电镀污泥废弃物资源化利用系统及工艺方法

技术领域

本发明涉及金属废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及电镀污泥废弃物资源化利用系统及工艺方法。

背景技术

电镀污泥由于所含重金属元素Ni、Cu、Cr、Zn及贱金属元素Fe等均以氢氧化物形式存在于污泥中，并有部分可溶性盐存在，极易造成土壤的污染，是一种较为典型的危险废物。

目前采用火法工艺技术处理以含镍、铜金属元素为主的电镀污泥的现有技术主要是：使用矿热电炉或高炉，用碳质还原剂进行高温碳热还原制取镍、铜、铁合金产品，如发明专利申请公开号CN 110343854A《一种利用含铜、镍、铁电镀污泥生产铜镍铁合金的方法》，该方法存在的主要缺陷是：

1、镍、铜铁合金产品属非标产品，镍铜含量低，S、P、Cr等杂质超标，不能直接使用(市场面积小)，要使用需进行再次提炼分离，且分离难度大成本高；

2、采用碳热还原熔炼还原反应温度1500℃以上，能耗高，生产成本高。

3、锌金属元素回收率较低。

因此，如何提高含电镀污泥的资源化利用充分程度和通过简单、有效的资源化利用系统进行简化工艺，降低生产成本是非常具有现实意义的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种实施可靠、系统简单且电镀污泥资源化利用处理效率高的电镀污泥废弃物资源化利用系统及工艺方法。

为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种电镀污泥废弃物资源化利用系统，其包括：

污泥干化单元，用于对电镀污泥进行干化处理；

第一物料配伍单元，其具有进料口和出料口，所述第一物料配伍单元的进料口用于输入经污泥干化单元干化处理后的电镀污泥和其余预设配方物料；

第一焙烧单元，其具有进料口、出料口和烟气出口，所述第一焙烧单元的进料口与第一物料配伍单元的出料口连接并用于接收经第一物料配伍单元配伍输出的物料；

第二物料配伍单元，其具有进料口和出料口，所述第二物料配伍单元的进料口用于输入经第一焙烧单元焙烧处理后的物料和其余预设配方物料；

烟气处理单元，其输入端与第一焙烧单元的烟气出口连接；

电炉熔炼单元，其输入端与第二物料配伍单元的出料口连接且用于对输入的物料进行熔炼，所述电炉熔炼单元还具有产品出料口、炉渣出料口和气体出口，所述电炉熔炼单元的气体出口连接至烟气处理单元的输入端；

产品后加工单元，其输入端与所述电炉熔炼单元的出料口连接，且用于对所述电炉熔炼单元的产品出料口输出的物料进行冷却和破碎处理；

炉渣水碎单元，其输入端与所述电炉熔炼单元的炉渣出料口连接，且用于对所述电炉熔炼单元的炉渣出料口输出的炉渣进行水碎处理。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述污泥干化单元的出料口通过皮带输送机与第一物料配伍单元的进料口连接。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述第一物料配伍单元的出料口通过皮带输送机与第一焙烧单元的进料口连接，所述第一焙烧单元的烟气出口和电炉熔炼单元的气体出口均通过钢质管道与烟气处理单元的输入端连接。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述的电炉熔炼单元为电弧炉或矿热炉。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述第一焙烧单元和第二物料配伍单元之间设有用于辅助物料传输的第一热装机构或第一冷装机构：

其中，所述第一热装机构包括行吊和连接在行吊吊钩上的保温罐，所述保温罐用于暂存第一焙烧单元出料口输出的物料，所述行吊用于吊装保温罐且带动保温罐在第一焙烧单元的出料口和第二物料配伍单元的进料口之间传送；

所述第一冷装机构包括链板机或皮带输送机，所述链板机或所述皮带输送机的两端分别延伸至第一焙烧单元的出料口和第二物料配伍单元的进料口。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述第二物料配伍单元和电炉熔炼单元之间设有用于辅助物料传输的第二热装机构或第二冷装机构：

其中，所述第一热装机构包括保温桶和爬车，所述保温桶用于容置第二物料配伍单元出料口输出的物料，所述爬车上具有转运放置平台且用于放置保温桶，由爬车带动保温桶在第二物料配伍单元的出料口和电炉熔炼单元的进料口之间移动；

