CN114807484B - 钢厂烟灰回收铁和锌的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于炼钢技术领域，公开了一种钢厂烟灰回收铁和锌的方法和系统。方法包括：将钢厂烟灰与燃料和熔剂混合制粒，得到物料；将所述物料加入到富氧熔炼炉中进行富氧熔炼，得到熔融渣并产生高温含尘烟气；将所述熔融渣送入还原电炉中于密闭条件下进行还原反应，得到粗铁并产生含锌烟气；对所述含锌烟气进行冷凝，得到粗锌并产生尾气；将所述尾气经净化加压后返回至富氧熔炼炉作为燃料进行再利用。本发明将熔炼和还原分开处理，熔炼在高富氧条件下进行，降低了能耗，还原在密闭高温环境下进行，还原气氛容易控制，烟气量小，经冷凝便可获得粗锌，冷凝后尾气作为熔炼燃料充分利用；解决了现有存在的工艺复杂、能耗高、铁锌回收率低等问题。

Description

钢厂烟灰回收铁和锌的方法和系统

技术领域

本发明涉及炼钢技术领域，特别是涉及一种钢厂烟灰回收铁和锌的方法和系统。

背景技术

目前钢厂烟灰的回收利用方式，大多是采用回转窑挥发处理，也有些提出采用熔炼炉处理的工艺，但均流程比较长，或富氧熔化和高温还原没有分开，现实中难以实现和操作。

采用回转窑挥发处理是目前较为常用的处理方式。其是将烟灰中的锌被焦炭还原成氧化锌，在窑尾经冷却后收集，窑渣从窑头排出，经水淬冲渣后堆存处置。采用该回转窑挥发处理方式，虽然烟尘中的锌可富集成氧化锌烟尘回收，但是，对于从窑头排出的含铁高的窑渣，目前需先采用水淬冷却，再进行磁选铁，得到的铁精矿再返烧结配料处理，以回收烟尘中的铁，整个处理流程较长和复杂，且能耗较高。

现有一些文献对烟灰回收利用工艺进行了改进，但本申请发明人认识到目前各工艺仍存在一些问题。例如：

中国申请CN112080645A公开了从含锌烟灰中回收氧化锌和铁，其采用电热喷吹炉处理方式，但在同一台炉子里进行氧化和还原，其存在1）液面波动，将造成电极易断等不利使用；2）中间虽有隔墙，但熔化和氧化还原区域不易分开，且氧化区和还原区烟气易串风，难以做到真正的氧化和还原分段处理；3）还原的锌蒸汽都只能再次氧化成氧化锌，无法直接得到粗锌产品。

中国专利CN212316202U公开了一种含锌粉尘的回收系统，中国申请CN111607707A公开了一种含锌粉尘回收方法及系统，均采用电热炉处理方式。但是，二者也均在同一台炉子里进行氧化和还原，均存在：1）液面波动，将造成电极易断等不利使用；2）中间虽有隔墙，但熔化和氧化还原区域不易分开，且氧化区和还原区烟气易串风难以做到真正的分段处理；3）还原的锌蒸汽都只能再次氧化成氧化锌，无法直接得到粗锌产品。

也有文献拟采用先物料干燥再电热熔化方式对含锌固废进行处理，但是，这种方式没有彻底解决问题，且还存在如下问题：1）不仅需要对物料预先干燥，要求严格；2）而且电热熔化时干燥后的粉尘会造成短路和返尘等问题；3）另外，电热熔化化料缓慢，需要消耗大量电能，不符合烟尘这种氧化物物料的熔化，且使用场地在电力紧张区域受限。

中国申请CN113652551A公开了含锌固废处理方法及系统，其拟采用烧结焙烧方式进行处理；上述方式同样存在问题：1）焙烧设备选为烧结机、回转窑、焙烧炉等，因烟尘中含铁较高，为防止粘接，焙烧温度需控制在1100度以下；2）脱水后的焙烧矿还需要在第二台电炉中，需消耗大量电能先化料成熔体才能提温进行彻底还原；3）同时调整渣型时配入的大量冷态熔剂也需消耗大量电能。

