CN103805771A - 硫酸渣生产铁的方法 - Google Patents
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Abstract
一种硫酸渣生产铁的方法，包括制球、包壳、还原焙烧、去壳四个步骤。本发明的目的是提供一种硫酸渣综合利用新技术，通过特殊工艺将硫酸渣中的锌、镁进行回收，硫以硫酸钙形式固定后脱除，产品为高品位还原铁球，该铁球可以直接应用于炼铁、工业废水处理和铁合金冶炼原料，同时硫酸渣中的残余硫以硫酸钙的形式固定下来。本发明实现对低品位硫酸渣进行综合利用，一次性生产出高品位的还原铁铁球，应用于炼铁、铁合金原料和工业废水处理等。
Description
技术领域：
本发明涉及冶炼技术领域，特别涉及一种硫酸渣生产铁的方法。
背景技术：
硫酸渣是在制造硫酸过程中，产生的一种固体废弃物。根据原料品位的高低不同，硫酸渣中铁的含量从30%到65%不等，这种硫酸渣可以作为炼铁的原料。因硫酸渣中含有一定数量的镁、锌和硫，而锌、镁和硫是对高炉炼铁过程危害特别大的有害元素，因而限制了硫酸渣作为炼铁原料的应用范围和数量，现有技术硫酸渣添加量不能超过铁矿石15%，另外由于含量低于40%的硫酸渣由于成本原因，炼铁厂也不愿意使用。
发明内容：
有鉴于此，有必要提供一种硫酸渣生产铁的方法。本发明的目的是提供一种硫酸渣综合利用新技术，通过特殊工艺将硫酸渣中的锌、镁进行回收，硫以硫酸钙形式固定后脱除，产品为高品位还原铁球，该铁球可以直接应用于炼铁、工业废水处理和铁合金冶炼原料，同时硫酸渣中的残余硫以硫酸钙的形式固定下来。
一种硫酸渣生产铁的方法，包括以下步骤：
步骤一，制球， 将硫酸渣与添加剂混合，然后加水，搅拌制成直径为20毫米至30毫米的球团，其中，添加剂由碳酸钠、氟化钙和固定碳组成；
步骤二，包壳，将步骤一中制成的球团包裹上一层包衣层，得到包壳球团，其中，包衣层由含碳材料、粘结剂、脱硫剂组成；
步骤三，还原焙烧，将包壳球团加入焙烧炉内进行还原焙烧；
步骤四，去壳，将焙烧后的包壳球团冷却、去壳，去壳后得到还原铁球团，还原铁球团作为炼铁原料即为铁球团。
步骤一中，硫酸渣为粉状，采用圆盘或圆筒造球机制作球团，添加剂中的碳酸钠为所用硫酸渣的2%，添加剂中的氟化钙为所用硫酸渣的1%，添加剂中的固定碳为所用硫酸渣的3%。
步骤一中，固定碳为低灰固定碳。
步骤二中，采用圆筒包壳机进行包壳，包衣层的质量为球团质量的50%至70%,包衣层中的含碳材料、粘结剂、脱硫剂的质量比依次为6:3:1，含碳材料、粘结剂、脱硫剂分别破碎、磨粉、过筛制成200目的粉末，含碳材料为烟煤、褐煤、兰炭、木炭或者秸秆碳，脱硫剂为石灰石或白云石，粘结剂为无机物粘结剂。
步骤三中，焙烧炉为竖炉，竖炉包括干燥段、预热段、还原段和冷却段，干燥段温度小于300摄氏度，包壳球团通过干燥段脱去水分，预热段温度小于900摄氏度，还原段还原温度为1000摄氏度至1250摄氏度，冷却段温度为280摄氏度至500摄氏度。
步骤四中，焙烧后的包壳球团经过冷却、去壳后得到还原铁球团，作为炼铁原料和水处理用材料，包壳球团通过破碎、筛分，也可以通过球磨、筛分，将已经还原的铁球团与包衣层分开。
硫酸渣生产铁的方法中，还包括步骤五，收集次氧化锌，硫酸渣中的锌在焙烧炉内还原时，炉内的烟气经过净化处理，得到高锌含量的尘灰，作为提取氧化锌的原料。
本发明提供的硫酸渣生产铁的方法，该方法通过还原焙烧使硫酸渣中的铁变成还原铁，在高炉炼铁时，提高了高炉产量和效率，减少了冶金焦炭的消耗量。硫酸渣中的锌进入窑炉烟气，回收得到高锌含量的除尘灰，作为提取氧化锌的原料。既回收了宝贵的资源，又消除了锌在高炉运行时的危害。硫酸渣中的硫，以硫酸钙的形式固定下来，实现了彻底的无害化处理。本发明实现对低品位硫酸渣进行综合利用，一次性生产出高品位的还原铁铁球，应用于炼铁、铁合金原料和工业废水处理等。
具体实施方式：
