CN115161420A - 一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法，包括如下步骤：1)将含锌粉尘、含SiO₂物质、粘结剂均匀混合制成含锌团块；2)在转炉出渣时，将含锌团块通过入料溜槽同高温熔渣共混方式一起倒入渣罐中，利用高温熔渣热量，使含锌团块在渣浴环境下实现快速熔融还原反应，团块中的锌快速还原挥发，由除尘设备收集获得富锌灰。与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够在不投建新工艺装备的条件下大量处理钢铁企业含锌粉尘，收得富锌灰，降低了钢铁生产系统中锌的循环富集，并充分利用了熔融钢渣高温热量，实现粉尘中的铁和熔渣中部分铁的回收，同时能够起到转炉钢渣改质的效果，提高钢渣稳定性提高其综合利用率。

Description

一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法。

背景技术

近年来国家针对工业粉尘排放的管控日趋严格，尤其重点涉及的钢铁企业压力加大，各道工序除尘设施不断增加升级，集尘的数量也持续增加。通常钢铁企业在炼铁、炼钢、轧钢等几大工序产生的粉尘约占到总钢产量的10％左右，这些粉尘往往含有大量铁和碳而具有很高的利用价值，传统方式一般将其作为配料返回烧结，实现企业内部回收，但部分粉尘含有较高的锌等有害元素，直接回配将使锌不断在生产系统中循环富集，尤其导致高炉锌负荷超标，对高炉稳定顺行和安全长寿造成较大危害影响，因此必须避免这部分含锌粉尘直接回配，而另一方面由于含锌粉尘质量波动较大，通常也不受炼锌企业青睐，因此如何有效处置含锌粉尘一直是业界的重要课题。

目前国内外已存在一些工业化处理技术，主要包括常规选矿技术、湿法技术、火法技术(主要有回转窑、转底炉、竖炉和小高炉等)。总体而言，选矿法一般作为湿法或火法工艺的预处理工艺；湿法工艺相对能耗小、设备投资少，但工艺步骤繁琐，而且普遍存在设备腐蚀严重、浸渣易造成二次污染等问题，并且湿法工艺更适用于高锌含量的粉尘处理；火法工艺是钢铁企业更熟悉的处理方法，基本原理都是通过加还原剂使粉尘中的锌还原挥发再富集回收，典型代表是回转窑、转底炉、竖炉和小高炉几种技术，上述工艺具备成功运行的经验，但也存在诸多问题，例如回转窑易结圈、作业率低，转底炉换热器易堵塞、生产率低等等，而且普遍都需要高昂的投资、以及很大的占地，工艺流程也比较复杂。

另一方面，转炉钢渣作为炼钢废渣一般为钢产量的10～15％，研究和实践应用表明，与高炉渣相比，转炉渣中含有的RO相、尖晶石相、各种含铁的化合物、橄榄石相、金属铁属于耐磨相，增加了钢渣的加工成本，并且钢渣的碱度较高，尤其渣中游离氧化钙和氧化镁较多，加上钢渣中间的胶凝物质的晶粒致密，反应活性低，反应时间长，影响了转炉渣制品的稳定性，是影响钢渣综合利用的关键因素。目前普遍采用的热泼、热闷、滚筒、风淬等预处理手段，往往也需要较大的设备投资和能源消耗。如何从转炉渣中有效回收金属铁料，有效利用其高温显热，以及提高剩余尾渣的稳定性使其满足各类建材材料的安定性要求等，仍是目前钢渣综合利用领域的重要课题。

发明内容

本发明提供了一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法，能够大量利用钢铁企业自身固废资源，实现低成本和简便有效的含锌粉尘处理，同时实现钢渣中金属铁的回收及钢渣性能改善。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法，包括如下步骤：

1)将含锌粉尘、含SiO₂物质、粘结剂均匀混合制成含锌团块；配料组成中含锌粉尘干基质量百分比为20～60wt％，含SiO₂物质干基质量百分比为35～75wt％，粘结剂干基质量百分比为2～10wt％；通过合理搭配使团块中SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO四种氧化物的干基成分质量百分比满足：([SiO₂]+[Al₂O₃])/([CaO]+[MgO])＝5～40和[SiO₂]/[CaO]＝5.5～50，CaO、MgO主要来自含锌粉尘，粘结剂和含SiO₂物质中也有少量；

