CN109207739A - 一种资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，该方法是将含锌冶金粉尘与烧结燃料、含镁熔剂及含钙熔剂等原料混合，造球；将含铁原料与燃料及熔剂等原料混合造粒；在布料过程中，先布铺底料，再将球料布在铺底料之上，再在球料上布粒料；布料完成后点火、烧结；烧结过程中，当球料燃烧开始时，向烧结料面喷吹燃气，直至烧结结束，得到烧结矿，同时从烧结烟气中回收锌。该方法利用细粒级燃料及喷吹气体燃料技术，为锌氧化物的还原挥发脱除提供必要的温度和气氛条件，并协同利用Mg和Ca对锌铁尖晶石的破坏作用，促进了烧结过程锌的脱除，在获得合格炼铁炉料的同时，从烟气中回收锌，实现了含锌冶金粉尘的资源化利用。

Description

一种资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法

技术领域

本发明涉及一种含锌冶金粉尘再利用的方法，特别涉及一种资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，属于钢铁冶金领域和二次资源综合利用领域。

背景技术

钢铁企业在炼铁、炼钢以及轧钢等各工序会产生大量粉尘，约占到总钢铁产量的10％左右。随着除尘设施不断升级，各工序的粉尘产量也持续增加。这些粉尘往往含有大量铁、碳及有价金属，因而具有很高的利用价值。近年来，近年来含锌的铁精矿、含锌废铁皮、含锌粉尘、污泥等铁资源由于用途有限或存在二次污染难以处置，其大量堆存对生态环境产生严重危害，因此其综合利用受到越来越多的关注。

钢铁行业产生的含锌冶金粉尘中，铁主要以Fe₂O₃、Fe₃O₄及CaFe₂O₄形式存在，锌主要以ZnFe₂O₄和ZnO形态存在。目前含锌冶金粉尘综合利用工艺主要有：直接还原法、浸出法、用于制备材料、直接返回烧结配料等。直接还原法能同时得到高铁产品和高锌产品，但能耗过高，转底炉及竖炉易发生故障，且存在二次污染；选别、浸出、选浸联合处理含铁粉尘可有效回收有价元素，得到多种产品，但工艺流程复杂、药剂耗量及废水处理量大，处理量也有限；利用含锌冶金粉尘制备高附加值产品时所需工艺技术要求高且处理量小。

直接返回烧结配料的处理方法对含锌冶金粉尘适应性广，且操作较简便，预先造球、喷浆等工艺可减少粉尘对烧结生产的工况的影响，但由于ZnO还原需要强还原气氛及较高的温度，且在烧结过程中易与铁氧化物结合为锌铁尖晶石，目前一般的烧结工序难以满足ZnO还原的条件，因而锌的脱除率较低。而炼铁原料中含锌量增大会给高炉冶炼带来巨大的影响，锌负荷量过高会导致高炉主要技术经济指标下降，高炉寿命变短等诸多问题。为了减轻锌对高炉生产带来的不利影响，应最大可能地减少入炉原料中锌的含量。

发明内容

针对现有技术中含锌冶金粉尘作为烧结配料使用过程中存在的技术问题，本发明的目的是在于提供一种资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，该方法可以在不影响烧结产量、质量指标的前提下，提高烧结过程含锌冶金粉尘配加量，生产合格的炼铁炉料，且同时从烟气中回收锌，实现含锌冶金粉尘的资源化利用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，其包括以下步骤：

