CN108677022A - 一种烧结除尘灰制备碳化铁过程中脱除有害元素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烧结除尘灰制备碳化铁过程中脱除有害元素的方法，将烧结除尘灰、粘结剂和适量的水混匀制成生球，干燥后在氧化性气氛中焙烧得到球团，在CO+CO2+H2+H2O或CH4+H2+H2O混合气体中渗碳，冷却后进行湿式球磨，收得的矿浆搅拌后进行过滤，脱除其中的铅、锌、钾和氯等元素，再进行湿式磁选，进一步脱除铅、锌、钾等元素。本发明的方法可以在有效脱除铅、锌、钾和氯的基础上得到优质的且附加值较高的碳化铁，滤液可作为下一步提取铅、锌和钾用的原料，实现烧结除尘灰的高附加值利用。

Description

一种烧结除尘灰制备碳化铁过程中脱除有害元素的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化处理技术领域，涉及炼铁、炼钢过程中烧结除尘灰的固废处理及综合利用，具体涉及一种烧结除尘灰制备碳化铁过程中脱除铅、锌、钾和氯等有害元素的方法。
背景技术
烧结除尘灰是钢铁厂烧结过程产生的粉尘。目前，我国每年产生的烧结除尘灰超过1500万吨。烧结除尘灰是一种资源量较大的二次含铁资源。此外，烧结除尘灰中还含有铅、锌、钾和氯等不利于高炉冶炼的重金属和碱金属等有害元素。这些烧结除尘灰不仅占用大量土地资源，而且由于其中含有大量重金属和碱金属等元素，这带来了大量的环境污染问题。因此，如能合理开发利用这部分钢铁厂粉尘，不仅可为我国钢铁行业提供可观的含铁原料，还可以减少环境污染，对我国钢铁行业的可持续发展具有重要意义。
目前国内外烧结除尘灰中铅、锌、钾和氯的脱除主要包括以下方法：
1、直接返回烧结：该方法是将烧结除尘灰作为烧结原料直接返回烧结，制备出高炉用烧结矿，铅、锌、钾和氯在高炉冶炼过程中进行脱除。由于烧结除尘灰中含有较高含量的钾、铅、锌等元素，这部分元素在烧结过程难以脱除，绝大部分这些元素会残留在烧结矿中进入高炉，这部分碱金属和重金属容易导致高炉结瘤、破坏高炉炉衬、降低炉料强度、恶化高炉顺行等，对高炉冶炼带来不利影响。且烧结除尘灰的铁品位低，用这部分烧结除尘灰制备的高炉炉料铁品位低，这会大大增加高炉冶炼的能耗。
2、还原焙烧：该方法以煤为还原剂，将烧结除尘灰在1000～1350℃之间进行还原焙烧，制备出还原铁粉，在还原焙烧过程还中可脱除铅、锌等重金属元素。采用还原焙烧等火法处理烧结除尘灰，除尘灰中的钾、氯等元素脱除效率低，且该方法焙烧温度高，这将导致该方法处理过程能耗高。
3、湿法处理：该方法采用酸、碱和盐等浸出除尘灰中的钾和铅等有价金属，脱除并回收的钾、铅等可制备出钾肥、氯化铅等产品。采用湿法处理能较好的脱除烧结除尘灰中的钾、铅和锌等有价金属，但难以高效回收其中的铁资源，且处理过程消耗大量的酸、碱容易污染环境。
因此，在烧结除尘灰的利用方法中缺少获得优质含铁产品的同时能有效脱除铅、锌、钾和氯等有害元素的方法，例如目前在用烧结除尘灰制备优质含铁产品碳化铁的过程中就缺乏脱除铅、锌、钾、氯的方法，这导致烧结除尘灰难以得到高效利用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种烧结除尘灰制备碳化铁过程中脱除有害元素(铅、锌、钾和氯等)的方法，以高效利用烧结除尘灰，得到优质含铁产品。
本发明的方法在渗碳过程中实现铅、锌等重金属的氯化，把不溶于水的铅、锌化合物转变成易溶于水的氯化物，分离碳化铁和铅、锌、钾、氯等有害元素。
具体的，本发明的烧结除尘灰制备碳化铁过程中脱除有害元素的方法，包括下述步骤：
(1)将烧结除尘灰和粘结剂混匀，并在混合料中加入一定量的水以控制其适当的水分后用于造球；
上述技术方案中，所述的烧结除尘灰中N值大于1。
N＝ncl/(2nPb+2nZn)
式中：ncl-烧结除尘灰中氯离子的摩尔数，mol；
nPb-烧结除尘灰中铅的摩尔数，mol；
nZn-烧结除尘灰中锌的摩尔数，mol。
上述技术方案中，粘结剂为膨润土、消石灰等。
粘结剂用量范围相对于烧结除尘灰为0～3wt％。
(2)将混合后的原料用盘式造球机进行造球，制备出直径为8～16mm的生球，制备的生球用鼓风干燥箱干燥；
(3)干球在氧化性气氛中，900～1100℃之间焙烧10～30min得到强度良好的球团；
