CN109385534B - 含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，包括：将还原剂与含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘一并投入至还原室内，采用间接加热的方式对该还原室进行加热，使含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘在隔绝空气的条件下发生还原反应；还原室的排气进入铅雨冷凝器中，回收粗锌。采用间接加热式还原炉，粉尘在隔绝空气的情况下发生还原反应，保证还原室的排气中锌以锌蒸气的形式存在，可通过铅雨冷凝器回收其中的锌蒸气并得到粗锌，实现了将锌与铁氧化物及碱金属卤化物分离开来的目的，避免了氧化锌与卤素、碱金属等一起冷凝进入二次粉尘中，可以适用于各种碱金属卤化物含量范围的粉尘的处理。

Description

含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法

技术领域

本发明涉及一种含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，尤其涉及钢铁企业产生的含锌及碱金属卤化物的粉尘的处理方法。

背景技术

我国是钢产量大国，钢铁生产为国民经济发展发挥了重要作用。然而钢铁生产中产生大量的粉尘和污泥，产生量一般为钢产量的10％左右，按照目前的钢产量，我国钢铁行业每年产生的粉尘量达上千万吨。占总粉尘量30％左右的粉尘(污泥)中，除Fe之外还含有大量Zn元素，并且一些粉尘粒度非常细小，这些粉尘被称为难利用粉尘或含锌粉尘，其所蕴含的锌约7.2万吨/年。

利用这些粉尘/污泥制造还原铁的还原工艺较多，其中，在还原室、转底炉、回转窑式还原炉等还原炉中还原这些粉尘/污泥的方式应用较为广泛。特别是在钢铁企业产生的粉尘及淤泥中含有锌、铅及碱金属卤化物等杂质，它们在还原反应中将被蒸发，因此，这些还原炉是除去杂质并回收铅锌的有效手段。还原室是将含铁原料进行造粒而得到的颗粒用煤在间接加热的情况下还原；也就是说煤不与含铁原料混合造球，而是含铁原料造球后再与煤混合入炉还原。转底炉和回转窑是向还原炉供应热、通过混合在颗粒中的碳来进行还原反应，也即转底炉或回转窑是对煤、焦炭等碳和粉状金属氧化物相混合并成形的成形体(颗粒)进行还原，其中转底炉为辐射传热，回转窑主要使用窑头产生的高温烟气加热。

在使用除含有锌和铅外、还内含碱金属和卤族元素的粉体原料时，还需要特别考虑内含于氧化铁中的挥发性物质。当还原炉的排气中大量含有氯化钠和氯化钾等碱金属卤化物时，因为存在如下问题，即(i)这些物质作为粉尘附着在排气处理装置的内部而成为影响操作的主要原因；(ii)粉尘中的锌浓度低下，作为锌原料的价值较低。

因此有文献报道，使原料中锌和铅的总摩尔数、钾和钠的总摩尔数以及氯和氟的总摩尔数满足一定的条件。通过调整原料使其满足条件，可以抑制粉尘在排气处理装置内部的附着，并且进行长期稳定的操作。另外也有文献报道通过改善排气处理装置的构造以及控制排气温度来抑制粉尘的附着。这些技术都通过事前分析还原炉用原料的成分，限定原料条件如锌和铅、卤素和碱金属的含量，且对排气处理装置进行改善，以解决上述问题。但是，上述技术手段所伴生的问题是：原料被限定为含有较少锌、卤素和碱金属的原料，而这类原料来源较少、价格较高，尤其是钢铁企业产生的粉尘/污泥种类较多，对原料成分进行限定会导致原料处理量显著减少。

结果，用还原炉处理这些粉尘及淤泥时，产生的问题是粉尘附着在废热回收用锅炉和热交换器气体通路等排气处理装置的内部。也就是说，结果是在氧化锌及氧化铅中，内含有某比率或以上的碱金属和卤族元素。

由还原炉中产生的粉尘(以下称二次粉尘)中，有时也含有高达20～45质量％左右的碱金属和卤族元素。这样高比例地含有碱金属和卤族元素的结果，导致了内含有氧化锌、氯化锌、氯化钠、氯化钾等的无机混合物的形成。该物质的熔点低至600℃或以下。含有这样高浓度的碱金属和卤族元素的二次粉尘，在400～600℃的条件下表现出极高的附着性，它们附着在锅炉及热交换器的气体通路等中，堵塞排气流路，妨碍还原炉的操作。这样一来，在使用大量含有碱金属和卤族元素的原料的情况下，如果只采用现有技术，则受到这些元素的不良影响，不能进行稳定的操作。

