CN110055403A - 一种电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法，所述方法为：将高炉瓦斯灰、电镀污泥与还原剂混合后进行造粒；将颗粒进行还原焙烧，得到熔融物和烟气；将烟气进行沉降，然后回收烟气中的氧化锌产品；将步骤熔融物进行冷淬，然后依次进行梯度破碎、分离以及磁选，得到铁精矿。本发明充分利用了电镀污泥和高炉瓦斯灰各自的特点，设计出塑形‑焙烧‑梯度破碎‑螺旋分选‑磁选的技术路线，利用火法熔炼技术将电镀污泥和高炉瓦斯灰联合进行处理，产生了协同回收的效果，最终实现了对电镀污泥和高炉瓦斯灰中有价元素的高效回收，同时降低了回收过程中的能耗，取得了良好的经济效益，应用前景广阔。

Description

一种电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物回收领域，具体涉及高炉瓦斯灰处理技术领域，尤其涉及一种电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法。
背景技术
高炉瓦斯灰是高炉炼铁过程中经干法除尘器收集的含锌粉尘，属于冶金固体废物。高炉瓦斯灰的主要成分是铁和碳元素，还含有部分有色金属如锌和钙，甚至是有毒重金属铅、镉和铟等。随着经济建设的推进，我国钢铁产量迅速崛起，而其次生污染物高炉瓦斯灰的产量也呈现出爆发式增长。据统计计算，2020年我国高炉瓦斯灰待处理量将达到5000万吨。高炉瓦斯灰粒度极细，只有25微米左右，常规的选矿方法难以有效富集回收其中的有价金属资源。所以，数十年来钢铁厂只能将其露天堆放或仓库存储。但这种简单粗犷的堆放可能会致使锌、铅和镉等重金属元素渗入土壤或地下水，威胁当地生态系统。因此，亟待开发经济可行的处理处置方法对高炉瓦斯灰进行资源化回收。
电镀污泥是处理电镀污水时产生的主要含有锌、铬和铜等重金属氢氧化物的次生污泥。由于电镀污泥具有COD含量高，重金属含量高，含水率高和热稳定性差等特点，已被国家危险废物名录收录，编号HW17。这意味着简单处理或不负责任的处置电镀污泥均将给环境带来不可逆的永久伤害，必须进行合理的无害化处置。
目前，现有技术中通常采用高温熔炼法或湿式浸出法对高炉瓦斯灰和电镀污泥等固体废弃物进行资源化处理。例如CN 106367603 A公开了一种利用亚氨基二乙酸-硫酸铵-氨水组成的浸出体系回收高炉瓦斯灰中金属锌的方法。该专利充选用弱酸弱碱实现锌和铁的选择性浸出，避免了设备的腐蚀损坏，且金属锌的回收率提高至65％以上。CN 108559852A公开了一种高温焙烧回收金属锌的方法，包括磁选富集-发电锅炉还原焙烧-布袋除尘器收集产品。该方法的基本原理为：低沸点的金属锌在还原焙烧过程中以气体单质挥发，然后与空气反应生产氧化锌。CN 108690913 A公开了一种电镀污泥中铜、镍、铬的回收方法，采用硫酸浸出、氨水沉淀、淬取分离和结晶提纯的方法，实现了对电镀污泥中铜、镍、铬的回收。其特点是：利用不同分离方法的配合实现铜、镍和各元素的选择性分离，回收率较高。CN108383343 A公开了一种电镀污泥的处理方法，采用紫外照射、脱水制饼、烘干焙烧的手段实现了对金属合金的回收。其特点是：利用紫外的杀菌消毒作用，使该工艺可以协同处置生物残渣，工艺适应性较广。CN105624411A公开了一种高炉瓦斯灰的浸出方法，采用微波焙烧预处理/超声波强化氨法高效浸出高炉瓦斯灰。该方法锌浸出率较高，最高能达到92％左右。CN106007423A公开了一种电镀污泥资源化利用的方法，包括：以湿法工艺分离出电镀污泥中的重金属元素，中和后得到二水硫酸钙为主要成分的电镀污泥废渣；将废渣与石灰石、钒土配料、粉磨制取生产硫铝酸钙或硫铁酸钙熟料用生料，焙烧后得到建筑材料。