1)将包括含锌冶金粉尘与烧结燃料、含镁熔剂及含钙熔剂在内的原料混合，造球，得到球料；

2)将包括含铁原料与燃料及熔剂在内的原料混合造粒，得到粒料；

3)在布料过程中，先布铺底料，再将球料布在铺底料之上，再在球料上布粒料；

4)布料完成后点火、烧结；烧结过程中，当球料燃烧开始时，向烧结料面喷吹燃气，直至烧结结束，得到烧结矿，同时从烧结烟气中回收锌。

本发明在利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料过程中，关键是实现锌的高效挥发脱除，一方面，通过同时添加含镁及钙熔剂来实现含锌冶金粉尘中晶型稳定的锌铁尖晶石结构破坏，抑制Zn与Fe的固相反应，促进锌铁尖晶石中锌的顺利挥发，提高了烧结过程中锌的脱除率，另一方面，通过采用固体燃料及喷吹燃气手段协同作用，能够很好地控制还原气氛及燃烧带状态，为含锌冶金粉尘中的锌的脱除提供有利条件，通过采用固体燃料为锌的还原提供了还原剂及还原气氛，在底部含锌小球开始进入燃烧带时喷吹气体燃料，可使料层温度迅速升高，且受热分解出的CH基团可进一步增强局部还原气氛，从而快速达到ZnO还原所需的温度及气氛，促进ZnO的还原挥发。因此，在烧结过程中含锌冶金粉尘的锌能够顺利脱除，可以获得合格的炼铁炉料，同时脱除的锌的资源化回收。因此，本发明技术方案可以大幅度提高含锌冶金粉尘在铁矿烧结料中的配加量，对钢铁行业绿色生产有重要意义。

优选的方案，所述含锌冶金粉尘为高炉重力除尘灰、旋风除尘灰、布袋除尘灰以及烧结电场灰中的至少一种。这些含锌冶金粉尘中，铁主要以Fe₂O₃、Fe₃O₄及CaFe₂O₄形式存在，锌主要以ZnFe₂O₄和ZnO形态存在，锌含量一般在0.2％～10％。

优选的方案，所述烧结燃料为焦粉、无烟煤、生物质炭中至少一种。

较优选的方案，所述烧结燃料为细粒级燃料，其粒度为-0.5mm的质量百分比含量占80％以上。采用适当粒径的细粒级燃料可快速燃烧以提供还原性气氛。

优选的方案，所述含钙熔剂包括生石灰。

较优选的方案，所述含钙熔剂的粒度为-0.5mm的质量百分比含量占80％以上。

优选的方案，所述含镁熔剂包括白云石、轻烧白云石、菱镁石中至少一种。

较优选的方案，所述含镁熔剂的粒度为-0.5mm的质量百分比含量占80％以上。采用优选粒径范围的含钙熔剂和含镁熔剂可以提高熔剂的反应活性，更有利于促进锌挥发。

较优选的方案，含镁熔剂和含钙熔剂总量为含锌冶金粉尘质量的26％～48％。本发明在含锌冶金粉尘制备的球料中引入了适量的含钙熔剂和含镁熔剂，这些Mg、Ca元素在高温烧结过程中可有效破坏锌铁尖晶石的晶体结构，Mg及Ca相对锌更容易跟铁氧化物结合，从而破坏锌铁尖晶石的结构，置换出锌铁尖晶石中的锌，从而抑制了Zn与Fe生成固相的反应，促进了Zn的挥发，提高了烧结过程Zn的脱除率。

较优选的方案，含镁熔剂和含钙熔剂中钙与镁元素质量比例为3:1～5:1。镁和钙可协同破坏锌铁尖晶石结构，而少量的镁可提高烧结矿软熔特性，但过量的镁会影响烧结矿强度，因此在优选的比例范围内不但可以提高锌挥发率，同时保证烧结矿强度，以获得合格的烧结矿产品。

较优选的方案，烧结燃料质量为含锌冶金粉尘质量的18％～30％。

优选的方案，所述含铁原料中锌质量百分比含量低于0.05％。锌在上部料层中难以被脱除，因此其余含铁原料锌含量高于0.05％会导致烧结矿中锌含量过高，影响高炉顺行。

优选的方案，所述燃气的成分包含天然气、焦炉煤气、生物质热解气中至少

一种。

较优选的方案，所述燃气中天然气、焦炉煤气、生物质热解气中至少一种的体积浓度为0.3～0.5％。

本发明充分利用燃烧带的高温和还原气氛，为含锌冶金粉尘中的锌的脱除提供有利条件。通过选择细粒级燃料可以为锌还原提供了还原剂及还原气氛，而在底部含锌球料开始进入燃烧带时，采用喷吹气体燃料的手段，可使料层温度迅速升高，且受热分解出的CH等可进一步增强局部还原气氛，从而快速达到ZnO还原所需的温度及气氛，促进ZnO的还原挥发。

