CN107760882B - 利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法，首先对工业粉尘进行成分分析，根据分析结果，对工业粉尘进行配料，制备脱盐材料，控制该脱盐材料中氧化钙的质量百分含量≥52.5％；再将电炉制钢粉尘、还原剂和所述脱盐材料混合后制成组合物，将该组合物投入反应窑中，通入空气，高温还原，升华得到气态锌单质，将气态锌单质引出回收，并得到副产物氯化钙。采用本发明显著效果是：将钢铁厂烧结工业粉尘用于电炉制钢粉尘的提炼，电炉制钢粉尘中的锌几乎能得到完全回收，生产成本更低；控制脱盐材料中氧化钙的质量百分含量≥53.8％时，可避免窑壁内粘附物快速增长，从而延长生产周期，提高设备使用寿命。

Description

利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法
技术领域
本发明涉及一种干法回收有价金属锌的方法，具体的，涉及一种利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法。
背景技术
为了降低成本、节约资源，以及保护环境，以废铁为原料代替铁矿石生产钢铁的趋势在全球上升。一般来说，在以废铁为原料的电炉炼钢中，其熔融过程中大约产生1～2％的制钢粉尘，而该制钢粉尘中含有大量的锌、铅、铁等有价金属。根据电炉制钢公司的制钢原料(废铁的品位)的不同，回收对象中有价金属的含量也会有所不同，但电炉制钢粉尘中有价金属的大致含量为，锌15～35％，铁10～35％，铅1～7％，并含有部分金属氯化物。
从电炉制钢粉尘中回收有价金属的方法多是通过干式还原挥发工艺，即把电炉制钢粉尘用加热还原的方法使锌以蒸汽形式大量挥发，从而实现有价金属回收技术，目前最有效、商业应用最广的回收技术是回转窑还原挥发法，该法已经在世界范围内普及。在上述加热还原法中，固体原料内“低熔点化合物”在回转窑的粘附将会缩短生产设备寿命。
工业生产中会产生大量含有CaO的粉尘，年产量在一年1万吨以上，目前对工业粉尘的处理方式一般是作为石灰肥料或建筑材料等，但大部分铁钢公司直接将其丢弃处理。由于含有CaO的工业粉尘的成分较复杂，将其用于电炉制钢粉尘的提炼过程，将会加剧窑内粘附速率，增加气化产物中固体杂质含量等问题。
发明内容
为对电炉制钢粉尘中的有价金属锌进行回收，并对钢铁厂烧结工业粉尘进行更有价值的利用，本发明提供一种利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法，以达到以废治废的目的。
技术方案如下：
一种利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法，其要点在于按以下步骤进行：
步骤一、对工业粉尘进行成分分析，根据分析结果，对工业粉尘进行配料，制备脱盐材料，控制该脱盐材料中有效氧化钙的质量百分含量≥52.5％；
步骤二、将电炉制钢粉尘、还原剂和所述脱盐材料混合后制成组合物，将该组合物投入反应窑中，通入空气，高温还原，升华得到气态锌单质，将气态锌单质引出回收，并得到副产物氯化钙。
作为优选方案，所述步骤一中，根据分析结果，选用石灰石粉末或生石灰与所述工业粉尘进行配料，制备脱盐材料。
为进一步提高提质效果，所述步骤一中，控制所述脱盐材料中有效氧化钙的质量百分含量≥53.8％。
所述步骤二中，所述还原剂为焦炭。
所述步骤二中，制备所述组合物前，测定所述电炉制钢粉尘中Zn、Cl含量，控制组合物中摩尔比Ca：Cl＝1：2，Zn：C≥1∶1。
所述步骤二中，高温还原温度为1000-1300℃，时间为30-60min。
所述步骤二中，将所述组合物混匀后投入模具制成颗粒状，再将其投入所述反应窑中。
所述反应窑为回转窑，该回转窑的内径为3.2-4.2m，长度为40-50m。
所述回转窑内从其入口到出口依次分为干燥区、预热燃烧区、初期反应区、主反应区和产物区，所述干燥区、预热燃烧区、初期反应区、主反应区和产物区占所述回转窑的长度比依次为15％、5％、25％、40％和10％；