硫酸渣生产铁的方法，包括以下步骤：
步骤一，制球， 将硫酸渣与添加剂混合，然后加水，搅拌制成直径为20毫米至30毫米的球团，其中，添加剂由碳酸钠、氟化钙和固定碳组成；硫酸渣为粉状，采用圆盘或圆筒造球机制作球团，添加剂中的碳酸钠为所用硫酸渣的2%，添加剂中的氟化钙为所用硫酸渣的1%，添加剂中的固定碳为所用硫酸渣的3%，固定碳为低灰固定碳；
步骤二，包壳，将步骤一中制成的球团包裹上一层包衣层，得到包壳球团，其中，包衣层由含碳材料、粘结剂、脱硫剂组成；采用圆筒包壳机进行包壳，包衣层的质量为球团质量的50%至70%,包衣层中的含碳材料、粘结剂、脱硫剂的质量比依次为6:3:1，含碳材料、粘结剂、脱硫剂分别破碎、磨粉、过筛制成200目的粉末，含碳材料为烟煤、褐煤、兰炭、木炭或者秸秆碳，脱硫剂为石灰石或白云石，粘结剂为无机物粘结剂。在本发明中，含碳材料具有两个作用，一是提供还原需要的热量，二是提供铁矿直接还原需要的一氧化碳气氛，脱硫剂的目的是使硫酸渣中残余的硫在还原焙烧时转化为硫酸钙，固定下来，避免二次污染环境。粘结剂的作用是改善原料的成球性能，提高包壳球团强度。粘结剂有两大类，一是无机物粘结剂，包括膨润土、皂土、石灰等；另一类是有机物粘结剂，包括淀粉、糊精、腐植酸盐、甲基纤维素等。
本发明采用无机粘结剂，可以使含铝粘土矿物如高岭石、叶蜡石、地开石、铝英石、蒙脱石、伊利石、蛭石、皂石、一水软铝石、一水硬铝石、三水铝石、累托石、白云母、绢云母、金云母、珍珠云母等；也可以是上述含铝粘土矿物的混合物如高岭土、膨润土、耐火粘土、漂白土、陶瓷粘土、红粘土、皂土、矸土、铝土矿和煤矸石等，根据本地生产经济性原则选择粘结剂。
球团外层的包衣层具有足够强度、很高的化学稳定性和很高的软化温度。组成包衣层的无机惰性材料在1100---1300摄氏度的高温下不会形成低共熔物、而且具有一定的湿强度和干燥强度满足还原焙烧的要求。
包衣层在还原过程中起的作用有三个：一是包衣层将球团与球团隔开，阻止球团相互粘接；二是包衣层在包壳球团内部形成还原气氛，阻挡了窑炉烟气中的氧化性气体向包壳球团内部扩散；三是包衣层保证包壳球团在窑内碰撞、摩擦作用下不发生破碎，组成球团的硫酸渣不会外泄；而且从包壳球团上脱落的细粒粉末是无机惰性材料，不含铁物料，不会在还原时出现熔融，结块。
步骤三，还原焙烧，将包壳球团加入焙烧炉内进行还原焙烧；焙烧炉为竖炉，竖炉包括干燥段、预热段、还原段和冷却段，干燥段温度小于300摄氏度，包壳球团通过干燥段脱去水分，预热段温度小于900摄氏度，还原段的温度为1000摄氏度至1250摄氏度，冷却段温度为280摄氏度至500摄氏度；
本发明采用球团竖炉作为还原焙烧的反应器。竖炉与其他窑炉设备比如回转窑相比，具有占地少，建设费用低，运行成本低，能耗低等优点。
包壳球团不需要干燥，直接加入竖炉。
根据温度不同，从上到下将球团竖炉分为干燥段、预热段、还原段和冷却段。
干燥段， 温度小于300摄氏度，包壳球团干燥，脱去吸附水；
预热段，温度小于900摄氏度，包壳球团中含碳材料的挥发性物质挥发，无机惰性材料的结晶水蒸发，矿物重金属结晶，脱硫剂分解；
还原段，温度大于900摄氏度，包壳球团中的一氧化碳还原硫酸渣中四氧化三铁和氧化亚铁，变成二氧化碳，二氧化碳向外扩散，与包衣层中的碳反应再次生成一氧化碳，一氧化碳分为两部分，一部分向外扩散进入梁式竖炉，与供风中的氧气反应生成二氧化碳，放出热量，维持还原段的还原温度，一部分向内扩散进入球团，继续还原四氧化三铁和氧化亚铁，变成二氧化碳，如此反复，直至完成还原过程。
硫酸渣中的锌和镁，在还原段与一氧化碳反应，还原成金属锌和金属镁，金属锌和镁蒸发，通过包壳球团的包衣层，进入竖炉的烟气中，与烟气中的氧化性气体反应，再次变成氧化锌，随着烟气排出炉外。
硫酸渣中的硫，在还原段，与一氧化碳反应，形成羰基硫，羰基硫扩散至包衣层，与固硫剂反应，生成硫酸钙，固定在包衣层中，助燃所需的空气通过配风装置的风机从还原段的下部给入；
