灰分、特别是飞灰的处理方法技术

在处理灰分、特别是飞灰的方法中，从灰分分离了几种元素。在该方法中，贵金属和稀土元素都被分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】灰分、特别是飞灰的处理方法本专利技术涉及灰分、特别是飞灰的处理方法，在该方法中，从灰分中分离出几种元素。欧盟不仅愈加依赖于一次能源的进口，而且对工业原料的进口也愈加依赖。因此，欧盟相比其它国家更多暴露于市场并易受到市场畸变的影响。这些基本工业原料中的一些被用于生产所谓的高科技产品。除了其它以外，所提及的产品被用于环境技术方案以促进改善能源效率和减少温室气体排放。2010年，欧盟委员会分析了总计41种工业用原料的经济重要性和获取的风险。被分析的矿物和金属中的14种被认为是对欧盟工业活动至关重要的，因为它们对关键部门具有显著的经济影响或者获得和取代它们包含重大风险。被划分为重要类别的原料为锑、铟、铍、镁、钴、铌、氟化钙、铂族金属、镓、稀土元素(镧)、锗、钽、石墨和钨。每年，芬兰的电厂产生约100万吨废料，绝大多数是由燃烧和除硫产生的灰分。灰分或者是所谓的底灰，或者是从烟气净化器收集的细颗粒飞灰。灰分通常主要包含不可燃烧的矿物、硅酸盐，还可能包含重金属。绝大多数约60％这样的灰分被用作各种土方工程，例如在田间结构中和用作填埋结构中的填充剂，以及混凝土和水泥中的配料，例如用作水泥中和建筑板材中的原料。这些可利用的灰分通常像这样来利用并且是在其离开电厂时所在的国家内被利用。绝大多数约55％的这些可利用的灰分废料来自煤的燃烧。利用程度低部分是因为相对低廉的最终处置成本和灰分法定的废料地位，以及例如在肥料和土方工程中严格的物质含量的极限值。税收流程和稳定增加的运输成本给电厂的灰分处理造成不断增加的成本负担。在废物利用中，首先要符合法定规定。已经尝试采用立法来推动在土方工程中使用煤、泥煤和木质材料燃烧产生的底灰和飞灰。然而，必须限定和监测灰分的质量。还限制了最终处置结构的厚度，目的在于避免造成不受控制的分选区域。例如，如果把水加入飞灰并经压实就会固化。然后可以使用飞灰，例如在道路中作为结构层。绝大多数混合燃烧中的灰分来自采用流化床燃烧的电厂。木质灰分的质量还随着树的不同部位变化。例如，相对于能量的量，树皮和树枝中的金属含量比树干中高。土地的元素含量还随时间和地点的变化而变化，其影响灰分的质量。当树木和植物生长时，它们从土地连同水一起吸收矿物质和元素，在此期间生长使树木和植物的结构充实。实际上，可以认为植物表明了其生长的区域的地质情况，土地的元素含量变化也可以从灰分组成中检测出来。相当大量的溶解性研究是针对于煤的飞灰的，其中一般将重点放在具体的有害物质的溶解性。已经表明来自煤的飞灰的其它金属的溶解性非常小。一般地，混合燃烧产生的灰分的溶解性通常对应于煤和泥煤燃烧产生的灰分的溶解性。能源生产中的生物燃料的份额正在增加，其原因在于气候和能源政策的宗旨和目标。对增加生物燃料的使用的最重大影响是欧盟至2020年法定的温室气体削减目标和增加再生能源的目标。温室气体的消减目标是1990年水平的20％，而增加再生能源的目标为2005年总能源消耗水平的20％。电厂中生物燃料的使用增加不仅改变了燃烧状况，还改变了产生的灰分的组成。有这样几种方法，其中绝大多数已经被开发成使得灰分的处理适合垃圾掩埋。干燥的灰分可以经空气分级，其中基于颗粒尺寸和比重将灰分分成不同份。相对绝大多数可溶的物质和重金属存在于可以经空气分级分离的小颗粒中。相应地，可以采用水洗或酸洗分离可溶物质。然而，洗涤增加成本并产生废水。灰分的溶解性还受到储存的影响。当其老化时，灰分与空气反应，这时其溶解性改变。可以通过热处理方法除去重金属。热处理消耗大量能源并且未完全纯化灰分。第101572号芬兰专利公开了一种力求使细灰分形成稳定成较大的灰分颗粒的方法。然而，所讨论的方法需要特定类型的燃烧设施。此外，该方法不适合处理飞灰，其仅在燃烧处理的最后阶段被除去。在土方工程中使用飞灰存在问题的原因在于飞灰的毛细结构。实际上，飞灰形成的层甚至在被压实时也易受到冻胀的影响。第2007321239号日本专利申请公开了从飞灰回收铜。在该方法中，飞灰经添加剂处理，并且混合物在高温下处理。该方法仅适合有限数量的元素，并且需要大量的能源，尽管产量仅有很少。本专利技术的目的在于提供一种处理灰分、特别是飞灰的新型方法，其比已有方法更有效，与已有方法相比，通过该方法可以从灰分分离出更大量的更有价值的元素，以致于灰分造成的成本大大降低。分离的元素可以被再利用，例如作为工业生产过程中的原料。本专利技术的特征在所附权利要求书中记载。在根据本专利技术的方法中，灰分被分阶段处理，使得多种元素以可控的方式被回收。此外，处理中使用的物质廉价且明智，且可以回收利用或者处理后作其它用途。分离过程可以以链式衔接，这样使得整个过程有效率，提高了元素的产量。