CN102776309A - 一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢铁厂含锌粉尘处理方法，通过将含锌粉尘、煤粉及粘结剂混合造球，然后进入转底炉，在转底炉高温还原气氛里，将氧化铁还原成海绵铁和炉渣，同时被还原的锌随转底炉烟气排出转底炉，将高温烟气预热转底炉助燃空气后，通入湿式除尘器，转底炉烟气中的锌与喷入湿式除尘器的稀硫酸反应生成硫酸锌溶液，电解硫酸锌溶液得到高纯锌，经过净化的烟气通过放散烟囱排出。本发明避免了锌蒸汽在烟气处理系统内聚积长大而影响整个系统运行，提高了转底炉的作业率，同时本发明提出的含锌粉尘处理方法还可以生产高纯锌。

Description

一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法。

背景技术

钢铁生产中会产生大量的粉尘，其主要成分为铁的氧化物，但其中含有一定量的氧化锌，若不加以利用不仅浪费资源而且污染环境，传统的处理办法是将粉尘返回烧结，但该处理方法会使锌在高炉内富集，造成炉内结瘤而影响高炉顺行并会损坏冶炼设备。

经过多年的技术攻关，煤基转底炉法成为成熟可靠的含锌粉尘的处理技术，该技术不但可以将含锌粉尘中的铁元素还原成海绵铁，同时还可以将锌在高温下以锌蒸汽的形式随高温烟气排出。但是，由于锌蒸汽在较低温度下能够重新凝固（锌的熔点为419.5℃，沸点为906℃），凝固后的锌容易在余热锅炉或换热器内不断聚积长大，最终将导致余热锅炉或换热器无法正常运行，这是导致转底炉无法正常运行的主要原因之一，现有的烟气处理系统通常三个月要停工检修一次，严重影响了转底炉的作业率，因此如何合理的去除钢铁厂含锌粉尘中的锌成为现有技术中的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，采用湿法除尘工艺，将锌反应生成硫酸锌，将硫酸锌电解得到高纯度锌，避免锌在烟气处理系统内聚积而导致烟气处理系统无法运行，从而提高转底炉的利用率。

本发明提出一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，包括以下几个步骤：

步骤一：将钢铁厂含锌粉尘、煤粉及粘结剂按比例混匀制造生球，其中含锌粉尘、煤粉及粘结剂混合时的质量比为1:（0.27～0.33）:（0.04～0.08）；

步骤二：将生球布入转底炉中进行高温还原，并向转底炉中通入气体燃料和助燃空气，还原结束后收集渣铁混合物及转底炉烟气； 

步骤三：将收集的渣铁混合物经过破碎筛分得到海绵铁和炉渣； 

步骤四：将转底炉烟气通入湿式除尘器，同时喷入质量分数为2%～5%的稀硫酸，将转底炉烟气中含有的锌反应成硫酸锌溶液，电解硫酸锌溶液，得到锌和稀硫酸，除尘后的烟气排出。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1．本发明提出一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，可避免锌大量聚积在烟气处理系统内部而影响除尘系统顺利运行；

2．本发明提出一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，其整个处理方法过程具有自清洁能力；

3．本发明提出一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，利用该处理方法最终可以生产高纯锌。

附图说明

图1是本发明提出一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法的工艺流程图；

图2是本发明中使用的环缝洗涤塔的结构示意图。

图中：

1-烟气进口管道；2-喷枪；         3-湿式除尘器壳体；4-水滴捕集层；

5-尘泥出口；    6-硫酸锌溶液出口； 7-导流管；      8-烟气出口管道；

9-环缝阀体     10-环缝阀体驱动装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。

本发明提出一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤一：将钢铁厂含锌粉尘、煤粉及粘结剂按比例混匀制造生球，生球的粒径为7 mm～13mm；其中含锌粉尘、煤粉及粘结剂混合时的质量比为1:（0.27～0.33）:（0.04～0.08）。

所述的钢铁厂含锌粉尘中包括烧结除尘灰、高炉除尘灰、高炉瓦斯灰、高炉瓦斯泥、转炉除尘灰、转炉瓦斯灰和轧钢氧化铁皮等，其主要成分是铁的氧化物、氧化锌、二氧化硅以及少量的钾、钠等碱金属氧化物，其中总的含铁量大于等于45wt%，含锌量大于等于2wt%。

所述的煤粉采用烟煤或无烟煤，其中固定碳含量大于等于53wt%，挥发分小于等于30%，灰分约为17%。煤粉粒度小于等于1000μm。其中固定碳主要是单质碳；挥发分为小分子的碳氢化合物；灰分为SiO₂、CaO、MgO以及Al₂O₃等。所述的粘结剂优选为指硅藻土。