本发明将含锌冶金粉尘、烧结燃料、含镁熔剂、含钙熔剂等，预先混匀制成粒级8～10mm的球料。制备球料过程中加入水来提高成球性能，水的加入质量为含钙熔剂质量的25％～48％。

本发明将含铁原料与燃料及熔剂在内的原料混合造粒，得到粒料。制备粒料采用的配方组成及组分含量均是现有技术中常见。例如全铁含量一般50％以上，燃料配比3％～6％，碱度1.6～2.3。

本发明利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法包括以下具体步骤：

1)先将含锌冶金粉尘与细粒级烧结燃料、含镁熔剂、含钙熔剂加水混合，制成8～10mm小球，然后将小球低温烘干；细粒级烧结燃料为粒度为-0.5mm粒级质量占80％以上的焦粉、无烟煤、生物质炭中至少一种；含钙熔剂为生石灰，含镁熔剂为白云石、轻烧白云石、菱镁石中的一种或多种的混合物，其粒度为-0.5mm粒级质量占80％以上；含镁熔剂和含钙熔剂配加量为含锌冶金粉尘质量的26～48％，配加熔剂中钙、镁元素质量比例为3:1～5:1，细粒级烧结燃料质量为含锌冶金粉尘质量的18％～30％，水的质量为含钙熔剂质量的25％～48％。

2)将其他含铁原料与燃料、熔剂加水混匀，制粒，低温烘干；含铁原料锌含量低于0.05％；

3)布料时，先布铺底料，然后将含锌冶金粉尘制成的球料布在铺底料之上，最后布粒料；

4)进行点火、烧结，当含锌制粒小球中燃料开始反应时，向烧结料面喷吹燃气，直至烧结结束，得到烧结矿，并从烟气中回收锌；本发明在烧结机尾部设置燃气喷吹烟罩，当烧结燃烧带抵达含锌制粒小球的料层时，向料层中喷吹燃气，燃气中有效成分包括天然气、焦炉煤气、生物质热解气等中的一种或多种，喷吹燃气中有效成分体积百分比浓度为0.3～0.5％。

与现有技术相比，本发明的技术方案优点在于：

1)本发明技术方案针对铁矿烧结的特点，利用燃烧带的高温和还原气氛，为含锌冶金粉尘中的锌的脱除提供有利条件。通过采用细粒级燃料为锌的还原提供了还原剂及还原气氛，在底部含锌小球开始进入燃烧带时喷吹气体燃料，可使料层温度迅速升高，且受热分解出的CH基团可进一步增强局部还原气氛，从而快速达到ZnO还原所需的温度及气氛，促进ZnO的还原挥发。

2)本发明技术方案利用含钙熔剂和含镁熔剂的协同作用，来促进锌的挥发。Mg元素、Ca元素可破坏锌铁尖晶石晶体结构的特性，将含锌粉尘与含镁熔剂、含钙熔剂混合，在高温下，Mg、Ca更容易跟铁氧化物结合，并破坏锌铁尖晶石的结构，从而置换出锌铁尖晶石中的锌，从而抑制了Zn与Fe生成固相的反应，促进了Zn的挥发，提高了烧结过程Zn的脱除率。

3)本发明的技术方案实现了锌冶金粉尘中铁和锌的资源化利用，锌冶金粉尘中锌得到充分挥发，并从烟气中回收锌，而含锌冶金粉尘中铁在含钙熔剂和含镁熔剂的协同作用下，转化成合格炼铁炉料，如含钙熔剂中CaO与铁结合易生成铁酸钙，且少量的Mg可降低烧结矿的低温还原粉化。

综上所述，本发明针对含锌冶金粉尘的特性，开发了一种资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，通过配碳、喷吹燃料增强还原条件、并利用含Ca、Mg熔剂破坏锌铁尖晶石的综合作用，实现锌的脱除率提升至70％以上，制备出合格炼铁炉料，并从烟气中回收锌，实现了含锌冶金粉尘中锌、铁的资源化利用。

