本發(fā)明涉及金屬冶煉回收技術領域，具體為一種電解錳陽極渣處理鉛氮硫的設備系統(tǒng)。

背景技術：

隨著我國鋼鐵及有色金屬工業(yè)的迅速發(fā)展，錳及其合金作為鋼鐵、有色金屬工業(yè)的添加劑、脫氧劑和脫硫劑，是不可缺少的原料，其需求亦不斷增長，亦拉動電解金屬錳行業(yè)迅速發(fā)展。2014年，全州電解錳生產能力約39萬噸，其中：花垣縣17萬噸，古丈4萬噸，瀘溪10萬噸，保靖2萬噸，湖南東方礦業(yè)集團尚有年產10萬噸的在建項目，同屬“錳三角”的秀山電解錳年產能力23萬噸，松桃電解錳年生產能力30萬噸。各廠家生產過程中所產生的固體廢棄物--陽極渣，按電解錳年產總量的8％計算，湘西州電解錳每年產出陽極渣約32000噸，陽極渣由于含有3％-5％的鉛金屬危險廢物，隨意處置或外售都會造成嚴重的環(huán)境污染，由于目前國內尚無合法企業(yè)能處理陽極渣，按湘西自治州環(huán)保局《危險廢物污染整治方案》，從2014年3月起，已禁止對外出售。由此，造成縣內電解錳廠家積累大量的陽極渣無處堆放，極大的制約了電解錳企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時也是重大的環(huán)境污染隱患。陽極渣是由電解液中部分Mn 2+在陽極區(qū)被氧化形成Mn 4+的水合氧化物。電解錳陽極渣中含有大量的鉛、氮、硫污染物，因其組成復雜，電解過程嚴重改變了化合物性質，回收利用難度大，以前含鉛陽極渣賣給錳鐵企業(yè)冶煉錳鐵合金，在1500℃左右的高溫作用下，鉛以煙塵的形式揮發(fā)到煙氣中，造成周邊大氣、土壤和水體的鉛污染，導致人體血鉛超標。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對以上問題，提供一種電解錳陽極渣處理鉛氮硫的設備系統(tǒng)及其處理方法，它能實現(xiàn)對電解錳陽極渣的無廢水、無廢渣、無大氣污染物的排放處理，環(huán)保效果良好。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種電解錳陽極渣處理鉛氮硫的設備系統(tǒng)，它包括錳鐵精煉爐(1)，所述錳鐵精煉爐(1)的出氣管通過密封管道依次連接煙氣冷凝器(2)、布袋除鉛系統(tǒng)(4)、脫硫脫氮除塵系統(tǒng)(5)、煙氣過濾器(6)；所述布袋除鉛系統(tǒng)(4)包括陣列設置的布袋除鉛器，每一個布袋除鉛器上均設置有進煙管(45)；所述進煙管(45)均連接主進氣管(8)和輔助進氣管(9)；所述主進氣管(8)和輔助進氣管(9)均連接總進氣管(10)；所述主進氣管(8)與總進氣管(10)之間設置有風機(3)；所述布袋除鉛器頂端的出氣口連接無鉛煙管(7)；所述無鉛煙管(7)連接脫硫脫氮除塵系統(tǒng)(5)；所述布袋除鉛器內設置有孔板(41)；所述孔板(41)上均勻設置有煙氣孔(411)，每一個煙氣孔(411)均連接一個除鉛布袋(42)；所述孔板(41)下端設置有積塵腔(44)；所述進煙管(45)位于孔板(41)下端；所述布袋除鉛器內設置有振動器(43)。

進一步的，所述脫硫脫氮除塵系統(tǒng)(5)包括脫硫脫氮室(16)，所述脫硫脫氮室(16)上端連接無鉛煙管(7)，下端連接煙氣過濾器(6)；無鉛煙管(7)上靠近脫硫脫氮室(16)的一端內部均勻設置有水霧噴頭(141)；所述脫硫脫氮室(16)為密封腔體，腔體中間設置有濾氣板(15)；所述水霧噴頭(141)噴出的水為石灰水。

