CN102653822A

CN102653822A - 一种熔融还原炼铁含铁固体副产物及其生产方法

Info

Publication number: CN102653822A
Application number: CN2012101301030A
Authority: CN
Inventors: 李建; 熊林; 赵晓岩; 石洪志; 朱锦明; 林金嘉; 彭新; 李咸伟; 王如意
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Xinjiang Bayi Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: CN102653822B

Abstract

一种熔融还原炼铁含铁固体副产物及其生产方法，其成分重量百分比为：瓦斯泥，干基20～75％，铁矿筛下粉，干基20～75％，除尘粉干基1～5％，粘结剂，外加，10～30％，水，外加，8～15％。本发明最终实现了熔融炼铁污泥的回收利用，并生产可供熔融还原用含铁产品团块，降低铁水成本，减少环境污染。

Description

一种熔融还原炼铁含铁固体副产物及其生产方法

技术领域

本发明属于熔融还原炼铁领域，涉及一种熔融还原炼铁含铁固体副产物及其生产方法。

背景技术

熔融还原炼铁工艺是一种环境友好型的非高炉炼铁工艺，其主要使用的原料为球团、块矿、块煤和少量焦炭。由于熔融还原炼铁取消了烧结和炼焦等铁前工序，与高炉炼铁相比，其排放废气中SO₂，NOX，粉尘减少95％，87％，64％；废水中酚和硫化物减少99％，氨减少87％。但在废气和废水中有害物质大幅度减排的同时，因没有烧结或球团等工序，其含铁固体副产物的回收成为一个新的问题。

表1熔融还原含铁固体副产物性质及发生量

目前，含铁除尘粉部分配入型煤工艺中，加入气化炉，能回收利用一小部分，但全部配入将劣化型煤质量，故不能全部回收。铁矿筛下粉料场，通过混料后，配入烧结混匀料中得到回收利用，但需额外支出运费。瓦斯泥因其含水量高、粒度细，现有流程无法回收利用，不得不低价运出厂外堆积，占用土地，污染环境，是熔融还原炼铁工艺影响环境的一个短板，对铁水成本造成了一定的负面影响。

瓦斯泥的利用主要集中在3个方面：

1、在压块或烧结直接回用到钢铁冶炼过程中。

日本专利JP 58031042 A公开了“炼钢瓦斯泥压块方法”，其通过提出将含水10～25％的转炉或电炉瓦斯泥配加1～8％的盐卤，充分混合后，压块并放置24h以上，使其固结变硬，这种压块可直接用于转炉炼钢中，作为冷却剂部分替代球团。

欧洲专利EP 1772527公开了“添加粘结剂利用高炉金属和非金属冶金废弃物的压块的方法”，其提出将50～98％(湿基)金属或非金属粉状废弃物(如瓦斯泥、烟气粉尘)配加1～25％粘结剂，添加水份进行压块，然后加入炼铁高炉或炼钢转炉中。粘结剂主要由普通水泥或石灰构成，压块养护时间大于等于1～30天。

美国专利US 20060213397，US 20100319581，US 20100144949，US7655088等提出用60～99％污泥添加1～40％的废弃物，通过球磨、再加入无机粉末造球，生球干燥后进回转窑焙烧。废弃物含Ca大于9％，污泥含Ca大于3％，无机粉末含Ca为5～20％，得到人造矿Ca含量大于10％，粒度为2～30mm。

2、回收利用瓦斯泥中锌铁等有价金属。

中国专利CN200710193281.7公开了“一种利用回转窑从高炉瓦斯泥中提取锌的工艺”，其提出一种利用回转窑从高炉瓦斯泥中提取锌的工艺，所述工艺包括配料、圆盘造球、回转窑还原工序，其特征在于，高炉瓦斯泥与结合剂配料后入圆盘造球机造球，所得球状颗粒送入回转窑用焦炉煤气燃烧所产生的热值加热升温，升温产生的锌蒸汽经多次沉降变成氧化锌得到收集，其余固体颗粒物成为金属炉渣得到收集。

