Способ и устройство для извлечения ртути из высоковлажных ртутьсодержащих материалов

(51)7 22 9/04, 22 43/00 НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Храпунов Владимир Евгеньевич Челохсаев Леонид Сахамович Исакова Руфина Афанасьевна Володин Валерий Николаевич Требухов Сергей Анатольевич Акимжанов Жомарт Ахметсапаевич(73) Республиканское государственное казенное предприятие Институт металлургии и обогащения Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РТУТИ ИЗ ВЫСОКОВЛАЖНЫХ РТУТЬСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к области цветной(57) металлургии, к процессам и аппаратурному оформлению извлечения ртути из промпродуктов, вторичного сырья и других ртутьсодержащих материалов, а также подобных легколетучих соединений и веществ, с влажностью, изменяющейся в широких пределах, и может быть использовано в химической,пищевой и других отраслях промышленности. Способ извлечения ртути из высоковлажных ртутьсодержащих материалов включает операции загрузки, обезвоживания материала, отгонки ртути при нагревании в вакууме до 450-500 С, конденсации паровой фазы и выгрузки остатка, при этом цикл операций загрузки, обезвоживания, отгонки ртути и выгрузки остатка осуществляют последовательно периодически повторяющимся в одном объеме, при непрерывном в течение цикла перемещении материала с изменением направления перемещения, с понижением давления при обезвоживании и отгонке ртути до 4-13 кПа, организацией газового потока для транспортировки паровой фазы в зону конденсации и поочередной конденсацией составляющих парогазовой фазы в один продукт. Устройство для извлечения ртути из высоковлажных ртутьсодержащих материалов включает герметичный корпус, размещенный в теплоизолирующем кожухе, конденсатор, устройства для загрузки материала, выгрузки продукта и напуска воздуха, перегребатель, при этом корпус размещен в кожухе, выполненном в виде шахтной печи, и снабжен ребрами жесткости, образующими с футеровкой печи направляющие каналы для топочных газов,загрузочное устройство выполнено в виде трубы,соединяющей корпус с конденсатором, снабженной на концах подвижными запорными крышками, устройство для напуска воздуха размещено на противоположной от загрузочного стороне корпуса, перегребатель выполнен с возможностью автореверсного изменения направления вращения. Технический результат изобретения заключается в упрощении технологии и оборудования для извлечения ртути из высоковлажных ртутьсодержащих материалов и снижении содержания ртути в огарке. 10791 Изобретение относится к области цветной металлургии, к процессам и аппаратурному оформлению извлечения ртути из промпродуктов, вторичного сырья и других ртутьсодержащих материалов, а также подобных легколетучих соединений и веществ, с влажностью, изменяющейся в широких пределах, и может быть использовано в химической,пищевой и других отраслях промышленности. Известен способ выделения ртути из ступы, остатков от сепарации ртути, отстоя заводских зумпфов с влажностью более 50 обжигом при температуре 400 С, реализуемый во вращающихся трубчатых печах в непрерывном режиме загрузки сырья и выгрузки огарка с разбавлением паровой фазы,направляемой на конденсацию, продуктами горения топлива (Мельников С.М. Металлургия ртути. 1971,с. 243). Недостатками способа являются относительно невысокое извлечение ртути (98,9-99,0 ) и сложность технологических процессов конденсации ртути из разбавленной паровой фазы и последующей переработки конденсата. Известен также процесс и аппаратура для извлечения ртути из высоковлажных шламов электролитического получения хлора и щелочи (патент США 4344793, кл. С 22 В, 43/00, 1982), включающий фильтрацию и промывку с получением кека влажностью 50 , обезвоживание в паровой сушилке при 120-170 С до влажности 5 и обжиг в муфельной печи при температуре около 540 С в непрерывном режиме с перемещением материала через печь с помощью скребкового или шнекового транспортера. Пары ртути улавливают охлаждением в конденсаторе башенного типа. Недостатками процесса является большое количество операций, для каждой из которых предназначено специальное оборудование, относительно невысокое извлечение ртути и низкий уровень экологической безопасности, свойственный процессам, осуществляемым в негерметичной аппаратуре. Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому изобретению являются способ и устройство для переработки ртутно-сурьмяных концентратов с высокой влажностью, включающий предварительную сушку до 3 влаги, непрерывную загрузку, отгонку ртути совместно с влагой при температуре 450-500 С, конденсацию паров и непрерывную выгрузку огарка (Вакуумные процессы в цветной металлургии. Алма-Ата Наука, 1971, с. 268). Процесс осуществляют в вакуумной печи,представляющей собой горизонтальный герметичный, цилиндрический, электрообогреваемый снаружи корпус, снабженный внутри перегребателем валом с лопатками для перемещения материала от места загрузки к выгрузке. Корпус размещен в теплоизолирующем кожухе и соединен с системами загрузки, выгрузки и конденсации паровой фазы. Для данного технического решения свойственны сложность технологического процесса и оборудования, заключающаяся в необходимости предварительной сушки высоковлажного материала в отдель 2 ном устройстве, а также наличие дополнительных трубопроводов, соединяющих корпус устройства с системами загрузки, выгрузки и конденсации паров. Непрерывная загрузка также усложняет технологию и требует наличия дополнительных конструктивных элементов устройства. Проведение процесса в непрерывном режиме сопровождается подавлением процесса отгонки ртути вследствие высокого давления пара воды, что приводит к увеличению содержания ртути в огарке. Кроме того, предусмотренная конденсация парогазовой смеси предполагает разные температурные зоны конденсации влаги и ртути и влечет за собой получение не менее двух продуктов. Технический результат от совокупности влияния признаков, предлагаемых в изобретении, заключается в упрощении технологии и оборудования для извлечения ртути из высоковлажных ртутьсодержащих материалов и снижении содержания ртути в огарке. Указанный технический результат изобретения обеспечивается в способе извлечения ртути из высоковлажных ртутьсодержащих материалов, включающем операции загрузки, обезвоживания материала, отгонки ртути при нагревании в вакууме до 450-500 С, конденсации паровой фазы и выгрузки остатка, в котором цикл операций загрузки, обезвоживания, отгонки ртути и выгрузки остатка осуществляют последовательно периодически повторяющимся в одном объеме, при непрерывном в течение цикла перемещении материала с изменением направления перемещения, с понижением давления при обезвоживании и отгонке ртути до 4-13 кПа,организацией газового потока для транспортировки паровой фазы в зону конденсации и поочередной конденсацией составляющих парогазовой фазы в один продукт. Технический результат изобретения достигается также в конструкции устройства для извлечения ртути из высоковлажных ртутьсодержащих материалов,включающем герметичный корпус, размещенный в теплоизолирующем кожухе, конденсатор, устройства для загрузки материала, выгрузки продукта и напуска воздуха, перегребатель, в котором корпус размещен в кожухе, выполненном в виде шахтной печи и снабжен ребрами жесткости, образующими с футеровкой печи направляющие каналы для топочных газов, загрузочное устройство выполнено в виде трубы, соединяющей корпус с конденсатором,снабженной на концах подвижными запорными крышками, устройство для напуска воздуха размещено на противоположной от загрузочного стороне корпуса, перегребатель выполнен с возможностью автореверсного изменения направления вращения. Проведение всех операций извлечения ртути из высоковлажного материала в одном объеме значительно упрощает технологический процесс и сокращает количество оборудования для его осуществления за счет исключения транспортировки материала из одного устройства в другое, предназначенных каждое для одной из операций. Процесс периодической загрузки позволяет выполнить последова 10791 тельно все операции цикла извлечения ртути с высокими технологическими показателями. Непрерывное перемещение материала во время всех операций от загрузки до выгрузки позволяет во время операций загрузки и обезвоживания распределить материал по объему и сформировать его в виде сыпучего материала разной крупности, что способствует увеличению газопроницаемости и интенсификации процессов обезвоживания и отгонки ртути и направлено на упрощение технологии