CN102277461A - 一种转底炉处理工业废渣直接还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转底炉处理工业废渣直接还原方法，属于冶金行业中直接还原炼铁新工艺。主要流程是：配料—混料—球团—烘干—预热—还原—金属化球团。在转底炉中还原后可得到金属化率在80%以上的金属化球团。本发明综合回收利用了含铁工业废渣中的有价元素，经济获取还原剂资源，并且解决了工业废渣综合回收利用过程中制备的冷固含碳球团生球落下强度低、入炉后球团易爆裂而造成还原困难等问题，具有金属化率高、操作简单、工艺条件容易控制、设备投资较少、生产成本低、原料条件易满足等优点，并且整体流程较高炉冶炼流程更为节能也更加环保，更为重要的是本方法可以综合回收利用工业废弃物，减少其对环境的污染，节能环保。

Description

一种转底炉处理工业废渣直接还原方法

技术领域

本发明涉及一种工业废渣的直接还原处理方法。具体说来是以废弃的含铁工业废渣和碳质还原剂制成含碳球团，在转底炉中进行还原得到金属化球团的方法。

背景技术

随着我国钢铁产量迅猛发展，进口铁矿石量也逐年增加。虽然铁矿石进口价格一路飙涨，但是2010年依然进口了6.19亿吨铁矿石，对进口矿铁矿石的依存度高达63%。因此，拓宽我国炼铁原料来源已刻不容缓。

化工工业的快速发展，在推动国家和地方社会经济前进的同时，也随之带来一系列相关的负面问题。国内很多企业存在生产组织和管理粗放、环境污染严重以及资源消耗和浪费较大等问题。这一点突出表现没有实现资源的有效回收和综合利用。而这点与国外发达国家的企业相比有很大差距。

我国是生产硫酸和消耗硫酸大国，每生产1吨硫酸排出0.8~0.9吨的硫酸渣。目前我国的硫酸渣年产量已超过1000万吨。硫酸渣中含有丰富的铁资源及其他可利用的金属，弃之不用会造成大量的资源浪费，并且自然堆存、挖坑掩埋或是弃之湖海，不仅占用大量的土地，还会酸化土地，污染水源，影响动植物生长，对环境造成巨大危害。因此，综合开发利用硫酸渣具有十分重要的意义。日本、美国、加拿大和罗马尼亚等国都有专门处理硫酸渣，用来作为烧结配料的烧结厂。在我国，硫酸渣也多作为烧结配料来处理。虽然也有用硫酸渣作为造球配料，采用竖炉生产铁矿球团的，但由于其工艺落后，产品质量不稳定，多已停产或拆除。

电解铝厂的铝电解槽在使用3~5年后就要进行大修，更换槽内衬，槽内衬中的废旧阴极含有大量碳以及其它有价值的材料。很多铝厂都将废碳块作为一般的工业垃圾处理，任意丢弃或堆放。废块中的有毒氟化物和氰化物溶解于水中，渗入地下，污染水质，或呈粉状物在空中飞扬，对环境造成污染，并严重危害人身健康和农牧业生产。如果能变废为宝，则会大大促进铝工业发展。国内外对此做了大量的研究工作，美国恺撒铝业公司、雷诺公司等利用碱液处理废旧阳极材料来制取冰品石，从而节省了大量新鲜冰晶石。而我国对其的利用较少，仍有大量槽大修渣不能实现自身价值。

钢铁生产工艺流程也在不断向紧凑化、高效化及循环经济型、环境友好型的方向发展。为了解决焦煤短缺以及传统高炉炼铁工艺所存在的能耗高，环境污染严重等问题，世界上出现了多种新型非高炉炼铁法，其中最重要的方法之一便是转底炉工艺。采用转底炉工艺处理硫酸渣等工业废渣，不仅使得化工企业废渣得到充分利用，而且能够创造很高的经济效益，实现循环经济和环境保护。

发明内容

本发明涉及一种以含铁工业废渣为原料，配入还原剂粉制成含碳球团，以转底炉法处理含铁工业废渣的方法。

本发明方法是为了综合回收利用含铁工业废渣中的有价元素，经济获取还原剂资源，解决工业废渣综合回收利用及其在利用过程中所遇到的问题，如制备的冷固含碳球团生球落下强度低、入炉后球团易爆裂造成还原困难等，特提出本发明以适应工业化操作的生产方法。

在本发明目的中所提出的生产方法，是包括含铁工业废渣冷固结含碳球团的制备工艺、直接还原工艺两部分组成。在本发明方法中所采用的含铁工业废渣冷固结含碳球团的配比为含铁工业废渣：还原剂粉：粘结剂=100：15~21：1~3，其中，含铁工业废渣是指含铁量在35%以上的工业废渣，粒度-200目占50%以上，还原剂粉是指细磨的无烟煤、烟煤、焦粉或者其他含碳物质（如电解铝厂的阴极碳块）中的一种或者一种以上的组合；粘结剂是指无机或有机粘结剂或者两者的组合，无机粘结剂如膨润土、水玻璃等，有机粘结剂如玉米面粉、糖浆废液、腐殖酸钠、羧甲基纤维素钠等。