综上，现有的钢厂烟灰的回收利用工艺存在如下缺点：1）同一台炉子中进行氧化和还原的工艺，存在液面波动，易造成电极断裂，不利于使用；2）氧化区和还原区烟气易串风难以做到真正分段处理；3）还原的锌蒸汽只能再次氧化成氧化锌，无法直接得到粗锌产品。4）电热熔化工艺复杂，能耗高，粉尘易造成短路和返尘。5）烧结焙烧为防止粘结对温度要求严格，化料和调整渣型会消耗大量电能等。

发明内容

本发明的一个实施方式目的在于提供一种钢厂烟灰回收铁和锌的方法和系统，以解决现有技术中钢厂烟灰回收存在的工艺复杂、能耗高、铁锌回收率低等问题。

本发明的上述实施方式的目的可以通过以下技术方案实现：

根据本发明的一个方面，本发明提供的一种钢厂烟灰回收铁和锌的方法，包括：将钢厂烟灰与燃料和熔剂混合制粒，得到物料；将所述物料加入到富氧熔炼炉中进行富氧熔炼，富氧浓度≥50%，得到熔融渣并产生高温含尘烟气； 将所述熔融渣送入还原电炉中于密闭条件下进行还原反应，得到粗铁并产生含锌烟气；对所述含锌烟气进行冷凝，得到粗锌并产生尾气；将所述尾气经净化加压后返回至富氧熔炼炉作为燃料进行再利用。

可选地，所述富氧浓度为50%～80%。

可选地，混合制粒得到的物料，其粒径为3mm～5mm。

可选地，富氧熔炼时，熔炼温度为1150℃～1350℃。

可选地，冷凝后产生的尾气中含CO，以将其作为燃料返回至富氧熔炼炉进行再利用。

可选地，还原反应中，还原温度为1500℃～1600℃，还原产出弃渣水淬含铁小于8%。

可选地，还原反应中，还原剂为焦炭、块煤等中一种或几种。

可选地，锌回收率不低于88%，铁回收率不低于85%。

可选地，还包括：对所述高温含尘烟气进行余热回收，骤冷降温，收尘，收集得到氧化锌烟尘产品。

可选地，对所述高温含尘烟气进行余热回收，骤冷降温，收尘，收集得到氧化锌烟尘产品的步骤中，包括：将高温含尘烟气送入余热锅炉进行余热回收，产出第一烟尘和第一烟气；对第一烟气进行骤冷降温，收尘后产出第二烟尘；收集所述第一烟尘和第二烟尘，得到氧化锌烟尘产品。进一步地，还包括：对收尘后的粉尘进行吸附过滤，产出第二烟气，将所述第二烟尘送入烟气脱硫系统进行处理。

根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种钢厂烟灰回收铁和锌的系统，包括：混合制粒装置、富氧熔炼炉、还原电炉、冷凝装置以及净化加压装置。其中，混合制粒装置，用于将钢厂烟灰、燃料、熔剂混合并制粒，得到物料；富氧熔炼炉，包括：物料入口、熔融渣出口和高温含尘烟气出口；用于接收所述物料，并在浓度≥50%的高富氧条件下，对所述物料进行单独的富氧熔炼，得到并排出熔融渣和高温含尘烟气；还原电炉，独立于所述富氧熔炼炉设置，包括：熔渣入口、还原剂入口以及粗铁出口、炉渣出口和含锌烟气出口；还原电炉用于通过熔渣入口接收从熔融渣出口排出的熔融渣并在密闭条件下对进入的熔融渣进行单独的还原反应，排出粗铁和含锌烟气；冷凝装置，包括：含锌烟气入口、粗锌出口和尾气出口，所述含尘烟气入口与所述含锌烟气出口相连；所述冷凝装置用于对含锌烟气进行冷凝，排出粗锌和尾气；净化加压装置，与所述尾气出口及富氧熔炼炉相连，用于对所述尾气净化加压后返回至富氧熔炼炉作为燃料进行再利用。