在所述干燥区内，起始温度为600℃，再逐渐升至700℃，在所述预热燃烧区内，温度由700℃逐渐升至850℃，在所述初期反应区内，温度由850℃逐渐升至1100℃；
所述主反应区的起止温度为均为1100℃，所述主反应区中间段的温度为1300℃，所述主反应区内的温度由1100℃升至1300℃，再降至1100℃；所述产物区的温度由1100℃降至900℃。
附图说明
图1a为提质试验①反应前，回转窑内壁的照片；
图1b为提质试验①连续反应3个月后前，回转窑内壁的照片；
图2a为提质试验②反应前，回转窑内壁的照片；
图2b为提质试验②连续反应5个月后前，回转窑内壁的照片；
图3a为提质试验③反应前，回转窑内壁的照片；
图3b为提质试验③连续反应2个月后前，回转窑内壁的照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
一种利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法，按以下步骤进行：
步骤一、对工业粉尘进行成分分析，根据分析结果，对所述工业粉尘进行配料，制备脱盐材料，控制该脱盐材料中有效氧化钙的质量百分含量≥52.5％；
以上有效氧化钙是指，氧化钙或能高温分解得到的氧化钙，可以选用生石灰或石灰石粉末与所述工业粉尘进行配料；
步骤二、测定所述电炉制钢粉尘中Zn、Cl含量，控制组合物中摩尔比Ca：Cl＝1：2，Zn：C≥1：1，将电炉制钢粉尘、还原剂焦炭和所述脱盐材料混合后制成组合物，将所述组合物混匀后投入模具制成颗粒状，再将其投入反应窑中，通入空气，1000-1200℃条件下还原30-60min，升华得到气态锌单质，将气态锌单质引出回收，并得到副产物氯化钙。
所述步骤一中，如需进一步提高电炉制钢粉尘中锌的提炼效果，则应该控制所述脱盐材料中氧化钙的质量百分含量≥53.8％。
所述反应窑需选用回转窑，且该回转窑的内径为3.2-4.2m，长度为40-50m；回转窑转速0.4-1.0r/m，回转窑倾斜度为2％。
在进行主反应之前，还需要对组合物进行一系列预处理，具体方式为：将所述回转窑的内部从其入口到出口依次分为干燥区、预热燃烧区、初期反应区、主反应区和产物区，所述干燥区、预热燃烧区、初期反应区、主反应区和产物区占所述回转窑的长度比依次为15％、5％、25％、40％和10％；
对干燥区、预热燃烧区、初期反应区、主反应区和产物区进行以下温度控制：
在所述干燥区内，起始温度为600℃，再逐渐升至700℃，在所述预热燃烧区内，温度由700℃逐渐升至850℃，在所述初期反应区内，温度由850℃逐渐升至1100℃；所述主反应区的起止温度为均为1100℃，所述主反应区中间段的温度为1300℃，所述主反应区内的温度由1100℃升至1300℃，再降至1100℃；所述产物区的温度由1100℃降至900℃。
以下结合试验对本发明作进一步说明。
选取某钢厂的工业脱硫粉尘和含锌电炉制钢粉尘，选取市售某品牌石灰石粉末和焦炭粉，作为试验材料；
对工业脱硫粉尘和石灰石粉末的分析，成分见表1：
表1、工业脱硫粉尘和石灰石粉末中各成分的质量百分含量％
CaO T.Fe Cl K S 其他
石灰石粉末 54.59 1.66 - - - Bal.
工业脱硫粉尘 50.67 5.74 9.34 2.70 3.25 Bal.
由表1可以看出，以上工业粉尘中有效CaO的质量百分含量不足52.5％，因而加入石灰石粉末进行配料，按表2的配料比配置得到脱盐材料①、脱盐材料②和脱盐材料③：
表2、脱盐材料(重量)配料比
脱盐材料① 脱盐材料② 脱盐材料③
石灰石粉末 100％ 80％ 50％
工业脱硫粉尘 0％ 20％ 50％
表2中，脱盐材料①、②、③中的有效CaO的质量百分含量分别为54.59％、53.81％、52.63％。
对电炉制钢粉尘成分分析结果见表3：
表3、电炉制钢粉尘中各成分的质量百分含量％
成分 Zn Cl 其他
含量 23％ 12％ Bal.