本发明所提出的适用于制备含铁工业废渣冷固结含碳球团、直接还原的生产方法，该方法是由含铁工业废渣制备冷固结含碳球团的制备工艺、直接还原工艺两部分组成，其特征在于将含铁工业废渣与还原剂粉和粘结剂经配料、混合、压球制得冷固结含碳球团；冷固结含碳球团经过烘干后进入铺有垫底料的转底炉中进行还原，在还原过程中可以向球团料层中加入还原剂保证还原过程的还原气氛，并可防止还原后期被高温烟气再氧化，其具体工艺方法如下：

（1）含铁工业废渣冷固结含碳球团的制备工艺中的成分配比为含铁工业废渣：还原剂粉：粘结剂=100：15~21：1~3，其中，含铁工业废渣是指含铁量在35%以上的工业废渣或者铁矿粉，粒度-200目占50%以上，还原剂粉是指细磨的无烟煤、烟煤、焦粉或者其他含碳物质（如电解铝厂的阴极碳块）中的一种或者一种以上的组合，粘结剂为无机或有机粘结剂或者两者的组合，无机粘结剂如膨润土、水玻璃等，有机粘结剂如玉米面粉、糖浆废液、腐殖酸钠、羧甲基纤维素钠等。

在上述的含铁工业废渣冷固结含碳球团成分中的其他特征是，还原剂粉是指细磨的无烟煤、烟煤、焦粉或者其他含碳物质（如电解铝厂的阴极碳块）中的一种或者一种以上的组合。粘结剂是为无机或有机粘结剂或者两者的组合，无机粘结剂如膨润土、水玻璃等，有机粘结剂如玉米面粉、糖浆废液、腐殖酸钠、羧甲基纤维素钠等。其他特征还根据含铁工业废渣中的铁含量，配料时加入0~35%的普通铁精矿（粒度-200目占50%以上）或者根据当地资源状况加入钒钛磁铁矿等复杂矿物，取代部分含铁物料以提高含碳球团中的铁品位，但含铁工业废渣、普通铁精矿的总配比不变。在本发明方法中的含铁工业废渣冷固结含碳球团的压球工艺中，其混料、压球均为现有工艺技术。

（2）含铁工业废渣冷固结含碳球团直接还原工艺是包括烘干、预热和还原三段，可以在1~3个设备中分段进行。烘干段采用温度为200~400℃的转底炉废气进行干燥，干燥时间为1~4h，烘干后的冷固结含碳球团进入转底炉的预热段进行预热，预热的温度为900~1100℃，预热时间为10~20min，预热后的含碳球团随着转底炉的转动进入还原段，球团在转底炉中的还原温度为1200~1350℃，还原时间为20~40min，转底炉旋转一周后将球团卸出。还原得到的球团的金属化率为80~97%。为了保证含铁工业废渣冷固结含碳球团在进入转底炉后不爆裂及还原过程中球团不与炉底粘结，以保证直接还原工艺的效果，该方法的特征在于在转底炉中铺垫底料，该垫底料为煤渣或者无烟煤、烟煤、焦粉或者其他含碳物质（如电解铝厂的阴极碳块）中的一种或者一种以上的组合。本发明的其他特征还在于将电解铝厂废弃的阴极碳块磨细后作为还原剂以及转底炉的垫底料。

本发明对含铁工业废渣采用冷固结含碳球团转底炉直接还原技术可实现对含铁工业废渣的综合回收利用。与隧道窑、回转窑、竖炉相比，采用转底炉直接还原工艺处理含铁工业废渣显得既简单又经济，主要表现在以下几个方面：(1) 原料和能源的灵活性大，转底炉可以处理各种含铁废料以及普通铁矿石甚至是复杂矿物，可以以煤、焦炭或木炭为还原剂，以天然气、煤气、丙烷、燃油和煤粉等作供热燃料，不受天然气供应的限制，应用地域广泛；(2) 由于不需要对原料进行深加工，并且可以利用廉价的还原剂，从而使得生产成本较低；(3) 设备和基建投资相对较低；(4) 由于转底炉的各个环节的技术都比较成熟，因而设备运行稳定，特别是转底炉还原对含碳球团的机械强度要求不高，能够在稳定运转的静料层快速还原，并且可以避免回转窑中的结圈等现象的发生；(5) 炉体相对封闭，环保措施得力。

采用本发明方法与将含铁工业废渣如硫酸渣用于烧结配料然后进高炉冶炼相比具有以下优点：(1) 不使用冶金焦炭，可以使用无烟煤、烟煤、焦粉或者其他含碳物质（如电解铝厂的阴极碳块）中的一种或者一种以上的组合，易经济获取；(2) 用电解铝厂废弃的阴极碳块作还原剂时，不仅可以廉价获取，使用时也只需细磨便可，成本较低；(3) 采用压球工艺，对原料粒度要求较低，可以节省磨矿成本；(4) 省去烧结、球团及焦化工序，可节省固定资产投资，并且大幅度减少水资源消耗和环境污染；(5) 可充分利用工艺流程中产生的废气的物理热进行球团的干燥和预热，实现全流程节能。

