CN105087947B - 从高炉瓦斯泥中提取锌的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从高炉瓦斯泥脱锌的方法，该方法首先将瓦斯泥烘干得到瓦斯灰，再将筛分后的瓦斯灰置于竖炉，向竖炉内通入氮气保护，并将竖炉有室温升温至1050～1200℃；还原反应得到含锌的气体；然后进入沉降室内进行除尘；得到多形态锌的混合气体，混合气体进入蛇形冷却管冷却，得到粗锌产品。本发明利用瓦斯泥自身固定碳在1050～1200℃下发生自还原反应，减少了工序，缩短了瓦斯泥的处理周期，降低了生产成本，同时又能满足还原瓦斯泥中的锌所需要的还原炭和加热炭的数量，保证对瓦斯泥中锌的彻底还原，进而大大的减轻了瓦斯泥在回收利用过程中，锌的存在对炼铁设备和炼铁生产造成的危害。
Description
技术领域
本发明涉及炼铁工艺中产生的炼铁尾料的回收处理工艺，具体地指一种从高炉瓦斯泥脱锌的方法。
背景技术
瓦斯泥是由高炉炼铁过程中产生的微细炉尘或炉灰(瓦斯灰)经集尘、水洗等过程汇集形成的炼铁尾料。因为瓦斯泥中含有大量的铁和碳(铁和碳含量分别为1/4～1/3)，从而瓦斯泥可以作为一种很好的炼铁原料进行再回收利用，既可以节约部分煤炭资源和铁矿资源，同时能够大量减少瓦斯灰运输、堆存等费用，以及避免弃置瓦斯灰而造成的严重环境污染，具有深远的经济和环保意义。
通常情况下，钢铁企业将收集的瓦斯泥作为烧结原料，在企业内部循环使用。但是，由于这些瓦斯泥的粒度细，比表面积大，烧结配入瓦斯泥会降低烧结料层的透气性。此外，由于这些瓦斯泥含有锌、铅、钾、钠等元素，形成的烧结矿在高炉内使用会造成高炉锌、铅、钾、钠的循环富集，使高炉炉墙结瘤，影响高炉生产顺行，其中，瓦斯泥锌含量最大，对高炉生产影响更大，加之锌市场价格高，有效地回收处理瓦斯泥中锌的作用意义重大。
目前钢铁厂含有锌的瓦斯灰或瓦斯泥处理工艺较多，但是，这些工艺都存在未解决的问题：
(1)威尔兹工艺：采用长回转窑处理瓦斯灰或瓦斯泥，若要回收的瓦斯灰或瓦斯泥中锌则需采用二段回转窑，含锌蒸汽进入第二个回转窑进行再处理，设备庞大，效率低，容易产生结圈现象；
(2)转底炉工艺：含锌的瓦斯灰或瓦斯泥经破碎干燥后制团，入转底炉高温还原，锌蒸汽挥发进入烟气。转底炉处理含锌粉尘的主要问题是排烟温度较高，热效率低，同时存在锌蒸汽冷凝堵塞排烟通道，造成生产不顺的问题；
(3)Oxycup粉尘处理工艺：Oxycup竖炉采用内配煤压块，为了保证足够强度，需要用水泥作粘结剂，竖炉的优点是热效率高，金属氧化物还原充分，金属收得率高；缺点是焦比高(为普通高炉炼铁的3倍)，利用系数低，铁水S、P含量高。
现在大多数钢铁厂，对这种富含氧化锌的高炉瓦斯泥的处理方法，基本上都是将富含氧化锌的高炉瓦斯泥直接回收后送烧结厂烧结，烧结后作为高炉的主要原料重新回到高炉中，其间不对瓦斯泥中的氧化锌进行处理，这样，由于大量锌的存在，既对高炉炼铁设备产生很大的危害，又造成大量锌资源的浪费。不经处理的瓦斯泥直接经烧结后回到高炉中的主要危害表现在以下两个方面：
1)影响高炉寿命，氧化锌在还原气体的作用下被还原生成锌蒸汽渗入炉衬，使炉衬异常膨胀、脆化；
2)影响高炉顺行，锌蒸汽弱化焦炭和矿石的冶金性能，恶化料柱透气性，产生炉瘤和悬料。
以某钢铁厂高炉瓦斯泥为样本进行分析，检测化学成分见表1。
