冶炼废渣除氨的方法和系统与流程

本发明属于废渣处理领域，具体而言，本发明涉及冶炼废渣除氨的方法和系统。

背景技术：

近年来，冶金工业不断发展，在冶炼过程中每年产生大量的冶金废渣，大量的废渣堆积。这些废渣如果长期堆存，经日晒、风吹、雨淋，渣中的可溶性有害物质会溶出，进入土壤、流入江河，进而造成严重的环境污染，同时导致土地资源的浪费。因此，有色冶金废渣无害化处理及综合利用是冶金工业的研究热点。

湿法冶炼工艺常采用氨液作为浸出剂和沉淀剂，因而工艺产生的废渣中常存在高浓度的氨离子。目前对废渣中氨离子处置方法的研究和相关专利较少。常用废水除氨的离子交换法、微生物法和折点氯化法在废渣处理中并不适用，而采用吹脱法处理废渣中氨离子需要加入较大量的水，水分随着吹脱蒸发导致能耗较高。

因此，现有冶炼废渣除氨的技术有待进一步改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种冶炼废渣除氨的方法和系统。该方法不需任何预反应，不需额外加入水，不涉及水分蒸发，操作方便、简单，能耗低，且氨的脱除率不小于98％。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种冶炼废渣除氨的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将冶炼废渣进行破碎，以便得到冶炼废渣颗粒；

(2)将生石灰与所述冶炼废渣颗粒混合研磨，以便得到混合物料；

(3)将所述混合物料进行静置处理，以便得到含氨水的反应物料；

(4)将所述含氨水的反应物料进行烘干处理，以便得到氨气和除氨后废渣。

根据本发明实施例的冶炼废渣除氨的方法，冶炼废渣中的水分可熟化生石灰，得到氢氧化钙，而冶炼废渣中的氨氮以铵根离子的形式存在，在生石灰被熟化后，铵根离子可与得到的氢氧化钙反应转化为游离氨，经烘干后，游离氨被除去，得到除氨后废渣，氨的脱除率不小于98％，从而达到冶炼废渣除氨的目的。整个工艺高效、简单且易于现场应用，不需任何预反应，也不需额外加入水，因而整个工艺不涉及水分蒸发，方便且能耗低。

另外，根据本发明上述实施例的冶炼废渣除氨的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述冶炼废渣的含水率不低于5％。由此，可实现对生石灰的熟化。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述冶炼废渣颗粒的粒径不大于1cm。由此，有利于提高冶炼废渣除氨的效率和效果。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述混合物料的粒径不大于0.4cm。由此，可进一步提高冶炼废渣除氨的效率和效果。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述冶炼废渣颗粒与所述生石灰的混合质量比为100：5-20。由此，可进一步提高冶炼废渣除氨的效率和效果。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述静置处理的时间为5-30min。由此，可进一步提高冶炼废渣除氨的效率和效果。

在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述烘干处理是在温度为40-200摄氏度下进行0.5-4小时。由此，可进一步提高冶炼废渣除氨的效率和效果。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种实施上述冶炼废渣除氨的方法的系统，根据本发明的实施例，该系统包括：

破碎装置，所述破碎装置具有冶炼废渣入口和冶炼废渣颗粒出口；

混合研磨装置，所述混合研磨装置具有生石灰入口、冶炼废渣颗粒入口和混合物料出口，所述冶炼废渣颗粒入口与所述冶炼废渣颗粒出口相连；

静置装置，所述静置装置具有混合物料入口和含氨水的反应物料出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；

烘干装置，所述烘干装置具有含氨水的反应物料入口、氨气出口和除氨后废渣出口，所述含氨水的反应物料入口与所述含氨水的反应物料出口相连。

根据本发明实施例的冶炼废渣除氨的系统，冶炼废渣中的水分可熟化生石灰，得到氢氧化钙，而冶炼废渣中的氨氮以铵根离子的形式存在，在生石灰被熟化后，铵根离子可与得到的氢氧化钙反应转化为游离氨，经烘干后，游离氨被除去，得到除氨后废渣，氨的脱除率不小于98％，从而达到冶炼废渣除氨的目的。整个工艺高效、简单且易于现场应用，不需任何预反应，也不需额外加入水，因而整个工艺不涉及水分蒸发，方便且能耗低。

另外，根据本发明上述实施例的冶炼废渣除氨的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述烘干装置为鼓风烘干机。由此，有利于提高冶炼废渣除氨的效率和效果。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的冶炼废渣除氨的方法流程示意图；

