CN102766718B

CN102766718B - 利用高炉含锌灰生产海绵铁及富锌料的方法

Info

Publication number: CN102766718B
Application number: CN2012102586935A
Authority: CN
Inventors: 赵沛; 郭培民; 庞建明; 葛雷; 杜东辉; 杨龙进; 张威
Original assignee: WUHAN BEIHU SHENGDA STEEL CO Ltd; New Metallurgy Hi Tech Group Co Ltd
Current assignee: WUHAN BEIHU SHENGDA STEEL CO Ltd; New Metallurgy Hi Tech Group Co Ltd
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: CN102766718A

Abstract

一种利用高炉含锌灰生产海绵铁及富锌料的方法，属于钢厂废弃物综合利用技术领域。其制备流程是首先在回转窑内还原高炉含锌灰得到富锌料，同时对冷却后的渣铁进行破碎，再通过磁选分离炉渣和富铁物质。回转窑头煤气中CO体积浓度满足CO/(CO₂+CO)>70％且窑头煤气温度为1150℃～1300℃；高炉含锌灰入炉时的含水量在10～30wt％；进入回转窑的炉料成分中碳质量含量不低于20 wt％；回转窑还原得到的渣铁混合物内，铁的还原率不低于85％且金属铁粒尺寸不小于0.1mm；入磁选机前的渣铁混合物的平均粒度0.08mm-0.2mm；分离后的金属铁产品中全铁含量不低于85wt％，金属化率不低于85 wt％。优点在于，能够有效利用高炉灰内的有价金属和危险重金属，得到优质海绵铁及富锌料。

Description

利用高炉含锌灰生产海绵铁及富锌料的方法

技术领域

本发明属于钢厂废弃物综合利用技术领域，特别是提供了一种利用高炉含锌灰生产海绵铁及富锌料的方法，适用于高炉含锌灰的综合处理。

背景技术

我国钢铁行业每年产生大约千万吨级的高炉灰，高炉灰含有锌、铅、砷等有害元素，简单地将高炉灰倾倒至野外或填埋，这些重金属元素在雨水的作用下会逐渐地浸出来，污染周边土壤、河流、地下水，殃及农作物和动物，最终对人类产生危害。目前高炉含锌灰对环境的影响已经引起人们和政府的重视。

我国最早的高炉含锌灰资源化方法是直接将高炉含锌灰在钢铁厂内循环使用，即用它作为一种烧结原料，但是锌在高炉内的循环富集会缩短炉衬的寿命和引起高炉结瘤，影响高炉的正常操作。

现有的物理法处理高炉含锌灰工艺主要有磁选法、重选法、浮选法、水力旋流分级法以及这几种方法的不同组合工艺。缺点是选出的铁矿品位较低、铁的收得率较低。

湿法处理工艺存在如下问题：锌铅的浸出率较低，浸出渣既难以作为原料在钢铁厂循环利用，也满足不了环保法提出的堆放要求；单元操作过多，浸出剂消耗较多，成本较高；设备腐蚀严重，大多数操作条件较恶劣；对原料比较敏感，使工艺难以优化；处理过程中引入的硫、氯等易造成新的环境污染。

目前采用火法处理高炉含锌灰的方法主要来自日本，一种是早期的回转窑技术，比较有代表性的是日本住友金属开发的SPM（Sumitomo Pre-reduction Method）工艺，将传统回转窑冶炼富铁矿生产海绵铁工艺的主要思路继承过来，首先将各种泥浆脱水后，与各种粉尘和还原剂混合，再将混合料加入到回转干燥窑中，通过干燥，生产出原始球团；然后将原始球团加入到回转窑中，经过预热和还原、除锌，得到金属化炉料，金属化炉料再经过回转窑冷却，通过筛分将大于7㎜的产品作为高炉入炉料；小于7㎜的粉末需重新烧结。