表1某钢铁厂高炉瓦斯泥主要化学成分
从表1可看出，该瓦斯泥的主要成分有铁23.11％，锌9.82％，铅2.41％，硫1.42％。瓦斯泥含铁量不高，若采用直接配入烧结矿，烧结矿的铁品位降低，同时瓦斯泥中近10％的Zn含量必然会对高炉造成严重危害。高炉瓦斯泥如能再回收利用，则可以节约部分煤炭资源和铁矿资源，同时能够大量减少瓦斯泥运输、堆存等费用，以及避免弃置瓦斯泥而造成的严重环境污染，具有深远的经济和环保意义。
从表1可看出，该瓦斯泥的固定碳达到21.83％。假设瓦斯泥中氧化锌100％被还原，以计算试验中所需的最大理论用碳量，基于瓦斯泥在试验过程中复杂的还原反应，提出以下假设：
a、瓦斯泥中除了氧化锌以外，其余成分均为三氧化二铁；
b、瓦斯泥中氧化物全部由碳还原，一氧化碳不参与还原反应。
试验中氧化物反应碳消耗计算结果见下表2。
表2反应及对应的碳消耗量
| 反应碳消耗量 | g/100g瓦斯泥 |
| Fe2O3→Fe3O4 | C1＝2.5 |
| Fe3O4→FeO | C2＝5.0 |
| FeO→Fe | C3＝14.98 |
| ZnO→Zn | C4＝1.44 |
试验中瓦斯泥碳热反应所消耗的碳最大理论量为：
C总＝C1+C2+C3+C4
＝2.5+5.0+14.98+1.44
＝23.92g
由上表可知，100g瓦斯泥中氧化物全部由碳还原理论最大需碳量为23.92g，转换成瓦斯泥最大理论含碳量为＝23.92/(100+23.92)＝19.30％，从表1可知，瓦斯泥中碳含量为21.83％，大于瓦斯泥碳热还原所需的最大理论碳含量，故实际使用的瓦斯泥自身含碳量可以满足碳热还原的需要，无需再额外补碳。
目前有钢铁企业在回收利用这种瓦斯泥之前，先将富含氧化锌的瓦斯泥通过回转窑进行处理，清除其中含有的大量氧化锌后再作为原料重新送回到高炉中。为了将瓦斯泥中大量的氧化锌还原清除掉，在利用回转窑进行处理时，目前普遍采用的是加炭造球还原法，即在瓦斯泥中加入质量比大于30％的煤干和/或焦煤，形成热值大于3000大卡/千克的高热值混合料，然后再通过造球机将瓦斯泥煤干和/或焦煤混合物压制成小球，经烘干后送入回转窑中将氧化锌进行还原清除。这种处理瓦斯泥的方法存在以下问题：
1)处理后的炉渣中的残碳、残锌含量较高，造成炭资源的浪费和生产成本的增加；
2)对瓦斯泥中氧化锌的处理不彻底，作为原料加入高炉后，仍然会对炼铁设备和炼铁生产造成较大危害；
3)还原前还要对瓦斯泥煤干和/或焦炭混合物进行造球和干燥处理，生产成本高；
4)向瓦斯泥中加入的煤干和/或焦煤的杂质含量较高，容易造成回转窑的结圈现象，延长了生产窑期，进一步的增加了生产成本；
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种从高炉瓦斯泥脱锌的方法，该方法无需配碳和造球前提下对瓦斯泥中的氧化锌进行彻底的还原，从而减少瓦斯泥对高炉生产的影响，提高资源综合利用水平，增强企业竞争力，实现钢铁企业的可持续发展。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种从高炉瓦斯泥脱锌的方法，包括以下步骤：
1)将瓦斯泥烘干得到瓦斯灰，测量瓦斯灰中固定碳的含量为19.3～30％；
2)将步骤1)得到瓦斯灰进行筛分；
