CN110396601B - 一种收集冶金灰中锌粉的方法 - Google Patents

一种收集冶金灰中锌粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种收集冶金灰中锌粉的方法，包括步骤：S1.打开氮气罐从沸腾炉底部鼓吹氮气，然后向预热好的沸腾炉中加入冶金灰，使冶金灰中的氧化锌发生氧化还原反应得到锌蒸气；S2.将得到的锌蒸气通过旋风分离器进入冷凝器中，冷凝得到锌粉及冷凝废气；S3.冷凝得到的锌粉进入收粉器中，冷凝废气通过抽风机加速抽出，通过导气管从沸腾炉底部通入，循环使用。整个收集系统采用循环式锌粉收集系统，气体挥发物通过旋风分离器进入两级串联冷凝器冷凝，冷凝废气通过抽风机抽出并进入沸腾炉循环使用，当达到一定压力值时，冷凝废气排入废气收集罐，既可节约成本，又能减少废气对大气环境的污染。

Description

一种收集冶金灰中锌粉的方法
技术领域
本发明涉及冶金固废物回收利用技术领域，尤其涉及一种收集冶金灰中锌粉的方法。
背景技术
高炉炼铁过程中，铁矿中所含有的杂质，如铅、锌等被还原，并在高温下形成蒸汽，与矿石、焦炭、熔剂等的微细粉尘一起随高炉煤气被带出炉外，被炉外除尘器捕获，通过干式除尘得到的干式细粒粉尘即为冶金灰，其主要由铁、碳以及Si、Al、Ca、Mg的氧化物组成，并含有低沸点的Pb、Zn氧化物与碱金属氧化物。近年来，我国钢铁产量巨大，每生产1吨钢便会产生10～15kg左右的冶金灰，而根据高炉原料成分的不同，冶金灰中锌的含量为0.5～10％，如果不实施综合回收利用，不但造成环境的污染，同时也是资源的浪费。
目前，回收冶金灰中金属锌的方法主要通过火法富集或湿法浸取收集，火法富集是利用金属锌沸点(907℃)低、易挥发的特性，在高温还原气氛下，氧化锌被还原成锌蒸气挥发出去，在烟道中被二次氧化后以氧化锌形式富集于收集器中，火法处理冶金灰的锌回收率高达85％以上，但设备投资大，能耗高；湿法浸取是利用氧化锌能溶于酸、碱的特性，采用酸、碱溶液为浸出液，从粉尘中回收氧化锌，浸取剂消耗高，浸渣易造成二次污染，对设备腐蚀严重，因此处理含锌粉尘工艺以火法富集为主。
然而，由于锌蒸气在挥发冷凝过程中极易被氧化，因此目前火法富集收集到的锌大多以氧化锌形式存在，直接冷凝收集锌粉较困难，相关方法研究尚少。因此，急需提供一种冶金灰中锌粉的提取和收集方法，提高再生锌资源的开发和利用，避免二次能源的浪费，降低原料成本。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种收集冶金灰中锌粉的方法，采用循环式锌粉收集系统，在沸腾炉加热还原反应前，对锌粉收集系统进行抽真空除氧，并通入氮气，产生的锌蒸气通过旋风分离器进入两级串联冷凝器冷凝收集锌粉，产生的冷凝废气通过抽风机抽出并再次进入沸腾炉循环使用，当达到一定压力值时，冷凝废气排入废气收集罐，既可节约成本，又能减少废气对大气环境的污染。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种收集冶金灰中锌粉的方法，其特征在于，采用一种循环式锌粉收集系统，包括沸腾炉、旋风分离器、冷凝器、收粉器、氮气罐和抽风机，锌粉收集方法包括以下步骤：
S1.打开氮气罐从沸腾炉底部鼓吹氮气，然后预热好的沸腾炉中加入冶金灰，使冶金灰中的氧化锌发生氧化还原反应得到锌蒸气；
S2.步骤S1得到的锌蒸气通过旋风分离器进入冷凝器中，冷凝得到锌粉及冷凝废气；
S3.冷凝得到的锌粉进入收粉器中，冷凝废气通过抽风机加速抽出，通过导气管从沸腾炉底部通入，循环使用。
进一步的，所述锌粉收集系统还包括真空泵，在步骤S1向沸腾炉中加入冶金灰后，对锌粉收集系统进行抽真空除氧。
进一步的，所述锌粉收集系统还包括氮气加热装置，氮气罐中的氮气经过氮气加热装置加热至800-850℃后再从沸腾炉底部鼓吹，高温氮气有助于锌蒸气的快速脱除。
进一步的，在步骤S1中，所述沸腾炉预热温度为520-580℃。
进一步的，所述锌粉收集系统还包括压力表，实时监测锌粉收集系统压强，并设定压强上限值，当压强达到上限值时，进行一次排气和重新收集。