中国专利CN03143156.9“一种高炉瓦斯泥选铁工艺及其专用磁选机”，其提出将沉淀池浓缩后的瓦斯泥通入磁选机，进行磁选，磁选后的铁矿粉经矿粉池，沉淀、析水、风干。但该专利未介绍具体的磁选效果如金属回收率、产率、产品铁品位等参数。

中国专利CN01113048.2“从瓦斯泥中回收铁精矿的方法”介绍一种回收含铁粉尘的方法，其特征在于首先对瓦斯泥进行弱磁选，再对其选出的尾矿进行强磁选，两次磁选出的铁精矿回收利用。由于采用弱磁-强磁工艺从低锌瓦斯泥中回收铁精矿，不仅可以有效回收利用高炉瓦斯泥中的铁矿物，提高铁品位，还能起到降低铅、锌等有害元素作用，并可将尾矿中铅、锌等元素富集到一定品位后再综合利用。

中国专利CN200410060869.1“利用炼钢转炉污泥制备氧化铁黑和铁红颜料的方法”公开了一种利用炼钢转炉污泥制备氧化铁黑和铁红颜料的方法。

3、回收利用瓦斯泥中的铁和碳。

中国专利CN200610019539.7“炼铁高炉瓦斯泥分选综合利用方法”提出将高炉瓦斯泥浓缩后加入浮选剂，送入浮选机或浮选池，煤粉浮于表面，由浮选刮板刮出，流入煤粉池，经沉淀、脱水后得煤粉，经浮选煤粉后的瓦斯泥浆，由泵送至高位搅拌、分料桶，进行两级重力选铁，分离选出铁精矿，经分选煤粉、铁精矿之后的尾泥再经过压滤、脱水处理。用本发明所得煤粉，含碳量可达到70％以上，回收率在60％左右，铁精矿总铁在55～63％之间，碳在3～12％之间，铁回收率达40～50％，两次重力分选回收50～70％左右的铁精矿。分选后的尾泥经过压滤、脱水处理后，可用于建材行业生产水泥等建材产品。

中国专利CN200710061640.3“一种从瓦斯泥中提取铁、碳的工艺方法”提出一种从瓦斯泥中提取铁、碳的工艺方法，包括混合、离心分离、粒度分级、调粗细颗粒混合液、重力分选、脱水等工序组成。

表2熔融还原和高炉炼铁瓦斯泥化学成分对比(w％)

对比两种炼铁工艺的瓦斯泥成份可知，与高炉对比，熔融还原炼铁产生的瓦斯泥铁含量略低，氧化亚铁含量高，碳含量高，铅锌等对冶炼有害的元素极低。由于细粒级碳含量高，导致两个现象，一是为保证在一定时间内沉淀下来，水中絮凝剂的用量偏高，导致瓦斯泥较粘，在水中难分散，加之其氧化亚铁难以用选矿方法经济利用；二是由于其较粘，脱水过程较难，使其熔融还原瓦斯泥水份偏高，可达到30～40％，远远高于高炉瓦斯泥含水量(约10％)。

熔融还原瓦斯泥具有自身的特点，对其研究较少。通过交流，了解到印度金达尔COREX流程中，瓦斯泥和筛下粉等含铁固体副产物通过细磨加入前道氧化球团生产过程中，使其能在厂内循环使用掉。南非COREX 产生的含铁固体副产物中，筛下粉直接送给港口，作为铁矿粉外运，瓦斯泥供附近水泥厂使用，产生含铁固体副产物也得到合理利用。罗泾厂区附近既没有自己的球团厂也没有水泥厂，瓦斯泥白白浪费掉了。因此需要根据罗泾实际情况，探寻一种工艺简单、经济可行的熔融炼铁含铁固体副产物的回收利用方法。