3)将筛分后的瓦斯灰置于竖炉，向竖炉内通入氮气保护，并将竖炉有室温升温至1050～1200℃；然后停止通入氮气，同时通入压缩空气进行20～30min的还原反应，反应完毕后，关闭压缩空气，再次通入氮气保护；同时还原反应得到含锌的气体；
4)步骤3)得到含锌的气体在抽风机作用下随煤气一起排出竖炉，然后进入沉降室内进行除尘；得到多形态锌的混合气体，混合气体进入蛇形冷却管冷却，得到粗锌产品；该混合气体中富含ZnO、ZnS等多形态的混合物；
5)步骤4)蛇形冷却管出来的残余气体进入布袋除尘器中进行除尘，最后通过烟囱排放。
进一步地，所述步骤1)中，烘干的温度105～200℃，时间为1.5～3h。最优选地，烘干的温度150℃，时间为2h；在这个条件下，经济效益最好，烘干效果最好。
再进一步地，所述步骤2)中，筛分的瓦斯灰的粒径小于10mm。当瓦斯灰的粒径小于10mm时，能够使瓦斯灰充分反应，如果瓦斯灰粒度过大，气体要穿透颗粒反应透彻比较困难，从而导致瓦斯灰反应不充分。
再进一步地，所述步骤3)中，氮气的流量为0.15～0.30m3/h，当氮气的流量大于0.30m3/h时，既浪费资源而且携带大量的热量流失，不利于升温，当氮气的流量小于0.15m3/h时，不能起到保护作用。升温速率为3～8℃/min，最优选为5℃/min时，使得反应均匀。
再进一步地，所述步骤4)中，压缩空气的流量为0.15～0.20m3/h；再次通入氮气的流量为0.15～0.30m3/h。
再进一步地，所述步骤4)中，含锌的气体进入沉降室时的温度为350～450℃，沉降室内的温度为350～450℃。
再进一步地，所述步骤5)中，进入布袋除尘器中残余气体的温度为110～200℃，出了布袋除尘器的尾气的温度大于100℃。最优选地，进入布袋除尘器中残余气体的温度150℃。
沉降室和布袋除尘温度选择的理论基础：
1)当高温气体被抽风机抽出后，首先进入沉降室，沉降室主要用于对含锌的气体中粉尘的回收，沉降室内的温度控制在350～450℃时效果最好。因为当温度过低时，锌进入沉降室灰的量就会增多，后面蛇形管收集就少了，影响锌的产量；当温度过高，气体中粉尘脱不干净。
2)在实际生产过程中，由于工艺波动导致，导致进入布袋除尘器空气的温度变化很大，当温度低于110℃时，容易导致锌粉与水气粘接在布袋上，影响除尘效果；当温度高于200℃时，导致布袋破损，缩短了布袋除尘器使用寿命，故气体进入布袋除尘器的温度为110～200℃。
本发明的有益效果在于：
本发明将高炉瓦斯泥经烘干、筛分等简单预处理后直接送入竖炉。其最大的优点是高炉瓦斯泥无需配碳和造球，仅利用瓦斯泥自身固定碳在1050～1200℃下发生自还原反应，减少了工序，缩短了瓦斯泥的处理周期，降低了生产成本，同时又能满足还原瓦斯泥中的锌所需要的还原炭和加热炭的数量，保证对瓦斯泥中锌的彻底还原，进而大大的减轻了瓦斯泥在回收利用过程中，锌的存在对炼铁设备和炼铁生产造成的危害；采用了竖炉的处理方式，热效率高，金属氧化物还原充分，克服了类似回转窑设备庞大，窑内体积利用率低、能耗高的问题。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
一种从高炉瓦斯泥脱锌的方法，包括以下步骤：
1)将瓦斯泥在温度为150℃条件下保温烘烤2h得到瓦斯灰，测量瓦斯灰中固定碳的含量为21.83％；
