫酸可以以约1:1到约1:5的重量比彼此接触。

第一分离部件303将所传送的第一混合物分离成第一沉渣及第一提取物。第一分离部件303可为一般的分离部件。例如，可使用固液分离部件。

由第一分离部件303分离的第一沉渣被传送到第一干燥部件304且由其进行干燥以产生第一再循环粉煤灰。

此外，由第一分离部件303分离的第一提取物被传送到浓缩物产生部件401且由其进行干燥以回收第一提取物中所包括的稀有金属。

参考图1，浓缩物存储部件(图未示)可进一步包括：第一粉煤灰存储部件305，干燥的第一沉渣被传送到并存储于所述第一粉煤灰存储部件；及浓缩物存储部件402，稀有金属浓缩物被传送到并存储于所述浓缩物存储部件。

在一个实施例中，可将存储在浓缩物存储部件402中的稀有金属浓缩物传送到稀有金属回收部件以回收稀有金属。在一个实施例中，稀有金属回收部件可通过以下一者或多者来从稀有金属浓缩物回收稀有金属：分步结晶、分步沉淀、选择性氧化还原、去离子作用、离子交换色谱法、溶剂提取及提取色谱法。

图2是根据本发明的另一个实施例的粉煤灰处理设备2000。参考图2，粉煤灰处理设备2000可进一步包括：第二存储部件601，其回收并存储从锅炉101排放的底灰及由集尘部件102分离的飞灰中的一者或多者；第二反应部件602，其允许分别从第二存储部件601传送的粉煤灰及硫酸存储部件202传送的硫酸彼此接触并产生第二混合物；第二分离部件603，第二混合物被传送到所述第二分离部件且经分离成第二沉渣及第二提取物；及第二干燥部件604，第二沉渣被传送到第二干燥部件且进行干燥以产生第二再循环粉煤灰。第二提取物可被传送到浓缩物产生部件401且在其中进行干燥。

此外，粉煤灰处理设备2000可进一步包括第二粉煤灰存储部件605，干燥的第二沉渣被传送到并存储于第二粉煤灰存储部件。

在一个实施例中，传送到第二存储部件601的粉煤灰可能为底灰。此外，从锅炉101排放的粉煤灰可在其经再循环或被传送到垃圾填埋地以丢弃时被丢弃。

参考图1及2，粉煤灰处理设备1000及2000中的每一者可进一步包括反应热回收部件501，所述反应热回收部件501回收在由硫酸产生部件201产生硫酸时所产生的反应热。

参考图1及2，在一个实施例中，可使用由反应热回收部件501回收的反应热作为第一干燥部件304、第二干燥部件604及浓缩物产生部件401的干燥热源。在使用反应热作为干燥热源时，其处理效率及经济可行性可为优良的。

在一个实施例中，粉煤灰处理设备1000可进一步包括废热回收部件(图未示)，所述废热回收部件设置在集尘部件102的前端以回收从锅炉101排放的废气的废热及锅炉101的辅助蒸汽热中的一者或多者。在一个实施例中，可使用在废热回收部件处回收的反应热作为第一干燥部件304、第二干燥部件604及浓缩物产生部件401的干燥及加热热源。

在一个实施例中，辅助蒸汽的温度可为约100℃到约450℃，且从锅炉101排放的废气的温度可为约300℃到约450℃。在使用废气的废热作为干燥热源时，其处理效率及经济可行性可为优良的。

处理粉煤灰的方法

本发明的另一方面涉及通过使用粉煤灰处理设备来处理粉煤灰的方法。在一个实施例中，粉煤灰处理方法包括：从废气收集灰尘(s101)，产生硫酸(s102)，产生混合物(s103)，分离混合物(s104)及干燥所分离的混合物(s105)。更详细地，粉煤灰处理方法包括：通过收集来自从燃煤发电厂的锅炉排放的废气的灰尘将所述废气分离成粉煤灰及包括硫化合物的处理气体(s101)；通过处理气体来产生硫酸(s102)；通过允许粉煤灰与硫酸接触来产生混合物(s103)；从混合物分离沉渣及提取物(s104)；及干燥沉渣与提取物中的每一者(s105)。

此后，将详细地描述粉煤灰处理方法的各操作。

从废气收集灰尘(s101)

在此操作中，收集来自从燃煤发电厂的锅炉排放的废气的灰尘且将废气分离成粉煤灰及包括硫化合物的处理气体。

产生硫酸(s102)