可选地，还包括：余热回收装置，与所述高温含尘烟气出口相连，用于对所述高温含尘烟气进行余热回收，骤冷降温以及收尘，经收集得到氧化锌烟尘产品。

有益效果：本发明通过将熔炼和还原分开处理，充分发挥了富氧熔炼炉和密闭还原电炉的各自优势；其中，熔炼在富氧熔炼炉富氧浓度≥50%例如50%～80%的高富氧条件下进行，从而降低了能耗；还原可在独立的密闭的高温条件下进行，例如还原温度可为1500℃～1600℃，其还原气氛易控制，烟气量小，经冷凝器冷凝后便可获得粗锌；冷凝后剩余尾气经净化后可作为熔炼步骤中的燃料进行充分利用；解决了现有技术中存在的工艺复杂、能耗高、铁锌回收率低等问题。

附图说明

图1是本发明一实施例中的钢厂烟灰回收铁和锌的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例中提供的一种钢厂烟灰回收铁和锌的系统，包括：混合制粒装置、富氧熔炼炉、还原电炉、冷凝装置以及净化加压装置，其中，富氧熔炼炉与还原电炉二者分开独立设置，以分开进行熔炼和还原反应。

本发明一实施例中提供的一种钢厂烟灰回收铁和锌的方法，对钢厂烟灰制粒后采用单独的富氧熔炼炉在高富氧浓度下进行富氧熔炼，熔炼后将熔融渣送入单独的还原电炉在密闭条件下进行还原反应。

本发明的实施方式中采用“富氧熔炼炉熔池熔炼化料+密闭的还原电炉高温还原”，采用两段炉分开处理钢厂烟灰，将熔炼和还原分开后可以充分发挥富氧熔炼和密闭还原电炉各自的优势，采用富氧熔炼炉使得能耗较低，采用密闭的还原电炉进行还原，其气氛易控制，气量小，最终可得到可外售的氧化锌烟尘、粗锌和生铁，烟气分开后可以选用更有利的处理装置；同时克服了现有技术中所存在的工艺复杂、能耗高、铁锌回收率低等问题。

具体地，第一段为富氧化料，通过与还原分开后，其可在高富氧浓度如氧浓度≥50%条件下进行富氧化料，从而降低了燃料消耗和减少了高温含尘烟气量。第二段采用密闭的还原电炉进行还原反应，其密闭性好，与富氧化料分开后，更有利于将还原后的含锌烟气冷凝成粗锌，同时，分开后，独立的还原电炉可以进行高温还原操作，高温还原操作有利于产出粗铁。另外，经冷凝后的烟气中富含CO，对其净化后加压返回至富氧熔炼炉可作为该炉的燃料进行充分利用。

图1示意性地示出了本发明一实施例中的钢厂烟灰回收铁和锌的方法的流程。下面结合图1，对本发明实施方式中的钢厂烟灰回收铁和锌的方法和系统做进一步描述。如图1所示，所述钢厂烟灰回收铁和锌的方法，包括：

步骤S10，混合制粒：将钢厂烟灰、加入燃料、溶剂、工业水等熔炼所需原料，例如加入焦炭、粉煤，石灰等，采用强力混合机混合制粒，得到粒径为3mm～5mm的物料，该无需干燥直接制粒得到所述粒径的方式，使得运输过程不产生粉尘，且熔炼炉加料时大部分物料不被短路吸收至后续烟气系统。其中，钢厂烟灰、燃料、溶剂质量比范围可以优选100：20：3，当然不限于此。