進一步的，所述脫硫脫氮室(16)底端連接一級沉淀池(17)；所述一級沉淀池(17)連接二級沉淀池(18)；所述二級沉淀池(18)通過循環(huán)水管(14)連通水霧噴頭(141)。

進一步的，所述進煙管(45)內設置有活動的隔離板(46)；所述積塵腔(44)下端設置有落塵開關(13)；所述隔離板(46)和落塵開關(13)均通過電磁閥和氣缸控制。

進一步的，所述主進氣管(8)管徑大于輔助進氣管(9)；所述主進氣管(8)位于輔助進氣管(9)上方。

進一步的，所述振動器(43)位于孔板(41)下端。

進一步的，所述除鉛布袋(42)內設置有U型冷卻管(19)；所述U型冷卻管(19)連接總冷卻管(20)。

進一步的，所述除鉛布袋(42)上端連接固定座(23)；所述固定座(23)均勻設置在固定板(22)上；所述U型冷卻管(19)上端通過固定座(23)固定。

進一步的，所述U型冷卻管(19)外表面包裹有圓柱狀隔離套(21)；所述隔離套(21)外表面上均勻設置有冷凝片(211)。

進一步的，所述除鉛布袋(42)包括外層布袋(421)和內層布袋(422)；所述外層布袋(421)和內層布袋(422)之間均勻設置有連接帶(423)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明可對電解錳陽極渣中的錳、鉛、氮、硫進行凈化回收，解決了陽極渣無處堆放和由此帶來的環(huán)境污染問題?；厥招矢?，鉛的回收率可達到98％；利用冷凝原理，采用專門設計的布袋除鉛器將冷卻后的鉛隔離收集起來；利用氧化鈣與二氧化硫、二氧化氮發(fā)生反應的原理將二氧化硫、二氧化氮轉變成沉淀物收集起來。將電解錳陽極渣中的污染氣體進行回收凈化，凈化后的空氣質量高于國家要求標準。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體系統(tǒng)結構示意圖。

圖2為本發(fā)明中布袋除鉛系統(tǒng)和脫硫脫氮除塵系統(tǒng)結構示意圖。

圖3為布袋除鉛器內部結構示意圖。

圖4為布袋除鉛器內設置有冷卻管時的結構示意圖。

圖5為帶有冷卻管的除鉛布袋詳細內部結構示意圖。

圖6為圖5中A-A剖視結構示意圖。

圖7為布袋除鉛器內的孔板結構示意圖。

圖8為本發(fā)明加工方法流程示意圖。

圖中：1、錳鐵精煉爐；2、煙氣冷凝器、3、風機；4、布袋除鉛系統(tǒng)；5、脫硫脫氮除塵系統(tǒng)；6、煙氣過濾器；7、無鉛煙管；8、氣管；9、輔助進氣管；10、總進氣管；13、落塵開關；14、循環(huán)水管；15、濾氣板；16、脫硫脫氮室；17、一級沉淀池；18、二級沉淀池；19、U型冷卻管；20、總冷卻管；21、隔離套；22、固定板；23、固定座；41、孔板；42、除鉛布袋；43、振動器；44、積塵腔；45、進煙管；141、水霧噴頭；46、隔離板；411、煙氣孔；421、外層布袋；422、內層布袋；423、連接帶；211、冷凝片。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面對本發(fā)明的具體實施方式做詳細說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其他方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。