在氯化钠、氯化钾等对氧化锌(一部分为氯化锌)的比率高的情况下，该粉尘的附着性增强，另外，氯化钠、氯化钾等本身的比例大时，该粉尘的附着性也增强。

另外，上述回收的二次粉尘中，因为锌以氧化锌的形式高浓度浓缩在二次粉尘中，故而将二次粉尘作为锌原料加以使用。如果该含锌的二次粉尘中的锌浓度为50～55％或以上，则其质量达到了可以直接用于锌用熔矿炉的程度，该二次粉尘作为锌原料，其价值是比较高的。但是，当使用上述碱金属和卤族元素多的原料时，原料中的氯化钠及氯化钾等转移到二次粉尘中，导致二次粉尘的锌浓度低下；其中，碱金属和卤族元素达到30质量％或以上，T.Zn为30～40质量％的低值，便不能将二次粉尘直接利用在锌用熔矿炉中；特别是卤族元素，会阻碍锌精炼时的反应。

因此，为了以回收的二次粉尘为锌原料进行再利用，需要对低锌浓度、高卤素浓度的二次粉尘进行预处理，由此除去有害物质并对锌进行浓缩。并且在该预处理中，因为需要极大的成本，故而降低了在氧化锌的回收中本来应该获得的减少成本和节约能源的效果，在不好的情况下，效果有时相互抵消。

为此，成为原料的炼铁废弃物，以前只选择氯成分少的物质作为原料，氯成分多的炼铁废弃物没有处理价值，不能作为再利用原料加以使用。另外，在进行铅的再利用时，也存在和锌的情况几乎相同的问题。

因此，需要一种新的技术，以便即使采用大量含有锌、碱金属和卤族元素的原料，也可以经济地实现稳定操作和锌、铅的有效回收。

发明内容

本发明实施例涉及一种含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，包括：

将还原剂与含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘一并投入至还原室内，采用间接加热的方式对该还原室进行加热，使含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘在隔绝空气的条件下发生还原反应；

所述还原室的排气进入铅雨冷凝器中，回收粗锌。

作为实施例之一，所述还原剂为碳质还原剂粉料，且与所述含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘混合后投入至所述还原室内。

作为实施例之一，所述还原剂为碳质还原剂粉料，且与所述含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘混合成型后投入至所述还原室内。

作为实施例之一，控制所述还原室的排气中CO/CO₂>1。

作为实施例之一，所述还原室的排气进入所述铅雨冷凝器时的温度不低于900℃。

作为实施例之一，所述含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘中，铁氧化物的质量占比不低于30％，氧化锌的质量占比在3％以上。

作为实施例之一，所述含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘包括钢铁企业产生的含锌粉尘和/污泥。

作为实施例之一，碱金属卤化物挥发进入排气中，并随所述铅雨冷凝器的出口煤气一起进入除尘器，进入除尘灰后进行回收。

作为实施例之一，所述铅雨冷凝器的出口煤气作为燃料用于对所述还原室进行加热。

作为实施例之一，所述还原室内的还原温度控制在1050～1150℃范围内。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

由于采用的是间接加热式还原炉，粉尘在隔绝空气的情况下发生还原反应，因此还原室内气氛易于控制，保证还原室的排气中锌以锌蒸气的形式存在，而非以氧化锌的形式存在，则在后续的排气处理中可以通过铅雨冷凝器回收其中的锌蒸气并得到粗锌，实现了将锌与铁氧化物及碱金属卤化物分离开来的目的，避免了氧化锌与卤素、碱金属等一起冷凝进入二次粉尘中，因此，本申请提供的处理方法可以适用于各种碱金属卤化物含量范围的粉尘的处理，适用范围较广，可显著增大含锌粉尘的处理量。而且，省去了粉尘原料的预处理步骤及后续的湿法提锌步骤，有效地降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1，本发明实施例提供一种含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，包括：

将还原剂与含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘一并投入至还原室内，采用间接加热的方式对该还原室进行加热，使含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘在隔绝空气的条件下发生还原反应；

所述还原室的排气进入铅雨冷凝器6中，回收粗锌。

可以理解地，上述还原室外有燃烧室对其提供热量以加热该还原室，保证还原反应所需温度，燃烧室与还原室即构成间接加热式还原炉5；可采用申请人提交的申请号为CN201510550196.6及申请号为CN201710552715.1等专利中涉及的直接还原炉5，具体结构此处不作赘述。