日本开发的回转窑处理高炉含锌灰，重点在于脱除高炉灰中的锌，而铁产品质量差，表现在渣铁混合，金属化率较低，只能作为高炉炉料使用。也就是通过回转窑工艺将高炉灰内的锌去除，然后再作为高炉的原料。当然与直接将高炉含锌灰作为高炉原料来说，还是有技术进步的。

随着技术的发展，日本的回转窑处理高炉含锌灰技术被后来开发的转底炉所代替。转底炉可以较好地将锌从高炉灰中分离，同时得到一定金属化率的含铁球团。马钢几年前从日本引进了1套处理高炉含锌灰用的转底炉。转底炉在处理高炉含锌灰实践中存在一些突出问题，表现在：（1）转底炉工艺粉尘大，虽然通过压球和干燥处理，但是含碳球团中存在一定量的水，将它突然加入高温状态，容易爆裂，实践表明粉尘量可达30％水平，需要处理，既增加能耗，又恶化工艺顺行；（2）高温换热器容易堵塞，由于粉尘量大，特别是含锌、铅等粉尘很容易粘结在换热器壁上，影响换热效率，时间长了，影响工艺顺行；（3）铁产品质量差，在采用氧化气氛的转底炉回收锌，影响铁的还原，实践表明金属化率较低，在50～70％之间，同时大量脉石与金属铁混在一起，产品不是海绵铁，只能作为冷却剂或普通炉料加在转炉或高炉内。

中国在本世纪也在研究高炉含锌灰的综合利用技术，申请号200710193281.7和201110040852.X的申请专利，采用日本上世纪回转窑还原技术，将高炉灰的锌富集，同时含铁料作为高炉的原料，这就是日本上世纪的做法，已被后来开发的转底炉技术代替。

由上述分析可见，目前高炉含锌灰的利用主要是脱锌，而铁的利用较差，其主要难点在于高炉含锌灰中的铁较低，正常低于40％，将如此低的含铁及炉渣混合物分离难度很大，

申请号为200810058950.4的申请专利，采用超细磨的方法对回转窑还原得到的渣铁还原物进行磁选的办法，得到含铁为50％～70％的精矿粉，但是由于还原后的铁晶粒细微，难以有效与炉渣分离，导致铁的收得率只有50％左右水平，并且部分铁在选磨的过程中二次氧化，铁产品也只能是精矿粉，不是海绵铁，造成资源浪费。

除了铁含量低的原因外，第二个重要原因是铁还原需要还原气氛，转底炉是弱氧化性气氛，渣铁混合物中铁的金属化率低。回转窑还原高炉含锌灰，从国内外的申请专利来看，只控制还原温度，未提及控制窑头的还原气氛，因此铁的金属化率也难以保证。

高炉含锌灰中铁含量低，同时目前冶炼装备的还原气氛难以保证，是目前高炉含锌灰中铁资源利用差的重要原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用高炉含锌灰生产海绵铁及富锌料的方法，能够制得海绵铁，使得全铁含量大于85％，金属化率大于85％。

本发明的核心难点是提高高炉含锌灰生产铁产品金属化率的冶炼参数，同时确保后续金属铁与炉渣充分分离的有利条件。

本发明的制备流程是在回转窑内还原高炉含锌灰得到富锌料，同时对冷却后的渣铁进行破碎，再通过磁选分离炉渣和富铁物质。在工艺中控制的技术参数为：

回转窑头煤气中CO体积浓度满足CO/(CO₂+CO)>70％且窑头煤气温度为1150℃～1300℃；高炉含锌灰入炉时的含水量在10～30wt％；进入回转窑的炉料成分中碳质量含量不低于20％；回转窑还原得到的渣铁混合物内，铁的还原率不小于85wt％且金属铁粒尺寸不小于0.1mm；入磁选机前的渣铁混合物的平均粒度0.08mm-0.2mm；分离后的金属铁产品中全铁含量不低于85wt％，金属化率不低于85wt％。

本发明的方法，当高炉含锌灰中的碳含量低于20 wt％，可以配加部分煤粉或焦粉等碳质燃料，保证入炉原料中碳质量含量达到20 wt％（以入炉料成分计算）以上，补加的碳质燃料可与高炉含锌灰混合后从窑尾加入窑内，也可从窑头喷入窑内燃烧。