步骤S20，单独进行富氧熔炼：将所述物料通过给料设备从物料入口加入到富氧熔炼炉中，通入氧气，在富氧浓度≥50%的高富氧条件下进行富氧熔炼，例如50%、60%、70%、75%、80%等，浓度越高能耗越低；富氧熔炼时，高浓度富氧浸没燃烧快速化料，形成熔体，熔融渣从熔融渣出口排出，高温含尘烟气从高温含尘烟气出口排出。其中，所述富氧熔炼炉采用顶吹炉、侧吹炉或底吹炉。熔炼温度为1150℃～1350℃。该实施方式通过富氧熔炼，其熔池搅拌大，传热快，化料快，能耗较低，且炉流动性好。

步骤S30，单独进行还原反应：将熔融渣经熔渣入口送入密闭的还原电炉中，通过还原剂入口加入还原剂，还原剂可以为焦炭、块煤等还原剂中的一种或几种。在密闭环境下进行高温还原反应，其中，温度为1500℃～1600℃。其中，熔体中铁氧化物在强CO气氛下形成铁液相，呈粗铁水定期打眼放出；而熔体中Zn在强CO气氛下形成锌蒸汽进入烟气，并从含锌烟气出口排出进入冷凝装置进行处理。密闭还原电炉中进行还原反应后产出粗铁和炉渣两种，分层开口。其中，弃渣水淬过程为：使用大量循环水定期直接冲渣；因原料中铁已在还原电炉中生成了粗铁得到了回收，本申请弃渣含铁低且小于8%，可以直接抛弃或出售给建材行业做辅料使用。

步骤S31，冷凝装置如冷凝器等对进入的含锌烟气进行冷凝，形成的粗锌液体定期放出外售；冷凝器回收后还富含CO，将富含CO的尾气送入净化加压装置进行处理。其中，所述净化加压装置包括净化器和加压机，净化器与冷凝装置中的尾气出口相连，加压机与净化器以及富氧熔炼炉相连。

步骤S32，通过净化器对所述尾气进行净化，通过加压机加压后，将热空气送入富氧熔炼炉作为燃料再利用，从而降低了能耗。通过净化主要捕集尾气中的粉尘，并脱除SO2；所述加压优选采用加压风机加压，以便风压提高至富氧熔炼炉需要的鼓风压力。

通过采用密闭还原电炉还原，经冷凝器冷凝，对尾气净化加压进行再利用，不仅得到了粗锌，还实现了含CO尾气再利用，克服了现有技术锌易氧化而无法直接得到粗锌问题，克服了现有技术CO易氧化而无法有效利用的问题。

步骤S40，余热回收：对步骤S20中的高温含尘烟气进行余热回收处理，收集可外售的氧化锌烟尘产品。具体地，包括：将高温含尘烟气送入余热锅炉进行余热回收，产出第一烟尘和第一烟气。将第一烟气在通入冷却水并鼓风下进行骤冷降温，采用收尘器收尘，收尘后产出第二烟尘。收集所述第一烟尘和第二烟尘，得到可外售的氧化锌烟尘产品。进一步地，还包括：收尘器收尘的粉尘通过活性炭吸附过滤，产出第二烟气，将所述第二烟尘送入烟气脱硫系统进行处理。其中，所述收尘器采用布袋收尘器，高温含尘烟气采用余热锅炉进行预热回收后经骤冷降温通过所述布袋除尘器回收氧化锌烟尘，将其与预热回收过程产生的第一烟尘混合后可外售。

本发明的上述实施方式采用“富氧熔炼炉高富氧化料+密闭还原电炉高温还原+冷凝器冷凝粗锌+烟气净化后加压做燃料”，得到氧化锌烟尘、粗锌和生铁。其中，密闭还原电炉高温还原产出弃渣水淬，含铁小于8%，锌回收率不低于88%，可高达92%；铁回收率不低于85%，可高达88%。通过把钢厂烟灰的处理分成两段实施，保证了烟气系统更加优化，工艺的连续性较强，具有富氧熔化节能、杂质开路，烟气量处理投资低，是直接获得粗锌和生铁的短流程工艺装置，整体具有富氧节能、整体投资低，流程短等特点。