如圖1-圖8所示，本發(fā)明的具體結構為：一種電解錳陽極渣處理鉛氮硫的設備系統(tǒng)，它包括錳鐵精煉爐1，所述錳鐵精煉爐1的出氣管通過密封管道依次連接煙氣冷凝器2、布袋除鉛系統(tǒng)4、脫硫脫氮除塵系統(tǒng)5、煙氣過濾器6；所述布袋除鉛系統(tǒng)4包括陣列設置的布袋除鉛器，每一個布袋除鉛器上均設置有進煙管45；所述進煙管45均連接主進氣管8和輔助進氣管9；所述主進氣管8和輔助進氣管9均連接總進氣管10；所述主進氣管8與總進氣管10之間設置有風機3；所述布袋除鉛器頂端的出氣口連接無鉛煙管7；所述無鉛煙管7連接脫硫脫氮除塵系統(tǒng)5；所述布袋除鉛器內設置有孔板41；所述孔板41上均勻設置有煙氣孔411，每一個煙氣孔411均連接一個除鉛布袋42；所述孔板41下端設置有積塵腔44；所述進煙管45位于孔板41下端；所述布袋除鉛器內設置有振動器43。

優(yōu)選的，所述脫硫脫氮除塵系統(tǒng)5包括脫硫脫氮室16，所述脫硫脫氮室16上端連接無鉛煙管7，下端連接煙氣過濾器6；無鉛煙管7上靠近脫硫脫氮室16的一端內部均勻設置有水霧噴頭141；所述脫硫脫氮室16為密封腔體，腔體中間設置有濾氣板15；所述水霧噴頭141噴出的水為石灰水。

優(yōu)選的，所述脫硫脫氮室16底端連接一級沉淀池17；所述一級沉淀池17連接二級沉淀池18；所述二級沉淀池18通過循環(huán)水管14連通水霧噴頭141。

優(yōu)選的，所述進煙管45內設置有活動的隔離板46；所述積塵腔44下端設置有落塵開關13；所述隔離板46和落塵開關13均通過電磁閥和氣缸控制。

優(yōu)選的，所述主進氣管8管徑大于輔助進氣管9；所述主進氣管8位于輔助進氣管9上方。

優(yōu)選的，所述振動器43位于孔板41下端。

優(yōu)選的，所述除鉛布袋42內設置有U型冷卻管19；所述U型冷卻管19連接總冷卻管20。

優(yōu)選的，所述除鉛布袋42上端連接固定座23；所述固定座23均勻設置在固定板22上；所述U型冷卻管19上端通過固定座23固定。

優(yōu)選的，所述U型冷卻管19外表面包裹有圓柱狀隔離套21；所述隔離套21外表面上均勻設置有冷凝片211。

優(yōu)選的，所述除鉛布袋42包括外層布袋421和內層布袋422；所述外層布袋421和內層布袋422之間均勻設置有連接帶423。

本發(fā)明具體使用時，

通過電磁閥和氣缸控制隔離板46和落塵開關13的開閉，正常除鉛狀態(tài)下，隔離板46打開，煙氣通過進煙管45進入布袋除鉛器中進行除鉛，鉛塵在振動器43的震動下掉入積塵腔44中；當積塵腔44中鉛塵積累到一定量后，控制系統(tǒng)自動控制隔離板46關閉，控制落塵開關13打開，將鉛塵從積塵腔44中排出；如圖2所示，陣列設置了4個布袋除鉛器，每一個除鉛器通過單獨的進煙管45與主進氣管8和輔助進氣管9連通；電子控制系統(tǒng)每次關閉一個布袋除鉛器的隔離板46，打開相應的落塵開關13，持續(xù)15分鐘后，打開隔離板46，關閉落塵開關13；然后關閉另一個布袋除鉛器的隔離板46，打開相應的落塵開關13；如此循環(huán)控制，能保持布袋除鉛器的最佳除鉛功能，防止阻塞。

電解錳陽極渣處理鉛氮硫的處理方法包括如下處理步驟：

步驟一、陽極渣熔煉：按質量份數(shù)配比，向錳鐵精煉爐內加入2.5-3.5份電解錳陽極渣，維持錳鐵精煉爐內溫度為1600-1700℃，持續(xù)熔煉20-30min后，依次加入0.5-1.5份石灰，1.5-2.5份硅錳合金粉，維持爐內攪拌速度為20-30RPM，持續(xù)熔煉1.5-1.7h后，停止熔煉，從出料口排出鐵水，冷卻后形成中低碳錳鐵，從出渣口排出富錳渣。