本发明的方法，回转窑还原得到的高温金属铁与炉渣混合物冷却采用水淬冷却方式，或间接冷却方式（即冷却水不直接与炉料接触，而是利用滚筒等方式将炉料热量通过接触壁传递给冷却水），这两种方法都可以有效冷却本方法得到的高温金属铁与炉渣混合物

本发明所述的方法，根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的渣铁混合物通过球磨机将该渣铁混合物的平均粒度磨细到0.08mm-0.2mm，或通过破碎加上球磨的方式将渣铁混合物的平均粒度磨细到0.08mm-0.2mm。

本发明所述的方法，采用湿式磁选机将渣铁混合物分离成金属铁粉和炉渣。

本发明所述的方法，将磁选分离得到的含水金属铁粉干燥，水含量小于2 wt %。

本发明所述的方法，将干燥后的金属铁粉直接使用，或通过冷压成海绵铁块或海绵铁球使用。

下对本发明原理进一步阐述：

为了提高铁产品的金属化率，反应器的选择很重要，从目前的反应器来看，转底炉难以保证还原气氛，因此本发明选择回转窑作为冶炼装备。为了防止在回转窑内的二次氧化，申请人的研究表明，回转窑窑头的煤气中CO体积浓度满足CO/(CO₂+CO)>70％，能保证高炉含锌灰内氧化铁的充分还原，得到高的金属化率，超过85％。

除了控制窑头的还原气氛外，高炉含锌灰内的碳及氧化铁等物料的粒度细小，同时充分接触，保证了高炉含锌灰的快速还原。

正常的回转窑窑头还原温度低于1100℃，还原后得到的铁晶粒很细小，活性高，容易二次氧化，同时还难以分离，造成后续分离困难，需要深度球磨（需要磨细到200目、甚至300目或400目），另一方面造成细微铁粒的二次氧化，最终体现在产品质量差，得不到铁含量高的海绵铁，同时铁的收得率偏低。为了得到铁含量高的海绵铁，需要对传统回转窑的冶炼温度进行调整，本发明研究表明，窑头的还原温度控制在1150℃～1300℃，保证高炉含锌灰的充分快速还原，也可让还原过程形成的细小金属铁粒得到长大，金属铁的粒度能够达到0.1mm水平，降低后序的磁选分离难度并且提高了铁的收得率。由于高炉含锌灰中铁含量低，脉石含量高且熔点较高，因此适度地提高还原温度，窑头结瘤较少，保证连续运行半年以上水平。

为了防止高炉含锌灰在回转窑内的扬尘，采用控制高炉含锌灰的水份方法。我们的研究表明，高炉含锌灰的水份控制在10～30％比较适宜。高炉含锌灰内的水份过少，扬尘量大；过湿，高炉含锌灰移动困难。

高炉含锌灰在加热和还原过程中需要有足够质量的碳，本研究表明，当进入回转窑炉的高炉含锌灰碳含量达到20％以上水平时，不需要外加燃料，当进入回转窑炉的高炉含锌灰碳含量不足20％时，应补充部分燃料，保证碳含量达到20％以上水平。补充的煤粉或焦粉等碳质燃料可与高炉含锌灰混合后加入回转窑，也可单独从窑头喷入回转窑内。

在窑头高温区域，除了氧化铁的还原外，高炉含锌灰内的锌也被碳还原成锌蒸气，随气流向窑尾移动，随着温度的降低，变成细微粉尘，最后在收灰系统中回收含锌粉尘得到富锌料。

在上面分析中，本发明提出了新型冶炼制度（包括冶炼气氛控制、温度控制及对入炉高炉含锌灰的水份和碳含量控制），确保高炉含锌灰内的铁与锌深度还原，同时还促使还原后的细微铁粒长大和工艺顺行，得到高金属化率且有一定粒度尺寸的金属铁与炉渣混合物。