附图说明

【图1】资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的装置简图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

实施例1：

资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，先将细粒级烧结燃料(焦粉，-0.5mm占80％以上)与高炉重力除尘灰和熔剂(生石灰和轻烧白云石，-0.5mm占80％以上，熔剂中钙镁元素质量比例为3:1)加水混合，其中熔剂质量占高炉重力除尘灰的26％，焦粉质量为高炉重力除尘灰质量的30％，水的质量为生石灰质量的25％，混匀后制成小球，将小球烘干后，布在铺底料之上。将铁矿烧结中常规的燃料、熔剂等与含铁原料(Zn含量低于0.05％)加水混匀制粒后，再进行布料、点火、烧结，当烧结燃烧带抵达含锌制粒小球的料层时，向料层中喷吹天然气，喷吹浓度为0.3％，直至烧结结束，得到烧结矿，将烧结过程中升温阶段的烟气降温至150℃以下，通过除尘装置回收含锌烟尘，锌的回收率为75.3％。

实施例2：

资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，先将细粒级烧结燃料(焦粉、无烟煤和生物质炭的混合燃料，-0.5mm占80％以上)与烧结电场灰和熔剂(生石灰、轻烧白云石、菱镁石中，-0.5mm占80％以上，熔剂中钙镁元素质量比例为5:1)加水混合，其中熔剂质量占烧结电场灰的48％，细粒级燃料质量为烧结电场灰质量的18％，水的质量为生石灰质量的48％，混匀后制成小球，将小球烘干后，布在铺底料之上。将铁矿烧结中常规的燃料、熔剂等与含铁原料(Zn含量低于0.05％)加水混匀制粒后，再进行布料、点火、烧结，当烧结燃烧带抵达含锌制粒小球的料层时，向料层中喷吹天然气和焦炉煤气混合气，喷吹浓度为0.3％，直至烧结结束，得到烧结矿，将烧结过程中升温阶段的烟气降温至150℃以下，通过除尘装置回收含锌烟尘，锌的回收率为77.5％。

实施例3：

资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，先将细粒级烧结燃料(无烟煤与焦粉混合燃料，-0.5mm占80％以上)与混合含锌物料(高炉重力除尘灰、旋风除尘灰、布袋除尘灰混合物)和熔剂(生石灰、白云石、轻烧白云石、菱镁石中，-0.5mm占80％以上，熔剂中钙镁元素质量比例为4:1)加水混合，其中熔剂质量占混合含锌物料的48％，细粒级燃料质量为混合含锌物料质量的18％，水的质量为生石灰质量的40％，混匀后制成小球，将小球烘干后，布在铺底料之上。将铁矿烧结中常规的燃料、熔剂等与含铁原料(Zn含量低于0.05％)加水混匀制粒后，再进行布料、点火、烧结，当烧结燃烧带抵达含锌制粒小球的料层时，向料层中喷吹生物质热解气，喷吹浓度为0.5％，直至烧结结束，得到烧结矿，将烧结过程中升温阶段的烟气降温至150℃以下，通过除尘装置回收含锌烟尘，锌的回收率为79.6％。

对比实施例1：

将混合含锌物料(高炉重力除尘灰、旋风除尘灰、布袋除尘灰混合物)、其余含铁原料、熔剂(生石灰、白云石、轻烧白云石、菱镁石中，-0.5mm占40％，熔剂中钙镁元素质量比例为6:1)及焦粉加水混匀，制粒，进行布料、点火、烧结，烧结过程中不喷吹燃气，得到烧结矿，将烧结过程中升温阶段的烟气降温至150℃以下，通过除尘装置回收含锌烟尘，锌的回收率为18.2％。

