[发明专利]用于从含磷起始材料分离重金属的方法和装置

说明书

本发明涉及用于从含磷起始材料分离重金属的方法和装置。

磷酸盐是用于植物的光合作用的非常重要的营养素，因此超过90％的磷酸盐总体产量被加工成磷肥。然而，磷的可用性是有限的。为了增强含磷材料的有限可用性，尝试了使用污泥，其往往包含大量的磷并且通常在垃圾填埋池中将其进行处置，作为回收磷的来源。提出了燃烧含磷污泥以获得具有8-20wt.-％的磷含量的含磷灰。所得污泥的主要化学组分是SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃和P₂O₅。然而，该灰还包含重金属，例如铅、镉、铬、铜、镍、锌或汞。由于这些元素的含量超过由官方规定提供的限制，因此不能使用污泥灰作为肥料并且必须事先将其加工。

文件DE 10 2004 059 935 A1描述了用于从含磷污泥灰分离重金属的方法，其中将含磷灰加热至高于待移除的重金属的氯氧化物或氯化物的沸点的温度并且其中使经加热的污泥灰与含有氯气的贫氧气氛接触。由此形成和蒸发重金属的氯化物和氯氧化物，因而可将它们从灰分离。该方法具有以下缺点：热燃烧气体和气态反应产物与氯气形成高腐蚀性气体混合物，因此目前不存在用于回收热或保持闭合环路中的气体流在高于850℃的温度下的技术。没有热回收，必须将整个体积的燃烧空气和氯气从环境温度加热至高于氯化物的沸点的温度并且在反应器之后通过直接供应新鲜空气或水将其冷却。随后，必须将过量的氯气从烟气移除和以高成本进行处置。必须通过能量密集型方法制备和供应新的氯气。由于必须提供过量的氯以确保重金属的充分移除，因而大大地增加了工艺气体体积。

本发明的一个目的是提供以更加能量有效的方式将重金属从含磷材料可靠的分离。

在反应器中应达到高浓度的反应性气体，同时应避免通过燃烧气体稀释反应气体，以提供有利的反应条件并且使向该方法添加的氯量和工艺气体体积最小化。

通过本发明的方法解决这个问题，该方法包括以下步骤：

i)在第一反应器中将起始材料加热至700-1100℃的温度并且排出燃烧气体，和

i i)将经加热的起始材料转移到第二反应器，添加碱金属和碱土金属的氯化物并且排出工艺气体。

优选地，在第二反应器中经加热的起始材料的温度为700-1100℃。

不是如现有技术中的情况那样添加氯气，本发明提供碱金属和碱土金属的盐、特别是氯化物的添加作为提供用于与重金属反应的氯的来源。优选的盐包括钠、钾、并且特别是镁或钙或其组合的氯化物。由于第二反应器中的高温，该盐分解成它们的单质物质并且释放与有毒的重金属反应的气态氯。结果，处于它们的氯化形式的重金属蒸发并且与工艺气体离开反应器。残留的富磷固体离开反应器并且被输送至最终工段以制造纯磷肥或复合肥料。以盐形式而不是过量的氯气向第二反应器供应必要的氯是可能的，因为没有通过燃烧空气稀释工艺气体。在单独的第一反应器中预热该起始材料并且例如在旋流器中排出燃烧气体，使得仅将灰转移到第二反应器。在将该灰引入第二反应器中之前预热该灰减少了待向第二反应器供应的燃烧空气的量。

该技术基于事实：大多数金属在氯化合物中在比它们的单质状态或比如在灰中普遍的氧化化合物更低的温度下获取它们的气态形状。在热化学过程中，与灰混合的固体矿物盐在约1000℃的温度下分解成它们的单质物质并且与部分有毒的重金属化合物反应成气态的氯化化合物，该氯化化合物从反应床蒸发。

除了重金属氯化物以外，来自第二反应器的工艺气体包含过量体积的氯，其没有与重金属化合物反应并且应将其返回该方法中。为了这个目的，在第一步骤中，在从第二反应器排出后，例如用新鲜空气将工艺气体急冷以使重金属化合物凝结成固体颗粒。由于氯的进料可适应实际需要的量，因而可显著减少废气的氯含量。理想地，存在化学计量转化，使得仅存在最小的氯过量。

优选地，在袋室过滤器中捕获固体颗粒作为过滤器粉尘。该过滤器粉尘将作为二次废物而沉积或可再循环到步骤i)中的第一反应器。

经过过滤器并且根据本发明的一个优选实施方案的气态流中残留的氯化重金属特别是在具有两个顺序安装的混合反应器和袋室过滤器的系统中与菱镁石反应。此时，颠倒反应器过程并且形成干燥的固体盐。优选将该盐再循环到第二反应器。新鲜的盐补偿参与了化学反应的氯。

可通过基于供应空气和燃料和/从第一反应器排出并且经再循环用于预热起始材料、燃料和/或空气的燃烧气体的内燃烧来加热步骤i)中的第一反应器。