步骤二：将步骤一中制造的生球干燥预热，然后将经过干燥预热的生球经布料机布入转底炉中进行高温还原，同时向转底炉中通入气体燃料和助燃空气，在1150～1350℃的还原温度下利用还原剂（煤粉）将含锌粉尘中的氧化铁还原成海绵铁，同时生成一定的炉渣，海绵铁与炉渣混合在一起，为渣铁混合物，当还原结束后通过收集产生的1100℃～1300℃渣铁混合物及900℃～1150℃的转底炉烟气；其中渣铁混合物通过旋转排料机排出后收集。含锌粉尘中的氧化锌被还原为锌蒸汽随转底炉烟气排出。

其中生球干燥预热过程在烘干机里完成，需将干燥温度控制在350℃以下，以免生球发生碎裂，干燥预热后生球的含湿量小于等于2%（质量分数）。可以将步骤三中空气预热器出口产生的450～550℃的空气掺混部分冷空气后，使气体温度降到350℃以下后，作为本步骤中湿球干燥预热的热源。

所采用的气体燃料可以选择焦炉煤气、天然气等不同的气体燃料。转底炉内部分割成不同的区域，按照功能分为氧化区和还原区。氧化区主要作用是提高生球的温度，使干燥预热后的生球在进行还原反应前，先经过氧化区，在气体燃料和助燃空气的预热下温度达到800℃～900℃，然后生球在进入还原区，实现生球中含锌粉尘含有的铁的氧化物及氧化锌的高温还原过程，同时还原区中也有助燃空气和气体燃料继续加热，因为高温还原反应为吸热反应，通过助燃空气和气体燃料的燃烧放热，为高温还原反应提供热量。氧化区和还原区的气氛控制是通过控制喷入不同区域的助燃空气以及气体燃料的量来控制的，其中氧化区的气氛控制为气体燃料燃烧后使生球预热至800℃～900℃的温度即可，且一般助燃空气过量，一般要求氧化区气氛的富氧度达到2%～5%的体积分数，即助燃空气中氧气的量满足气体燃料完全燃烧所需氧量以外，还过剩2%～5%体积的氧气。还原区的气氛控制为达到1150℃～1350℃还原反应，并使生球中所含的铁的氧化物及氧化锌被完全还原即可。为还原反应提供热量的气体燃料和助燃空气的通入量满足空气消耗系数为0.85～0.95，其中空气消耗系数为助燃空气体积与喷入的气体燃料充分燃烧所耗空气的体积之比。

步骤三：将渣铁混合物经过破碎机进行破碎，然后筛分得到海绵铁和炉渣；通过风机，将空气通入换热器（即空气预热器）中，同时将收集的转底炉烟气也通入换热器（即空气预热器），经过换热器（即空气预热器）将空气预热至450℃～550℃，预热后的空气作为助燃空气吹入转底炉，从而减少气体燃料用量，节约能源。其中预热后的空气作为助燃空气吹入转底炉中的气氛控制要求分别达到步骤二中所述的转底炉氧化区和还原区的气氛控制要求即可。

筛分得到海绵铁和炉渣方法为，在渣铁混合物经过破碎机破碎后，通过磁选的方法，将海绵铁和炉渣分离，其原理就是通过电磁铁将海绵铁吸出，实现渣铁分离，这个过程较为常规，容易实现。

步骤四：将经过换热器的转底炉烟气不断通入湿式除尘器（此处优选采用最先进的环缝洗涤塔），将转底炉产生的所有烟气都通入湿式除尘器。同时喷入浓度（质量分数）为3%～5%的稀硫酸，将转底炉烟气中含有的锌反应成硫酸锌溶液，生成的硫酸锌可以通过电解硫酸锌溶液得到高纯锌和稀硫酸，得到稀硫酸再返回喷入湿式除尘器中进行循环使用。经过除尘后的烟气经引风机通过放散烟囱放散。

如图2所示，环缝洗涤塔中包括烟气进口管道1、4-8只稀硫酸喷枪2、湿式除尘器壳体3、水滴捕集层4、尘泥出口5、硫酸锌溶液出口6、导流管7、烟气出口管道8、环缝阀体9（可上下移动以控制环缝的宽度，达到净化除尘的目的）以及环缝阀体驱动装置10。

稀硫酸由喷枪2喷入，根据烟气的流量控制环缝阀体9的运动从而控制环缝的大小，达到除尘的目的，喷入的稀硫酸的量根据烟气流量以及转底炉烟气含锌蒸汽的浓度的改变而改变，例如烟气含锌蒸汽浓度为100g/m3，则每立方米烟气需要喷入质量浓度为5%的稀硫酸量为3015ml，通常喷入的稀硫酸较正常情况所需的稀硫酸量富余15%～30%，以保证锌全部反应。反应生成的硫酸锌的浓度由烟气中含有的锌蒸汽的浓度以及喷入的稀硫酸浓度决定，通常其浓度比喷入的稀硫酸浓度略低。烟气中含有的SiO₂等不溶性固体未与稀硫酸反应，形成尘泥，与反应生成的硫酸锌溶液在湿式除尘器内经沉淀分离后，经尘泥出口向外排出。硫酸锌溶液由硫酸锌溶液出口溢流到硫酸锌溶液沉淀池中，进一步净化处理，然后进入电解槽中电解，制备得到质量分数可以达到99.9%以上高纯锌，而电解产生的稀硫酸再返回湿式除尘器中进行循环使用。