步驟二、煙氣控制：在步驟一持續(xù)熔煉過程中，控制煙氣冷凝器溫度為200℃以下；控制風機轉速為2000-2500RPM；控制布袋除鉛器內溫度不高于200℃。

冶煉原理：

爐料中的錳礦石在受熱過程中，錳的高價氧化物隨著溫度的升高逐步分解，變成低價氧化物。錳礦受熱分解成Mn₃O₄，然后，在繼續(xù)升溫的同時，部分高價氧化物直接與硅反應生成低價氧化物或錳金屬，其反應如下：

2Mn₃O₄+Si＝6MnO+SiO₂

Mn₃O₄+2Si＝3Mn+2SiO₂

未被還原的Mn₃O₄受熱分解成MnO，熔化進入爐渣中，繼續(xù)被合金溶液中的硅還原，其反應式為：

2MnO+Si＝2Mn+SiO₂

CaO由于反應生成物MnO與SiO₂結合成硅酸鹽(MnO₂*SiO₂)，造成反應物MnO的活度降低，正向反應變得困難。為了提高MnO的還原效果，提高錳的回收率，需要在爐料中加入一定量的石灰，將MnO從硅酸錳鹽中置換出來。其反應式為：

MnO₂*SiO₂+CaO＝MnO+CaO*SiO₂、

富錳渣或錳礦是錳的氧化物來源。使用富錳渣時能得到較低磷含量的中低碳錳鐵，但是富錳渣中的SiO₂較高，MnO以2MnO₂*SiO₂狀態(tài)存在，MnO的還原較困難，而錳礦中的錳多以MnO₂的形式存在，MnO₂在爐內受熱分解成Mn₃O₄，根據(jù)熔煉進行的反應來看，加入石灰對提高爐渣堿度是有利的。但是堿度不宜過高，因為堿度過高，會增加渣量，使爐渣變稠，反應不活躍，同時還會使爐溫升高，電耗增加，錳的揮發(fā)損失也增加。因此實際生產中把爐渣堿度(CaO+MgO)/SiO₂控制在1.3-1.7的范圍內。

冶煉工藝：

生產低碳錳鐵的傳統(tǒng)方法，采用的精煉爐多為傾動式的石墨電極精煉爐。中低碳錳鐵的冶煉過程分為補爐、引弧、加料、熔化、精煉、出鐵。

補爐：爐襯用鎂質材料筑成(鎂磚或鎂質搗打料)。由于爐襯經常處于高溫下共工作，即要承受爐渣和金屬的侵蝕，又受到電弧高溫的作用，因而爐底和爐膛隨著冶煉時間的延長而逐漸變薄，尤其是出鐵口更容易損壞。為了保護爐襯，在上一爐出完鐵后，要立即進行堵出鐵口和補爐。引弧、加料和熔化：補爐結束后，加入石灰，隨之加部分錳硅合金引弧，再將其余混合料一起加入爐內。爐料加完后，電力可給至滿負荷。為了減少熱損并縮短熔化期，要及時將爐膛邊緣的爐料推向電極附近和爐心，但要防止翻渣和噴濺。待爐料基本熔清后，(此時合金硅含硅量已降至3～6％，爐渣堿度和含錳量也接近終渣)，便進入精煉期。