由上可知，现有技术中一般对高炉瓦斯灰与电镀污泥分别单独进行处理，目前尚无将二者联合进行回收的装置和方法。由于湿法冶金需要针对不同元素采取针对性的提取方法，如果采用湿法冶金工艺处理高炉瓦斯灰与电镀污泥混合物，待提取金属元素过多，工艺会过于复杂，且各金属间的相互反应也必须予以考虑。而高炉瓦斯灰和电镀污泥均含金属锌，且都可以采用还原焙烧法将锌以烟气回收。因此，火法熔炼具有联合回收高炉瓦斯灰和电镀污泥的潜质。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法，充分利用电镀污泥和高炉瓦斯灰各自的特点，设计出塑形-焙烧-梯度破碎-螺旋分选-磁选的技术路线，利用火法熔炼技术将电镀污泥和高炉瓦斯灰联合进行处理，实现了对电镀污泥和高炉瓦斯灰中有价元素的联合资源化回收。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰、电镀污泥与还原剂混合后进行造粒；
(2)将步骤(1)所得颗粒进行还原焙烧，得到熔融物和烟气；
(3)将步骤(2)焙烧时产生的烟气进行沉降，然后回收烟气中的氧化锌产品；
(4)将步骤(2)得到的熔融物进行冷淬，然后依次进行梯度破碎、分离以及磁选，得到铁精矿。
高炉瓦斯灰的平均粒径仅为25微米，是一种极细极轻的特殊物料。当高炉瓦斯灰以粉状物料送入回转窑时，粉体极易被鼓风机吹走，该部分物料未经充分还原焙烧就吹入布袋收集器，不仅使得回转窑实际处理量降低，而且污染产品质量。另一方面，粉体入料时，超细粉体易浮于熔融金属表面，造成部分金属受热不均匀而发生结窑现象，破坏炉膛，损坏设备。
经过申请人研究发现，当高炉瓦斯灰添加土壤造粒作为入料时，使得回转窑内颗粒间隙增加，进而增加了炉膛内颗粒间的空气流通性，设备升温、保温、空气流速控制更加精准，燃煤消耗量降低，产品品质提高。此外，土壤的加入可以固化高炉瓦斯灰中的铁和碳颗粒，降低金属铁和非金属碳在还原焙烧过程中的蒸发作用，减少杂质金属蒸发气，进一步提高金属锌的回收品质。
本发明选择将高炉瓦斯灰和电镀污泥混合造粒，再进行后续焙烧分离和回收。充分利用了电镀污泥可以作为塑形载体(类土壤)的特性，同时电镀污泥又可以作为锌源，全面提高氧化锌的回收效果。相对的，高炉瓦斯灰混入电镀污泥，也可以有效吸收其多余水分，提高造粒和回收效果。因此，高炉瓦斯灰与电镀污泥和焦炭的混合造粒再进行后续回收取得了协同的效果，相较于单独或二者直接混合进行回收的方法，无论是回收效果还是产品品质，均取得了较大的进步。
进一步的，本发明对焙烧后得到的炉渣进行梯度破碎-分离-磁选的方式回收铁精矿。高炉瓦斯灰与电镀污泥和焦炭混合造粒焙烧后，得到的炉渣粒度从原来的25微米提高至6-8毫米。由于电镀污泥的预先塑形作用，高炉瓦斯灰中的铁渣粒度和硬度均不会过大。通过梯度破碎，可以实现金属铁、非金属碳和土质渣料的充分解离。借助铁和碳及土渣之间的密度差异，采用螺旋分选机可以初步分离出纯铁部分，再将螺旋分选机的尾料进行磁选，即可回收品位较差的铁粉，增加金属铁的回收率，提高经济效益。
本发明在将高炉瓦斯灰、电镀污泥与还原剂混合前，可以选择先对电镀污泥进行烘干，再将烘干后的电镀污泥和高炉瓦斯灰与还原剂混合进行制粒；也可以直接将三者混合造粒，本发明对此不做特殊限定，应根据实际情况进行选择。
根据本发明，步骤(1)所述高炉瓦斯灰、电镀污泥与还原剂的质量比为(2-6):(1-4):(1-3)，例如可是2:1:1、3:1:1、3:2:2、4:1:2、5:3:2、6:4:3或6:1:1等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，步骤(1)所述还原剂为碳质还原剂，凡是本领域常用的碳质还原剂均适用于本发明，例如可以是焦炭、煤或木碳等，但非仅限于此。
根据本发明，步骤(1)所述造粒后所得颗粒的粒径为0.5-2cm，例如可以是0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm、1.0cm、1.1cm、1.2cm、1.3cm、1.4cm或1.5-2.0cm之间颗粒粒径等，限于篇幅及出于简明的考虑，本申请不再穷尽列举。
根据本发明，步骤(1)所述造粒在圆盘造粒机中进行。
根据本发明，步骤(2)所述焙烧的温度为1000-1200℃，例如可以是1000℃、1030℃、1050℃、1080℃、1100℃、1130℃、1150℃、1180℃或1200℃等，限于篇幅及出于简明的考虑，本申请不再穷尽列举。
根据本发明，步骤(2)所述焙烧的时间为3-4h，例如可以是3h、3.3h、3..5h、3.8h或4h等，限于篇幅及出于简明的考虑，本申请不再穷尽列举。
根据本发明，步骤(2)所述焙烧在回转窑中进行。