进一步的，所述锌粉收集系统中的抽风机还包括一个通向废气收集罐的导气管，当压强达到上限值时，将冷凝废气排入废气收集罐。
进一步的，所述冷凝废气包括氮气、一氧化碳、二氧化碳。
进一步的，所述锌粉收集系统还包括电磁调速密封螺旋给料机，在步骤S1中，将冶金灰通过电磁调速密封螺旋给料机按设定值，定时定量的间歇向沸腾炉中加料。
进一步的，步骤S1中，所述沸腾炉对冶金灰的升温速率为10-30℃/min，加热温度为980-1150℃。
进一步的，所述冷凝器包括两个串联冷凝器，分别为一级冷凝器和二级冷凝器，一级冷凝器冷凝温度为350-420℃，二级冷凝器冷凝温度230-270℃。
进一步的，在步骤S1中，利用冶金灰中本身含有的固定炭，在高温下还原氧化锌，还原反应分式如下：
CO2+C＝2CO
ZnO+CO＝Zn+CO2
反应总式为：ZnO+C＝Zn+CO
即冶金灰中的固定炭先在高温下发生气化反应生成CO，ZnO被CO还原为锌单质，为了整个反应的顺利快速进行，沸腾炉中的CO2和CO量需要保持平衡，因此，通过计算最佳平衡值后，通过压力值间接反应系统中气体含量，从而定时定量排出冷凝废气，保证还原反应的顺利进行。
进一步的，步骤S2中，旋风分离器的作用是将高温蒸发的气体及携带的粉尘分离开，提高收集的锌粉纯度，分离出的粉尘从旋风分离器底部排出。
本发明提供的一种收集冶金灰中锌粉的方法，其工作原理为：利用冶金灰中本来含有的固定炭作为还原剂，利用锌的沸点相对较低的特点，采用高温还原反应，将氧化锌还原得到锌蒸气，达到提取和收集锌粉的目的，并通过严格控制加热温度，防止其他相近沸点物质挥发，提高收集锌粉的纯度；通过旋风分离器将气体挥发物及携带的粉尘分离，进一步提高锌粉纯度；锌蒸气通过两级串联式冷凝器冷凝得到锌粉，提高冷凝效率和提取率，并可收集得到不同细度的锌粉，防止未来得及冷凝的锌蒸气损失；考虑到锌蒸气极易被氧化，通过抽真空除氧脱出系统及冶金灰中含有的氧气，并通入高温氮气；通过抽风机将冷凝废气抽至沸腾炉，并定时排出，达到循环利用的目的。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明利用冶金灰中本来含有的固定炭作为还原剂，提高原料利用率，并减少焦炭的浪费；
(2)本发明采用循环式锌粉收集系统，在加热还原反应前，通过对锌粉收集系统抽真空除氧，使得收集系统氧含量极低，可有效防止锌蒸气被氧化；抽真空后通入高温氮气，可防止锌粉收集系统压力过低，导致其他与锌沸点接近的物质挥发，引入杂质，从而降低锌粉纯度；
(3)本发明采用旋风分离器将气体挥发物和携带的粉尘分离，既可提高收集的锌粉纯度，又可加速挥发物的排出，提高收集效率；
(4)采用两级串联式冷凝器冷凝得到锌粉，提高冷凝效率和提取率，并可收集得到不同细度的锌粉，防止未来得及冷凝的锌蒸气损失；
(5)本发明通过抽风机将冷凝废气抽至沸腾炉，达到循环利用的目的，减少冷凝废气对环境的污染；通过计算最佳平衡值后，通过压力值间接反应系统中气体含量，从而定时定量排出冷凝废气，保证还原反应的顺利进行。
附图说明
图1为本发明锌粉收集系统工艺流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
图1为本发明锌粉收集系统工艺流程图，整个系统为循环式收集系统，包括沸腾炉、旋风分离器、一级冷凝器、二级冷凝器收粉器、氮气罐和抽风机。所述旋风分离器与沸腾炉和一级冷凝器相连，所述氮气罐的氮气从沸腾炉底部鼓吹，所述抽风机包括两个导气管，一个与沸腾炉底部相接，一个与废气收集罐相连。在实际生产过程中，将称量好的冶金灰从沸腾炉两侧加入，对沸腾炉加热，在高温下，冶金灰中的固定炭将氧化锌还原为锌蒸气，锌蒸气通过旋风分离器依次进入一级冷凝器和二级冷凝器，冷凝得到不同细度的锌粉，冷凝废气通过抽风机进入沸腾炉底部循环利用，当冷凝废气达到一定压力值时，通过导气管及时将冷凝废气排入废气收集罐。
进一步，为了提高锌蒸气挥发速率，采用氮气加热器对通入的氮气进行加热，通入高温氮气，将锌蒸气鼓吹至沸腾炉顶部，通过旋风分离器进入冷凝器。
