CN103614562B - 一种熔融炉处理钢铁厂固体废料工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用熔融炉处理钢铁厂含铁固体废料的工艺，以含锌、铅的高炉粉尘、转炉污泥、电炉除尘灰、渣钢以及废钢等为主要原料，进行冷凝造块或高温造块，经养护或冷却、整粒等操作后得到成品团块。成品团块与焦炭混合后送入熔融炉进行高温熔融，同时含锌废钢等废料也可按一定比例加入熔融炉，最终产生高温混合气体，混合气体在炉顶经过旋风除尘器，可将碳等元素分离出来，含碳粉尘可重新回收利用，剩余混合气体经布袋除尘器进一步分离，得到富锌、铅粉尘，回收用于高温造块、熔融炉热风预热及后续提纯工序。收集到的富锌、铅粉尘进一步提纯，提纯后可得到较高纯度的锌、铅产品。熔融炉底定期打开排铅口，收集铅液，得到粗铅，同时也可得到铁水和炉渣等产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁厂含锌、铅固体废料处理工艺，尤其是涉及一种利用熔融炉处理固体废料，并回收锌、铅等有价元素工艺。
背景技术
钢铁厂含铁固体废料主要为烧结、球团、高炉、转炉、电炉和轧制等各个工序的除尘工艺产生的粉尘和污泥，以及渣钢、废钢等资源，一般含有铁、碳和一定量的Zn、Pb等元素，在传统高炉—转炉的钢铁生产流程中，固体废料的产量约为粗钢产量10%左右，我国2012年粗钢产量约为7亿吨，则年含铁固体废料产生量约为7000万吨，数量非常庞大，因此，对钢铁厂固体废料进行资源化高效回收利用具有非常大的经济和社会效益。
钢铁厂含铁固体废料中富含Fe、CaO、MgO、C等宝贵资源，目前国内外很多企业将含铁尘泥作为原料直接配入烧结、球团，能在一定程度上实现钢铁厂含铁固体废料的资源化利用，但含铁固体废料中K、Na、Zn和Pb等有害元素的存在限制了其在钢铁流程中的大规模的循环利用，故传统的钢铁流程仅能消耗部分有害元素含量低的含铁固废资源。
转底炉工艺是目前比较受关注的用于处理钢铁厂含锌、铅粉尘的工艺（专利号：200810222976.8），该工艺将含锌、铅粉尘通过混合—配料—成型—转底炉直接还原等工序脱除铅、锌等有害元素，得到直接还原铁，该工艺的优势在于处理效率高，处理能力适中，对能源要求不是很高，可以直接用钢铁厂的副产煤气作为热源，但是该工艺仅能处理锌、铅含量较低和全铁含量较高的含铁废料，并且难以处理渣钢等粒度较大的固体废弃物，同时该工艺也存在投资成本大，占地面积大、运行不稳定等缺点，尚待进一步研究。
发明内容
本发明涉及一种利用熔融炉处理钢铁厂含铁固体废料的工艺。该工艺能对钢铁厂不同成分的含锌、铅固体废料进行处理，充分利用废料中Fe、C等资源，回收废料中锌、铅等有价元素。
本发明以含锌、铅的高炉粉尘、转炉污泥、电炉除尘灰、渣钢以及废钢等为主要原料，首先按基础特性对各种原料进行分类和管理，部分原料需进行预处理。将各种原料按照一定的配比进行配料，经搅拌后送入料仓，然后进行冷凝造块或高温造块，经养护或冷却、整粒等操作后得到成品团块。成品团块与焦炭混合后送入熔融炉进行高温熔融，同时含锌废钢等废料也可按一定比例加入熔融炉，最终产生高温混合气体，混合气体在炉顶经过旋风除尘器，可将碳等元素分离出来，含碳粉尘可重新回收利用，剩余混合气体经布袋除尘器进一步分离，得到富锌、铅粉尘，同时可得到高热值煤气，可回收用于高温造块、熔融炉热风预热及后续提纯工序。收集到的富锌、铅粉尘进一步提纯，提纯后可得到较高纯度的锌、铅产品。熔融炉底定期打开排铅口，收集铅液，得到粗铅，同时也可得到铁水和炉渣等产品。具体技术方案如下：