此外，通过该回收利用方法，将生产一种不同于烧结矿/球团矿的熔融还原炼铁用原料，即含铁固体副产物的团块。烧结或球团矿皆为铁矿粉通过固体燃料或气体燃料产生高温，使得铁矿粉在高温下形成液相粘结或固相固结，得到具有一定强度和粒度的炼铁用含铁原料；而本发明将在常温下，通过物理加压结合粘结剂固结的方式，获得具有一定强度和粒度的炼铁用含铁团块。可减少炼铁用原料二氧化碳和其它气体污染物的排放，是一种绿色、环保型炼铁用含铁产品。

利用压团(压块)方式生产含铁团块的专利主要包含冷固结和热固结两类。中国专利CN02830156.0介绍一种冷压团块和造球的方法，用含铁水硬矿物粘结剂(4-10％)将铁矿石细料(84-95％)、水(2-6％)和表面活性剂(0.05-0.20％)混合、干燥，将混合物造球或对辊压块，产品在空气中暴露10-14小时，随后水汽处理使团块固结3-20天，得到具有一定强度的冷压块。中国专利CN02819458.6介绍了一种铁矿石压团方法，将预订粒度(＜4.0mm)矿石和熔剂混合，压制为生团块，通过高温焙烧，形成具有一定强度的高炉或直接还原用铁矿石团块。中国专利CN86105313介绍制备冶炼用无粘结剂热压团块的工艺和设备，发明内容主要是将具有自燃性细海绵铁粉升温到450-560℃，不加粘结剂使用对辊压团机将细粉热压成块。中国专利CN200710010097.4介绍了一种铁精矿煤粉热压团块的制备方法，以铁精矿(60-75％)、煤粉(20-35％)和生石灰(5-10％)为原料，将煤粉和生石灰预热至100-200℃，铁精矿预热至600-750℃，然后搅拌混合15-20min，将混合物在300-500℃温度下采用对辊热压机热压成型，压力25-45MPa，将团块至于热压机下部密闭容器内在550-600℃下保持20-30min，使其达到一定强度。热压成型发明对设备的耐热性要求较高，且生产过程中在安全和环保方面需要采取特殊的保障措施。

通过对比分析，认为采用常温下冷压团，利用物理压力加粘结剂成型方式比较合理，前提是满足炼铁对原料的强度要求。冶标YB/T005-2005要求，炼铁用铁球团矿一级品抗压强度≥2000N/个，二级品≥1800N/个。在利用熔融还原炼铁含铁固体副产物实验探索阶段，曾采用造球和对辊压块方式，发现两种方式制得的团块(外观分别为球体和椭球体)养护后，其抗压强度仅为200-400N/个，无法满足强度要求。在其它条件相同时，采用液压冲压成型方式(类似免烧砖液压压砖方式，产品为圆柱体)，团块密度比对辊压制团块高20-40％，团块经养护后，强度可达1800-4800N/个。因此，本发明通过试验对比确定冷固结成型的方式为液压冲压成型。

发明内容

本发明目的在于提供一种熔融炼铁固体副产物及其生产方法，实现熔融炼铁污泥的回收利用，并生产一种熔融还原用含铁产品团块，可降低铁水成本，减少环境污染。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种熔融还原炼铁含铁固体副产物，其成分重量百分比为：瓦斯泥，干基20～75％，铁矿筛下粉，干基20～75％，除尘粉干基1～5％，粘结剂，外加，10～30％，水，外加，8～15％。

进一步，所述的粘结剂为生石灰、普通硅酸盐水泥、高铝水泥、或矿渣水泥中一种以上。

所述的铁矿筛下粉的粒度为0～6.3mm，粒度大于1.0mm的含量60％以上。

可直接通过配料计算将湿瓦斯泥干燥至合适的水份，保证配入铁矿筛下粉、干除尘粉、干粘结剂后，混合料的水份为6～12％；水含量不够时，也可额外加水混合。

本发明熔融炼铁含铁固体副产物的生产方法，将熔融还原炼铁瓦斯泥脱水以后，与铁矿筛下粉、含铁除尘粉和粘结剂按上述比例混合，经压力成型机压制成型，压力控制范围为10～20MPa，压制时间1～30s；然后通过自然养护时间为7～28天，蒸气养护时间为2～24h，蒸汽养护温度为80～95℃，养护获得想要的强度，再将满足强度要求的团块经加入竖炉或熔融气化炉进行冶炼，最终实现熔融炼铁含铁固体副产物的回收利用。