进一步，为了减少收集系统中的氧气含量，采用真空泵对系统进行抽真空除氧，防止锌蒸气被氧化，降低锌粉纯度，同时还可能降低收集速率。
进一步，通过压力表实时监控体系内压力值，并设定压力值上限，当达到上限值时，通过抽风机将冷凝废气抽出至废气收集罐排出，并再次重复收集。
实施例1
本实施例采用一种循环式锌粉收集系统提取和收集冶金灰中的锌粉，包括沸腾炉、旋风分离器、一级冷凝器、二级冷凝器收粉器、氮气罐和抽风机。所述旋风分离器与沸腾炉和一级冷凝器相连，所述氮气罐的氮气从沸腾炉底部鼓吹，所述抽风机包括两个导气管，一个与沸腾炉底部相接，一个与废气收集罐相连，所述氮气罐还包括氮气加热装置。
本实施例所用原料为某钢厂排放的冶金灰，试样的主要化学成分含量如表1所示。
表1某钢厂冶金灰主要化学成分质量含量
Figure GDA0002195295990000061
Figure GDA0002195295990000071
S1.称量上述冶金灰，通过电磁调速密封螺旋给料机投入锌粉收集系统的沸腾炉(预热温度为550℃)中，将氮气罐中的氮气经过氮气加热装置加热至850℃，然后从沸腾炉底部喷吹，以20℃/min的升温速率使沸腾炉温度升至1000℃，对冶金灰进行加热，冶金灰中的氧化锌高温下被固定炭还原为锌蒸气，还原反应式如下：
CO2+C＝2CO
ZnO+CO＝Zn+CO2
S2.锌蒸气通过旋风分离器依次进入一级冷凝器和二级冷凝器中，冷凝得到锌粉及冷凝废气，锌粉进入锌粉收集器，其中一级冷凝器温度设为400℃，二级冷凝器温度设为250℃；
S3.冷凝废气通过抽风机从沸腾炉底部进入，达到循环利用的目的，并定时将冷凝废气从导气管排入废气收集罐，进行再次收集。
将还原后的冶金灰经过化学分析的方法测定其成分含量，再折算出其脱锌率，计算得脱锌率为97.6％，收集到的锌粉纯度为98.6％。
本实施例的有益效果为：(1)通过旋风分离器除去气体挥发物中携带的粉尘，提高收集的锌粉纯度；(2)通过两级串联式冷凝器可收集得到不同细度的锌粉，并提高锌粉收集效率及提取率，减少锌粉的浪费；(3)采用抽风机加速冷凝废气的抽出，通过两个导气管，既实现冷凝废气的循环利用，又可定时将冷凝废气排入废气收集罐。
实施例2
本实施例采用一种循环式锌粉收集系统提取和收集冶金灰中的锌粉，包括沸腾炉、旋风分离器、一级冷凝器、二级冷凝器收粉器、氮气罐、真空泵、压力表和抽风机。所述旋风分离器与沸腾炉和一级冷凝器相连，所述氮气罐的氮气从沸腾炉底部鼓吹，所述抽风机包括两个导气管，一个与沸腾炉底部相接，一个与废气收集罐相连，所述氮气罐还包括氮气加热装置。
本实施例所用原料为某钢厂排放的冶金灰，试样的主要化学成分含量如表2所示。
表2某钢厂冶金灰主要化学成分质量含量
Figure GDA0002195295990000081
S1.称量上述冶金灰，通过电磁调速密封螺旋给料机将其投入锌粉收集系统中预热好的沸腾炉(预热温度为530℃)中，打开真空泵，对锌粉收集系统进行抽真空除氧，将氮气罐中的氮气经过氮气加热装置加热至850℃，然后从沸腾炉底部喷吹，以20℃/min的升温速率使沸腾炉温度升至1020℃，对冶金灰进行加热，冶金灰中的氧化锌高温下被固定炭还原为锌蒸气。
S2.锌蒸气通过旋风分离器依次进入一级冷凝器和二级冷凝器中，冷凝得到锌粉及冷凝废气，锌粉进入锌粉收集器，其中一级冷凝器温度设为380℃，二级冷凝器温度设为230℃；
S3.冷凝废气通过抽风机从沸腾炉底部进入，达到循环利用的目的，计算气体最佳平衡值后，通过压力表监测的压力值间接反应系统中气体含量，从而定时定量排出冷凝废气，保证还原反应的顺利进行，并进行再次收集。
将还原后的冶金灰经过化学分析的方法测定其成分含量，再折算出其脱锌率，计算得脱锌率为98.5％，收集到的锌粉纯度为99.5％。
在实施例1的基础上，本实施例新增的有益效果有：(1)在沸腾炉中加入冶金灰后，采用真空泵对体系进行抽真空除氧可以防止锌蒸气被还原(2)采用压力表实时监测锌粉收集系统压力值，并通过反应气体最佳平衡值这顶压力表上限值，当达到上限值时，将冷凝废气排入废气收集罐中，可实现废气排出的精确控制，提高收集效率。
实施例3-12