另外，所述第二冷装机构包括皮带输送机，所述皮带输送机的两端分别延伸至第二物料配伍单元的出料口和电炉熔炼单元的进料口。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述产品后加工单元包括冷却装置和破碎装置，所述冷却装置的进料口与所述电炉熔炼单元的出料口连接，所述冷却装置的出料口与破碎装置的进料口连接。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述炉渣水碎单元包括水碎装置，所述水碎装置的进料口与所述电炉熔炼单元的炉渣出料口连接。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述烟气处理单元包括依序连接的重力除尘器、旋风除尘器、布袋除尘器、脱硫装置和脱硝装置，其中，重力除尘器和旋风除尘器下部的出料口分别与第一物料配伍单元连接，使经重力除尘器重力沉降的粉尘和旋风除尘器沉降的粉尘被输送回第一物料配伍单元。

基于上述，本发明还提供一种电镀污泥废弃物资源化利用方法，其包括如下步骤：

(1)对含镍、铜的电镀污泥进行干化处理，使其含水率在20％～30％；

(2)将干化后的电镀污泥与煤粉、石灰粉按80～90∶6～12∶4～8的份数比进行配伍混合制粒成球状；

(3)对制成球状的混合物进行氧化焙烧处理；

(4)往氧化焙烧后的混合物中加入硫化物，使其含硫量为镍、铜、铁金属硫化的20％～25％，然后进行熔炼制得低冰镍铜产品，同时还获得滤渣副产物，以及产生含锌烟气。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案步骤(3)氧化焙烧产生的烟气和步骤(4)熔炼产生的烟气依序经除尘、脱硫、脱销后，达标外排。

作为一种可能的实施方式，进一步，本方案步骤(3)氧化焙烧的温度为800～1200℃，步骤(4)中，熔炼的温度为800～1300℃，熔炼周期为2.5～6h/炉。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案通过电镀污泥制备资源化利用系统进行处理电镀污泥，以实现其资源化利用，通过污泥干化单元先将污泥进行烘干，继而通过第一物料配伍单元将烘干后的电镀污泥与其他物料进行配伍，再利用第一焙烧单元进行氧化焙烧处理，使各种金属元素的氢氧化物转换为稳定的氧化物(氧化还原反应)，实现对污泥无害化及减量化。

除此之外，本方案经无害化和减量化后的污泥金属氧化物通过第二物料配伍单元进行与硫化物配伍，继而再通过电炉熔炼单元进行熔炼，利用各金属元素与硫的亲和力在电炉中进行选择性硫化反应，进而制取低冰镍铜产品，其它稀贵金属一并经硫化进入冰镍铜产品而得到综合回收利用，Zn金属元素经高温挥发进烟气处理单元进行处理，通过重力除尘器、旋风除尘器、布袋除尘器回收次氧化锌，Cr和部分Fe元素及非金属氧化物进入炉渣，炉渣用于耐火材料或建筑材料使用，进而实现了污泥的高效资源化利用；本方案系统不仅实施可靠，且其通过将各种现有的冶金化工设备进行组合连接，实现低成本地废弃物资源化处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明方案系统的简要示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例方案一种电镀污泥废弃物资源化利用系统，其包括：

污泥干化单元1，用于对电镀污泥进行干化处理；

第一物料配伍单元2，其具有进料口和出料口，所述第一物料配伍单元2的进料口用于输入经污泥干化单元1干化处理后的电镀污泥和其余预设配方物料；

第一焙烧单元3，其具有进料口、出料口和烟气出口，所述第一焙烧单元3的进料口与第一物料配伍单元2的出料口连接并用于接收经第一物料配伍单元3配伍输出的物料；

第二物料配伍单元4，其具有进料口和出料口，所述第二物料配伍单元4的进料口用于输入经第一焙烧单元3焙烧处理后的物料和其余预设配方物料；

烟气处理单元6，其输入端与第一焙烧单元3的烟气出口连接；

电炉熔炼单元5，其输入端与第二物料配伍单元4的出料口连接且用于对输入的物料进行熔炼，所述电炉熔炼单元5还具有产品出料口、炉渣出料口和气体出口，所述电炉熔炼单元5的气体出口连接至烟气处理单元6的输入端；

产品后加工单元7，其输入端与所述电炉熔炼单元5的出料口连接，且用于对所述电炉熔炼单元5的产品出料口输出的物料进行冷却和破碎处理；

炉渣水碎单元8，其输入端与所述电炉熔炼单元5的炉渣出料口连接，且用于对所述电炉熔炼单元5的炉渣出料口输出的炉渣进行水碎处理。

其中，在单元之间的连接上，本方案所述污泥干化单元1的出料口通过皮带输送机与第一物料配伍单元2的进料口连接；所述第一物料配伍单元2的出料口通过皮带输送机与第一焙烧单元3的进料口连接，所述第一焙烧单元3的烟气出口和电炉熔炼单元5的气体出口均通过钢质管道与烟气处理单元的输入端连接。