熔融还原炼铁装置分为两部分，上部为对含铁原料进行预还原的竖炉，下部为对含铁原料进行终还原以及产生煤气的熔融气化炉，熔融气化炉产生的煤气经旋风除尘以后分为两部分，一部分为竖炉的还原煤气，经竖炉后作为顶煤气输出，一部分为过剩煤气，顶煤气和过剩煤气都需要经过煤气洗涤器洗除粉尘，洗除的粉尘在沉淀池沉淀以后，经脱水处理即为可回收利用的瓦斯泥。

将经脱水后水分含量为30~40%的瓦斯泥堆置，使其水份干燥至10~20%，将瓦斯泥与铁矿筛下粉、除尘粉、粘结剂按瓦斯泥(干基)20~75%，铁矿筛下粉(干基)20～75%，除尘粉(干基)1～5%，外配粘结剂10~30%、水8～15%进行混合。其中粒度较粗的铁矿筛下粉起到骨架作用，提高团块的抗压强度和耐磨性。瓦斯泥和除尘粉填充粗粒筛下粉之间的空隙，使团块更加密实，同时可提高混合料的流动性和成型效果。

粘结剂为生石灰、普通硅酸盐水泥、高铝水泥、矿渣水泥等水硬性材料中的一种或几种组合。生石灰起到提升抗压强度，强化硬化效果的作用。普通硅酸盐水泥为主要的粘结剂，提供中低温强度。高铝水泥使团块在400～600℃铁矿石最易因还原粉化、普通硅酸盐水泥强度下降的阶段提供强度支撑。

为保证混合料的水分为8～15％，在混合时额外配加0～13％的水。

混匀后的混合料经液压成型机冲压成型，压力控制范围为10～20MPa，加压时间1～30s。团块产品为圆柱体，体积为15-65cm³。

成型后，为使压块内发生结晶硬化和胶体化反应，生成水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶，需要对其进行自然养护或蒸汽养护，并在养护阶段使水化反应逐渐向颗粒内部扩散，凝胶的水分减少，粒子相互接近，生成满足入炉强度要求的冷固结压块。自然养护时间为7～28天，蒸气养护时间为2～24h，蒸汽养护温度为80～95℃。

养护完成后的团块视炉况加入竖炉或气化炉，当竖炉金属化率大于65％、气化炉发生煤气中CO₂含量低于5％时，团块加入气化炉与竖炉下来的海绵铁等一起熔分。当竖炉金属化率低于65％或发生煤气CO₂含量高于8％时，团块加入竖炉，通过预还原再进入气化炉熔分。

本发明的优点在于：

可将熔融还原炼铁产生的含铁固体副产物通过冷固结，在炼铁流程内部循环消耗掉，同时实现资源的回收利用和减少环境污染，并能降低熔融还原炼铁的铁元素的消耗，降低铁水生产成本，既有环保效益、也有社会效益和经济效益。

本发明具有以下有益效果：

1.可以全部回收利用熔融还原炼铁工艺产生的瓦斯泥、铁矿筛下粉，避免其大量堆积，占用土地，污染环境。

2.可以在熔融还原炼铁流程中全部回收利用固体副产物中的铁和碳等物质，增加铁水产量和降低铁元素消耗，实现铁水成本的降低和资源的高效利用。

3.在实现瓦斯泥和铁矿筛下粉回收利用的同时，还可更经济的利用流程中产生的各种极微细的含铁除尘粉。

4.本发明使用的粘结剂中含有大量的CaO，在使用时可以减少石灰石、白云石等熔剂的加入量，减少熔融还原炼铁工艺的CO₂排放。

5.本发明可生产一种不同于烧结矿/球团矿的、具有一定强度的炼铁用含铁产品团块。

6.本发明可以实现熔融还原炼铁含铁固体副产物的全部回收利用，其冷固结成型技术不但可以在熔融还原炼铁工艺上实施，又可以根据某些钢厂含铁尘泥的特点推广到其高炉炼铁工艺上，为我国炼铁行业带来显著的环保效益、经济效益和社会效益，具有较好的推广应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