2)将步骤1)得到瓦斯灰进行筛分，得到粒径小于10mm的瓦斯灰；
3)将筛分后的瓦斯灰置于竖炉，向竖炉内通入流量为0.20m3/h的氮气保护，并将竖炉从室温开始，按速率为5℃/min升温至1100℃；然后停止通入氮气，同时通入流量为0.15m3/h的压缩空气进行20min的还原反应，反应完毕后，关闭压缩空气，再次通入流量为0.20m3/h的氮气保护；同时还原反应得到含锌的气体；
4)步骤3)得到含锌的气体在抽风机作用下随煤气一起排出竖炉，含锌的气体经换热器控温至430℃，然后进入温度为400℃的沉降室内进行除尘；得到多形态锌的混合气体，混合气体进入蛇形冷却管冷却，得到粗锌产品；其中，粗锌产品中锌含量为36％；
5)步骤4)蛇形冷却管出来的温度为140℃的残余气体进入的布袋除尘器中进行除尘，最后尾气经布袋除尘器末端出口PLC温控后以110℃通过烟囱排放。
实施例2
一种从高炉瓦斯泥脱锌的方法，包括以下步骤：
1)将瓦斯泥在温度为150℃条件下保温烘烤2h得到瓦斯灰，测量瓦斯灰中固定碳的含量为22.15％；
2)将步骤1)得到瓦斯灰进行筛分，得到粒径小于10mm的瓦斯灰；
3)将筛分后的瓦斯灰置于竖炉，向竖炉内通入流量为0.20m3/h的氮气保护，并将竖炉从室温开始，按速率为5℃/min升温至1150℃；然后停止通入氮气，同时通入流量为0.20m3/h的压缩空气进行20min的还原反应，反应完毕后，关闭压缩空气，再次通入流量为0.20m3/h的氮气保护；同时还原反应得到含锌的气体；
4)步骤3)得到含锌的气体在抽风机作用下随煤气一起排出竖炉，含锌的气体经换热器控温至400℃，然后进入温度为380℃的沉降室内进行除尘；得到多形态锌的混合气体，混合气体进入蛇形冷却管冷却，得到粗锌产品；其中，粗锌产品中锌含量为41％；
5)步骤4)蛇形冷却管出来的温度为150℃的残余气体进入的布袋除尘器中进行除尘，最后尾气经布袋除尘器末端出口PLC温控后以120℃通过烟囱排放。
实施例3
一种从高炉瓦斯泥脱锌的方法，包括以下步骤：
1)将瓦斯泥在温度为150℃条件下保温烘烤2h得到瓦斯灰，测量瓦斯灰中固定碳的含量为22.15％；
2)将步骤1)得到瓦斯灰进行筛分，得到粒径小于10mm的瓦斯灰；
3)将筛分后的瓦斯灰置于竖炉，向竖炉内通入流量为0.20m3/h的氮气保护，并将竖炉从室温开始，按速率为5℃/min升温至1200℃；然后停止通入氮气，同时通入流量为0.20m3/h的压缩空气进行30min的还原反应，反应完毕后，关闭压缩空气，再次通入流量为0.20m3/h的氮气保护；同时还原反应得到含锌的气体；
4)步骤3)得到含锌的气体在抽风机作用下随煤气一起排出竖炉，含锌的气体经换热器控温至450℃，然后进入温度为410℃的沉降室内进行除尘；得到多形态锌的混合气体，混合气体进入蛇形冷却管冷却，得到粗锌产品；其中，粗锌产品中锌含量为45％；
5)步骤4)蛇形冷却管出来的温度为170℃的残余气体进入的布袋除尘器中进行除尘，最后尾气经布袋除尘器末端出口PLC温控后以120℃通过烟囱排放。
实施例4
一种从高炉瓦斯泥脱锌的方法，包括以下步骤：
1)将瓦斯泥在温度为130℃条件下保温烘烤2.5h得到瓦斯灰，测量瓦斯灰中固定碳的含量为19.3％；
2)将步骤1)得到瓦斯灰进行筛分，得到粒径小于10mm的瓦斯灰；