при сохранении технико-экономических показателей. Изменение направления перемещения материала во время цикла позволяет неограниченно изменять продолжительность обработки материала в зависимости от влажности материала и содержания в нем ртути и также направлено на достижение технического результата. Понижение давления в процессах обезвоживания и отгонки ртути позволяет сократить объем паровой фазы и упростить процесс конденсации водяного пара и ртути. Повышение давления более 13 кПа замедляет процессы испарения и отгонки, а понижение менее 4 кПа - экономически нецелесообразно. Организация газового потока напуском воздуха из зоны обезвоживания и отгонки ртути в зону конденсации в течение всего цикла операций способствует транспортировке образовавшихся паров в зону конденсации, интенсифицирует процессы обезвоживания и отгонки ртути и предотвращает попадание ртути в выгружаемый продукт, что исключает дополнительные операции по доводке огарка до необходимых технологических характеристик, и направлено на упрощение технологии в целом. Получение в результате поочередной конденсации составляющих паровой фазы одного продукта позволяет исключить многообразие операций по переработке различных ртутьсодержащих конденсатов и промпродуктов в случае раздельной конденсации составляющих паровой фазы. Упрощение технологии переработки высоковлажного ртутьсодержащего материала влечет за собой и упрощение устройства для ее осуществления. Снабжение в предлагаемом устройстве герметичного корпуса ребрами жесткости позволяет повысить прочностные характеристики последнего,улучшить передачу тепла обрабатываемому материалу, а образование с футеровкой печи каналов для печных газов направлено на выравнивание температурного поля в объеме корпуса, предотвращающего конденсацию паров ртути на менее нагретых участках корпуса, и не требует специальных конструктивных решений и технологических приемов для предотвращения последней. Использование трубы, соединяющей герметичный корпус с конденсатором в качестве загрузочного устройства уменьшает количество конструктивных элементов и упрощает устройство в целом и технологические приемы извлечения ртути. Снабжение трубы на ее концах подвижными запорными крышками позволяет верхней - обеспечить доступ в герметичный корпус, нижней - предотвратить попадание паров и капель ртути в огарок при его выгрузке, что, как отмечено выше, способствует упрощению технологии. Размещение устройства для напуска воздуха и организации газового потока на противоположной стороне корпуса от загрузочного устройства, совмещающего функции трубопровода от корпуса к конденсатору, позволяет наиболее полно организовать транспортировку паров в конденсатор, предотвратить образование застойных зон в объеме и также способствует достижению технического результата. Выполнение перегребателя с возможностью автоматического реверсного изменения направления дает возможность изменять без остановки перемещения время выдержки обрабатываемого материала в устройстве до оптимального, и делает предлагаемое устройство и технологию применимыми для ртутьсодержащих и иных материалов любой влажности. На фигуре приведена схема предлагаемого устройства, где герметичный корпус 1 опущен в шахтную, отапливаемую печными газами печь 2. Корпус 1 снабжен ребрами жесткости 3, образующими с футеровкой печи 2 каналы 4. Внутри корпуса 1 размещен перегребатель 5, выполненный с возможностью реверсного изменения направления вращения и имеющий привод 6. Корпус 1 соединен с конденсатором 7 трубой 8, снабженной верхней 9 и нижней 10 подвижными запорными крышками. На противоположной от трубы 8 стороне корпуса 1 выполнено устройство 11 для организации газового потока, в нижней части - устройство для выгрузки продукта 12. Устройство работает следующим образом. Шахтную печь 2 и размещенный в ней корпус 1 разогревают топочными газами, проходящими по каналам 4, образованным ребрами 3 и футеровкой. Перегребателю 5 посредством привода 6 сообщают вращение, открывают подвижные запорные крышки 9 и 10, через трубу 8 загружают (заливают) высоковлажный ртутьсодержащий материал. Крышку 9 закрывают и через конденсатор 7 эвакуируют газы до давления 4-13 кПа, одновременно организуют натекание воздуха через устройство 11. В результате