瓦斯泥∶铁矿筛下粉∶除尘粉(干基，重量)20％∶75％∶5％，粘结剂，外加，10％，水，外加，调至8％。上述料进行混合，混合物用液压成型机压制，成型机压力为10MPa，加压时间为10s，放置在空气中自然养护28天。粘结剂为90％普通硅酸盐水泥+10％高铝酸水泥，铁矿筛下粉粒度＜6.3mm，其中大于1mm含量为70％。

养护后团块抗压强度为1920N/个，强度达到冶标YB/T005-2005二级铁球团矿标准，满足直接加入气化炉(＞1800N/个)的强度要求。可与块煤、焦炭一起通过煤螺旋加入气化炉中，按一天使用300吨团块计算，一天可回收铁元素136～143吨，碳19～20吨，可降低铁水成本。

实施例2

瓦斯泥∶铁矿筛下粉∶除尘粉(干基，重量)37％∶60％∶3％，粘结剂，外加，18％，水，外加，调至11％。上述料进行混合，混合物用液压成型机压制，成型机压力为10MPa，加压时间为10s，放置在空气中自然养护28天。粘结剂为80％普通硅酸盐水泥+20％矿渣水泥，铁矿筛下粉粒度＜6.3mm，其中大于1mm含量为70％。

养护后团块抗压强度为1956N/个，强度达到冶标YB/T005-2005二级铁球团矿标准，满足直接加入气化炉(＞1800N/个)的强度要求。可与块煤、焦炭一起通过煤螺旋加入气化炉中，按一天使用300吨团块计算，一天可回收铁元素122～131吨，碳33～37吨，可降低铁水成本。

实施例3

瓦斯泥∶铁矿筛下粉∶除尘粉(干基，重量)43％∶53％∶4％，粘结剂，外加，22％，水，外加，调至12％。上述料进行混合，混合物用液压成型机压制，成型机压力为10MPa，加压时间为10s，放置在空气中自然养护28天。粘结剂为80％普通硅酸盐水泥+10％高铝酸水泥+10％石灰，铁矿筛下粉粒度＜6.3mm，其中大于1mm含量为70％。

养护后团块抗压强度为1868N/个，强度达到冶标YB/T005-2005二级铁球团矿标准，满足直接加入气化炉(＞1800N/个)的强度要求。可与块煤、焦炭一起通过煤螺旋加入气化炉中，按一天使用300吨团块计算，一天可回收铁元素117～123吨，碳40～45吨，可降低铁水成本。

实施例4

瓦斯泥∶铁矿筛下粉∶除尘粉(干基，重量)75％∶20％∶5％，粘结剂，外加，30％，水，外加，调至15％。上述料进行混合，混合物用液压成型机压制，成型机压力为20MPa，加压时间为1s，放置在空气中自然养护28天。粘结剂为80％普通硅酸盐水泥+20％高铝酸水泥，铁矿筛下粉粒度＜6.3mm，其中大于1mm含量为70％。

养护后团块抗压强度为2347N/个，强度达到冶标YB/T005-2005二级铁球团矿标准，满足直接加入气化炉(＞1800N/个)的强度要求。可与块煤、焦炭一起通过煤螺旋加入气化炉中，按一天使用300吨团块计算，一天可回收铁元素106～116吨，碳49～56吨，可降低铁水成本。

实施例5

瓦斯泥∶铁矿筛下粉∶除尘粉(干基，重量)54％∶44％∶2％，粘结剂，外加，20％，水，外加，调至14％。上述料进行混合，混合物用液压成型机压制，成型机压力为10MPa，加压时间为30s，放置在空气中自然养护28天。粘结剂为85％普通硅酸盐水泥+5％石灰+10％矿渣水泥，铁矿筛下粉粒度＜6.3mm，其中大于1mm含量为70％。