冷却段，温度从900摄氏度到室温，直接还原铁具有很高的化学活性，在比较高的温度下很容易与氧气和二氧化碳反应，重新氧化为氧化亚铁，本发明采用水淬急冷的方式冷却。
步骤四，去壳，将焙烧后的包壳球团冷却、去壳，去壳后得到还原铁球团，还原球团作为炼铁原料即为铁球团；焙烧后的包壳球团经过冷却、去壳后得到还原铁球团，作为炼铁原料和水处理用材料，包壳球团通过破碎、筛分，也可以通过球磨、筛分，将已经还原的球团与包衣层分开。包壳球团经过还原后，内部球团金属化，强度非常大，外部的包衣层有一定程度的烧结，密度增大，变硬变脆。这样的包衣层在破碎时， 变成小块，球团不碎，通过筛分就可以将杂质与球团分开，同样这样的包壳球团在球磨机中球磨时，包壳球团互相撞击、磨蚀，包衣层从包壳球团上脱落，变成细粒粉末，通过筛分，将球团分离出来。
硫酸渣生产铁的方法中，还包括步骤五，收集次氧化锌，硫酸渣中的锌在焙烧炉内还原时，炉内的烟气经过净化处理，得到高锌含量的尘灰，作为提取氧化锌的原料。
本发明提供的硫酸渣生产铁的方法，该方法通过还原焙烧使硫酸渣中的铁变成还原铁，在高炉炼铁时，提高了高炉产量和效率，减少了冶金焦炭的消耗量。硫酸渣中的锌进入窑炉烟气，回收得到高锌含量的除尘灰，作为提取氧化锌的原料。既回收了宝贵的资源，又消除了锌在高炉运行时的危害。硫酸渣中的硫，以硫酸钙的形式固定下来，实现了彻底的无害化处理。
以下结合试验数据对本发明作进一步说明：
所有的试验显示，在还原温度1000-1250摄氏度、还原时间1-3小时的条件下，球团的金属化率都大于95%，锌脱除率大于90%，硫固定率大于98%。
Claims (7)
1.一种硫酸渣生产铁的方法，其特征在于：硫酸渣生产铁的方法，包括以下步骤：
步骤一，制球， 将硫酸渣与添加剂混合，然后加水，搅拌制成直径为20毫米至30毫米的球团，其中，添加剂由碳酸钠、氟化钙和固定碳组成；
步骤二，包壳，将步骤一中制成的球团包裹上一层包衣层，得到包壳球团，其中，包衣层由含碳材料、粘结剂、脱硫剂组成；
步骤三，还原焙烧，将包壳球团加入焙烧炉内进行还原焙烧；
步骤四，去壳，将焙烧后的包壳球团冷却、去壳，去壳后得到还原铁球团，还原铁球团作为炼铁原料即为铁球团。
2.如权利要求1所述的硫酸渣生产铁的方法，其特征在于：步骤一中，硫酸渣为粉状，采用圆盘或圆筒造球机制作球团，添加剂中的碳酸钠为所用硫酸渣的2%，添加剂中的氟化钙为所用硫酸渣的1%，添加剂中的固定碳为所用硫酸渣的3%。
3.如权利要求1所述的硫酸渣生产铁的方法，其特征在于：步骤一中，固定碳为低灰固定碳。
4.如权利要求1所述的硫酸渣生产铁的方法，其特征在于：步骤二中，采用圆筒包壳机进行包壳，包衣层的质量为球团质量的50%至70%,包衣层中的含碳材料、粘结剂、脱硫剂的质量比依次为6:3:1，含碳材料、粘结剂、脱硫剂分别破碎、磨粉、过筛制成200目的粉末，含碳材料为烟煤、褐煤、兰炭、木炭或者秸秆碳，脱硫剂为石灰石或白云石，粘结剂为无机物粘结剂。
5.如权利要求1所述的硫酸渣生产铁的方法，其特征在于：步骤三中，焙烧炉为竖炉，竖炉包括干燥段、预热段、还原段和冷却段，干燥段温度小于300摄氏度，包壳球团通过干燥段脱去水分，预热段温度小于900摄氏度，还原段温度为1000摄氏度至1250摄氏度，冷却段温度为280摄氏度至500摄氏度。
6.如权利要求1所述的硫酸渣生产铁的方法，其特征在于：步骤四中，焙烧后的包壳球团经过冷却、去壳后得到还原铁球团，作为炼铁原料和水处理用材料，包壳球团通过破碎、筛分，也可以通过球磨、筛分，将已经还原的铁球团与包衣层分开。
7.如权利要求1所述的硫酸渣生产铁的方法，其特征在于：硫酸渣生产铁的方法中，还包括步骤五，收集次氧化锌，硫酸渣中的锌在焙烧炉内还原时，炉内的烟气经过净化处理，得到高锌含量的尘灰，作为提取氧化锌的原料。
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