(4)焙烧后的球团在CO+CO2+H2+H2O或CH4+H2+H2O气体中进行渗碳，渗碳温度550～850℃、渗碳时间30～300min，渗碳结束后在氮气中冷却；
上述技术方案中，所述的CO+CO2+H2+H2O渗碳气体中以体积计，CO∶CO2∶H2∶H2O为(50～100)∶(0～30)∶(0～20)∶(0～5)。
上述技术方案中，所述的CH4+H2+H2O渗碳气体中以体积计，CH4∶H2∶H2O为(10～100)∶(0～90)∶(0～5)。
(5)渗碳后的球团在湿式球磨机中球磨，球磨收得的矿浆搅拌后进行过滤，脱除其中的铅、锌、钾和氯等元素，然后滤渣在磁选机中进行湿式磁选，进一步脱除铅、锌、钾等元素。
上述技术方案中，渗碳产物球磨细度为50～100％小于500目。
上述技术方案中，矿浆搅拌时间0.5～2小时。
上述技术方案中，磁选过程的磁场强度为50～200mT。
磁选后得到的精矿在鼓风干燥箱中烘干后可得到高品位的炼钢用碳化铁，滤液可作为下一步提取铅、锌和钾用的原料。
本发明与现有的技术相比具有以下优点：
1、本发明无需额外经酸、碱或盐的浸出处理就可脱除铅、锌、钾、氯等有害元素，减少了酸、碱等对环境的污染。
2、本发明可利用烧结除尘灰中自身含有的有害物质氯化钾为氯化剂，在氧化焙烧和渗碳过程的同时实现铅、锌等有色金属的氯化，把铅、锌等有色金属转变成易溶于水的氯化物。
3、本发明可以在有效脱除铅、锌、钾和氯的基础上得到优质的且附加值较高的碳化铁，可实现烧结除尘灰的高附加值利用。
4、本发明在脱除铅、锌、钾和氯过程中得到的富含这些元素的氯化物滤液，可作为综合回收铅、锌、钾的原料。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的材料，如无特殊说明，均可由自由市场获得。
实施例1
烧结除尘灰的铁品位46.20％，Pb、Zn、K和Cl的含量分别为0.52wt％、0.042wt％、6.2wt％和5.42wt％。将添加了2.5wt％膨润土的烧结除尘灰在圆盘造球机中制备成直径为8～16mm的生球，生球干燥后在900℃下和空气气氛中焙烧15min后再在650℃的温度下和体积比CO∶CO2∶H2∶H2O为70∶10∶17∶3的混合气体中渗碳180min，热球在氮气中冷却。冷却后球团在矿浆浓度为50wt％的条件下，在锥形球磨机中球磨得到磨矿细度小于500目占95％，然后矿浆经搅拌1小时后过滤，滤渣在磁场强度为130mT的磁选机中磁选，可得到碳化铁品位为83.2％，铁的回收率为80.1％的碳化铁，Pb、Zn、K和Cl的脱除率分别为98.2％、88.1％、99.3％和99.7％。
实施例2
烧结除尘灰的铁品位49.82％，Pb、Zn、K和Cl的含量分别为0.35wt％、0.062wt％、5.2wt％和5.2wt％。将添加了2.7wt％膨润土的烧结除尘灰在圆盘造球机中制备成直径为8～10mm的生球，生球干燥后在950℃下和空气气氛中焙烧20min后再在800℃的温度下和体积比CH4∶H2∶H2O为60∶35∶5的混合气体中渗碳120min，热球在氮气中冷却。冷却后球团在矿浆浓度为50wt％的条件下，在锥形球磨机中球磨得到磨矿细度小于500目占99％，然后矿浆经搅拌1.5小时后过滤，滤渣在磁场强度为130mT的磁选机中磁选，可得到碳化铁品位为86.2％，铁的回收率为81.5％的碳化铁，Pb、Zn、K和Cl的脱除率分别为99.2％、89.1％、99.5％和99.7％。
实施例3
烧结除尘灰的铁品位为41.23％，Pb、Zn、K和Cl的含量分别为0.72wt％、0.12wt％、6.9wt％和7.42wt％。将添加了1.8wt％膨润土的烧结除尘灰在圆盘造球机中制备成直径为8～10mm的生球，生球干燥后在1000℃下和空气气氛中焙烧20min，然后再在650℃的温度下和体积比CO∶CO2∶H2∶H2O为65∶15∶15∶5的混合气体中渗碳210min，热球在氮气中冷却。冷却后球团在矿浆浓度为50wt％的条件下，在锥形球磨机中球磨得到磨矿细度小于500目占98％，然后矿浆经搅拌1小时后过滤，滤渣在磁场强度为160mT的磁选机中磁选，可得到碳化铁品位为82.2％，铁的回收率为77.6％的碳化铁，Pb、Zn、K和Cl的脱除率分别为99.4％、86.1％、99.0％和99.5％。
实施例4
