CN111206158A - 一种高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，包括加热还原挥发粗锌工艺和湿法回收锌工艺，通过加热还原使锌挥发出来，收集挥发的烟尘即为粗锌产品，采用湿法回收对粗锌产品中的锌、铅进行回收，最终使得锌的回收率达到99.7％，铅的回收率达到99.2％。将锌挥发后剩余的熔融渣水的上层炉渣分离，加入石膏粉和陶瓷纤维制备硅酸钙板；熔融渣水的下层为铁水，铁水经提纯，得到铁制品，铁的回收率达到99.5％。本发明提供的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，能够将高炉布袋除尘灰再利用最大化，实现高炉布袋除尘灰资源的全部利用，减少重金属的对环境造成的污染，整个过程不产生二次固废排放。

Description

一种高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法
技术领域
本发明涉及废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及一种高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法。
背景技术
高炉布袋除尘灰是高炉煤气干式布袋处理收集的除尘灰，是铁矿粉、焦炭、石灰等炼铁炉料的高温混合物。高炉布袋除尘灰中含有大量的TFe成分，约占40-60％，且含有丰富的Zn元素，是一种含有多种金属的重要的二次资源。为有效利用其有价元素，目前通常做法是将高炉布袋除尘灰直接作为烧结球团的原料，通过简单造球，直接进入高炉炼铁的工艺方法，不经过处理直接进入高炉冶炼进行二次循环利用，这些元素特别是锌、铅元素，会干扰高炉的冶炼过程，造成高炉结瘤，影响高炉稳定运行，减少高炉寿命。另一方面，这些元素本身大都属于重金属产物，如果直接堆放储存，不加以处理或者利用的话，会对环境造成二次污染问题，而且会渗入地下污染地下水，影响居民身体健康。
近年来，我国每年钢铁企业产生的布袋除尘灰可达80-160万吨，布袋除尘灰资源的二次利用显得尤为重要。高炉除尘灰的利用难点主要在于锌元素的提取和提纯。针对高炉布袋除尘灰的再利用，国内外已经展开了很多综合处理高炉布袋除尘灰的研究，如将除尘灰用于转底炉还原铁，高炉直接提取氧化锌等。但是，这些工艺都不适合我国钢铁厂高炉布袋除尘灰的处理现状。因此，研制一种新的高炉布袋除尘灰的资源化再利用技术显得尤为重要，不仅可以提高资源的利用价值，更符合我国环保型企业发展方向。
发明内容
针对上述现有高炉布袋除尘灰再利用方法存在的不足，本发明提供高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，包括以下步骤：
步骤a、将收集的高炉布袋除尘灰和还原剂混合均匀，研磨，得混合粉；
步骤b、将所述混合粉、还原剂和聚乙烯粉混合均匀，加入矿热炉中进行加热还原，收集挥发出来的烟尘和熔融渣水，收集得到的烟尘作为粗锌产品；其中，所述矿热炉中通入煤气作为还原气氛；
步骤c，将所述粗锌产品研磨，加入硫酸锌溶液中，混合均匀，加热至50-80℃，调节pH至1.5-2，搅拌溶解，过滤，调节pH至5-5.5，搅拌溶解，过滤，向滤液中加入二氧化锰和硫酸亚铁，混合均匀，加入锌粉，得硫酸锌混合液；
步骤d，向所述硫酸锌混合液中加入锌粉、二氧化锰和硫酸亚铁，混合均匀，过滤，调节pH至1.5-2，过滤，得硫酸锌纯溶液。
相对于现有技术，本发明提供的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，包括加热还原挥发粗锌工艺和湿法回收锌工艺，其中，加热还原挥发粗锌工艺中加入聚乙烯粉，其燃烧产生大量CO，可促进布袋除尘灰中铁氧化物、ZnO和ZnFe2O4及其他氧化物的还原，并且聚乙烯具有低温气化的优点，其低温气化的气体和已经燃烧产生的气态物质能冲散布袋除尘灰，加大了布袋除尘灰与还原剂的接触面积，促进还原反应的充分进行，同时，在矿热炉中通入煤气增强炉内的还原气氛，进一步提高锌的还原率，锌的还原率可达到99％以上，Zn挥发进入废气中，并在烟气冷却布袋除尘装置中进行回收，从而为提高锌的回收率创造了良好的条件；湿法回收锌工艺中采用二氧化锰、硫酸亚铁和锌粉分两次对硫酸锌溶液进行纯化，最终使得硫酸锌溶液中ZnSO4的纯度达到99.3％及以上，锌的回收率达到99.7％及以上。
本发明提供的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，工艺简单，生产成本低，可实现回收高炉除尘灰的资源化再利用，且不产生二次污染，废渣实现零排放，具有较高的经济价值和环保效益。
可选的，本发明步骤d中得到的硫酸锌纯溶液可作为步骤a中的硫酸锌溶液进行重复利用，也可以进行电解得到锌锭。
优选的，步骤a中，所述高炉布袋除尘和还原剂的质量比为14-16:1。
优选的，步骤a中，研磨至细度为180-220μm。
优选的研磨细度和还原剂的加入量，有利于布袋除尘灰中的铁氧化物、ZnO和ZnFe2O4及其他氧化物的被充分还原。
优选的，步骤b中，煤气的流量为30-50m3/h。
优选的煤气流量可在煤气用量最低的前提下，提高布袋除尘灰中多种氧化物的还原效率。