进一步，本方案所述第一焙烧单元1和第二物料配伍单元4之间设有用于辅助物料传输的第一热装机构或第一冷装机构：即，当工艺需求需要进行热装转移物料时，则选择热装机构，当需要冷装时，则无需进行保温，选择冷装机构；

其中，所述第一热装机构包括行吊和连接在行吊吊钩上的保温罐，所述保温罐用于暂存第一焙烧单元出料口输出的物料，所述行吊用于吊装保温罐且带动保温罐在第一焙烧单元的出料口和第二物料配伍单元的进料口之间传送；由于行吊是常规的工厂转运装置，保温罐为上端具有敞开结构的筒状结构，其亦是常规的工厂暂存转运装置，本领域人员已经对其熟知，因此，本申请中不再对其进行赘述。

对于冷装方面，本实施例所述第一冷装机构包括链板机或皮带输送机，所述链板机或所述皮带输送机的两端分别延伸至第一焙烧单元的出料口和第二物料配伍单元的进料口。

同样的，本方案所述第二物料配伍单元和电炉熔炼单元之间设有用于辅助物料传输的第二热装机构或第二冷装机构：即，当工艺需求需要进行热装转移物料时，则选择热装机构，当需要冷装时，则无需进行保温，选择冷装机构；

其中，所述第一热装机构包括保温桶和爬车，所述保温桶用于容置第二物料配伍单元出料口输出的物料，所述爬车上具有转运放置平台且用于放置保温桶，由爬车带动保温桶在第二物料配伍单元的出料口和电炉熔炼单元的进料口之间移动；此处提及的保温桶为上端具有敞开结构的筒状结构，其亦是常规的工厂暂存转运装置，本领域人员已经对其熟知，因此，本申请中不再对其进行赘述。

另外，所述第二冷装机构包括皮带输送机，所述皮带输送机的两端分别延伸至第二物料配伍单元的出料口和电炉熔炼单元的进料口。

在电炉选择上，本方案所述的电炉熔炼单元5可以为电弧炉或矿热炉。

在产品后处理上，作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述产品后加工单元7包括冷却装置和破碎装置，所述冷却装置的进料口与所述电炉熔炼单元的出料口连接，所述冷却装置的出料口与破碎装置的进料口连接；经冷却后破碎后，所得产品可以直接送入库房9进行贮存，本方案所述炉渣水碎单元包括水碎装置，所述水碎装置的进料口与所述电炉熔炼单元的炉渣出料口连接。

在烟气处理上，作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述烟气处理单元6包括依序连接的重力除尘器61、旋风除尘器62、布袋除尘器63、脱硫装置64和脱硝装置65，其中，重力除尘器61和旋风除尘器62下部的出料口分别与第一物料配伍单元2连接，使经重力除尘器61重力沉降的粉尘和旋风除尘器62沉降的粉尘被输送回第一物料配伍单元2。

