CN103866131B - 一种含锌高炉除尘灰再资源化处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种含锌高炉除尘灰再资源化方法，属于钢铁生产领域，其特征是：控制还原温度、还原气氛和还原时间，在精细还原装置中将经过预处理的含锌高炉除尘灰中锌、铁氧化物予以还原，由于还原温度低于1050℃，还原过程不发生烧结和熔融。还原生成的锌以气态形式逸出经集尘装置收集得富锌产物，还原生成的粉状铁存在于固体残余物中可全部用于配制脱硫剂，不再产生二次固废污染。本发明将含锌高炉除尘灰在低于1050℃予以还原，还原过程不发生熔融或烧结，还原后固体富铁残余物和气态挥发高锌产物仍为粉状物料，均不产生烧结，过程能耗非常低，不产生熔渣等二次固废，环境友好，有很好的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于钢铁生产的固体废弃物之再资源化技术领域，具体是含锌高炉除尘灰再资源化方法。
背景技术
以铁矿石为原料的钢铁流程中每生产一吨生铁，相应的产生约10Kg高炉除尘灰，其中含有30%左右的铁元素和一定量的锌元素，分别为：低锌除尘灰（Zn＜1%），中低锌除尘灰（1%＜Zn＜4%），中锌除尘灰（4%＜Zn＜8%），中高锌除尘灰（8%＜Zn＜20%），高锌除尘灰（20%＜Zn）五个等级。
近年来我国每年生产生铁约6亿吨，产生高炉除尘灰为6000万吨，这是对环境严重污染的巨量固体废弃物，本申请将其进行再资源化处理，不仅大大减轻了钢铁企业的环境负荷，每年还可获得的资源量为：铁元素1800万吨，锌元素240万吨，带来可观的经济效益。
目前，处理含锌高炉除尘灰主要方法有以下几种：
（1）直接返回用作烧结原料：只适用于处理低锌高炉除尘灰。主要缺点有：烧结矿的铁品位和强度降低；粉尘中含有钾、钠等元素增加炼铁碱负荷；料层的透气性变差，产能下降。
（2）固化或填埋：此法已逐渐被禁止。不仅占用土地资源，导致环境污染，而且除尘灰中铁、锌资源没有得到回收而浪费。
（3）回转窑或转底炉技术，此技术较为成熟，能回收除尘灰中锌、铁资源。但处理过程温度高（1200℃~1350℃）、能耗大；需要进行造块（球）等预处理，额外配加煤粉，成本较高；燃烧和还原在一个反应器空间中，导致气氛的还原性不高，铁的金属化率和脱锌率不高。转底炉只能处理锌含量较低和铁含量较高的除尘灰；另外回转窑技术易结圈，转底炉偏心等装备问题影响生产顺行。
（4）酸（碱）浸技术，只能对中、高锌除尘灰进行处理，且锌的浸出率低，浸渣中剩余的锌含量较高，钢厂难以对浸渣进行循环使用，生产中大量消耗浸出剂，设备腐蚀严重，生产条件差，生产成本高，工艺中硫、氯的引入造成新的环境污染。
发明内容
本发明以高炉炼铁除尘灰粉作为资源，平均粒度为20um（1um~100um)，适合发明的精细还原技术予以再资源化。
一种含锌高炉除尘灰再资源化处理方法，其特征在于控制还原温度、还原气氛和还原时间，在精细还原装置中将经过预处理的除尘灰中锌、铁氧化物予以还原，还原生成的锌以气态形式挥发离开固体残余物，还原生成的铁以固态形式存在于固体残余物中，使用集尘装置对其进行冷凝富集，达到锌与铁的分离及富集效果，对还原产物进行后处理不产生二次固废。
（1）预处理：将含锌高炉除尘灰烘干、简单研磨、筛分后得到干料细粉尘，其控制参数为：
1）烘干温度：120±10℃；
2）筛子规格：100目，去除大颗粒物料。
（2）控制还原：将预处理得到的干料粉尘置于精细还原装置中通入还原气体予以还原，其控制参数为：
1）还原温度：900~1050℃；
2）气体还原性：；
3）还原时间：固定床1~2h，移动床10~20min；
还原气体为高炉煤气或氢气，其还原性定为，为保证其足够强的还原性，需对高炉煤气进行重整处理，重整参数为：
1）重整剂：兰碳或焦炭（固定碳≥80%）；
2）重整温度：950~1200℃。
（3）精细还原：精细还原产生的固体残余物约为原始物料量的50%~70%，配入适量白灰制成炼钢精炼脱硫剂，控制参数为：
1）白灰成分：CaO≥80%；
2）成品脱硫剂中四元碱度：2~3；
3）成品脱硫剂中：FeO≤1%；
精细还原产生的高锌挥发产物的富集：还原后的锌在900~1050℃下以气态形式挥发逸出，冷却经集尘装置将其富集得到纯度较高的富锌产物，其中含有10%~15%的KCl，经水洗可溶出。