精煉：由于在熔化末期爐渣溫度已達到1500-1600℃，脫硅反應已基本結束，故精煉期脫硅速度減慢。為加速脫硅，縮短精煉時間，應對熔池進行多次攪拌，并定時取樣判斷合金含硅量，確定出鐵時間，合金含硅量一般控制在1.5-2.0％的范圍內。合金含硅量可通過肉眼觀察合金試樣在冷凝過程中的表面和斷面特征來判斷：當合金含硅量小于0.8％，液體試樣粘稠，流動性不好，試樣表面皺紋多，斷面暗，結晶細，易打碎；當合金含硅在1.5-2.0％時，試樣表面黑皮部分剝落，結晶細密，端口呈灰白色，有光澤，不易碎；當合金含硅量大于2.0％時，液體試樣流動性好，試樣表面光滑，沒有皺紋，試樣表面黑皮幾乎全部脫落，斷口呈玻璃狀，無結晶，不易打碎，此時應繼續(xù)精煉。當精煉一段時間后，合金含硅量還高，可往爐內加入一些錳礦和石灰，繼續(xù)精煉至含硅量合格后方可出爐。延長精煉時間，能使渣中含錳量降低，但會導致錳的揮發(fā)損失和電能消耗的增加。因此不宜過分強調渣中含錳量。

出鐵：當合金含硅量基本達到要求時，即可停電進行鎮(zhèn)靜，使渣中金屬粒充分沉降，然后出鐵。出鐵時，合金和爐渣一起流入鐵水包中，由于出鐵時爐渣和合金間產生混沖作用，所以在爐外還可脫去0.2-1％的硅。與高碳錳鐵相同，使用的鐵水包必須定期掛渣并輪換使用。由于合金性脆，冷卻越快就越脆，且不致密，因而小型電爐常采用蓋渣保溫澆注。從爐內流出的合金與爐渣同時流至用鎂砂鹽鹵拍實的沙包中，多余的爐渣流入與之串聯(lián)的渣包內，合金在沙包中渣的覆蓋下凝固冷卻。

熔煉中低碳錳鐵時，(CaO+MgO)/SiO₂控制在1.3-1.7范圍內。如堿度過高，電弧長，響聲大，化料速度慢，爐墻掛渣多，爐口冒棕色濃煙，渣稠，渣鐵難分離，爐渣冷卻后易粉化；如堿度過低，電極不露弧，響聲小，化料速度快，渣稀、流動性好，爐襯侵蝕嚴重，渣鐵易分離，冷卻后爐渣基本不粉化。

冶煉中低碳錳鐵要根據(jù)熔化期和精煉期的特點來供給電爐的電力負荷。為了加速爐料熔化，熔化期應該滿負荷；為了減少熱量和錳的揮發(fā)損失，精煉期應降低負荷。電力負荷大小可通過改變電流或電壓值來實現(xiàn)。

電解錳陽極渣中含有4％左右的鉛，本發(fā)明原理是利用錳鐵精煉爐將陽極渣高溫冶煉成中低碳錳鐵，由于鉛的熔點較低，為327℃，鉛經高溫后全部轉換成氣體進入專門設計的布袋除鉛器中，經冷卻降溫后，布袋截留固體鉛，而煙氣中的硫、氮則經脫硫脫氮除塵系統(tǒng)去除，使得最后的排出的煙氣達到國家排放標準。

脫硫脫氮除塵系統(tǒng)中：二氧化硫、二氧化氮等氣體與石灰水發(fā)生反應形成沉淀物被收集；經二次沉淀后產生的清石灰水再經循環(huán)水管14循環(huán)使用。

經本發(fā)明對電解錳陽極渣處理后的煙氣檢測報告如下：

1、基礎信息

2、檢測方法及儀器設備

3、檢測結果：

從檢測報告可以看出，通過本發(fā)明對電解錳陽極渣煙氣進行處理后排出的空氣質量遠遠高于國家允許排放的限值。

需要說明的是，在本文中，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。

本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，由于文字表達的有限性，而客觀上存在無限的具體結構，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進、潤飾或變化，也可以將上述技術特征以適當?shù)姆绞竭M行組合；這些改進潤飾、變化或組合，或未經改進將發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均應視為本發(fā)明的保護范圍。