基于上述，本发明还提供一种电镀污泥废弃物资源化利用方法，其包括如下步骤：

(1)对含镍、铜的电镀污泥进行干化处理，使其含水率在20％～30％；

(2)将干化后的电镀污泥与煤粉、石灰粉按80～90∶6～12∶4～8的份数比进行配伍混合制粒成球状；

(3)对制成球状的混合物进行氧化焙烧处理；

(4)往氧化焙烧后的混合物中加入硫化物，使其含硫量为20％～25％，然后进行熔炼制得低冰镍铜产品，同时还获得滤渣副产物，以及产生含锌烟气。

其中，本方案步骤(3)氧化焙烧产生的烟气和步骤(4)熔炼产生的烟气依序经除尘、脱硫、脱销后，达标外排。

另外，本方案步骤(3)氧化焙烧的温度为800～1200℃，优选为1050℃，步骤(4)中，熔炼的温度为800～1300℃，熔炼周期为2.5～6h/炉。

为了对本方案系统的工作过程进行直观揭示，本实施通过如下实例和结合图1对本方案系统的工作流程和可实施的其中一工艺进行阐述：

实施实例

一、部分设备选型及参数

本实施实例依托前述所述的系统，其中，大部分单元设备为复用传统设备进行使用，在此不对其进行赘述，部分重要单元设备的选型或参数如下：

1、本实施实例中，第一焙烧单元1为50m

2、电炉熔炼单元5为5000KVA容量镍铜硫化熔炼电炉，其也可以复用铁合金用矿热炉，其中部分参数进行调整，调整后的具体参数如下表1所示；

表1 5000KVA硫化电炉设备主要参数表

本实例中，在电炉选择上，所述的电炉熔炼单元5可以为电弧炉或矿热炉，由于电镀污泥的物料成份与常规的镍铜矿石原料相比具有差异，在实践过程中，发明人发现二者冶金性能差别较大，难以直接通过传统镍铜矿石原料的加工进行借鉴相关的工艺细节参数，本实例通过实践论证发现，同容量、规格下，本实例的电镀污泥在熔炼过程中，电镀污泥的熔化速度相较于镍铜矿石原料更快，在硫化反应时间上也更短，从而经参数优化调试，本申请电镀电炉熔炼单元5的二次电压是同容量常规矿热电炉在使用时的2～2.5倍；另外，本电炉熔炼设备炉膛还原反应区面积功率密度调整为同容量常规埋弧电炉的0.65～0.8倍，在该参数下，工艺实施稳定、可靠，同时，基于该调试参数，可以对传统的常规电路设备进行改造，以实现工艺正常运行，并获得较低的电耗和较高的金属元素回收率，实现低成本的电镀污泥废弃物的资源化利用目的。

在结构上，电炉炉底及墙体用镁铬粉体耐火材料打结,避免使用炭素耐火材料及耐火砖砌筑炉体；在电源方面，本实施实例的电炉熔炼设备可以为交流电炉，也可以为直流电炉。

3、本实施实例的烟气处理单元中所用的布袋除尘器在与传统布袋除尘器结构大致相同的情况下，其过滤布袋的过滤层面积改为传统布带除尘器的过滤布袋过滤面积的1.5～2.0倍，例如，由传统的3000m

本实施实例系统中设备除以上有部分调整外，其余均按常规冶金设备配套。

二、工艺技术方法及实步骤

1、本实施例使用的含镍、铜电镀污泥数量及化学成分见下表2示：

表2实施用电镀污泥主要化学成分及重量

三、具体实施工艺步骤

1、将表2污泥按比例混合后送入污泥干化单元1进行烘干处理，污泥水份烘干至含水份28％即可；

2、将烘后污泥按污泥：煤粉：石灰粉＝86:10:4的配伍比例在第一物料配伍单元2中完成，同时通过园盘制球机制至10～30mm左右粒度球体即可，其中，煤粉热卡5800大卡，石灰粉含CaO≥80％；

3、第一物料配伍单元2制备好的污泥小球送如第一焙烧单元3进行高温氧化焙烧，焙烧温度1050℃，焙烧后，对小球的主要化学成分进行检测，其结果及数量如下表3所示：

表3污泥焙烧块化学成分及重量表

4、通过第二物料配伍单元4将表3所示物料进行配伍，然后送至电炉熔炼单元5，配伍比例为：焙烧块(第一焙烧单元3制成)：硫铁矿：石膏＝85:10:5，其中，硫铁矿及石膏主要化学成分见下表所示：

表4辅助原料化学成分表

5、将第二物料配伍单元4配置后混合料送入电炉熔炼单元5中进行硫化熔炼,温度由800℃逐步升温至1200℃,熔炼时间4小时/炉；

6、电炉熔炼单元5熔炼结束后,通过其产品出料口将冰镍、冰铜铁水分离出，获得冰镍铜产品，炉渣由炉渣出料口输出；

7、通过产品后加工单元7将分离出冰镍铜产进行浇注成型,冷却后破碎加工入销售；

8、电炉熔炼单元5和第一焙烧单元3产生的烟尘经烟气处理单元6的重力除尘器61、旋风除尘器62和布袋除尘器63处理后，回收次氧化锌产品,通过过滤的烟气再经脱硫装置64、脱硝装置65净化处理后达标排放，其中：经脱硫处理后的石膏固废重新做辅助原料使用，电炉熔炼产生的炉渣外销作建筑材料使用。

本实施实例生产的产品及副产物化学成分分析见下表5所示：

表5产品及副产物化学成分表

效果比较

本实验例共处理镍铜电镀污泥干基1000吨，共生产50炉，生产低冰镍铜产品125吨，次氧化锌产品85.43吨，炉渣750吨，石膏50吨，其中；重金属元素回收到产品的回收率见下表6示：

表6污泥重金属元素回收率表

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。