其中，第一段采用富氧熔炼炉进行，且采用富氧熔炼，强化了熔化过程，相比现有一炉熔炼还原工艺降低了化料造渣过程的能耗和降低了烟气处理量；富氧和还原剂（焦炭或煤粉等）分别单独加入到熔池中，使炉腔整体气氛呈弱还原度利于元素还原进入烟尘，也就是说，在同时保证一定的还原度情况下利于部分锌和烟尘中的杂质F、Cl、钾、钠等挥发开炉进入烟尘，经富集得到氧化锌烟尘产品。

第二段采用高温还原炉进行，采用间断进渣，电炉密闭操作性好，气氛好控制，烟气量小，可直接产出粗锌和生铁产品，省去深加工后续处理工艺和投资；在强还原下，熔渣中的锌基本都被还原成锌蒸汽，因电炉烟气量小，冷凝器采用锌雨冷凝器进行，冷凝得到粗锌得以回收；尾气还含有大量CO，可净化除尘后加压送至第一段富氧熔炼炉作为燃料使用。还原电炉内炉渣中的铁被还原成金属相，最后以生铁（其含铁不低于85%）的形式排出，可直接送钢铁厂转炉回收，经检测还原产出弃渣水淬，含铁小于8%。

下面再结合一具体实施例对本发明实施方式中技术方案做进一步描述：

实施例1

钢厂烟灰，进料粒度3mm～5mm，20.83t/h，配入焦炭量7.28t/h，加入3%的熔剂和工业水，富氧熔炼炉采用浓度为60%的富氧，操作温度1300℃。富氧熔炼后产出的高温含尘烟气经过余热锅炉预热回收，骤冷降温以及布袋除尘器收尘后，获得含锌50%的氧化锌烟尘。

富氧熔炼后产生的熔体即熔融渣溜槽进入第二段密闭的还原电炉，电炉升温至1500℃～1600℃，在CO还原作用下进行还原熔炼，放出铁水5t，其中，铁含量为85wt％。密闭还原后，含锌烟气经冷凝器冷凝，获得1.2t粗锌，其中含锌98.7%。冷凝后尾气中还含有60%的CO，对尾气进行净化处理，后加压后送富氧熔炼炉做燃料。经检测，该实施例还原电炉炉渣水淬含铁5.6%，锌回收率88%，铁回收率85%。

该实施例通过将熔炼和还原分开，充分发挥了富氧熔炼和密闭还原电炉各自的优势，最终提高了锌和铁回收率，节约了能耗，尾气得到充分利用。

与现有技术相比，本发明的一些实施例中还具有以下优点：

1）相比现有采用电热熔化处理方式（电热熔化料对物料要求严格水分需控制在小于1%，故必须先对物料干燥，使得物料前期准备复杂），本发明不仅节省了制粒干燥的复杂准备步骤；而且还克服了“电热熔化时，由于干燥后粒度细的干物料输送过程中粉尘大，且在炉内在加料区很容易因出烟口负压被吸送至后续烟气处理系统，进而造成大量短路和返尘的问题。本申请流程短，只需要制粒无需干燥，可以直接加至富氧熔炼炉内，且避免了因粉尘带来的各种问题。

2）处理含锌固废，绝大部分能耗消耗在物料的熔化工序。而现有技术中采用电热熔化方式，其物料的熔化完全靠渣电弧产生的静态热，进行静态热交换，传热很慢，化料也慢，需要消耗大量电耗，很不经济。本发明在制粒后直接采用富氧熔炼炉进行富氧熔炼，充分利用高富氧浓度气流、加强物料的强烈搅动，增加传热速度，快速提高熔化速度，降低熔化工序能耗和降低生产成本。