高温金属铁与炉渣混合物需要冷却，既有水淬冷却方式，也有间接冷却方式（冷却水不直接与炉料接触，而是利用滚筒等方式将炉料热量通过接触壁传递给冷却水），这两种方法都可以有效冷却本方法得到的高温金属铁与炉渣混合物。

在磁选的试验过程中，本发明还原得到的金属铁与炉渣混合物的平均粒度只要破碎到0.08mm-0.2mm，就可以保证金属铁与炉渣有效分离，铁的收得率超过90％。因此采用常规的破碎、球磨和湿式磁选机，就可以得到较高纯度的金属铁粉。再通过常规干燥设备，将金属铁粉中的水去除。干燥装置可采用圆筒干燥设备，干燥后的金属铁粉再通过冷压块装置得到海绵铁块，其全铁及金属化率超过85％。

根据本发明目的所提出的利用高炉含锌灰生产海绵铁及富锌料的方法，和我们在以上对本发明方法的内容陈述，一种利用高炉含锌灰生产海绵铁及富锌料的方法，

本发明能够有效利用高炉含锌灰内的铁、碳、锌资源，将它们都得到充分分离，得到海绵铁及富锌料，提高产品的附加值，同时最大程度地降低外加燃料量、降低加工成本，因此本发明具有较高的社会和经济价值。

与其它高炉含锌灰处理工艺相比，本发明具有资源充分利用，产品附加值高，固定投资少和生产成本低等特点，特别适用于我国含锌、铅等高炉灰的处理。

附图说明

图1 是利用高炉含锌灰生产海绵铁及富锌料的方法的流程图。

具体实施方式

实施例1

具体实施所用的回转窑窑长36m×内径2.4m，倾斜角3°，转速根据产量可调（3～5万吨/年），一般在0.3～1rpm。

高炉含锌灰成分见表1，其碳质量含量超过了20％。因此没有配加煤粉。

实施工艺流程见图1。通过上料系统，将高炉含锌灰送入窑尾；高炉含锌灰的含水量控制在15％；在窑头吹入空气，窑头煤气温度达到1230℃；同时窑头煤气中CO体积浓度满足CO/(CO₂+CO)=75％，通过引风机将含锌粉尘从窑尾抽到收灰系统中得到富锌料；将还原后的金属铁粉及炉渣混合物通过水淬冷却，再经过破碎将混合物的平均粒度破碎到1mm以下，然后通过球磨机将破碎后的混合物的平均粒度磨细到0.1mm水平，接着通过湿式磁选机将混合物分离成金属铁粉和炉渣；最后将磁选后的金属铁粉干燥，水含量为0.5%，再通过压块成为海绵铁块。

实施中得到的锌灰成分见表2；海绵铁成分见表3。可见，本发明可很好地将高炉灰中的Zn、Pb等易挥发的物质与铁、脉石三者分离，并且得到了优质海绵铁，铁的收得率为93％。

表1 实施方案一高炉灰主要成分/wt%

TFe	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	C	Zn	水份
								25.8	5.7	11.3	4.1	1.7	21.6	4.6	15.1

表2 锌灰主要成分/wt%

Zn	Fe	CaO	SiO₂
				53.2	5.1	1.3	2.7

表3 海绵铁主要成分/wt%

T.Fe	M.Fe	金属化率
			90.6	81.5	90

实施例2

实施中所用的回转窑与具体实施方式一相同，但使用的高炉含锌灰成分（见表4）与具体实施方式一有所区别。它的碳含量仅为16.2%，因此在高炉含锌灰中配加6％的焦粉（固定炭85％），保持还原与加热所需要的碳质量。

通过上料系统，将高炉含锌灰与焦粉的混合物送入窑尾；高炉含锌灰的含水量控制在17％水平；在窑头吹入空气，窑头煤气温度达到1250℃；同时窑头煤气中CO体积浓度满足CO/(CO₂+CO)=73％，通过引风机将含锌粉尘从窑尾抽到收灰系统中得到富锌料；将还原后的金属铁粉及炉渣混合物通过水冷却，再经过破碎将混合物的平均粒度破碎到1mm以下，然后通过球磨机将破碎后的混合物的平均粒度磨细到0.1mm水平，接着通过湿式磁选机将混合物分离成金属铁粉和炉渣；最后将磁选后的金属铁粉干燥，水含量为0.5%，再通过压块成为海绵铁块。