在此操作中，通过处理气体来产生硫酸。在一个实施例中，可通过一般工艺来产生硫酸。例如，可通过湿法工艺来产生硫酸。例如，可包括(a)产生第一气体混合物，(b)产生第二气体混合物，及(c)水合作用。更详细地，可产生硫酸，包括以下操作：(a)通过引入含氧气体来产生第一气体混合物；(b)通过在存在催化剂的情况下加热第一气体混合物来产生第二气体混合物；及(c)允许第二气体混合物与水接触。

(a)产生第一气体混合物

通过将含氧气体引入到处理气体来产生第一气体混合物。在一个实施例中，处理气体中所包括的硫化合物可通过下文的反应1中所示的反应产生第一气体混合物。

[反应1]

h2s+1/2o2→h2o+so2+518kj/mol

(b)产生第二气体混合物

在操作中，通过在存在催化剂的情况下加热第一气体混合物来产生第二气体混合物。在一个实施例中，可使用五氧化二钒(v2o5)作为催化剂。在应用催化剂时，由于将二氧化硫转换成三氧化硫的效率优良，因此可产生高质量硫酸。在一个实施例中，可在300℃到450℃温度下对第一气体混合物进行加热。当在上述温度下对第一气体混合物进行加热时，进行如下文的反应2的反应且将二氧化硫so2转换成三氧化硫so3的效率优良，因此产生高质量硫酸。

[反应2]

so2+1/2o2→so3+99kj/mol

(c)水合作用

在操作中，通过允许第二气体混合物与水接触通过下文反应3的反应来产生硫酸(h2so4)。“接触”可意指三氧化硫so3与水发生反应且被吸收到水中。

[反应3]

so3+h2o→h2so4(g)+101kj/mol

此外，可通过进一步进行如下文反应4中所示的浓缩过程来将所产生气态硫酸制成液态硫酸。

[反应4]

h2so4(g)→h2so4(l)+90kj/mol

在如上文所描述地产生硫酸时，可以产生具有95％或更高纯度的硫酸。将硫酸传送到且存储于硫酸存储部件202中且接着将其用于浸出粉煤灰中所含的重金属。

在一个实施例中，在产生硫酸时发生的反应热可通过反应热回收部件501回收，如上文所描述。

产生混合物(s103)

在此操作中，通过允许粉煤灰与硫酸接触来产生混合物。上文所描述的由集尘部件102分离的粉煤灰及从锅炉101排放的粉煤灰类型中的一或多者可用作粉煤灰。在粉煤灰与硫酸如上文所描述彼此接触时，可浸出并去除粉煤灰中所包括的重金属使得可回收高纯度的沉渣。

在一个实施例中，粉煤灰与硫酸可以约1:0.1到约1:10的重量比彼此接触。在所述范围内，可容易地去除粉煤灰中所包括的重金属。例如，灰分与硫酸可以约1:1到约1:5的重量比彼此接触。

分离混合物(s104)

在一个实施例中，从混合物分离沉渣及提取物。在分离中，可通过使用一般的固液分离部件来将混合物分离成沉渣及液态提取物。此处，提取物可包括稀有金属离子。

在一个实施例中，稀有金属可包括以下各项中的一者或多者：钌(ru)、铑(rh)、钯(pa)、银(ag)、锇(os)、铱(ir)、铂(pt)、金(au)、钪(sc)、钇(y)、镧(la)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、钷(pm)、钐(sm)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)及镥(lu)。

干燥(s105)

在一个实施例中，将沉渣及提取物中的每一者干燥。

在一个实施例中，可通过干燥沉渣来产生再循环粉煤灰，且可通过干燥提取物来产生包括稀有金属离子的稀有金属浓缩物。可通过使用一般方法来从稀有金属浓缩物回收稀有金属。例如，可通过使用以下中的一者或多者来从稀有金属浓缩物回收稀有金属：分步结晶、分步沉淀、选择性氧化还原、离子交换色谱法、溶剂提取及提取色谱法。

在一个实施例中，在通过反应热回收部件回收之后，可使用在产生硫酸时所产生的反应热作为用于干燥沉渣及提取物的热源。在使用反应热作为干燥热源时，其处理效率及经济可行性可为优良的。