烧结除尘灰的铁品位为35.23％，Pb、Zn、K和Cl的含量分别为5.32wt％、0.28wt％、7.35wt％和11.28wt％。将添加了3.0wt％膨润土的烧结除尘灰在圆盘造球机中制备成直径为8～10mm的生球，生球干燥后在1100℃下和空气气氛中焙烧20min，然后再在600℃的温度下和体积比CO∶CO2∶H2∶H2O为60∶20∶15∶5的混合气体中渗碳180min，热球在氮气中冷却。冷却后球团在矿浆浓度为50wt％的条件下，在锥形球磨机中球磨得到磨矿细度小于500目占95％，然后矿浆经搅拌1.5小时后过滤，滤渣在磁场强度为130mT的磁选机中磁选，可得到碳化铁品位为78.6％，铁的回收率为73.8％的碳化铁，Pb、Zn、K和Cl的脱除率分别为98.8％、90.1％、98.0％和99.4％。
实施例5
烧结除尘灰的铁品位为55.87％，Pb、Zn、K和C1的含量分别为1.52wt％、0.088wt％、4.35wt％和3.98wt％。将添加了2.5wt％膨润土的烧结除尘灰在圆盘造球机中制备成直径为8～12mm的生球，生球干燥后在1050℃下和空气气氛中焙烧20min，然后再在650℃的温度下和体积比CO∶CO2∶H2∶H2O为60∶20∶17∶3的混合气体中渗碳180min，热球在氮气中冷却。冷却后球团在矿浆浓度为50wt％的条件下，在锥形球磨机中球磨得到磨矿细度小于500目占95％，然后矿浆经搅拌1小时后过滤，滤渣在磁场强度为130mT的磁选机中磁选，可得到碳化铁品位为88.2％，铁的回收率为83.2％的碳化铁，Pb、Zn、K和Cl的脱除率分别为99.5％、92.1％、98.8％和99.8％。
于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种烧结除尘灰制备碳化铁过程中脱除有害元素的方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、将烧结除尘灰、粘结剂和适量的水混匀：
S2、将混匀的原料制成生球，干燥得干球；
S3、干球在氧化性气氛中焙烧得到球团；
S4、将球团在CO+CO2+H2+H2O或CH4+H2+H2O混合气体中渗碳，结束后在氮气中冷却；
S5、渗碳后的球团进行湿式球磨，收得的矿浆搅拌后进行过滤，脱除其中的铅、锌、钾和氯元素，再进行湿式磁选，进一步脱除铅、锌、钾元素。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的烧结除尘灰中N值大于1，
N＝ncl/(2nPb+2nZn)
式中：ncl为烧结除尘灰中氯离子的摩尔数；
nPb为烧结除尘灰中铅的摩尔数；
nZn为烧结除尘灰中锌的摩尔数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘结剂为膨润土、消石灰中的至少一种，其添加量为烧结除尘灰的0～3wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，制得的生球直径为8～16mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，干球在氧化性气氛中，900～1100℃焙烧10～30min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，将球团在CO+CO2+H2+H2O或CH4+H2+H2O混合气体中，550～850℃渗碳30～300min。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的CO+CO2+H2+H2O混合气体中，以体积计，CO∶CO2∶H2∶H2O为(50～100)∶(0～30)∶(0～20)∶(0～5)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的CH4+H2+H2O混合气体中，以体积计，CH4∶H2∶H2O为(10～100)∶(0～90)∶(0～5)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，渗碳产物磨矿细度为50～100％小于500目。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，磁选过程的磁场强度为50～200mT。
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