实施中得到的锌灰成分见表5；海绵铁成分见表6，铁的收得率为92％。

表4 实施方式二所用高炉灰主要成分/wt%

TFe	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	C	Zn	水份
								24.6	5.5	10.9	3.7	1.9	16.2	4.8	19.3

表5 锌灰主要成分/wt%

Zn	Fe	CaO	SiO₂
				57.5	4.7	1.2	2.4

表6 海绵铁主要成分/wt%

T.Fe	M.Fe	金属化率
			89.1	79.2	88.9

实施例3

实施中所用的回转窑与具体实施方式一相同，但使用的高炉含锌灰成分（见表4）与具体实施方式一有所区别。它的碳含量仅为16.2%，因此补充6％的焦粉（固定炭85％），从窑头喷入窑内燃烧。

通过上料系统，将高炉含锌灰送入窑尾；高炉含锌灰的含水量控制在19％水平；在窑头吹入空气和焦粉，窑头煤气温度达到1210℃；同时窑头煤气中CO浓度满足CO/(CO2+CO)=78％，通过引风机将含锌粉尘从窑尾抽到收灰系统中得到富锌料；将还原后的金属铁及炉渣混合物通过回转筒间接冷却，再经过破碎将混合物的平均粒度破碎到1mm以下，然后通过球磨机将破碎后的混合物的平均粒度磨细到0.1mm水平，接着通过湿式磁选机将混合物分离成金属铁粉和炉渣；最后将磁选后的金属铁粉干燥，水含量为0.5%，再通过压块成为海绵铁块。

实施中得到的锌灰及海绵铁成分与实施方式二中的锌灰和海绵铁成分以及铁的收得率都比较相近，表明本发明可很好地将高炉灰中的Zn、Pb等易挥发的物质与铁、脉石三者分离，并且得到了优质海绵铁。

Claims

1.一种利用高炉含锌灰生产海绵铁及富锌料的方法，工艺流程是在回转窑内还原高炉含锌灰得到富锌料，同时对冷却后的渣铁进行破碎，再通过磁选分离炉渣和富铁物质；其特征在于：在工艺中控制的技术参数为：

回转窑头煤气中CO体积浓度满足CO/(CO₂+CO)>70％且窑头煤气温度为1150℃～1300℃；高炉含锌灰入炉时的含水量在10～30wt％；进入回转窑的炉料成分中碳质量含量不低于20％；回转窑还原得到的渣铁混合物内，铁的还原率不小于85wt％且金属铁粒尺寸不小于0.1mm；入磁选机前的渣铁混合物的平均粒度0.08mm-0.2mm；分离后的金属铁产品中全铁含量不低于85wt％，金属化率不低于85wt％；

当高炉含锌灰中的碳含量低于20wt％，配加部分煤粉或焦粉，保证入炉原料中碳质量含量达到20wt％以上，补加的碳质燃料与高炉含锌灰混合后从窑尾加入窑内，或单独从窑头喷入窑内燃烧。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：回转窑还原得到的高温金属铁与炉渣混合物冷却采用水淬冷却方式；或冷却水不直接与炉料接触，而是利用滚筒方式将炉料热量通过接触壁传递给冷却水的间接冷却方式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的渣铁混合物通过球磨机将该渣铁混合物的平均粒度磨细到0.08mm-0.2mm，或通过破碎加上球磨的方式将渣铁混合物的平均粒度磨细到0.08mm-0.2mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用湿式磁选机将渣铁混合物分离成金属铁粉和炉渣。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将磁选分离得到的含水金属铁粉干燥，水含量小于2wt%。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：将干燥后的金属铁粉直接使用，或通过冷压成海绵铁块或海绵铁球使用。