图2是根据本发明一个实施例的冶炼废渣除氨的系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种冶炼废渣除氨的方法，根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：

s100：将冶炼废渣进行破碎

该步骤中，将冶炼废渣进行破碎，以便得到冶炼废渣颗粒。具体的，冶炼废渣中含有一定的水分，同时冶炼废渣中的氨氮以铵根离子的形式存在。冶炼废渣经破碎后，可得到粒度更小也更均匀的冶炼废渣颗粒。

根据本发明的一个实施例，冶炼废渣的含水率不低于5％。发明人发现，只有当冶炼废渣中保持不低于5％的水分时，才能充分利用冶炼废渣中的水分熟化生石灰，达到充分熟化生石灰的目的，同时，在该水分下也可以避免额外加入水，节约工艺的能耗。

根据本发明的再一个实施例，冶炼废渣颗粒的粒径可以不大于1cm。发明人发现，在破碎阶段将冶炼废渣颗粒的粒径维持在不大于1cm，一方面有利于节约破碎阶段的能耗，一方面在该粒径下有利于保证冶炼废渣颗粒后续与生石灰的充分混合研磨，并节约后续混合研磨的能耗。

s200：将生石灰与冶炼废渣颗粒混合研磨

该步骤中，将生石灰与冶炼废渣颗粒混合研磨，以便得到混合物料。发明人发现，通过将生石灰与冶炼废渣颗粒混合研磨，直至两者混合均匀，可显著增大生石灰与冶炼废渣颗粒的接触面积，进而增加后续冶炼废渣颗粒中的水熟化生石灰的进度。

根据本发明的一个实施例，混合物料的粒径可以为不大于0.4cm。发明人发现，该粒径下有利于提高后续过程中生石灰的熟化效率，提高后续铵根与氢氧化钙的反应效率，同时可提高后续含氨水的反应物料烘干除氨的效率。

根据本发明的再一个实施例，冶炼废渣颗粒与生石灰的混合质量比可以为100：5-20。发明人发现，在该混合质量比下，可显著提高后续生石灰的熟化效率。若冶炼废渣颗粒的质量过高，则生石灰的质量相对不足，如此，一方面后续反应完后冶炼废渣颗粒中的水分将过剩，会提高后续烘干处理的能耗，一方面后续熟化所得的氢氧化钙不足，如此将无法将冶炼废渣颗粒中的铵根以游离氨的形式除去，降低冶炼废渣颗粒的除氨效果。而若冶炼废渣颗粒的质量过低，则生石灰的质量相对过剩，后续生石灰熟化不完全，由此将降低冶炼废渣的除氨效率。

s300：将混合物料进行静置处理

该步骤中，将混合物料进行静置处理，以便得到含氨水的反应物料。具体的，在静置的过程中，混合物料中的生石灰与冶炼废渣颗粒中的水接触，生石灰中的氧化钙与水发生反应，得到氢氧化钙，实现熟化。所得的氢氧化钙再与混合物料中的铵根离子反应，得到钙离子和氨水，即得到含氨水的反应物料。整个反应过程自然发生，无需其他辅助条件，简单、高效。

根据本发明的一个实施例，静置处理的时间可以为5-30min。发明人发现，在此时间内可显著提高生石灰的熟化度及氨水的生成率，从而有利于提高后续除氨效率。若静置的时间过短，则混合物料中生石灰熟化不足，不利于后续除氨反应的进行。而若静置的时间过长，则整个工艺的时间延长，时间成本增加。

s400：将含氨水的反应物料进行烘干处理

该步骤中，将含氨水的反应物料进行烘干处理，以便得到氨气和除氨后废渣。具体的，含氨水的反应物料经烘干后，其中的氨水会以氨气的形式除去，如此可进一步促进铵根离子与氢氧化钙反应的顺行，进而进一步提高除氨效率。

根据本发明的一个实施例，烘干处理可以是在温度为40-200摄氏度下进行0.5-4小时。发明人发现，在上述烘干条件下进行烘干处理，可显著提高含氨水的反应物料的除氨效率。若烘干处理的温度过低，则在将含氨水的反应物料中的氨除去时所需的时间将增加，甚至有可能达不到除氨的效果，或者除氨不完全。若烘干处理的温度过高，则烘干处理的能耗过高，不利于提高企业的经济性。