将电炉制钢粉尘、焦炭粉分别与脱盐材料①、②、③混合，制成颗粒状的组合物①、②、③，控制各组合物中摩尔比均为Ca：Cl＝1∶2，Zn：C＝1∶1.5，将颗粒状的组合物①、②、③分别投入回转窑内，进行提质试验①、②、③。
分别连续进行提质试验①、②、③，在回转窑入口处的相同位置分别设置相机，相机对准回转窑的出口，拍照记录窑内壁粘附物的体积增长情况。收集提质试验①、②、③的烟尘烟气，得到含锌粉尘①、②、③，检测含锌粉尘①、②、③中锌含量，并计算锌回收率(％)。
试验结果：
图1a和图1b分别为连续进行提质试验①前和连续进行提质试验①3个月后，相机所拍照片；从图1b中可以看出，在不使用以上工业脱硫粉尘时，连续生产3个月后，回转窑的内壁开始出现较为明显的粘附物(内壁连续性颗粒物)，提质试验开始受影响，需要停机检修；
图2a和图2b分别为连续进行提质试验②前和连续进行提质试验②3个月后，相机所拍照片；从图2b中可以看出，当以上工业脱硫粉尘与石灰石粉末按照1∶4的配料比使用时，连续生产3个月后，回转窑的内壁开始出现粘附物，粘附物相较于不使用以上工业脱硫粉尘更少，对提质试验影响不大，还可以继续生产；
图3a和图3b分别为连续进行提质试验③前和连续进行提质试验③1个月后，相机所拍照片；从图3b中可以看出，当以上工业脱硫粉尘与石灰石粉末按照1∶1的配料比使用时，连续生产2个月后，回转窑的内壁开始出现较多的粘附物(以图中圆圈部分所示)，影响提质试验，需停机检修。
对含锌粉尘①、②、③中锌含量进行测定，计算得到锌回收率依次为99.6％、99.9％和99.7％。
试验结果表明本发明具有的有益效果是：钢铁厂烧结工业粉尘可用于对电炉制钢粉尘的提炼，电炉制钢粉尘中的锌几乎能得到完全回收，生产成本更低；控制脱盐材料中氧化钙的质量百分含量≥53.8％时，可避免窑壁内粘附物快速增长，从而延长生产周期，提高设备使用寿命。
更重要的是，由于含氧化钙工业粉尘成分复杂，各厂家普遍将其认定为一种废料，不能直接用于生产，而本方案克服了本领域技术人员的技术偏见，将含氧化钙的工业粉尘用于提炼电炉制钢粉尘中锌，不仅显著的降低了生产成本，还延长了连续性生产周期。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法，其特征在于按以下步骤进行：
步骤一、对工业粉尘进行成分分析，根据分析结果，对工业粉尘进行配料，制备脱盐材料，控制该脱盐材料中有效氧化钙的质量百分含量≥52.5％；
步骤二、将电炉制钢粉尘、还原剂和所述脱盐材料混合后制成组合物，将该组合物投入反应窑中，通入空气，高温还原，升华得到气态锌单质，将气态锌单质引出回收，并得到副产物氯化钙；
所述反应窑为回转窑，所述回转窑内从其入口到出口依次分为干燥区、预热燃烧区、初期反应区、主反应区和产物区，所述干燥区、预热燃烧区、初期反应区、主反应区和产物区占所述回转窑的长度比依次为15％、5％、25％、40％和10％；
在所述干燥区内，起始温度为600℃，再逐渐升至700℃，在所述预热燃烧区内，温度由700℃逐渐升至850℃，在所述初期反应区内，温度由850℃逐渐升至1100℃；
所述主反应区的起止温度为均为1100℃，所述主反应区中间段的温度为1300℃，所述主反应区内的温度由1100℃升至1300℃，再降至1100℃；所述产物区的温度由1100℃降至900℃。
2.根据权利要求1所述的利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法，其特征在于：所述步骤一中，根据分析结果，选用石灰石粉末或生石灰与所述工业粉尘进行配料，制备脱盐材料。
3.根据权利要求1所述的利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法，其特征在于：所述步骤一中，控制所述脱盐材料中有效氧化钙的质量百分含量≥53.8％。
4.根据权利要求1、2或3所述的利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法，其特征在于：所述步骤二中，所述还原剂为焦炭。
5.根据权利要求1所述的利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法，其特征在于：所述步骤二中，制备所述组合物前，测定所述电炉制钢粉尘中Zn、Cl含量，控制组合物中摩尔比Ca：Cl＝1：2，Zn：C≥1：1。
6.根据权利要求1所述的利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法，其特征在于：所述步骤二中，高温还原温度为1000-1300℃，时间为30-60min。
7.根据权利要求1所述的利用含氧化钙工业粉尘提炼电炉制钢粉尘中锌的方法，其特征在于：所述步骤二中，将所述组合物混匀后投入模具制成颗粒状，再将其投入所述反应窑中。
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