2)在转炉出渣时，将步骤1)的含锌团块通过入料溜槽同高温熔渣共混方式一起倒入渣罐中，使其充分混合，利用高温熔渣热量，使含锌团块在渣浴环境下实现快速熔融还原反应，团块中的锌快速还原挥发，由除尘设备收集获得富锌灰，团块和熔渣中的铁氧化物被还原为熔融铁，同时团块中的硅、铝氧化物与熔渣发生二次造渣反应，消除熔渣中的游离氧化钙，实现钢渣性能的改善，含锌团块加入量按每吨熔渣计为100～300kg；

3)反应20-30min后渣罐运往通用的钢渣处理工艺进行后续处理，再对冷却渣进行磁选处理将渣铁分离。

上述步骤1)中的含锌粉尘为高炉含锌粉尘，或为转炉含锌粉尘、电炉含锌粉尘中的至少一种与高炉含锌粉尘的混合粉尘，所述混合粉尘中高炉含锌粉尘的质量百分比为65wt％以上，所述含锌粉尘Zn含量大于1wt％、C含量大于15wt％。

上述步骤1)中的含SiO₂物质为硅石粉、铁尾矿、河沙、废玻璃中的至少一种，其SiO₂含量大于70wt％。

上述步骤1)中的粘结剂为膨润土、赤泥中的至少一种，所述赤泥化学成分为：Fe₂O₃为30～60wt％、Al₂O₃为15～30wt％、SiO₂为15～30wt％，其余为杂质。

上述步骤1)中的含锌团块使用的原料均为粉末状，其中粒径小于1mm的比例占80％以上；所述含锌团块的粒度为5～30mm。

含锌团块制造方法为：根据物料配比将所需含锌粉尘、含SiO₂物质烘干、粉碎、混合均匀，添加粘结剂和适量的水通过造球或压块方式制得团块，干燥至水分≤3wt％备用。

上述步骤2)中所述的熔渣温度为1550～1650℃。

上述步骤3)中所述的钢渣处理工艺包括热泼处理工艺、热闷处理工艺。

本发明通过合理搭配制成含锌团块，通过团块与熔渣共混的方式，充分利用1600℃熔融钢渣高温热量，及其冲击搅拌作用，营造动力学条件和热力学条件均良好的渣浴环境，使团块被充分包覆于高温熔渣内部，加快熔融还原反应速度。含锌团块中大量配加了高碳的高炉含锌粉尘，使含锌团块的内配碳远超过团块中锌、铁氧化物还原所需碳量，在渣浴环境下，团块中的锌被迅速还原挥发进入烟尘，通过除尘设备收集获得富锌灰，铁氧化物(包括熔渣中的部分铁氧化物)被快速还原为熔融铁，反应气体逸出过程以及团块分解成细小颗粒的过程，都能够发展反应界面，使反应的动力学条件和热力学条件得到改善。同时，含锌团块配入的含二氧化硅物质能够与熔融钢渣发生二次造渣反应，消除熔渣中的游离氧化钙，高温下SiO₂物质消解钢渣中f-CaO是复杂的熔渣重构过程，除了f-CaO与SiO₂的二元反应，还在此基础上发生各种成渣反应以及固溶置换过程，通过调整SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO四种氧化物成分比例范围，可以加速上述过程，在本发明加料量条件下将团块成分优化调整，使四种氧化物成分比例范围满足([SiO₂]+[Al₂O₃])/([CaO]+[MgO])＝5～40和[SiO₂]/[CaO]＝5.5～50，能够充分加速团块与钢渣成分的熔渣重构过程，加速团块熔化，使渣浴熔融还原反应更加快速充分，提高锌收得率，并将钢渣调整到适宜成分起到转炉渣改质的作用，钢渣熔点得到降低，反应的动力学条件进一步改善。从而使共混效果达到最佳、渣浴还原及钢渣改质效果均得到充分实现。膨润土或赤泥作为粘结剂同时引入富含的Si、Al等元素，可以有效辅助团块成型以及造渣反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一种渣浴还原处理含锌粉尘的方法，能够在不投建新工艺装备的条件下大量处理钢铁企业含锌粉尘，收得富锌灰，降低了钢铁生产系统中锌的循环富集，并充分利用了熔融钢渣高温热量，实现粉尘中的铁和熔渣中部分铁的回收，同时能够起到转炉钢渣改质的效果，提高钢渣稳定性提高其综合利用率。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行更详细的描述，这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。

实施例1：

按照干基质量百分比22wt％的含锌粉尘、74wt％的含SiO₂物质、4wt％的粘结剂进行配料、烘干、粉碎、混匀、制成粒度5～20mm含锌团块，团块化学成分中([SiO₂]+[Al₂O₃])/([CaO]+[MgO])＝11.7和[SiO₂]/[CaO]＝13.5。本实施例中含锌粉尘为高炉含锌粉尘(高炉干法灰，Zn含量12.1wt％)与转炉含锌粉尘(转炉泥，Zn含量1.3wt％)的混合粉尘，混合粉尘中高炉含锌粉尘占66.7wt％，含SiO₂物质为河沙(SiO₂含量为76％)，粘结剂为膨润土。将含锌粉尘、含SiO₂物质烘干、粉碎、混合均匀，添加粘结剂与适量水通过造球方式制得团块，干燥至水分≤3wt％备用；

在转炉出渣时，通过入料溜槽将含锌团块(按每吨熔渣约200kg)同高温熔渣共混方式一起倒入渣罐中，使其充分混合，利用高温熔渣热量，使含锌团块在渣浴环境下实现快速熔融还原反应，团块中的锌快速还原挥发，由除尘设备收集获得富锌灰(如果富锌灰中锌含量不足30wt％，可作为原料循环回用处理)，团块和熔渣中的铁氧化物被还原为熔融铁，同时团块中的硅、铝氧化物与熔渣发生二次造渣反应，消除熔渣中的游离氧化钙，实现钢渣性能的改善。反应20min后渣罐运往钢渣热闷产线进行后处理，再对冷却渣进行磁选处理将渣铁分离，处理后钢渣中f-CaO＝1.5wt％左右，满足常规钢渣建材材料的要求。

实施例2：

按照干基质量百分比35wt％的含锌粉尘、60wt％的含SiO₂物质、5wt％的粘结剂进行配料、烘干、粉碎、混匀、制成粒度5～20mm含锌团块，团块化学成分中([SiO₂]+[Al₂O₃])/([CaO]+[MgO])＝5.2和[SiO₂]/[CaO]＝5.6。本实施例中含锌粉尘为高炉含锌粉尘(高炉瓦斯泥，Zn含量9.1wt％)与转炉含锌粉尘(转炉尘，Zn含量2.6wt％)、电炉含锌粉尘(电炉尘，Zn含量15.6％)的混合粉尘，混合粉尘中高炉含锌粉尘占70wt％，含SiO₂物质为铁尾矿(SiO₂含量为71.5wt％)，粘结剂为赤泥。将含锌粉尘、含SiO₂物质烘干、粉碎、混合均匀，添加粘结剂与适量水通过造球方式制得团块，干燥至水分≤3wt％备用。

在转炉出渣时，通过入料溜槽将含锌团块(按每吨熔渣约280kg)同高温熔渣共混方式一起倒入渣罐中，使其充分混合，利用高温熔渣热量，使含锌团块在渣浴环境下实现快速熔融还原反应，团块中的锌快速还原挥发，由除尘设备收集获得含锌32wt％的富锌灰，团块和熔渣中的铁氧化物被还原为熔融铁，同时团块中的硅、铝氧化物与熔渣发生二次造渣反应，消除熔渣中的游离氧化钙，实现钢渣性能的改善。反应20min后渣罐运往钢渣热闷产线进行后处理，再对冷却渣进行磁选处理将渣铁分离，处理后钢渣中f-CaO＝1.8wt％，满足常规钢渣建材材料的要求。

实施例3：

按照干基质量百分比58wt％的含锌粉尘、36wt％的含SiO₂物质、6wt％的粘结剂进行配料、烘干、粉碎、混匀、制成粒度15～30mm含锌团块，团块化学成分中([SiO₂]+[Al₂O₃])/([CaO]+[MgO])＝15.7和[SiO₂]/[CaO]＝18.1。本实施例中含锌粉尘为高炉含锌粉尘(高炉干法灰，Zn含量12.1wt％)，含SiO₂物质为废玻璃(SiO₂含量为93wt％)，粘结剂为赤泥。将含锌粉尘、含SiO₂物质烘干、粉碎、混合均匀，添加粘结剂与适量水通过压球方式制得团块，干燥至水分≤3wt％备用；

在转炉出渣时，通过入料溜槽将含锌团块(按每吨熔渣约170kg)同高温熔渣共混方式一起倒入渣罐中，使其充分混合，利用高温熔渣热量，使含锌团块在渣浴环境下实现快速熔融还原反应，团块中的锌快速还原挥发，由除尘设备收集获得含锌36wt％的富锌灰，团块和熔渣中的铁氧化物被还原为熔融铁，同时团块中的硅、铝氧化物与熔渣发生二次造渣反应，消除熔渣中的游离氧化钙，实现钢渣性能的改善。反应30min后渣罐运往钢渣热泼产线进行后处理，再对冷却渣进行磁选处理将渣铁分离，处理后钢渣中f-CaO＝1.9wt％，满足常规钢渣建材材料的要求。

实施例4：

按照干基质量百分比30wt％的含锌粉尘、60wt％的含SiO₂物质、10wt％的粘结剂进行配料、烘干、粉碎、混匀、制成粒度5～20mm含锌团块，团块化学成分中([SiO₂]+[Al₂O₃])/([CaO]+[MgO])＝38.3和[SiO₂]/[CaO]＝48.8。本实施例中含锌粉尘为高炉含锌粉尘(高炉干法灰，Zn含量10.1wt％)与电炉含锌粉尘(电炉尘，Zn含量15.6wt％)的混合粉尘，混合粉尘中高炉含锌粉尘占90wt％，含SiO₂物质为硅石粉(SiO₂含量为93％)，粘结剂为60wt％赤泥和40wt％膨润土的混合物。将含锌粉尘、含SiO₂物质烘干、粉碎、混合均匀，添加粘结剂与适量水通过造球方式制得团块，干燥至水分≤3wt％备用；

在转炉出渣时，通过入料溜槽将含锌团块(按每吨熔渣约110kg)同高温熔渣共混方式一起倒入渣罐中，使其充分混合，利用高温熔渣热量，使含锌团块在渣浴环境下实现快速熔融还原反应，团块中的锌快速还原挥发，由除尘设备收集获得含锌30wt％的富锌灰，团块和熔渣中的铁氧化物被还原为熔融铁，同时团块中的硅、铝氧化物与熔渣发生二次造渣反应，消除熔渣中的游离氧化钙，实现钢渣性能的改善。反应30min后渣罐运往钢渣热闷产线进行后处理，再对冷却渣进行磁选处理将渣铁分离，处理后钢渣中f-CaO＝1.6wt％，满足常规钢渣建材材料的要求。

Claims (7)

1.一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将含锌粉尘、含SiO₂物质、粘结剂均匀混合制成含锌团块；配料组成中含锌粉尘干基质量百分比为20～60wt％，含SiO₂物质干基质量百分比为35～75wt％，粘结剂干基质量百分比为2～10wt％；团块中SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO四种氧化物的干基成分质量百分比满足：([SiO₂]+[Al₂O₃])/([CaO]+[MgO])＝5～40和[SiO₂]/[CaO]＝5.5～50；

2)在转炉出渣时，将步骤1)的含锌团块通过入料溜槽同熔渣共混方式一起倒入渣罐中，利用熔渣热量，使含锌团块在渣浴环境下实现熔融还原反应，团块中的锌还原挥发，由除尘设备收集获得富锌灰，团块和熔渣中的铁氧化物被还原为熔融铁，同时团块中的硅、铝氧化物与熔渣发生二次造渣反应，消除熔渣中的游离氧化钙，含锌团块加入量按每吨熔渣计为100～300kg；

3)反应20-30min后渣罐运往钢渣处理工艺进行后续处理，再对冷却渣进行磁选处理将渣铁分离。

2.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法，其特征在于，上述步骤1)中的含锌粉尘为高炉含锌粉尘，或为转炉含锌粉尘、电炉含锌粉尘中的至少一种与高炉含锌粉尘的混合粉尘，所述混合粉尘中高炉含锌粉尘的质量百分比为65wt％以上，所述含锌粉尘Zn含量大于1wt％、C含量大于15wt％。

3.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法，其特征在于，上述步骤1)中的含SiO₂物质为硅石粉、铁尾矿、河沙、废玻璃中的至少一种，其SiO₂含量大于70wt％。

4.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法，其特征在于，上述步骤1)中的粘结剂为膨润土、赤泥中的至少一种，所述赤泥化学成分为：Fe₂O₃为30～60wt％、Al₂O₃为15～30wt％、SiO₂为15～30wt％，其余为杂质。

5.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法，其特征在于，上述步骤1)中的含锌团块使用的原料均为粉末状，其中粒径小于1mm的比例占80％以上；所述含锌团块的粒度为5～30mm。

6.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法，其特征在于，上述步骤2)中所述的熔渣温度为1550～1650℃。

7.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理钢铁厂含锌粉尘的方法，其特征在于，上述步骤3)中所述的钢渣处理工艺包括热泼处理工艺、热闷处理工艺。

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