在另一实施例中，可通过使用废气的废热及锅炉的辅助蒸汽热中的一者或多者来干燥沉渣及提取物。在使用废气的废热作为干燥热源时，其处理效率及经济可行性可为优良的。

在应用粉煤灰处理方法时，可通过在燃烧煤中所包括的硫的过程期间所产生的硫化合物来产生硫酸，且可提供通过去除粉煤灰中的重金属来产生再循环粉煤灰的过程使得可同时实现污染物的有效处理及高附加值副产物的产生及利用。

[实施方式]

下文中，将参考本发明的示范性实施例详细地描述本发明的组件及操作。然而，本发明的示范性实施例仅为优选实例且应理解本发明并不限于此。

实例

通过使用如图2中所示的粉煤灰处理设备2000来处理粉煤灰。

通过集尘部件102中的静电收集器将从燃煤发电厂的锅炉101排放的废气分离成粉煤灰(飞灰)及包括硫化合物的处理气体。

粉煤灰被传送到且存储于第一存储部件301中，且使处理气体流动到硫酸产生部件201以产生硫酸。更详细地，通过将含氧气体引入到处理气体来产生第一气体混合物，通过在存在催化剂(五氧化二钒v2o5)的情况下将第一气体混合物加热到温度400℃来产生第二气体混合物，通过允许第二气体混合物与水接触来产生气态硫酸，且通过冷凝气态硫酸来产生液态硫酸，且允许所述液态硫酸流动到硫酸存储部件202中以存储在其中。此处，通过反应热回收部件501回收在硫酸产生过程期间产生的反应热。

从第一存储部件301传送的粉煤灰和从硫酸存储部件202传送的硫酸经允许以1:2的重量比彼此接触来产生第一混合物。此后，混合物被传送到第一分离部件303且分离成第一沉渣及第一提取物。第一沉渣被传送到第一干燥部件304且进行干燥以产生第一再循环粉煤灰，第一提取物被传送到浓缩物产生部件401且进行干燥以产生稀有金属浓缩物。第一再循环粉煤灰传送到且存储于第一粉煤灰存储部件305中，稀有金属浓缩物被传送到且存储于浓缩物存储部件402中。

此外，从锅炉101排放的粉煤灰(底灰)被存储在第二存储部件601中，且接着分别从第二存储部件601传送的粉煤灰及硫酸存储部件202传送的硫酸被传送到第二反应部件602且经允许以1:2的重量比彼此接触以产生第二混合物。此后，第二混合物被传送到第二分离部件603且分离成第二沉渣及第二提取物。第二沉渣被传送到第二干燥部件604且进行干燥以产生第二再循环粉煤灰，第二提取物被传送到浓缩物产生部件401且进行干燥以产生稀有金属浓缩物。第二再循环粉煤灰被传送到且存储于第二粉煤灰存储部件605中。

此处，使用由反应热回收部件501回收的反应热作为第一干燥部件304、第二干燥部件604及浓缩物产生部件401的干燥热源。

下文表1是分析在燃煤发电厂处产生的粉煤灰中所包括的稀有金属含量的结果。

[表1]

favg是指飞灰的平均稀有金属含量(mg/kg)，bavg是指底灰的平均稀有金属含量(mg/kg)，且pavg是指塘灰(存储在粉煤灰垃圾填埋地中的粉煤灰)的平均稀有金属含量(mg/kg)。参考表1，粉煤灰中含有大量稀有金属，且特别地，可看到，钇及钕的含量较高。

下文表2是在通过允许粉煤灰与硫酸接触来产生混合物时测量稀有金属中的钇及钕的提取率的结果。更详细地，展示在将10mg的飞灰及200mg的水混合且通过使用硫酸产生提取物之后测量稀有金属间的钇及钕的提取率的结果。

[表2]

参考表2，可看到，在产生根据本发明的混合物时稀有金属的提取率为优良的。

下文的表3是根据与粉煤灰接触的溶剂的类型提取粉煤灰中所含的重金属的结果，且下文表4是粉煤灰与溶剂彼此接触且浸出重金属的实验的结果。

[表3]

[表4]

参考表3及4中所示的结果，可看到，在根据本发明产生的硫酸与粉煤灰接触时，提供提取及去除重金属的优良效应使得可通过去除粉煤灰中所含的重金属来产生高品质再循环粉煤灰。

应了解，可通过所属领域的技术人员容易地作出对本发明的简单修改及改变，且所有修改及改变可包括在本发明的范围中。