3)将筛分后的瓦斯灰置于竖炉，向竖炉内通入流量为0.15m3/h的氮气保护，并将竖炉从室温开始，按速率为8℃/min升温至1200℃；然后停止通入氮气，同时通入流量为0.15m3/h的压缩空气进行25min的还原反应，反应完毕后，关闭压缩空气，再次通入流量为0.15m3/h的氮气保护；同时还原反应得到含锌的气体；
4)步骤3)得到含锌的气体在抽风机作用下随煤气一起排出竖炉，含锌的气体经换热器控温至450℃，然后进入温度为400℃的沉降室内进行除尘；得到多形态锌的混合气体，混合气体进入蛇形冷却管冷却，得到粗锌产品；其中，粗锌产品中锌含量为37.2％；
5)步骤4)蛇形冷却管出来的温度为200℃的残余气体进入的布袋除尘器中进行除尘，最后尾气经布袋除尘器末端出口PLC温控后以150℃通过烟囱排放。
实施例5
一种从高炉瓦斯泥脱锌的方法，包括以下步骤：
1)将瓦斯泥在温度为105℃条件下保温烘烤3h得到瓦斯灰，测量瓦斯灰中固定碳的含量为23.22％；
2)将步骤1)得到瓦斯灰进行筛分，得到粒径小于10mm的瓦斯灰；
3)将筛分后的瓦斯灰置于竖炉，向竖炉内通入流量为0.15m3/h的氮气保护，并将竖炉从室温开始，按速率为3℃/min升温至1050℃；然后停止通入氮气，同时通入流量为0.20m3/h的压缩空气进行20min的还原反应，反应完毕后，关闭压缩空气，再次通入流量为0.15m3/h的氮气保护；同时还原反应得到含锌的气体；
4)步骤3)得到含锌的气体在抽风机作用下随煤气一起排出竖炉，含锌的气体经换热器控温至350℃，然后进入温度为350℃的沉降室内进行除尘；得到多形态锌的混合气体，混合气体进入蛇形冷却管冷却，得到粗锌产品；其中，粗锌产品中锌含量为41％；
5)步骤4)蛇形冷却管出来的温度为150℃的残余气体进入的布袋除尘器中进行除尘，最后尾气经布袋除尘器末端出口PLC温控后以105℃通过烟囱排放。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (1)
1.一种从高炉瓦斯泥脱锌的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将瓦斯泥在温度150℃条件下烘2h得到瓦斯灰，测量瓦斯灰中固定碳的含量为19.3～30％；
2)将步骤1)得到瓦斯灰进行筛分，筛分的瓦斯灰的粒径小于10mm；
3)将筛分后的瓦斯灰置于竖炉，向竖炉内按流量为0.15～0.30m3/h通入氮气保护，并按升温速率为3～8℃/min条件下将竖炉有室温升温至1050～1200℃；然后停止通入氮气，同时按流量为0.15～0.20m3/h通入压缩空气进行20～30min的还原反应，反应完毕后，关闭压缩空气，再次按流量为0.15～0.30m3/h通入氮气保护；同时还原反应得到含锌的气体；
4)步骤3)得到含锌的气体在抽风机作用下随煤气一起排出竖炉，然后进入温度为350～450℃的沉降室内进行除尘；得到多形态锌的混合气体，混合气体进入蛇形冷却管冷却，得到粗锌产品；含锌的气体进入沉降室时的温度为350～450℃；
5)步骤4)蛇形冷却管出来的残余气体进入布袋除尘器中进行除尘，最后通过烟囱排放；进入布袋除尘器中残余气体的温度为150℃，出了布袋除尘器的尾气的温度大于100℃。
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