根据本发明，步骤(3)中利用沉降装置对烟气进行沉降，沉降所得颗粒返回步骤(1)中进行混合制粒。
在上述操作中，所述沉降装置包括沉降室、表面冷却器以及设置在窑头和窑尾的旋风除尘器等，其中，旋风除尘器主要去除烟气中的大颗粒，沉降室及表面冷却器气主要起到降温除尘的作用；所述表面冷却器以及旋风除尘器的个数可根据实际情况进行具体选择，本发明对其不做特殊限定，只要能够实现将烟气中的大颗粒沉降的目的即可。
根据本发明，步骤(3)中利用布袋除尘器回收烟气中的氧化锌产品。
根据本发明，步骤(4)中利用水对熔融物进行冷淬。
根据本发明，步骤(4)所述梯度破碎依次在液压颚式破碎机和圆锥式破碎机中进行，金属铁、非金属碳和其他土质渣料充分解离后停止破碎。
根据本发明，步骤(4)所述分离在螺旋分选机中进行。
作为优选的技术方案，本发明所述电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法包括以下步骤：
(1)按照(2-6):(1-4):(1-3)的质量比将高炉瓦斯灰、电镀污泥与焦炭均匀混合，将所得混合物置于圆盘造粒机中造粒，得到粒径为0.5-2cm的颗粒；
(2)将步骤(1)所得颗粒置于回转窑中，在1000-1200℃还原焙烧3-4h，得到熔融物和烟气；
(3)利用沉降装置对步骤(2)中焙烧过程中产生的烟气进行沉降，沉降所得颗粒返回步骤(1)中进行混合制粒，然后利用布袋除尘器回收烟气中的氧化锌产品；
(4)将步骤(2)得到的熔融物用水进行冷淬，然后依次利用液压颚式破碎机和圆锥式破碎机进行梯度破碎，破碎完成后采用螺旋分选机进行分离，对分离后的物料进行磁选后得到铁精矿。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明选择将高炉瓦斯灰和电镀污泥混合造粒，焙烧分离和回收金属锌，再进行后续多梯度破碎-分离-磁选回收金属铁的工艺路线，实现了对电镀污泥与高炉瓦斯灰中有价锌、铁元素的高效回收。其中，锌元素的回收率＞90％，铁元素的回收率＞93％，所得氧化锌产品的品位＞33wt％，铁精矿的品位＞88wt％。
(2)本发明充分利用了电镀污泥类土壤的特性，将其作为塑形载体和高炉瓦斯灰混合造粒，提高了产品的回收率和品质，同时降低了能耗，增加了经济效益。而高炉瓦斯灰具有较好的吸水性，其和电镀污泥混合，能够有效吸收其多余水分，提高造粒和回收效果。
(3)本发明利用火法熔炼技术将电镀污泥和高炉瓦斯灰联合进行处理，同时结合二者各自的特点，设计出塑形-焙烧-梯度破碎-螺旋分选-磁选的技术路线，产生了协同回收的效果，最终实现了对电镀污泥和高炉瓦斯灰中有价元素的高效回收，同时降低了回收过程中的能耗，取得了良好的经济效益。
附图说明
图1是本发明一种具体实施方式提供的工艺流程图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明具体实施方式部分选用的高炉瓦斯灰的组分为：锌6.7wt％，铁36.5wt％，碳30.7wt％，水20.8wt％，其他元素5.3wt％；
电镀污泥的组分为：锌9.8wt％，铁18.4wt％，氯5.2wt％，水63.9wt％，其他元素2.7wt％。
本发明各个实施例中使用的沉降装置包括：1个沉降室，2组24个表面冷却器以及两个个旋风分离器，其中，旋风分离器分别布置在窑头和窑尾，沉降室和表面冷却器设置在烟气通道上。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供了一种电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰和电镀污泥与焦炭以3:1:1的比例混合、搅拌，使其分散均匀；
(2)将步骤(1)所得混合物料进入圆盘造粒机制成球状颗粒，粒度约为0.5-2cm；
(3)将步骤(2)所得颗粒送入回转窑中，在1150℃下还原焙烧3.5h，得到熔融物和烟气；
(4)将步骤(3)回转窑焙烧产生的烟气，随鼓吹热风及系统引风进入沉降装置，沉降拦截得到的粗颗粒粉末返回步骤(1)中进行混合制粒；
(5)将步骤(4)沉降后的烟气进入布袋除尘器，收集微细粒氧化锌产品；
(6)将步骤(3)回转窑底部产生的熔融物，靠自重流入清水池进行冷淬，防止单质铁氧化；