同时，元素的纯度好，并且分离过程的残余物可以用作原料，而不是像以前作为废料。这样，以前大部分情况下仅是增加成本的灰分处理变成有利可图的商业活动。下文参考描述本专利技术的某些实施方案的附图详细描述本专利技术，其中图1示意性地显示了根据本专利技术的方法；图2a显示了根据本专利技术的方法的第一个的部分阶段；图2b显示了根据本专利技术的方法的第二个的部分阶段。图1阶段显示了根据本专利技术阶段的方法。该方法的目的是处理灰分，特别是飞灰。在该方法中，从灰分中分离出几种元素。在根据本专利技术的方法中，贵金属和稀土元素均被分离出来，令人惊奇地，这些贵金属和稀土元素在灰分，特别是飞灰中的含量显著。因此，即使是飞灰的处理也是有利可图的，同时经处理的灰分可以比以前更广泛地使用。换言之，借助根据本专利技术的方法，可以从灰分分离出具有显著经济效益的元素，而不是之前的有害元素。已知灰分是难溶的。因此，在本专利技术中其结果是采用分阶段的处理过程，然而，其优选为连续的。部分处理过程还可以根据批量原则来操作，使得处理过程在特定的循环中进行，而同时又是连续的。在本专利技术中，在两阶段的提取过程10和11中分离元素。换言之，有两个相继的提取过程。这样，可以将元素的分离标准化，并且可以分离由提取过程获得的需要的元素。在第一提取过程10中分离贵金属，而在第二提取过程11中分离稀土元素。可以分别将两个提取过程最优化，由此提高元素的产量。通常，在提取时，将固体溶于液体(如水)中。在溶解时，力求使固体中包含的物质尽可能完全地溶解。然而，已经证实溶解灰分是有困难的，因此在根据本专利技术的第一提取过程10中，特意采用草酸盐的水溶液12溶解贵金属，在这种情况下，使得元素被选择性溶解。在该方法的研发期间，观察到含有草酸盐的酸溶液有效地溶解贵金属，但不溶解稀土元素。采用草酸(H2C2O4)或草酸铵((NH4)2C2O4)形成含有草酸盐的水溶液。此外，提取液应是酸性的。当溶液的pH值被调节至2或更低时，获得最大的提取效率。提取通常持续几个至几十个小时，这取决于溶液的性质和浓度。将第一提取过程10获得的草酸盐提取液21引入第一步骤13以分离贵金属，该步骤将在下文详细描述。在该方法的研发期间，观察到不溶的灰分14保留在第一提取过程10中。由于含草酸盐的水溶液12未溶解所有的固体，因此选择另一种促进溶解的物质。在根据本专利技术的第二提取过程11中，通过使用溶液15将在第一提取过程10中不溶的稀土元素从灰分溶解出来，所述溶液15为硫酸和硝酸的混合物。选择硫酸作为该阶段的提取液是因为它不是会造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理灰分、特别是飞灰的方法，其中从灰分中分离几种元素，其特征在于，所述方法将贵金属和稀土元素都分离出来。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.02 FI 201162281.一种处理灰分的方法，其中从灰分中分离几种元素，所述方法将贵金属和稀土元素在两个提取过程中都分离出来,其特征在于在其第一提取过程(10)中使用草酸或含有草酸盐的水溶液(12)溶解贵金属，而然后在其第二提取过程(11)中分离稀土元素，在所述第一提取过程(10)、第二提取过程(11)中获得的溶液在两个步骤中进行沉淀，在其第一步骤(13)中沉淀贵金属，而在其第二步骤(16)中沉淀稀土元素，所述第一提取过程(10)、第二提取过程(11)和第一步骤(13)、第二步骤(16)彼此结合在一起。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二提取过程(11)中，通过硫酸和硝酸混合物的溶液(15)将稀土元素从在第一提取过程(10)中未溶解的灰分(14)中溶解出来。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以至少两个阶段处理第一提取过程(10)获得的草酸盐提取液(21)，其方式是首先将包含硫化物和氯化铵的第一沉淀液(22)加至草酸盐提取液(21)，从而将铱和铜分离出来，将剩余的溶液(26)的pH升高从而使第二沉淀阶段(27)中剩余的贵金属沉淀。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在沉淀过程中的第一阶段(24)中，将草酸盐提取液(21)的pH设置为1.5±0.3，而在第二沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·韦依塞宁，J·瓦尔科宁，S·佩雷麦基，V·索伊凯利，R·吕明，
申请(专利权)人：于韦斯屈莱能源有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI