CN101892382B

CN101892382B - 从不锈钢粉尘中提取高含镍、铬和铁的方法

Info

Publication number: CN101892382B
Application number: CN2010102286486A
Authority: CN
Inventors: 唐恩; 周强; 秦涔; 牟丹; 邵远敬; 叶理德; 王小伟; 张瑞
Original assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Current assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: CN101892382A

Abstract

本发明涉及一种从不锈钢粉尘中提取高含镍、铬和铁的方法，其不同之处在于将不锈钢粉尘、煤粉和石灰石进行混匀后加入粘接剂造生球，将得到的生球投入转底炉内，生球随着炉床的旋转转动先经过转底炉内的氧化区进行氧化，然后经过转底炉内的高温还原区进行还原，生球最终还原为高温熟球，排出转底炉后自然冷却，冷却后的熟球中的炉渣自然粉化，渣铁自然粉化，通过筛分，得到能供炼钢直接使用的铁粒。本方法彻底改变了传统的工艺路线，通过改进原料配比，优化转底炉内气氛成分控制，一步法冶炼即能得到产品，精简了工艺路线，生产能耗也大大降低，成本大大降低，产品十分具有竞争力。

Description

从不锈钢粉尘中提取高含镍、铬和铁的方法

技术领域

本发明涉及一种从不锈钢粉尘中提取高含镍、铬和铁的方法，主要是采用转底炉处理不锈钢生产流程中所产生的含镍、铬和铁的粉尘，制取铁粒，该铁粒可直接供后续工艺炼钢转炉或电炉使用，达到对粉尘中含有的贵金属进行循环回收利用的目的。

背景技术

随着环保和资源综合利用的重要性日益被人们所认识，对钢铁厂粉尘处理技术的研究也随之成为冶金界的一大热点。

不锈钢的生产流程设有炼铁、炼钢、热轧、冷轧及公辅设施。随着国内不锈钢生产的不断发展，所产烟尘、金属粉尘、氧化铁粉、废弃物越来越多，一座年产100万吨的不锈钢厂每年产生的含镍、铬的粉尘、氧化铁皮就达6万吨之多，仅2009年我国的不锈钢产量就达约900万吨，经年累积，产生的这些废弃物如果不回收，不仅污染环境，增加外运废弃物处理费用、增加企业成本，而且也白白浪费钢厂废弃物的“资源”。

目前处理这些含镍、铬粉尘的方法或者本身工艺落后、能耗高，不经济，或者工艺可行，却没有摸索到好的工艺控制方法，处理能力、还原率均不理想，有待进一步探索。鉴于此，据了解，目前几个大型不锈钢厂处理这些粉尘的方法或是堆积存放，或对外出售一部分，待相关技术发展到一定阶段后再考虑对这些粉尘进行处理。

回收不锈钢厂的集尘灰、金属粉尘、氧化铁皮等废弃物“资源”中有价值的镍、铬、铁等金属元素供炼钢循环实用。产生的副产品：粉尘、炉渣再次回收处理可作建筑材料、路基或水泥之原料。充分利用不锈钢厂废弃“资源”，有效降低处理废弃物成本，而且还可以减少这些废弃物对环境的污染，提高中国环保技术及资源利用水平，是中国钢铁工业建设可持续发展及循环经济理念的典范。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术提出一种从不锈钢粉尘中提取高含镍、铬和铁的方法，其处理效果好，产率高。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：从不锈钢粉尘中提取高含镍、铬和铁的方法，其特征在于将不锈钢粉尘、煤粉和石灰石进行混匀后加入粘接剂造生球，其中煤粉的含量为占不锈钢粉尘重量的14～20％、粘接剂的含量为占不锈钢粉尘重量的1～4％、石灰石的含量为占不锈钢粉尘重量的4～8％，将得到的生球投入转底炉内，生球随着炉床的旋转转动先经过转底炉内的氧化区进行氧化，氧化温度控制在1150～1200℃，氧化区停留时间为6～10分钟，转底炉内氧化区的气氛控制以体积百分比计为O₂为10～15％，CO为0～1％，CO₂为5～10％，H₂为0～1％，其余为氮气，然后经过转底炉内的高温还原区进行还原，还原温度控制在1200～1350℃，还原区停留时间约为10～14分钟，还原区的气氛控制以体积百分比计为O₂为0～2％，CO为8～10％，CO₂为8～10％，H₂为0～2％，其余为氮气，生球最终还原为高温熟球，排出转底炉后自然冷却，冷却后的熟球中的炉渣自然粉化，渣铁自然粉化，通过筛分，得到能供炼钢直接使用的铁粒。

按上述方案，所述的不锈钢粉尘的组成成分按质量百分比计为：Cr₂O₃为8～12％，NiO为4～6％，MnO为2～4％，Fe₂O₃为45～55％，SiO₂为23～43％，不锈钢粉尘粒度≤0.15mm。

按上述方案，所述的煤粉的组成成分按质量百分比计为：C 75～90％，灰分6～15％，S0～0.8％，H₂O 0～10％，粒度≤0.1mm。

按上述方案，所述的生球的粒度7～13mm，其碱度控制在1.8～2.0。

按上述方案，所述的粘结剂的组成成分按质量百分比计为：Fe₂O₃ 2～3％，SiO₂ 55～65％，Al₂O₃ 15～25％，CaO 0.3～0.8％，MgO 2～4％，H₂O 0～5％，经混合制备而成。

最后制取的铁粒中金属的收得率如下：

Ni：≥95％；Cr：≥80％；Fe：≥95％。

本发明通过调节生球的碱度和合理的炉内气氛的控制，即在原料中合理的配入CaO作为造渣剂，提高了生球在转底炉内的还原温度，并形成了很好的渣相，使得熟球在冷却过程中渣自然粉化与铁粒分离，得到高金属化率的含铬、镍和铁的颗粒。

本发明的原理是：由于煤粉中的碳与氧化镍和氧化铬、氧化铁紧密接触，发生还原反应产生的CO₂可以就地转化成CO(CO₂+C＝2CO)，并立即参与还原反应，使得含碳生球在高温自还原过程中氧化镍和氧化铬、氧化铁被快速还原成金属镍、铬、铁。生球中的CaO与SiO₂在高温下通过固相反应生成2CaO·SiO₂。2CaO·SiO₂熔点2130℃，正常情况下生球中未配入CaO的不锈钢粉尘在转底炉内的还原温度控制不能超过1250℃，而由于配料中加入较多的CaO，使得渣相的熔点得到提高，还原过程中不发生熔融现象，温度的提高使得生球在炉内的金属的还原率也得到提高，熟球出炉后在从高温向低温冷却过程中，2CaO·SiO₂的晶体结构发生转变，从α-2CaO·SiO₂向α’-2CaO·SiO₂和β-2CaO·SiO₂转变，当温度低于670℃时转变成γ-2CaO·SiO₂，同时体积膨胀10％。2CaO·SiO₂从β型转变成γ型的过程中呈“开花状”膨胀，发生自然粉化，这一过程实现了渣与金属铁颗粒的自然分离。故此，冷却后的还原产物由粉化后的渣相与金属颗粒组成，最后只需通过机械筛分获得金属颗粒。

传统的转底炉处理不锈钢粉尘的工艺在炉内的还原温度控制不能过高，金属还原率低，出炉后的熟球需加入熔分电炉或经过其它熔分工艺处理才能使得渣铁分离，需经两步法才能得到铁制品满足后续工艺炼钢生产的需要，而熔分过程本身的能耗较高，使得产品生产成本居高不下。而本方法彻底改变了传统的工艺路线，通过改进原料配比，优化转底炉内气氛成分控制，一步法冶炼即能得到产品，精简了工艺路线，生产能耗也大大降低，成本大大降低，产品十分具有竞争力。

附图说明

附图1转底炉处理不锈钢粉尘制取铁粒的流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明的从不锈钢粉尘中提取高含镍、铬和铁的方法，包括有以下步骤：

1)首先进行原料准备，将不锈钢粉尘、煤粉、石灰石粉和粘结剂等原料按以下重量份数进行配比：不锈钢粉尘100份、煤粉18份、石灰石粉4份和粘结剂2份。

其中：不锈钢粉尘的组成成分按质量百分比计为：Cr₂O₃ 8％，NiO 6％，MnO 2％，Fe₂O₃ 55％，SiO₂ 29％，不锈钢粉尘粒度≤0.15mm；

煤粉可以采用焦粉或非焦煤，煤粉的灰分≤10％、粒径≤0.1mm；煤粉的组成成分按质量百分比计为：C 84％，S 0.6％，灰分14％，H₂O 1％，粒度＜0.1mm。

粘结剂主要成分如下：Fe₂O₃ 2.65％，SiO₂ 61％，Al₂O₃ 19.5％，CaO 0.55％，MgO 2.85％，H₂O 1％，混合均匀即可。

2)将上述原料混合均匀，将混合原料送入圆盘造球机或对辊压块机压制成7～13mm的生球，碱度的控制为1.8～2.0，通过烘干机将生球的水分降至2％(wt)以下，然后通过摆动皮带机均匀布入转底炉内，转底炉可采用各种气体燃料，为了有效的节能降耗，助燃空气采用富氧，富氧5％(vol)左右能降低燃料消耗35％(vol)左右，通过燃烧系统将炉内的气氛控制分为氧化区和还原区，以此来调节转底炉内气氛保证了金属的高还原率；转底炉内控制温度在1150～1350℃，其中氧化区的氧化温度控制在1150～1200℃，还原区的还原温度控制在1200～1350℃，生球在转底炉内的停留时间为20分钟，包括氧化区8分钟，还原区12分钟，其中，转底炉内氧化区的气氛控制为O₂ 12％，CO 1％，CO₂ 8％，H₂ 1％(体积百分比)，其余为氮气，还原区的气氛控制为O₂ 2％，CO 8％，CO₂为10％，H₂ 1％，其余为氮气。

生球随转底炉的炉床旋转一周后还原为高温熟球，然后还原好的熟球通过设置在转底炉内的高温螺旋排料机排出炉外。熟球经过空冷后，渣相自然粉化，与金属颗粒自然脱离，最后只需通过机械筛分或磁选就获得高含Ni、Cr的铁粒，可供炼钢转炉或电炉直接使用。

所得的铁粒的粒度为4～10mm，其典型成分如下：Cr 13％，Ni 5％，Fe 75％，Mn 3％，C 4％。

实施例2

1)首先进行原料准备，将不锈钢粉尘、煤粉、石灰石粉和粘结剂等原料按以下重量份数进行配比：不锈钢粉尘100份、煤粉16份、石灰石粉6份和粘结剂3份。

其中：不锈钢粉尘的组成成分按质量百分比计为：Cr₂O₃ 12％，NiO 4％，MnO 3％，Fe₂O₃45％，SiO₂ 36％，不锈钢粉尘粒度≤0.15mm；

煤粉可以采用焦粉或非焦煤，煤粉的灰分≤10％、粒径≤0.1mm；煤粉的组成成分按质量百分比计为：C 90％，S 0.8％，灰分8％，H₂O 1％，粒度＜0.1mm。

粘结剂主要成分如下：Fe₂O₃ 2.65％，SiO₂ 61％，Al₂O₃ 19.5％，CaO 0.55％，MgO 2.85％，混合均匀即可。

2)将上述原料混合均匀，将混合原料送入圆盘造球机或对辊压块机压制成7～13mm的生球，碱度的控制为1.8～2.0，通过烘干机将生球的水分降至2％(wt)以下，然后通过摆动皮带机均匀布入转底炉内，转底炉可采用各种气体燃料，为了有效的节能降耗，助燃空气采用富氧，富氧5％(vol)左右能降低燃料消耗35％(vol)左右，通过燃烧系统将炉内的气氛控制分为氧化区和还原区，以此来调节转底炉内气氛保证了金属的高还原率；转底炉内控制温度在1150～1350℃，其中氧化区的氧化温度控制在1150～1200℃，还原区的还原温度控制在1200～1350℃，生球在转底炉内的停留时间为20分钟，包括氧化区8分钟，还原区12分钟，其中，转底炉内氧化区的气氛控制为O₂ 12％，CO 1％，CO₂ 8％，H₂ 1％，其余为氮气，还原区的气氛控制为O₂ 2％，CO 8％，CO₂为10％，H₂ 1％，其余为氮气。

所得的铁粒的粒度为4～10mm，其典型成分如下：Cr 16％，Ni 6％，Fe 67％，Mn 5％，C 5％。

Claims

1.从不锈钢粉尘中提取高含镍、铬和铁的方法，其特征在于：将不锈钢粉尘、煤粉和石灰石进行混匀后加入粘接剂造生球，其中煤粉的含量为占不锈钢粉尘重量的14～20％、粘接剂的含量为占不锈钢粉尘重量的1～4％、石灰石的含量为占不锈钢粉尘重量的4～8％，将得到的生球投入转底炉内，所述的生球的粒度7～13mm，其碱度控制在1.8～2.0，生球随着炉床的旋转转动先经过转底炉内的氧化区进行氧化，氧化温度控制在1150～1200℃，氧化区停留时间为6～10分钟，转底炉内氧化区的气氛控制以体积百分比计为O₂为10～15％，CO为0～1％，CO₂为5～10％，H₂为0～1％，其余为氮气，然后经过转底炉内的高温还原区进行还原，还原温度控制在1200～1350℃，还原区停留时间为10～14分钟，还原区的气氛控制以体积百分比计为O₂为0～2％，CO为8～10％，CO₂为8～10％，H₂为0～2％，其余为氮气，生球最终还原为高温熟球，排出转底炉后自然冷却，冷却后的熟球中的炉渣自然粉化，渣铁自然粉化，通过筛分，得到能供炼钢直接使用的铁粒。

2.按权利要求1所述的从不锈钢粉尘中提取高含镍、铬和铁的方法，其特征在于：所述的不锈钢粉尘的组成成分按质量百分比计为：Cr₂O₃为8～12％，NiO为4～6％，MnO为2～4％，Fe₂O₃为45～55％，SiO₂为 23～36％，不锈钢粉尘粒度≤0.15mm。

3.按权利要求1或2所述的从不锈钢粉尘中提取高含镍、铬和铁的方法，其特征在于：所述的煤粉的组成成分按质量百分比计为：C 75～90％，灰分6～15％，S 0～0.8％，H₂O 0～10％，粒度≤0.1mm。

4.按权利要求1或2所述的从不锈钢粉尘中提取高含镍、铬和铁的方法，其特征在于：所述的粘结剂的组成成分按质量百分比计为：Fe₂O₃ 2～3％，SiO₂ 55～65％，Al₂O₃ 15～25％，CaO 0.3～0.8％，MgO 2～4％，H₂O 0～5％，经混合制备而成，上述各组成成分的含量之和为100%。