根据本发明实施例的冶炼废渣除氨的方法，冶炼废渣中的水分可熟化生石灰，得到氢氧化钙，而冶炼废渣中的氨氮以铵根离子的形式存在，在生石灰被熟化后，铵根离子可与得到的氢氧化钙反应转化为游离氨，经烘干后，游离氨被除去，得到除氨后废渣，氨的脱除率不小于98％，从而达到冶炼废渣除氨的目的。整个工艺高效、简单且易于现场应用，不需任何预反应，也不需额外加入水，因而整个工艺不涉及水分蒸发，方便且能耗低。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种实施上述冶炼废渣除氨的方法的系统，根据本发明的实施例，参考图2，该系统包括：破碎装置100、混合研磨装置200、静置装置300和烘干装置400。

根据本发明的实施例，破碎装置100具有冶炼废渣入口101和冶炼废渣颗粒出口102，且适于将冶炼废渣进行破碎，以便得到冶炼废渣颗粒。具体的，冶炼废渣中含有一定的水分，同时冶炼废渣中的氨氮以铵根离子的形式存在。冶炼废渣经破碎后，可得到粒度更小也更均匀的冶炼废渣颗粒。需要说明的是，破碎装置并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为湿料粉碎机。发明人发现，该湿料粉碎机适用于粉碎含一定水量的渣料，不会发生堵塞，且粉碎后粒径均匀。

根据本发明的一个实施例，冶炼废渣的含水率不低于5％。发明人发现，只有当冶炼废渣中保持不低于5％的水分时，才能充分利用冶炼废渣中的水分熟化生石灰，达到充分熟化生石灰的目的，同时，在该水分下也可以避免额外加入水，节约工艺的能耗。

根据本发明的再一个实施例，冶炼废渣颗粒的粒径可以不大于1cm。发明人发现，在破碎阶段将冶炼废渣颗粒的粒径维持在不大于1cm，一方面有利于节约破碎阶段的能耗，一方面在该粒径下有利于保证冶炼废渣颗粒后续与生石灰的充分混合研磨，并节约后续混合研磨的能耗。

根据本发明的实施例，混合研磨装置200具有生石灰入口201、冶炼废渣颗粒入口202和混合物料出口203，冶炼废渣颗粒入口202与冶炼废渣颗粒出口102相连，且适于将生石灰与冶炼废渣颗粒混合研磨，以便得到混合物料。发明人发现，通过将生石灰与冶炼废渣颗粒混合研磨，直至两者混合均匀，可显著增大生石灰与冶炼废渣颗粒的接触面积，进而增加后续冶炼废渣颗粒中的水熟化生石灰的进度。需要说明的是，混合研磨可以在一个装置内进行也可以在两个装置内进行，对此本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如当混合研磨装置为一个装置时，混合研磨装置可以为干式球磨机。发明人发现，本申请中采用这种混合研磨装置可将物料混合均匀，且不引入大量水分，避免后续能耗的消耗。

根据本发明的一个实施例，混合物料的粒径可以不大于0.4cm。发明人发现，该粒径下有利于提高后续过程中生石灰的熟化效率，提高后续铵根与氢氧化钙的反应效率，同时可提高后续含氨水的反应物料烘干除氨的效率。

根据本发明的再一个实施例，冶炼废渣颗粒与生石灰的混合质量比可以为100：5-20。发明人发现，在该混合质量比下，可显著提高后续生石灰的熟化效率。若冶炼废渣颗粒的质量过高，则生石灰的质量相对不足，如此，一方面后续反应完后冶炼废渣颗粒中的水分将过剩，会提高后续烘干处理的能耗，一方面后续熟化所得的氢氧化钙不足，如此将无法将冶炼废渣颗粒中的铵根以游离氨的形式除去，降低冶炼废渣颗粒的除氨效果。而若冶炼废渣颗粒的质量过低，则生石灰的质量相对过剩，后续生石灰熟化不完全，由此将降低冶炼废渣的除氨效率。

根据本发明的实施例，静置装置300具有混合物料入口301和含氨水的反应物料出口302，混合物料入口301与混合物料出口203相连，且适于将混合物料进行静置处理，以便得到含氨水的反应物料。具体的，在静置的过程中，混合物料中的生石灰与冶炼废渣颗粒中的水接触，生石灰中的氧化钙与水发生反应，得到氢氧化钙，实现熟化。所得的氢氧化钙再与混合物料中的铵根离子反应，得到钙离子和氨水，即得到含氨水的反应物料。整个反应过程自然发生，无需其他辅助条件，简单、高效。