经环缝洗涤塔处理后排出的烟气不在需要检测成分，稀硫酸为非挥发性酸不会带入烟气之中，反应后的烟气会有一定的可燃性气体，通过烟囱顶部有长明火将烟气中的可燃气体燃烧，将之放散。

步骤三中在空气预热器内仍然可能有少量锌凝结，可定期的将空气预热器空气阀关闭，此时风机将空气直接鼓入转底炉作为助燃空气，通过烟气自身的热量将锌重新蒸发，达到自清洁能力。

本发明中含锌粉尘和煤粉及粘结剂按照一定的比例混合后，通过造球、干燥等工序形成7mm～13mm粒径的生球，将生球通过布料机均匀的布入转底炉，同时向转底炉内通入气体燃料和助燃空气，提高炉内温度至1150℃～1350℃，煤粉将氧化铁粉还原成海绵铁同时生成一定的炉渣，转底炉旋转一周约20min，然后通过旋转排料机将海绵铁及炉渣排出转底炉，经过破碎筛分实现渣铁分离；同时粉尘中的氧化锌被还原为锌蒸汽随烟气排出，排出的高温烟气（900℃～1150℃）通过空气预热器加热转底炉的助燃空气以节省燃料消耗，降温后的烟气通入湿式除尘器（此处采用环缝洗涤塔），喷入其中的稀硫酸与烟气中的锌反应生成硫酸锌溶液，硫酸锌溶液进行电解便得到高纯锌和稀硫酸，然后将稀硫酸重新喷入湿式除尘器循环使用。

由于烟气温度高，此处空气预热器须采用碳化硅质陶瓷换热器，陶瓷换热器可在不超过1350℃条件下长期稳定运行，能满足转底炉高温烟气（900℃～1150℃）的要求，可将空气加热至450℃～550℃，空气预热器在使用一段时间后，其内部会有一定量的锌聚积，此时控制三通阀将空气绕过空气预热器，而利用高温烟气自身的热量将空气预热器内的锌重新蒸发，从而达到自清洁的目的。

在空气进入空气预热器之前有一个三通阀，其可控制空气不经过预热直接进入转底炉，或者控制空气进入空气预热器预热之后进入转底炉；平时是将空气预热以节省燃料消耗，当经过一段时间空气预热器内有锌聚积时，此时切换三通阀，使空气不进入空气预热器而是直接进入转底炉，而此时转底炉产生的高温烟气依然通入空气预热器，没有了空气的冷却作用，空气预热器将被高温烟气加热，而将锌重新加热成锌蒸汽使之随烟气进入湿式除尘器，从而使空气预热器达到自清洁的目的。

Claims (10)

1.一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤一：将钢铁厂含锌粉尘、煤粉及粘结剂按比例混匀制造生球，其中含锌粉尘、煤粉及粘结剂混合时的质量比为1:（0.27～0.33）:（0.04～0.08）；

步骤二：将生球布入转底炉中进行高温还原，并向转底炉中通入气体燃料和助燃空气，还原结束后收集渣铁混合物及转底炉烟气； 

步骤三：将收集的渣铁混合物经过破碎筛分得到海绵铁和炉渣； 

步骤四：将转底炉烟气通入湿式除尘器，同时喷入质量分数为2%～5%的稀硫酸，将转底炉烟气中含有的锌反应成硫酸锌溶液，电解硫酸锌溶液，得到锌和稀硫酸，除尘后的烟气排出。

2.根据权利要求1所述的一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，其特征在于：所述的步骤一中制造的生球粒径为7 mm～13mm。

3.根据权利要求1所述的一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，其特征在于：所述的步骤一中粘接剂为硅藻土。

4.根据权利要求1所述的一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，其特征在于：所述的步骤一中制造的生球经干燥预热后然后进入步骤二中，进行高温还原。

5.根据权利要求1所述的一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，其特征在于：所述的步骤二中高温还原的温度为1150℃～1350℃。

6.根据权利要求1所述的一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，其特征在于：所述的步骤四中转底炉烟气在通入湿式除尘器之前，先将转底炉烟气通入换热器中，同时将空气通入换热器，经换热器将空气预热。

7.根据权利要求6所述的一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，其特征在于：经换热器预热后的空气作为助燃空气吹入步骤二中的转底炉中，换热器预热后的空气的温度为450℃～550℃。

8.根据权利要求6所述的一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，其特征在于：若预热器中产生锌凝结，关闭预热器的空气阀，风机将空气鼓入转底炉作为助燃空气，通过转底炉烟气自身的热量将锌蒸发。

9.根据权利要求1所述的一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，其特征在于：所述的步骤四中电解得到的稀硫酸喷入湿式除尘器中，与转底炉烟气中含有的锌反应。

10.根据权利要求1所述的一种钢铁厂含锌粉尘的处理方法，其特征在于：所述的步骤四中湿式除尘器采用环缝洗涤塔。