(7)将步骤(6)冷淬得到的金属渣依次进入液压颚式破碎机和圆锥式破碎机，进行基于剪切式破碎和冲击式粉碎的梯度破碎；
(8)将步骤(7)破碎后充分解离的物料先流入混料桶，充分搅拌后用渣浆泵打进入料桶，然后自流入8圈螺旋分选机，分选得到铁精矿产品和尾料；
(9)将螺旋分选机分离得到的尾料用磁滑轮进行磁选收集弱磁性物料，进一步回收得到铁精矿产品。
经过检测，本实施例中锌的回收率为90.7％，所得氧化锌产品的品位为38.22wt％，铁含量为3.20wt％；铁的回收率为94.7％，所得铁精矿产品的品位为88.34wt％，锌含量为0.87wt％。
实施例2
本实施例提供了一种电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)然后将高炉瓦斯灰和电镀污泥与焦炭以5:3:2的比例混合、搅拌，使其分散均匀；
(2)将步骤(1)所得混合物料进入圆盘造粒机制成球状颗粒，粒度约为0.5-2cm；
(3)将步骤(2)所得颗粒送入回转窑中，在1200℃下还原焙烧3h，得到熔融物和烟气；
(4)将步骤(3)回转窑焙烧产生的烟气，随鼓吹热风及系统引风进入沉降装置，沉降拦截得到的粗颗粒粉末返回步骤(1)中进行混合制粒；
(5)将步骤(4)沉降后的烟气进入布袋除尘器，收集微细粒氧化锌产品；
(6)将步骤(3)回转窑底部产生的熔融物，靠自重流入清水池进行冷淬，防止单质铁氧化；
(7)将步骤(6)冷淬得到的金属渣依次进入液压颚式破碎机和圆锥式破碎机，进行基于剪切式破碎和冲击式粉碎的梯度破碎；
(8)将步骤(7)破碎后充分解离的物料先流入混料桶，充分搅拌后用渣浆泵打进入料桶，然后自流入8圈螺旋分选机，分选得到铁精矿产品和尾料；
(9)将螺旋分选机分离得到的尾料用磁滑轮进行磁选收集弱磁性物料，进一步回收得到铁精矿产品。
经过检测，本实施例中锌的回收率为91.3％，所得氧化锌产品的品位为34.50wt％，铁含量为4.17wt％；铁的回收率为93.8％，所得铁精矿产品的品位为88.51wt％，锌含量为0.85wt％。
实施例3
本实施例提供了一种电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰和电镀污泥与木炭以2:1:2比例混合、搅拌，使其分散均匀；
(2)将步骤(1)所得混合物料进入圆盘造粒机制成球状颗粒，粒度约为0.5-2cm；
(3)将步骤(2)所得颗粒送入回转窑中，在1000℃下还原焙烧4h，得到熔融物和烟气；
(4)将步骤(3)回转窑焙烧产生的烟气，随鼓吹热风及系统引风进入沉降装置，沉降拦截得到的粗颗粒粉末返回步骤(1)中进行混合制粒；
(5)将步骤(4)沉降后的烟气进入布袋除尘器，收集微细粒氧化锌产品；
(6)将步骤(3)回转窑底部产生的熔融物，靠自重流入清水池进行冷淬，防止单质铁氧化；
(7)将步骤(6)冷淬得到的金属渣依次进入液压颚式破碎机和圆锥式破碎机，进行基于剪切式破碎和冲击式粉碎的梯度破碎；
(8)将步骤(7)破碎后充分解离的物料先流入混料桶，充分搅拌后用渣浆泵打进入料桶，然后自流入8圈螺旋分选机，分选得到铁精矿产品和尾料；
(9)将螺旋分选机分离得到的尾料用磁滑轮进行磁选收集弱磁性物料，进一步回收得到铁精矿产品。
经过检测，本实施例中锌的回收率为90.3％，所得氧化锌产品的品位为33.16wt％，铁含量为4.43wt％；铁的回收率为94.7％，所得铁精矿产品的品位为89.02wt％，锌含量为0.76wt％。
实施例4
本实施例提供了一种电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰和电镀污泥与无烟煤以6:4:2比例混合、搅拌，使其分散均匀；
(2)将步骤(1)所得混合物料进入圆盘造粒机制成球状颗粒，粒度约为0.5-2cm；
(3)将步骤(2)所得颗粒送入回转窑中，在1100℃下还原焙烧4h，得到熔融物和烟气；
(4)将步骤(3)回转窑焙烧产生的烟气，随鼓吹热风及系统引风进入沉降装置，沉降拦截得到的粗颗粒粉末返回步骤(1)中进行混合制粒；
(5)将步骤(4)沉降后的烟气进入布袋除尘器，收集微细粒氧化锌产品；
(6)将步骤(3)回转窑底部产生的熔融物，靠自重流入清水池进行冷淬，防止单质铁氧化；