与实施例2相比，实施例3-12的不同之处在于步骤S1和S2的条件如表3，其余与实施例1均相同。
表3实施例3-12锌粉收集系统条件
Figure GDA0002195295990000091
实施例3-12的冶金灰脱锌率及收集的锌粉纯度如表4所示，可以看出，在本发明规定的条件范围内，脱锌率和锌粉纯度都较高。高温氮气温度对脱锌率有一定影响，对锌粉纯度影响不大，氮气温度降低时，脱锌率略有较低，这是因为锌蒸气在足够的蒸气压下比较容易挥发除去，氮气温度降低，会降低锌蒸气温度，降低挥发速率；沸腾炉升温速率对升高时，脱锌率略有降低，锌粉纯度变化不大；加热温度对脱心率和锌粉纯度影响略大，脱锌率随着加热温度升高而增大，但加热速率过大时，锌粉纯度降低，可能是其他相近沸点的物质蒸发出去导致；在本发明限定范围内，冷凝温度对脱锌率及收集的锌粉纯度影响不大。
表4实施例3-12的冶金灰脱锌率及收集的锌粉纯度
实施例 脱锌率(％) 锌粉纯度(％)
3 97.7 99.3
4 97.1 99.2
5 98.4 99.4
6 97.9 99.2
7 97.2 99.0
8 97.8 99.1
9 98.4 99.4
10 98.4 98.9
11 98.3 98.6
12 98.5 99.5
13 98.3 99.4
14 98.2 99.3
15 98.3 99.3
16 98.4 99.5
对比例1
对比例1与实施例2相比，所用锌粉收集系统及冶金灰相同，不同之处在于步骤S1中，沸腾炉加热温度为950℃，测得脱锌率为92.5％，收集到的锌粉纯度为99.0％。显然，脱锌率降低明显，这可能是因为温度较低时，锌蒸气难以挥发出去，脱锌率及脱锌效率都将降低。
对比例2
对比例2与实施例1相比，所用锌粉收集系统及冶金灰相同，不同之处在于步骤S1中，沸腾炉加热温度为1200℃，测得脱锌率为98.5％，收集到的锌粉纯度为98.1％。显然，锌粉纯度降低明显，这可能是因为温度较高时，其他相近沸点的挥发物共同挥发出去，在冷凝器冷凝，导致纯度降低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种收集冶金灰中锌粉的方法，其特征在于，采用一种循环式锌粉收集系统，包括沸腾炉、真空泵、压力表、旋风分离器、冷凝器、收粉器、氮气罐、氮气加热装置和抽风机，锌粉收集方法包括以下步骤：
S1.向预热好的沸腾炉中加入冶金灰，然后对锌粉收集系统进行抽真空除氧，接着将氮气罐中的氮气经过氮气加热装置加热至800-850℃后从沸腾炉底部鼓吹，使冶金灰中的氧化锌发生还原反应得到锌蒸气；
S2.步骤S1得到的锌蒸气通过旋风分离器进入冷凝器中，冷凝得到锌粉及冷凝废气；
S3.冷凝得到的锌粉进入收粉器中，冷凝废气通过抽风机加速抽出，通过导气管从沸腾炉底部通入，循环使用；计算气体压强最佳平衡值，据此设定压强上限值，当压强达到上限值时，进行一次排气和重新收集，以保证还原反应的顺利进行。
2.根据权利要求1所述的一种收集冶金灰中锌粉的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述沸腾炉预热温度为520-580℃。
3.根据权利要求1所述的一种收集冶金灰中锌粉的方法，其特征在于，所述锌粉收集系统中的抽风机还包括一个通向废气收集罐的导气管，当压强达到上限值时，将冷凝废气排入废气收集罐。
4.根据权利要求1所述的一种收集冶金灰中锌粉的方法，其特征在于，所述锌粉收集系统还包括电磁调速密封螺旋给料机，在步骤S1中，将冶金灰通过电磁调速密封螺旋给料机按设定值，定时定量的间歇向沸腾炉中加料。
5.根据权利要求1所述的一种收集冶金灰中锌粉的方法，其特征在于，步骤S1中，所述沸腾炉对冶金灰的升温速率为10-30℃/min，加热温度为980-1150℃。
6.根据权利要求1所述的一种收集冶金灰中锌粉的方法，其特征在于，所述冷凝器包括两个串联冷凝器，分别为一级冷凝器和二级冷凝器，一级冷凝器冷凝温度为350-420℃，二级冷凝器冷凝温度230-270℃。
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