养护后团块抗压强度为2666N/个，强度超过冶标YB/T005-2005一级铁球团矿标准，满足直接加入竖炉(＞2500N/个)和气化炉(＞1800N/个)的强度要求。可与块煤、焦炭一起通过煤螺旋加入气化炉中，也可加入竖炉，按一天使用300吨计算，一天可回收铁元素110～116吨，碳40～45吨。

实施例6

瓦斯泥∶铁矿筛下粉∶除尘粉(干基，重量)60％∶39％∶1％，粘结剂，外加，20％，水，外加，调至14％。上述料进行混合，混合物用液压成型机压制，成型机压力为10MPa，加压时间为10s，放置在空气中自然养护3天。粘结剂为90％普通硅酸盐水泥+5％高铝酸水泥+5％石灰，铁矿筛下粉粒度＜6.3mm，其中大于1mm含量为70％。

养护后团块抗压强度为2520N/个，强度超过冶标YB/T005-2005一级铁球团矿标准，满足加入竖炉和气化炉的强度要求。可与块煤、焦炭一起通过煤螺旋加入气化炉中，也可加入竖炉，一天可回收铁元素103～109吨，碳35～40吨。

实施例7

瓦斯泥∶铁矿筛下粉∶除尘粉(干基，重量)40％∶55％∶5％，粘结剂，外加，20％，水，外加，调至14％。上述料进行混合，混合物用液压成型机压制，成型机压力为10MPa，加压时间为10s，团块在蒸汽中养护2h，养护温度90℃。粘结剂为90％普通硅酸盐水泥+5％高铝酸水泥+5％石灰，铁矿筛下粉粒度＜6.3mm，其中大于1mm含量为70％。

养护后团块抗压强度为2060N/个，强度超过冶标YB/T005-2005一级铁球团矿标准，满足加入气化炉的强度要求。可与块煤、焦炭一起通过煤螺旋加入气化炉中，一天可回收铁元素103～109吨，碳35～40吨。

实施例8

瓦斯泥∶铁矿筛下粉∶除尘粉(干基，重量)40％∶56％∶4％，粘结剂，外加，20％，水，外加，调至14％。上述料进行混合，混合物用液压成型机压制，成型机压力为10MPa，加压时间为10s，放置在空气中自然养护28天。粘结剂为85％普通硅酸盐水泥+10％高铝酸水泥+5％石灰，铁矿筛下粉粒度＜6.3mm，其中大于1mm含量为70％。

养护后团块抗压强度为4871N/个，强度超过冶标YB/T005-2005一级铁球团矿标准，满足加入竖炉和气化炉的强度要求。可与块煤、焦炭一起通过煤螺旋加入气化炉中，也可加入竖炉。按一天使用300吨团块计算，一天可回收铁元素103～109吨，碳35～40吨。

Claims

1.一种熔融还原炼铁含铁固体副产物，其成分重量百分比为：瓦斯泥，干基20～75％，铁矿筛下粉，干基20～75％，除尘粉干基1～5％，粘结剂，外加，10～30％，水，外加，8～15％。

2.如权利要求1所述的熔融还原炼铁含铁固体副产物，其特征是：所述的粘结剂为生石灰、普通硅酸盐水泥、高铝水泥、或矿渣水泥中一种以上。

3.如权利要求1所述的熔融还原炼铁含铁固体副产物，其特征是：所述的铁矿筛下粉的粒度为0～6.3mm，粒度大于1.0mm的含量60％以上。

4.如权利要求1或2或3所述的熔融炼铁含铁固体副产物的生产方法，将熔融还原炼铁瓦斯泥脱水以后，与铁矿筛下粉、含铁除尘粉和粘结剂按上述比例混合，经压力成型机压制成型，压力控制范围为10～20MPa，压制时间1～30s；然后通过自然养护时间为7～28天，蒸气养护时间为2～24h，蒸汽养护温度为80～95℃，养护获得想要的强度，再将满足强度要求的团块经加入竖炉或熔融气化炉进行冶炼，最终实现熔融炼铁含铁固体副产物的回收利用。