(7)将步骤(6)冷淬得到的金属渣依次进入液压颚式破碎机和圆锥式破碎机，进行基于剪切式破碎和冲击式粉碎的梯度破碎；
(8)将步骤(7)破碎后充分解离的物料先流入混料桶，充分搅拌后用渣浆泵打进入料桶，然后自流入8圈螺旋分选机，分选得到铁精矿产品和尾料；
(9)将螺旋分选机分离得到的尾料用磁滑轮进行磁选收集弱磁性物料，进一步回收得到铁精矿产品。
经过检测，本实施例中锌的回收率为91.6％，所得氧化锌产品的品位为36.28wt％，铁含量为3.57wt％；铁的回收率为94.7％，所得铁精矿产品的品位为89.47wt％，锌含量为0.69wt％。
对比例1
与实施例1相比，本对比例去掉了将步骤(1)所得高炉瓦斯灰、电镀污泥与焦炭的混合物料制粒的步骤，即将三者的混合物料直接混合后送入回转窑中进行焙烧，除此之外，其他步骤和条件均与实施例1完全相同。
经过检测，本对比例中锌的回收率为82.5％，所得氧化锌产品的品位为27.16wt％，铁含量为7.2wt％；铁的回收率为86.3％，所得铁精矿产品的品位为82.10wt％，锌含量为3.59wt％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种电镀污泥与高炉瓦斯灰联合处置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰、电镀污泥与还原剂混合后进行造粒；
(2)将步骤(1)所得颗粒进行还原焙烧，得到熔融物和烟气；
(3)将步骤(2)焙烧时产生的烟气进行沉降，然后回收烟气中的氧化锌产品；
(4)将步骤(2)得到的熔融物进行冷淬，然后依次进行梯度破碎、分离以及磁选，得到铁精矿。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述高炉瓦斯灰、电镀污泥与还原剂的质量比为(2-6):(1-4):(1-3)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述还原剂为碳质还原剂。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述造粒后所得颗粒的粒径为0.5-2cm；
优选地，步骤(1)所述造粒在圆盘造粒机中进行。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述焙烧的温度为1000-1200℃；
优选地，步骤(2)所述焙烧的时间为3-4h。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述焙烧在回转窑中进行。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中利用沉降装置对烟气进行沉降，沉降所得颗粒返回步骤(1)中进行混合制粒。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中利用布袋除尘器回收烟气中的氧化锌产品。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)中利用水对熔融物进行冷淬；
优选地，步骤(4)所述梯度破碎依次在液压颚式破碎机和圆锥式破碎机中进行；
优选地，步骤(4)所述分离在螺旋分选机中进行。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按照(2-6):(1-4):(1-3)的质量比将高炉瓦斯灰、电镀污泥与焦炭均匀混合，将所得混合物置于圆盘造粒机中造粒，得到粒径为0.5-2cm的颗粒；
(2)将步骤(1)所得颗粒置于回转窑中，在1000-1200℃还原焙烧3-4h，得到熔融物和烟气；
(3)利用沉降装置对步骤(2)中焙烧过程中产生的烟气进行沉降，沉降所得颗粒返回步骤(1)中进行混合制粒，然后利用布袋除尘器回收烟气中的氧化锌产品；
(4)将步骤(2)得到的熔融物用水进行冷淬，然后依次利用液压颚式破碎机和圆锥式破碎机进行梯度破碎，破碎完成后采用螺旋分选机进行分离，对分离后的物料进行磁选后得到铁精矿。
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