根据本发明的一个实施例，静置处理的时间可以为5-30min。发明人发现，在此时间内可显著提高生石灰的熟化度及氨水的生成率，从而有利于提高后续除氨效率。若静置的时间过短，则混合物料中生石灰熟化不足，不利于后续除氨反应的进行。而若静置的时间过长，则整个工艺的时间延长，时间成本增加。

根据本发明的实施例，烘干装置400具有含氨水的反应物料入口401、氨气出口402和除氨后废渣出口403，含氨水的反应物料入口401与含氨水的反应物料出口302相连，且适于将含氨水的反应物料进行烘干处理，以便得到氨气和除氨后废渣。具体的，含氨水的反应物料经烘干后，其中的氨水会以氨气的形式除去，如此可进一步促进铵根离子与氢氧化钙反应的顺行，进而进一步提高除氨效率。

根据本发明的一个实施例，烘干处理可以是在温度为40-200摄氏度下进行0.5-4小时。发明人发现，在上述烘干条件下进行烘干处理，可显著提高含氨水的反应物料的除氨效率。若烘干处理的温度过低，则在将含氨水的反应物料中的氨除去时所需的时间将增加，甚至有可能达不到除氨的效果，或者除氨不完全。若烘干处理的温度过高，则烘干处理的能耗过高，不利于提高企业的经济性。

根据本发明的再一个实施例，烘干装置可以为鼓风烘干机。由此，可实现在较低成本下实现含氨水的反应物料的除氨。

根据本发明实施例的冶炼废渣除氨的系统，冶炼废渣中的水分可熟化生石灰，得到氢氧化钙，而冶炼废渣中的氨氮以铵根离子的形式存在，在生石灰被熟化后，铵根离子可与得到的氢氧化钙反应转化为游离氨，经烘干后，游离氨被除去，得到除氨后废渣，氨的脱除率不小于98％，从而达到冶炼废渣除氨的目的。整个工艺高效、简单且易于现场应用，不需任何预反应，也不需额外加入水，因而整个工艺不涉及水分蒸发，方便且能耗低。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

(1)将含水率为14.5％、nh4⁺含量为5.10kg/t的冶炼废渣进行破碎，得到粒径不大于1cm的冶炼废渣颗粒；

(2)将所得的冶炼废渣颗粒与生石灰按照100：10的质量比混合研磨，得到粒径不大于0.3cm的混合物料；

(3)将上述混合物料静置20分钟，得到含氨水的反应物料；

(4)将上述含氨水的反应物料在100摄氏度下鼓风烘干4小时，得到氨含量为0.048kg/t的除氨后废渣和氨气，经上述工艺，冶炼废渣氨的脱除率为99.06％。

实施例2

(1)将含水率为10.5％、nh4⁺含量为8.50kg/t的冶炼废渣进行破碎，得到粒径不大于1cm的冶炼废渣颗粒；

(2)将所得的冶炼废渣颗粒与生石灰按照100：20的质量比混合研磨，得到粒径不大于0.2cm的混合物料；

(3)将上述混合物料静置10分钟，得到含氨水的反应物料；

(4)将上述含氨水的反应物料在150摄氏度下鼓风烘干2小时，得到氨含量为0.104kg/t的除氨后废渣和氨气，经上述工艺，冶炼废渣氨的脱除率为98.78％。

实施例3

(1)将含水率为7.0％、nh4⁺含量为10.0kg/t的冶炼废渣进行破碎，得到粒径不大于1cm的冶炼废渣颗粒；

(2)将所得的冶炼废渣颗粒与生石灰按照100：5的质量比混合研磨，得到粒径不大于0.4cm的混合物料；

(3)将上述混合物料静置15分钟，得到含氨水的反应物料；

(4)将上述含氨水的反应物料在200摄氏度下鼓风烘干1小时，得到氨含量为0.05kg/t的除氨后废渣和氨气，经上述工艺，冶炼废渣氨的脱除率为99.5％。

实施例4

(1)将含水率为12.0％、nh4⁺含量为6.7kg/t的冶炼废渣进行破碎，得到粒径不大于1cm的冶炼废渣颗粒；

(2)将所得的冶炼废渣颗粒与生石灰按照100：15的质量比混合研磨，得到粒径不大于0.1cm的混合物料；

(3)将上述混合物料静置25分钟，得到含氨水的反应物料；

(4)将上述含氨水的反应物料在75摄氏度下鼓风烘干5小时，得到氨含量为0.04kg/t的除氨后废渣和氨气，经上述工艺，冶炼废渣氨的脱除率为99.40％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。