нагрева происходит испарение влаги - обезвоживание материала. Пары воды, увлекаемые организованным газовым потоком, через трубу 8 направляют в конденсатор 7 с получением жидкого конденсата. По мере обезвоживания материал, перемещаемый перегребателем 5, превращается в дисперсный материал различной крупности, причем направление перемещения его изменяется автоматически попеременно от периферии к центру и наоборот реверсным изменением вращения перегребателя 5. После обезвоживания материала температуру внутри корпуса 1 повышают до 450-500 С и выдерживают в течение времени, необходимого для отгонки ртути. Пары ртути, увлекаемые организованным через устройство 11 потоком газа, также через устройство 8 на 3 10791 правляют в конденсатор 7 на конденсацию. Сконденсированный вначале водяной пар, затем ртутный пар образуют с некоторым количеством увлеченной парогазовым потоком пыли один продукт. Этот продукт подвергают переработке для извлечения ртути(отбивке ртути). После завершения отгонки ртути корпус 1 несколько охлаждают до температуры менее 250 С, закрывают нижний конец трубы 8, подвижной запорной крышкой 10, для предотвращения попадания сконденсировавшихся в трубе 8 капель ртути в огарок, выравнивают давление с атмосферным, открывают разгрузочное устройство 12 и вследствие перемещения материала перегребателем 5 выгружают огарок из устройства. После выгрузки Условия и результаты переработки 1. Влажность материала,2. Единовременная загрузка, м 3 влажной массы 3. Температура операции обезвоживания, С 4. Температура операции отгонки ртути, С 5. Давление в корпусе, кПа (мм рт. ст.) 6. Продолжительность одного цикла, ч 7. Количество циклов в сутки 8. Извлечение ртути из материала,9. Содержание ртути в огарке,10. Содержание ртути в водном конденсате, г/дм 3 Проведенные, таким образом, испытания по переработке ртутьсодержащего материала в большом интервале значений влажности предлагаемым способом и в устройстве для его осуществления подтвердили упрощение технологии при сохранении технико-экономических показателей, характерных для технических решений, существующих в настоящее время. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ извлечения ртути из высоковлажных ртутьсодержащих материалов, включающий операции загрузки, обезвоживания материала, отгонки ртути при нагревании в вакууме до 450-500 С, конденсации паровой фазы и выгрузки остатка, отличающийся тем, что цикл операций загрузки, обезвоживания, отгонки ртути и выгрузки остатка осуществляют последовательно периодически повторяющимся в одном объеме, при непрерывном в течение цикла перемещении материала с изменением направления перемещения, с понижением давления огарка разгрузочное устройство 12 закрывают, открывают крышки 9 и 10 трубы 8 и производят загрузку следующей порции материала, затем цикл операций обезвоживания, отгонки ртути и выгрузки повторяют. Продукт конденсации направляют на извлечение ртути после одного или нескольких циклов операций в зависимости от массы загружаемого материала, содержания влаги и ртути в нем. Способ и устройство для извлечения ртути из влажных материалов испытаны при переработке концентрата и вторичного сырья, различающихся влажностью и формами нахождения ртути в них. Условия и результаты испытаний приведены в таблице. Влажный концентрат при обезвоживании и отгонке ртути до 4-13 кПа,организацией газового потока для транспортировки паровой фазы в зону конденсации и поочередной конденсацией составляющих парогазовой фазы в один продукт. 2. Устройство для извлечения ртути из высоковлажных ртутьсодержащих материалов, включающее герметичный корпус, размещенный в теплоизолирующем кожухе, конденсатор, устройства для загрузки материала, выгрузки продукта и напуска воздуха, перегребатель, отличающееся тем, что корпус размещен в кожухе, выполненном в виде шахтной печи, и снабжен ребрами жесткости, образующими с футеровкой печи направляющие каналы для топочных газов, загрузочное устройство выполнено в виде трубы, соединяющей корпус с конденсатором,снабженной на концах подвижными запорными крышками, устройство для напуска воздуха размещено на противоположной от загрузочного стороне корпуса, перегребатель выполнен с возможностью автореверсного изменения направления вращения.