 

具体实施方式

实施例1

本发明的工艺流程为：配料—混料—球团—烘干—预热—还原—金属化球团；

配料：选用铁品位为51%的含铁工业废渣；选用的还原剂粉成分为：固定碳79.98%，灰分13.94%，挥发份6.08%；选用的粘结剂为玉米面粉，并添加浓度为4%的氢氧化钠溶液。按含铁工业废渣：还原剂粉：粘结剂=100：15：2.5的比例混合，水分的加入量为18%，转底炉中的垫底料为煤渣。

混料造球：将上述按比例配好的原料加入混料机中，混匀之后用对辊压球机将其压制成球团，球团尺寸为40×30×21mm

烘干：将压制好的球团在200℃的温度下干燥3h

预热：将干燥后的含碳球团装入转底炉中，在预热段中950℃的温度下预热15min

还原：在转底炉中的还原阶段进行还原，还原温度为1200°C，还原时间20min，得到还原产品—金属化球团。

本实例得到的金属化球团中，球团的金属化率为84%。

 

实施例2

本发明的工艺流程为：配料—混料—球团—烘干—预热—还原—金属化球团；

配料：选用铁品位为45%的含铁工业废渣，并配入30%铁品位为63%的普通铁精矿粉；选用的还原剂粉成分为：固定碳86.47%，灰分4.95%，挥发份8.58%；选用的粘结剂为膨润土。按含铁工业废渣：还原剂粉：粘结剂=100：20：2.5的比例混合，水分的加入量为20%，转底炉中的垫底料为球团中配入的还原剂粉。

混料造球：将上述按比例配好的原料加入混料机中，混匀之后用对辊压球机将其压制成球团，球团尺寸为40×30×21mm

烘干：将压制好的球团在300℃的温度下干燥1.5h

预热：将干燥后的含碳球团装入转底炉中，在预热段中1000℃的温度下预热10min

还原：在转底炉中的还原阶段进行还原，还原温度为1300°C，还原时间25min，得到还原产品—金属化球团。

本实例得到的金属化球团中，球团的金属化率为95%。

 

综合以上实例可见，根据本发明的方法，以含铁工业废渣和还原剂粉制成含碳球团，利用转底炉法处理含铁工业废渣的工艺，具有如下优点：(1) 含铁工业废渣属于闲置废弃物，原料价格低廉，生产成本低；(2) 所用的还原剂为煤粉或电解铝厂的阴极碳块，取代了传统炼铁所需的焦炭，进一步降低了成本，并且使用阴极碳块也是对废弃物的回收再利用；(3) 所用的粘结剂容易获得，并且用量较少，原料条件很容易满足；(4) 整体流程较配入烧结进行高炉冶炼流程更为节能也更加环保；(5) 所采用的转底炉技术技术成熟，操作简单，工艺条件容易控制，设备投资较少；(6) 本方法可以综合回收利用工业废弃物，减少污染，节能环保。

Claims (6)

1.一种转底炉处理工业废渣直接还原方法，其特征在于：原料质量比为含铁工业废渣：还原剂粉：粘结剂=100：15~21：1~3；其中含铁工业废渣是含铁量在35%以上的工业废渣或者铁矿粉，粒度-200目占50%以上；还原剂粉为含碳物质；粘结剂为无机或有机粘结剂或者两者的组合；将各种原料按比例配好混匀后进行压球，水分加入量为原料混合后质量的11~20%；将含碳球团采用温度为200~400℃的转底炉废气进行干燥，干燥时间为1~4h；将烘干后的冷固结含碳球团装入转底炉中的预热段进行预热，预热的温度为900~1100℃，预热时间为10~20min；预热后的含碳球团进入转底炉中的还原段进行还原，还原温度为1200~1350℃，还原时间为20~40min；还原结束得到成品金属化球团。

2. 如权利要求1所述的一种转底炉处理工业废渣直接还原方法，其特征在于：所述的含碳物质为细磨的无烟煤、烟煤或焦粉中的一种或多种的混合物。

3.如权利要求1所述的一种转底炉处理工业废渣直接还原方法，其特征在于：所述的含碳物质为电解铝厂废弃的阴极碳块磨细后的产物，其粒度为-200目占50%以上。

4.如权利要求1所述的一种转底炉处理工业废渣直接还原方法，其特征在于：所述的转底炉中铺垫底料，该垫底料为含碳物质。

5.如权利要求4所述的一种转底炉处理工业废渣直接还原方法，其特征在于：所述的含碳物质为细磨的无烟煤、烟煤或焦粉中的一种或多种的混合物。

6.如权利要求4所述的一种转底炉处理工业废渣直接还原方法，其特征在于：所述的含碳物质为电解铝厂废弃的阴极碳块磨细后的产物，其粒度为3mm以下。