对比实施例2：

将细粒级烧结燃料(焦粉、无烟煤和生物质炭的混合燃料，-0.5mm占55％)与高炉重力除尘灰和熔剂(生石灰、轻烧白云石、菱镁石中，-0.5mm占80％以上，熔剂中钙镁元素质量比例为7:1)加水混合，其中熔剂质量占烧结电场灰的20％，细粒级燃料质量为高炉重力除尘灰质量的10％，水的质量为生石灰质量的48％，混匀后制成小球，将小球烘干后，布在铺底料之上。将铁矿烧结中常规的燃料、熔剂等与含铁原料(Zn含量低于0.05％)加水混匀制粒后，再进行布料、点火、烧结，当烧结燃烧带抵达含锌制粒小球的料层时，向料层中喷吹天然气和焦炉煤气混合气，喷吹浓度为0.3％，直至烧结结束，得到烧结矿，将烧结过程中升温阶段的烟气降温至150℃以下，通过除尘装置回收含锌烟尘，锌的回收率为55.3％。

对比实施例3：

将细粒级烧结燃料(焦粉，-0.5mm占80％以上)与高炉重力除尘灰和熔剂(生石灰和轻烧白云石，-0.5mm占80％以上，熔剂中钙镁元素质量比例为1:1)加水混合，其中熔剂质量占高炉重力除尘灰的30％，焦粉质量为高炉重力除尘灰质量的10％，水的质量为生石灰质量的25％，混匀后制成小球，将小球烘干后，布在铺底料之上。将铁矿烧结中常规的燃料、熔剂等与含铁原料(Zn含量低于0.05％)加水混匀制粒后，再进行布料、点火、烧结，当烧结燃烧带抵达含锌制粒小球的料层时，向料层中喷吹天然气，喷吹浓度为0.6％，直至烧结结束，得到烧结矿，将烧结过程中升温阶段的烟气降温至150℃以下，通过除尘装置回收含锌烟尘，锌的回收率为58.9％，且烧结矿强度大幅下降。

表1不同实施例烧结指标

Claims (10)

1.一种资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将包括含锌冶金粉尘与烧结燃料、含镁熔剂及含钙熔剂在内的原料混合，造球，得到球料；

2)将包括含铁原料与燃料及熔剂在内的原料混合造粒，得到粒料；

3)在布料过程中，先布铺底料，再将球料布在铺底料之上，再在球料上布粒料；

4)布料完成后点火、烧结；烧结过程中，当球料燃烧开始时，向烧结料面喷吹燃气，直至烧结结束，得到烧结矿，同时从烧结烟气中回收锌。

2.根据权利要求1所述的资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，其特征在于：所述含锌冶金粉尘为高炉重力除尘灰、旋风除尘灰、布袋除尘灰以及烧结电场灰中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，其特征在于：所述烧结燃料为焦粉、无烟煤、生物质炭中至少一种。

4.根据权利要求3所述的资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，其特征在于：所述烧结燃料为细粒级燃料，其粒度为-0.5mm的质量百分比含量占80％以上。

5.根据权利要求1所述的资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，其特征在于：所述含钙熔剂包括生石灰；所述含钙熔剂的粒度为-0.5mm的质量百分比含量占80％以上。

6.根据权利要求1所述的资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，其特征在于：所述含镁熔剂包括白云石、轻烧白云石、菱镁石中至少一种；所述含镁熔剂的粒度为-0.5mm的质量百分比含量占80％以上。

7.根据权利要求1～6任一项所述的资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，其特征在于：

含钙熔剂和含镁熔剂总量为含锌冶金粉尘质量的26％～48％；

含钙熔剂和含镁熔剂中钙与镁元素质量比例为3:1～5:1；

烧结燃料质量为含锌冶金粉尘质量的18％～30％。

8.根据权利要求1所述的资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，其特征在于：所述含铁原料中锌质量百分比含量低于0.05％。

9.根据权利要求1所述的资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，其特征在于：所述燃气的主要成分包含天然气、焦炉煤气、生物质热解气中至少一种。

10.根据权利要求9所述的资源化利用含锌冶金粉尘生产炼铁炉料的方法，其特征在于：所述燃气中天然气、焦炉煤气、生物质热解气中至少一种的体积浓度为0.3～0.5％。