与上述技术配套使用的精细还原移动床装置和固定床装置分别如附图1、附图2所示，主要包括：1氮气源，2高炉煤气源，3煤气重整炉，4气体流量计，5气体混合室，6移动床还原炉，7控制柜，8热电偶，9集尘装置，10氢气源，11固定床还原炉，12坩埚。气体管道将气源、流量计、气体混合室、（移动床或者固定床）还原炉连接，电线将控制柜、热电偶、（移动床或者固定床）还原炉连接，集尘装置固定在出气口。
其移动床精细还原过程是：通入氮气保护，还原炉、重整炉同时升温，到预定温度保温，通入高炉煤气，由入料口加入含锌高炉除尘灰在还原炉中进行还原，达到还原时候后富铁固体残余物从出料口排出，气态高锌挥发物沉积于集尘装置。
其固定床精细还原过程是：含锌高炉除尘灰置于还原炉中，通入氮气保护，还原炉升温，到预定温度保温，通入氢气，达到还原时间后降温取出富铁固体残余物，气体高锌挥发物沉积于集尘装置。
本发明优点是将含锌高炉除尘灰在低于1050℃予以还原，还原过程不发生熔融，还原后得固体富铁残余物和气态高锌挥发产物仍为粉状物料，均不产生烧结，过程能耗非常低，不产生熔渣等二次固废，环境友好程度非常高，因此经济效益前景非常好。
附图说明
图1为移动床精细还原装置示意图，图2为固定床精细还原装置示意图：
注：图中1氮气源，2高炉煤气源，3煤气重整炉，4气体流量计，5气体混合室，6移动床还原炉，7控制柜，8热电偶，9集尘装置，10氢气源，11固定床还原炉，12坩埚。气体管道将气源、流量计、气体混合室、（移动床或者固定床）还原炉连接，电线将控制柜、热电偶、（移动床或者固定床）还原炉连接，集尘装置固定在出气口。
图3为含锌高炉除尘灰干料粒度分布图：
注：图中q为粒度分布；Q为累计分布
图4为含锌高炉除尘灰精细还原后固体残余物粒度分布图：
注：图中q为粒度分布；Q为累计分布
具体实施内容
本发明的具体实施内容是对预处理后的唐钢集团炼铁部北区3#高炉粉尘100g（TFe=32.6%，Zn=3.9%）进行再资源化处理：
（1）高炉除尘灰预处理：120℃烘干、简单研磨，筛分（100目）得到细干料100g。
（2）含锌高炉除尘灰精细还原（固定床）：将除尘灰在910~980℃温度和纯H2予以还原，过程中参数控制如下：
1）还原温度：910℃、980℃；
2）还原气氛：纯H2；
3）还原时间：1h，2h。
还原后得固体残余物62.5g，其中铁的金属化率95%以上，锌含量0.1%以下，脱锌率98%以上，还原前后物料未发生烧结现象（见图3，图4）。
（3）还原产物后处理：将还原后固体残余物配入适量白灰制成精炼脱硫剂，控制参数如下：
1）白灰成分：CaO≥80%；
2）成品脱硫剂中四元减速：2~3；
3）成品脱硫剂中：FeO≤1%；
制成脱硫剂222.6g，可用于炼钢精炼脱硫剂。
将还原后的气态挥发物由集尘装置收集得含锌72%的富锌产物3.1g。
按本发明对唐钢炼铁部北区3#高炉除尘灰100g再资源化处理，可分别得精炼脱硫剂222.6g和含锌量72%的高锌粉尘3.1g，实现了含锌高炉除尘灰再资源化利用。
Claims (2)
1.一种含锌高炉除尘灰再资源化处理方法，其特征在于控制还原温度、还原气氛和还原时间，在精细还原装置中将经过预处理的除尘灰中锌、铁氧化物予以还原，还原生成的锌以气态形式挥发离开固体残余物，还原生成的铁以固态形式存在于固体残余物中，使用集尘装置对其进行冷凝富集，达到锌与铁的分离及富集效果，对还原产物进行后处理不产生二次固废；具体实施步骤如下：
（1）预处理：将含锌高炉除尘灰烘干、简单研磨、筛分后得到干料细粉尘，控制参数为：
1）烘干温度：120±10℃；
2）筛子规格：100目，去除大颗粒物料；
（2）控制还原：将预处理得到的干料粉尘置于精细还原装置中通入还原气体予以还原，控制参数为：
1）还原温度：900~1050℃；
2）气体还原性：；
3）还原时间：固定床1~2h，移动床10~20min；
（3）精细还原：精细还原产生的固体残余物为原始物料量的50%~70%，配入适量白灰制成炼钢精炼脱硫剂，控制参数为：
1）白灰成分：CaO≥80%；
2）成品脱硫剂中四元碱度：2~3；
3）成品脱硫剂中：FeO≤1%；
精细还原产生的高锌挥发产物的富集：还原后的锌在900~1050℃下以气态形式挥发逸出，冷却经集尘装置将其富集得到纯度较高的富锌产物，其中含有10%~15%的KCl，经水洗可溶出。
2.如权利要求1所述一种含锌高炉除尘灰再资源化处理方法，其特征在于还原气体为高炉煤气或氢气，其还原性定为，为保证其足够强的还原性，需对高炉煤气进行重整处理，重整参数为：
1）重整剂：兰碳或焦炭，固定碳≥80%；
2）重整温度：950~1200℃。
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