从气体中除去汞的方法和装置的制造方法
【专利说明】从气体中除去汞的方法和装置
[0001]本发明涉及一种从处理气体中除去气态元素汞的方法和装置，包括以下步骤:
[0002](i)将存在于处理气体中的汞蒸汽与溶解于洗涤溶液中的氯化汞(HgCl2)反应，以形成含有固态氯化亚汞(甘汞)的悬浮液，
[0003](?)将氯化亚汞(甘汞)从溶液中沉降出来。
[0004]原子序数为80的汞(Hg)是重的银色元素且在环境温度和压力条件下为唯一的液态金属(凝固点-38.80C ;沸点356.70C )。此外，汞还具有高的蒸汽压。
[0005]全世界中，汞以沉积物形式存在，并且通常伴随着铜、锌、黄铁矿和铅矿石以及煤炭。在对这些含有痕量汞的矿石或煤炭进行热处理时，汞以汞蒸汽挥发，并与废气一起被携带出去。
[0006]然而，汞及大部分的汞化合物是剧毒的，必须小心地处理。因此，大多数国家对于工业过程中汞的排放以及由处理气体制备的产品——如从火法冶金工艺释放的含302气体制备的硫酸——中汞的存在有着非常严格的要求。含元素汞的气体已构成向环境排放工业汞的重要来源之一，并且在过去的30年中，已提出许多新的气体净化方法，以用于从该气体中除去元素汞。该除去方法的实例为“Bolkem法”、使用砸过滤器或砸洗涤器。
[0007]然而，大多数这些所建议的气体净化方法以及特别是最有效的那些在技术上是非常复杂的，并且需要使用昂贵的专用设备或高级的反应剂和添加剂以达到满意的结果。在实践中广泛使用的少数方法之一是所谓的“Boliden-Norzink法”，还称为“氯化法”或甘汞法，该方法还属于最有效的方法，并因此，在至少关于其在冶金领域的应用方面的市场占据主导地位。该方法对于从经处理可产生硫酸的302气体中除去汞是非常有效的。可由含有最高达150ppm的未的气体制备含有小于0.5ppm的未的产品酸。
[0008]所述方法——其各种实施方案更详细地记载于US 3，849，537、US 4，233，274和US 4，640, 751中——在图1所示的装置中进行。
[0009]将含有汞的处理气体通过管线11引入洗涤塔10的填料1a中。在洗涤塔中，将含有溶解氯化汞(HgCl2)的溶液进行循环(泵14，管线13、15、17)。氯化汞与处理气体中所含的汞反应以形成氯化亚汞(甘汞)，如下所示:
[0010]HgCl2+Hg — Hg2Cl2
[0011]该洗涤过程从洗涤溶液中除去氯化汞。如果不能保持氯化汞的浓度，则洗涤溶液将变得无效。必须测定溶液中HgCl2的浓度，并且如果浓度下降到低于给定值，则必须加入浓溶液。取样、测定和调节浓度必须由有经验的操作人员进行。但由于连续操作(洗涤)和间歇操作(加入浓溶液)的组合，洗涤过程的效率略有波动。
[0012]为了克服浓度损失，将所谓的浓溶液从储槽38中通过管线39加入洗涤塔中。浓溶液含有的HgCl2浓度比在反应循环中的浓度高出10至20倍。在反应期间形成的氯化亚汞(甘汞)是不溶的，并且从溶液中沉淀出来。
[0013]将沉降槽20的溢出物通过管道50再循环至洗涤塔。该过程连续消耗氯化汞(HgCl2)。通过分批加入浓溶液来保持反应溶液的浓度。
[0014]在单独的循环中，通过从反应循环中经由沉降槽除去的氯化亚汞的再生而产生浓溶液。使用所谓的氯化槽30。将瓶40中的氯通过管道41和注入装置34注入泵32、管线31、33、35和36的循环流中。氯在溶液中被吸收并和氯化亚汞(甘汞)反应以形成浓氯化汞溶液。
[0015]Hg2Cl2+Cl2—2HgCl 2
[0016]当达到所需的浓溶液浓度时，所述浓溶液通过管线37被泵送至储槽38，并从储槽38被送入洗涤塔10。
[0017]需花费约两天的时间来产生足够的浓溶液以使洗涤塔10运行约两周。当在再生槽30中产生取(:12时，测量氯化汞(II)(HgCl2)的浓度。如果氯浓度下降到低于一定的水平，则要注入另外的氯。重复该步骤，直到获得具有预定浓度的洗涤溶液。因为该过程的动力学是相当复杂的，因此新的氯的加入不是自动完成的，而是人工完成的。
[0018]浓溶液的产生是作为不连续过程操作的，而从废气中除去汞却是连续过程。储槽38用于结合这两种操作模式，因为它为洗涤溶液的连续加入提供了缓冲并且补偿废气中汞含量的波动。
[0019]总体上来说，可以看出，如果可以在连续的过程中产生洗涤溶液，则从废气中除去汞的整个过程将变得更加有利，因为浓溶液的分批生产可降低或甚至变得完全没有必要。如上所述，该过程中的最严重的问题之一是在不连续的过程中，仅是部分可能地反应以使汞在气体中的量显著和突然增加，这需要大型储槽以避免必须停止该过程直到产生新的洗涤溶液。
[0020]因此，本发明的目的是提供一种改进的方法，其可消除以上所述的问题和缺陷并能够满足未来工业关于改进的过程控制的需求。本发明的目的是在至少部分连续的过程中生产洗涤溶液。
[0021]根据本发明，提供了一种包括权利要求1的特征的方法。具体而言，本发明提出将氯气直接注入含有氯化亚汞(甘汞)的洗涤循环中。因此，HgCl2的产生不在单独的槽中发生，而是在洗涤塔和沉降槽之间至少部分地移动。因此，HgCl2的产生是洗涤和沉降的连续过程的一部分。
[0022]然而，为在气流中缓冲可靠的汞含量，本发明的优选实施方案提供了另外的槽，可向其中提供沉降的氯化亚汞，以在类似于现有技术的不连续过程中产生另外量的洗涤溶液。通过包括两个用于注入氯的装置的方法，可保证所得洗涤溶液不含有高含量的未反应的氯。
[0023]注入到洗涤循环中的氯的量为洗涤过程所需要的量的20至100mol%，优选80至10mol%。在最优选的值(10mol% )下工作，允许无需用于不连续产生洗涤溶液的另外的槽而运行该过程。
[0024]在本发明的另一个优选实施方案中，悬浮液的侧流被分支出来，并将氯注入该侧流中以改进反应物的混合。
[0025]根据本发明的另一个优选的方面，在沉降步骤之前，至少部分反应溶液返回洗涤塔中。用于再循环洗涤溶液的这样一种另外的可能性提供了快速反应的机会以使气流中汞含量产生波动。
[0026]优选地，氯化亚汞的沉降发生在两个阶段中，其中将锌粉混合至第二阶段中，以进一步有助于甘汞从溶液中沉降。
[0027]2Zn+HgCl2— Hg 2C12 (甘汞)+2ZnCl
[0028]该反应允许将“无汞”液体排放至进一步处理的步骤中。
[0029]在本发明的进一步优选的实施方案中，注入至洗涤循环中的氯的量通过测定从洗涤塔引出的处理气体中的氯而控制。使用这种操作方法，人工测量不再是必要的。特别地，如果在沉降前，将产生洗涤溶液所需的量的10mol %注入悬浮液，则这种方法可保证本过程中氯不会通过洗涤气流被携带出去。
[0030]本发明可成功进