(1)混料配入50%～70%干燥后的含锌、铅的高炉粉尘、电炉除尘灰等粉尘，0～15%的还原剂(无烟煤、焦粉等)、0～5%的熔剂(石灰石、生石灰、硅石等)，5～10%的粘结剂(水泥)和0%～30%的转炉污泥，根据转炉污泥的量配入5～15%的水，充分混匀后经对辊压球机或振动压球机压制成块，养护3至4天后存放在料场备用。或者采用高温造块，冷却后备用。
(2)含铁废料制成的团块、焦炭和含锌废钢等原料按照一定的配比运至炉顶料仓，由炉顶料钟加料器加入熔融炉进行熔融冶炼。
(3)熔融炉配备热风炉，正常冶炼时，富氧热风由风口吹入炉内，使熔融炉下部的焦炭燃烧，放出热量，同时生成富含CO和CO2的高温炉气，炉料与炽热的焦炭及高温炉气接触，进行激烈的热交换，完成含锌、铅团块的预热、还原、熔化、渣铁分离等冶金过程，最终生成铁液、炉渣和铅液，还原产物金属锌和部分铅从炉料中挥发出来，进入炉气。
(4)熔融炉的炉顶除尘装置设计为旋风除尘器加布袋除尘器的除尘方式，炉气首先从炉顶进入旋风除尘器，使炉气中C等元素得到分离，得到含碳量较高、含锌和铅量较低的粉尘，这部分粉尘返回料厂，可用于造块，循环利用。经过旋风除尘器后的炉气进入布袋除尘器，可得到含锌、铅量较高的粉尘，这部分粉尘通过高温提纯装置，可最终获得较高纯度的锌、铅产品。
(5)残余烟气经净化除尘后得到高热值煤气和部分含锌、铅污泥，含锌、铅污泥可返回料厂进入造块系统，循环利用，高热值煤气可作为热风炉或高温提纯设备的气体燃料，进一步循环利用。
(6)熔融炉炉缸中生成的铅可定期从炉底排铅孔排出炉外，收集后得到粗铅，通过提纯系统，可进一步获得高纯度的铅产品。同时从熔融炉炉缸中还可到铁液和炉渣，铁液经预处理后熔铸成块，炉渣用水急冷、破碎，可作为水泥等建筑材料的生产原料。
本发明的突出特点是通过熔融炉高温处理含锌、铅固体废料，使锌、铅等元素进入烟气，在炉顶通过旋风除尘器和布袋除尘器，从烟气中回收锌、铅等元素，得到高热值的煤气，同时从熔融炉炉缸中可定期回收铅，铁和炉渣等产品。本发明可处理钢铁企业各种含锌、铅固体废料及部分社会废弃物，处理范围广，生产效率高，可生产锌、铅等高附加值产品，具有非常显著的经济效益和环境效益。
附图说明
图1为利用熔融炉处理钢铁厂含锌、铅固体废料工艺流程图。
具体实施方式
本发明专利具体的工艺流程如图1所示。下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施方式一：
选用的一种高炉除尘灰和转炉污泥作为原料，高炉除尘灰成分为Fe：35%，Zn：10%，Pb：3%，C：20%，转炉污泥的成分为：Fe：55%，Zn：1%，H2O：30%。选用生石灰作为熔剂。按高炉除尘灰：转炉污泥：生石灰：水泥：水约为60：25：2：5：8的比例进行配料，充分混匀后在不低于20MPa的压力下压制成块，在温度为20～30℃，湿度≥95%的环境下养护72h，养护完成后送入料场堆放。本方式可充分利用高炉除尘灰中的碳，不需要额外加入还原剂，并且可减少熔剂的加入量；同时利用转炉污泥中的水，减少水的加入量。