由于采用的是间接加热式还原炉5，粉尘在隔绝空气的情况下发生还原反应，因此还原室内气氛易于控制，保证还原室的排气中锌以锌蒸气的形式存在，而非以氧化锌的形式存在，则在后续的排气处理中可以通过铅雨冷凝器6回收其中的锌蒸气并得到粗锌，实现了将锌与铁氧化物及碱金属卤化物分离开来的目的，避免了氧化锌与卤素、碱金属等一起冷凝进入二次粉尘中，因此，本申请提供的处理方法可以适用于各种碱金属卤化物含量范围的粉尘的处理，适用范围较广，可显著增大含锌粉尘的处理量。而且，省去了粉尘原料的预处理步骤及后续的湿法提锌步骤，有效地降低生产成本。

可以理解地，本实施例同样适用于含铅/含铅锌及碱金属卤化物的粉尘的处理。

在上述的还原室内气氛的控制中，优选为控制还原室的排气中CO/CO₂>1，保证排气中气氛的还原性，从而保证排气中锌以锌蒸气的方式存在。而这种还原室气氛的控制可以通过原料中碳、氧元素含量的限定来实现，如控制加入的碳质还原剂粉料的量等。

进一步优选地，对于上述还原剂采用碳质还原剂粉料的方式，可以将该还原剂与待处理粉尘混合后投入至所述还原室内。而其中的待处理粉尘可以先制粒/造团后再与还原剂粉料混合。或者，将上述还原剂粉料与待处理粉尘混合成型后投入至所述还原室内，成型设备3可以为压球机、圆盘造球机等成型工艺，具体此处不一一详述，成型原料优选为经烘干装置4烘干处理后再投入至还原炉5内。

在另外的实施例中，上述还原剂采用气体还原剂，进一步优选为采用含CO的煤气，如对于钢铁企业产生的含锌粉尘的处理，可就近采用净化的转炉煤气/高炉煤气等。采用气体还原剂更易于控制还原室排气气氛，保证还原室排气中锌以锌蒸气形式存在。

进一步优化上述处理方法，控制所述还原室的排气高温进入铅雨冷凝器6，优选为控制还原室排气进入铅雨冷凝器6时的温度不低于900℃，避免锌蒸气提前冷凝而附着在排气管道等设备内。

进一步地，通过燃烧室的供热，将还原室内的还原温度控制在1050～1150℃范围内，一方面保证还原反应的稳定有效进行，同时，粉尘中的锌全部以锌蒸气的形式蒸发，以及使粉尘中的碱金属卤化物挥发进入还原室排气中，可以避免锌蒸气二次氧化；另一方面，可获得较高的排气温度，利于锌蒸气的冷凝操作。

进一步优化上述处理方法，上述铅雨冷凝器6用于冷凝回收还原室排气中的锌蒸气及铅蒸气。该铅雨冷凝器6包括：

铅池及位于铅池上部的扬铅转子，用于快速冷却含锌和/或含铅蒸气的还原室排气，铅池温度保持在500～600℃范围内，还原室排气进入铅雨冷凝器6内，被由扬铅转子扬起的铅雨冷却，还原室排气中的锌蒸气受冷进入铅池内；

铅锌分离池，其利用铅在不同温度下温度下锌的饱和度不同，而使铅锌分离，得到粗锌；该铅锌分离池的工作温度优选为控制在400～500℃，以保证铅锌分离；

可以理解地，该铅锌分离池与上述铅池连通，具体地，二者通过溢流槽和回铅槽连通，其中，溢流槽分别连接于二者上部，用于将铅池内的铅锌混合液导入至铅锌分离池内，回铅槽一端连接于铅锌分离池下部或底部，另一端连接于铅池上部或下部，用于将铅锌分离池内的铅导回至铅池内。另外，可以理解地，该铅雨冷凝器6还具有煤气出口并连接有煤气出口管7，用于排出煤气。

进一步优选地，所述铅雨冷凝器6的出口煤气作为燃料用于对所述还原室进行加热，也即通入上述燃烧室进行燃烧，可降低能耗；而且，该出口煤气温度较高，具有较好的燃烧效果。该出口煤气可经除尘器除尘处理后再通入上述燃烧室，保证燃烧效果。

进一步优选地，碱金属及其卤化物挥发进入排气中，因不与铅、锌互溶，可随所述铅雨冷凝器6的出口煤气一起进入除尘器，在除尘器中冷凝，并进入除尘灰中而得以回收。

上述除尘器可以是重力除尘器、布袋除尘器等常规的除尘设备，或者为上述除尘设备的组合等，具体应用此处不作详述。

进一步优化上述处理方法，基于前述的处理流程，一般而言，本实施例对于原料中锌、铅、碱金属卤化物及铁氧化物的含量可以不作限定；而作为优选实施方式，可限定待处理粉尘中氧化锌的质量占比≥0.1％，进一步优选为在3％以上；铁氧化物的质量占比不低于30％，进一步优选为在40％以上；碱金属卤化物的质量占比≥0.1％。另外，本实施例提供的处理方法主要应用于钢铁企业含锌粉尘和/或污泥的处理，即上述待处理粉尘包括钢铁企业产生的含锌粉尘和/污泥。