3）相比现有的还原炉，本发明采用密闭式还原电炉，同时将产出的含锌烟气经冷凝得到的尾气进行净化加压后作为燃料返回熔炼炉。本发明通过采用密闭式还原电炉，避免了采用密闭性不好的常规电炉所存在的：尾气中锌容易形成氧化锌，而得不到粗锌溶液问题；以及因漏风尾气中的CO也会被氧化成CO2，就无法有效利用，无法作为燃料返熔炼炉循环利用等问题。

4）相比现有的烧结焙烧处理方式，本申请不需要焙烧，直接制粒富氧熔化，完全避开了烧结被烧处理方式所存在一系列问题，例如，采用烧结设备焙烧，因钢厂烟灰中含铁高，焙烧时会产生低熔点的化合物，很容易粘接炉窑内衬，从而导致进出物料不顺，操作停产，该方式实际应用中基本无法实现连续作业。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (4)

1.一种钢厂烟灰回收铁和锌的方法，其特征在于，包括：将钢厂烟灰与燃料和熔剂混合制粒，得到粒径为3mm～5mm的物料；将所述物料加入到富氧熔炼炉中进行富氧熔炼，熔炼温度为1150℃～1350℃，富氧浓度≥50%，得到熔融渣并产生高温含尘烟气； 将所述熔融渣送入还原电炉中于密闭条件下进行还原反应，还原温度1500℃～1600℃，得到粗铁并产生含锌烟气；对所述含锌烟气进行冷凝，得到粗锌并产生含CO的尾气；将所述尾气经净化加压后返回至富氧熔炼炉作为燃料进行再利用；对所述高温含尘烟气进行余热回收，骤冷降温，收尘，收集得到氧化锌烟尘产品；其中，对所述高温含尘烟气进行余热回收，骤冷降温，收尘，收集得到氧化锌烟尘产品的步骤中，包括：将高温含尘烟气送入余热锅炉进行余热回收，产出第一烟尘和第一烟气；对第一烟气进行骤冷降温，收尘后产出第二烟尘；收集所述第一烟尘和第二烟尘，得到氧化锌烟尘产品；对收尘后的粉尘进行吸附过滤，产出第二烟气，将所述第二烟尘送入烟气脱硫系统进行处理。

2.根据权利要求1所述的钢厂烟灰回收铁和锌的方法，其特征在于，还原反应中，还原产出弃渣水淬含铁小于8%。

3.根据权利要求2所述的钢厂烟灰回收铁和锌的方法，其特征在于，锌回收率不低于88%，铁回收率不低于85%。

4.一种钢厂烟灰回收铁和锌的系统，其特征在于，包括：

混合制粒装置，用于将钢厂烟灰、燃料、熔剂混合并制粒，得到粒径为3mm～5mm的物料；

富氧熔炼炉，包括：物料入口、熔融渣出口和高温含尘烟气出口；用于接收所述物料，并在浓度≥50%的高富氧条件下，对所述物料进行单独的富氧熔炼，熔炼温度为1150℃～1350℃，得到并排出熔融渣和高温含尘烟气；

还原电炉，独立于所述富氧熔炼炉设置，包括：熔渣入口、还原剂入口以及粗铁出口、炉渣出口和含锌烟气出口；所述还原电炉用于通过熔渣入口接收从熔融渣出口排出的熔融渣并在密闭条件下对进入的熔融渣进行单独的还原反应，还原温度1500℃～1600℃，排出粗铁、炉渣和含锌烟气；

冷凝装置，包括：含锌烟气入口、粗锌出口和尾气出口，所述含锌烟气入口与所述含锌烟气出口相连；所述冷凝装置用于对含锌烟气进行冷凝，排出粗锌和含CO的尾气；

净化加压装置，与所述尾气出口及富氧熔炼炉相连，用于对所述尾气净化加压后返回至富氧熔炼炉作为燃料进行再利用；

余热回收装置，与所述高温含尘烟气出口相连，用于对所述高温含尘烟气进行余热回收，骤冷降温以及收尘，经收集得到氧化锌烟尘产品。

Images