将养护完成后的压块和焦炭送入熔融炉炉顶料仓，经料钟加料器加入熔融炉，熔融炉下部风口鼓入富氧热风，热风温度为800℃～1100℃，富氧率为1%～10%，使风口前的焦炭燃烧，放出大量的热量，同时产生含有CO和CO2的还原性炉气，风口产生的高温炉气往上与炉料接触，进行激烈的热交换，提供团块预热、还原、熔化和渣铁分离所需的热量；氧化铅和氧化铁被还原为金属铅和金属铁，在高温下逐渐与炉渣分离，汇集到炉缸中自上而下逐渐形成渣层、铁液层和铅液层，定期排出炉外，可得到品位大于96%的粗铅和铁液，同时得到炉渣；氧化锌被还原成锌蒸气，随炉气往炉顶运动，由炉顶进入旋风除尘器，首先分离得到含碳粉尘，炉气再通过布袋除尘器，分离富锌、铅粉尘，粉尘中的氧化锌含量可达60%～70%，氧化铅含量约为2～3%，再经高温提纯，最终得到氧化锌含量大于98%的粗锌，氧化铅含量大于98%的粗铅，残余烟气经净化系统可以获得含锌、铅污泥和高热值煤气，含锌、铅污泥返回造块工序循环利用，高热值煤气作为气体燃料在厂区内部使用。熔融炉炉底可得到铅含量大于96%的粗铅，同时得到铁液和炉渣。
实施方式二：
选用一种电炉除尘灰作为原料，其成分为Fe：35%，Zn：15%，Pb：3%；选用焦粉作为还原剂，其固定碳含量约为85.5%，灰分约为12.5%，挥发分约为2%；选用硅石粉作为熔剂，其SiO2含量约为98%左右；选用水泥作为粘结剂。按电炉除尘灰：焦粉：硅石粉：水泥：水约为65：10：5：5：15的比例加入焦粉、硅石粉、水泥和水，充分混匀后在不低于20MPa的压力下压制成块，在温度为20～30℃，湿度≥95%的环境下养护72h，养护完成后送入料场存放。
将电炉除尘灰团块和焦炭送入炉顶料仓，经料钟加入熔融炉进行冶炼。后续冶炼过程与实施方式一相同。经布袋除尘器后粉尘的氧化锌含量可达70%～80%，氧化铅含量可达3%～4%，再经高温提纯后，最终可得到氧化锌含量大于98%的粗锌和氧化铅含量大于98%的粗铅，同时炉底亦可得到品位大于96%的粗铅，同时得到铁水和炉渣。
Claims (1)
1.一种熔融炉处理钢铁厂固体废料工艺方法，其特征在于具体方案如下：
(1)混料配入50%～70%干燥后的含锌、铅的高炉粉尘、电炉除尘灰粉尘，0～15%的还原剂、0～5%的熔剂，5～10%的粘结剂和0%～30%的转炉污泥，根据转炉污泥的量配入5～15%的水，充分混匀后经对辊压球机或振动压球机压制成块，养护3至4天后存放在料场备用，或者采用高温造块，冷却后备用；
(2)含铁废料制成的团块、焦炭和含锌废钢按照一定的配比运至炉顶料仓，由炉顶料钟加料器加入熔融炉进行熔融冶炼；
(3)熔融炉配备热风炉，冶炼时，富氧热风由风口吹入炉内，使熔融炉下部的焦炭燃烧，放出热量，同时生成富含CO和CO2的高温炉气，炉料与炽热的焦炭及高温炉气接触，进行激烈的热交换，完成含锌、铅团块的预热、还原、熔化、渣铁分离冶金过程，最终生成铁液、炉渣和铅液，还原产物金属锌和部分铅从炉料中挥发出来，进入炉气；
(4)熔融炉的炉顶除尘装置设计为旋风除尘器加布袋除尘器的除尘方式，炉气首先从炉顶进入旋风除尘器，使炉气中C元素得到分离，得到含碳量较高、含锌和铅量较低的粉尘，这部分粉尘返回料厂，用于造块，循环利用；经过旋风除尘器后的炉气进入布袋除尘器，得到含锌、铅量较高的粉尘，这部分粉尘通过高温提纯装置，最终获得较高纯度的锌、铅产品；
(5)残余烟气经净化除尘后得到高热值煤气和部分含锌、铅污泥，含锌、铅污泥返回料厂进入造块系统，循环利用，高热值煤气作为热风炉或高温提纯设备的气体燃料，进一步循环利用；
(6)熔融炉炉缸中生成的铅定期从炉底排铅孔排出炉外，收集后得到粗铅，通过提纯系统，进一步获得高纯度的铅产品；同时从熔融炉炉缸中还可到铁液和炉渣，铁液经预处理后熔铸成块，炉渣用水急冷、破碎，作为水泥建筑材料的生产原料，所述还原剂为无烟煤或焦粉，熔剂为石灰石、生石灰或硅石，粘结剂为水泥。
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