以下例举几个具体实施例进一步对上述处理方法进行说明：

具体实施例1

如图1，含氧化铁和氧化锌原料及碳质材料进入原料仓1，然后经混匀装置2混匀，压制成型并烘干，利用间接加热式还原炉5，将还原温度设定为1100℃，处理5-6小时，还原炉5排出含有锌蒸汽的煤气，煤气温度1000℃，煤气成分为CO体积比57％，CO₂体积比30％，进入铅雨冷凝器6，被由扬铅转子扬起的500-600℃的铅雨冷却，煤气中的锌受冷进入铅池，在铅锌分离池分离得粗锌，冷却后煤气约500℃排出。

具体实施例2

含氧化铁和氧化锌原料及碳质材料进入原料仓1，然后经混匀装置2混匀，圆盘造球并烘干，利用间接加热式还原炉5，将还原温度设定为1050℃，处理6-7小时，还原炉5排出含有锌蒸汽的煤气，煤气温度1020℃，煤气成分为CO体积比45％，CO₂体积比35％，进入铅雨冷凝器6，被由扬铅转子扬起的500-600℃的铅雨冷却，煤气中的锌受冷进入铅池，在铅锌分离池分离得粗锌，冷却后煤气约500℃排出。

具体实施例3

含氧化铁和氧化锌原料及碳质材料进入原料仓1，然后经混匀装置2混匀，圆盘造球并烘干，利用间接加热式还原炉5，将还原温度设定为1150℃，处理4-5小时，还原炉5排出含有锌蒸汽的煤气，煤气温度1050℃，煤气成分为CO体积比40％，CO₂体积比40％，进入铅雨冷凝器6，被由扬铅转子扬起的500-600℃的铅雨冷却，煤气中的锌受冷进入铅池，在铅锌分离池分离得粗锌，冷却后煤气约500℃排出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，其特征在于，包括：

将碳质还原剂粉料与含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘混合后一并直接投入至还原室内，

或者，将含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘制粒或造团后，与碳质还原剂粉料混合后一并直接投入至还原室内，

或者，将含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘直接投入至还原室内或将含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘制粒或造团后直接投入至还原室内，向所述还原室内通入气体还原剂；

在还原室外设有燃烧室，燃烧室内产生的热量以间接加热的方式对该还原室进行加热，使含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘在隔绝空气的条件下发生还原反应；

所述还原室的排气进入铅雨冷凝器中，回收粗锌；该铅雨冷凝器包括：

铅池及位于铅池上部的扬铅转子，用于快速冷却含锌和/或含铅蒸气的还原室排气，铅池温度保持在500~600℃范围内，还原室排气进入铅雨冷凝器内，被由扬铅转子扬起的铅雨冷却，还原室排气中的锌蒸气受冷进入铅池内；

铅锌分离池，其利用铅在不同温度下锌的饱和度不同，而使铅锌分离，得到粗锌；该铅锌分离池的工作温度控制在400~500℃，以保证铅锌分离；

所述铅锌分离池与所述铅池通过溢流槽和回铅槽连通，其中，溢流槽分别连接于二者上部，用于将铅池内的铅锌混合液导入至铅锌分离池内；回铅槽一端连接于铅锌分离池下部或底部，另一端连接于铅池上部或下部，用于将铅锌分离池内的铅导回至铅池内。

2.如权利要求1所述的含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，其特征在于：控制所述还原室的排气中CO/CO₂>1。

3.如权利要求1所述的含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，其特征在于：所述还原室的排气进入所述铅雨冷凝器时的温度不低于900℃。

4.如权利要求1所述的含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，其特征在于：所述含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘中，铁氧化物的质量占比不低于30%，氧化锌的质量占比在3%以上。

5.如权利要求1或4所述的含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，其特征在于：所述含有铁氧化物、锌及碱金属卤化物的粉尘包括钢铁企业产生的含锌粉尘和/或污泥。

6.如权利要求1所述的含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，其特征在于：碱金属卤化物挥发进入排气中，并随所述铅雨冷凝器的出口煤气一起进入除尘器，进入除尘灰后进行回收。

7.如权利要求1所述的含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，其特征在于：所述铅雨冷凝器的出口煤气作为燃料用于对所述还原室进行加热。

8.如权利要求1所述的含锌及碱金属卤化物粉尘的处理方法，其特征在于：所述还原室内的还原温度控制在1050~1150℃范围内。

Images