优选的，步骤b中，所述混合粉、还原剂和聚乙烯粉的质量比为14-16:1:0.2-0.5。
优选的聚乙烯粉的加入量，可保证其低温气化的气体和已经燃烧产生的气态物质能充分冲散布袋除尘灰，加大了布袋除尘灰与还原剂的接触面积，促进还原反应的充分进行，同时，还能产生大量的CO，促进还原反应的充分进行。
优选的，步骤a和步骤b中，所述还原剂为粒度≤200目，含碳量≥80％，挥发分≤20％的洁净型煤或焦炭粉中的一种或者两种。
优选的，步骤b中，加热还原的温度为1150-1200℃。
优选的还原剂和加热还原的温度，可促进布袋除尘灰中多种氧化物被充分还原，提高还原率，并使还原后的含锌蒸汽充分挥发，进入废气中进行回收。
优选的，步骤c中，研磨至细度为90-110μm。
优选的，所述硫酸锌溶液的浓度为300-330g/L。
优选的，步骤c中，所述二氧化锰与所述滤液的质量体积比为10-20:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米。
优选的，步骤c中，所述硫酸亚铁与所述滤液的质量体积比为10-20:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米。
优选的，步骤c中，所述锌粉与所述滤液的质量体积比为2.5-3:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米。
优选的，步骤d中，所述二氧化锰与所述滤液的质量体积比为10-20:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米。
优选的，步骤d中，所述硫酸亚铁与所述滤液的质量体积比为10-20:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米。
优选的，步骤d中，所述锌粉与所述滤液的质量体积比为2.5-3:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米。
优选的湿法回收锌的工艺条件，可充分回收其中的铅和锌，使铅的回收率达到99.2％及以上，锌的回收率达到99.7％及以上。
优选的，还包括步骤e：将所述熔融渣水上层的炉渣分离，降温，研磨至20-100μm，加入石膏粉和陶瓷纤维混合均匀，得混合料，向所述混合料中加入水，混合均匀，得料浆，将所述料浆灌注至模具，于55-65℃保温1.5-2.5h，脱模进行蒸压处理，微波烘干，模压，得硅酸钙板；熔融渣水下层为铁水，铁水经提纯，得到铁制品。
优选的，所述石膏粉的粒度为20-100μm，所述陶瓷纤维的长径比为1000-2000。
优选的，所述炉渣、石膏粉和陶瓷纤维的质量比为30-35:35-45:25-30。
优选的，所述混合料与水的质量比为3-5:1。
优选的，所述蒸压处理的压力为0.8-0.9MPa，温度为190-200℃，蒸压保温时间为9.5-10.5h。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法：
步骤一、将收集的高炉布袋除尘灰和还原剂按照质量比为14:1混合，加入球磨机中研磨至细度为180-220μm，得混合粉；
步骤二、将所述混合粉、还原剂和聚乙烯粉按照质量比为14:1:0.3混合，于80r/min条件下搅拌时间30min，加入矿热炉中，于1150℃进行加热还原，收集挥发出来的烟尘和炉渣，收集得到的烟尘作为粗锌产品；其中，所述矿热炉中通入煤气作为还原气氛，煤气的流量控制为30m3/h；
步骤三、将所述粗锌产品研磨至细度为90-110μm，将其加入浓度为300g/L的硫酸锌溶液中，混合均匀，加热至80℃，加入稀硫酸调节pH至1.8，于80r/min的条件下搅拌50min，过滤除去不溶物，然后加入氨水调节pH至5.5，搅拌溶解，过滤，向滤液中加入二氧化锰和硫酸亚铁，混合均匀，加入锌粉，得硫酸锌混合液；二氧化锰的加入量为10kg/m3滤液，硫酸亚铁的加入量为15kg/m3滤液，锌粉的加入量为2.5kg/m3滤液；
步骤四、向所述硫酸锌混合液中加入锌粉、二氧化锰和硫酸亚铁，混合均匀，过滤进一步除去杂质，加入pH为1-2的稀硫酸调节pH至1.5，过滤，得硫酸锌纯溶液，电解，得锌锭；二氧化锰的加入量为20kg/m3滤液，硫酸亚铁的加入量为10kg/m3滤液，锌粉的加入量为3kg/m3滤液；
硫酸锌纯溶液中ZnSO4的纯度为99.3％；
步骤五、将所述熔融渣水上层的炉渣分离，水冷降温至室温，研磨至20-100μm，加入石膏粉和陶瓷纤维混合均匀，得混合料，向所述混合料中加入水，混合料和水的质量比为5:1，搅拌均匀，得料浆，将所述料浆灌注至模具压实，于65℃保温1.5h，脱模进行蒸压处理，蒸压的压力为0.8MPa，温度为200℃，蒸压保温时间为9.5h，然后于100℃微波烘干至含水率0.5％，经模压处理，得硅酸钙板；熔融渣水下层为铁水，铁水经提纯，得到铁制品；所述所述炉渣、石膏粉和陶瓷纤维的质量比为30:45:28。
本实施例中锌的回收率为99.7％，铅的回收率为99.2％，铁的回收率为99.5％。
回收率＝回收金属的质量/(高炉布袋除尘灰的质量*该元素所占质量比+加入该金属元素的质量)×100％
上述步骤五中制备铁制品时，可根据表1和表2中的浇注温度和时间进行浇注，得到铸铁产品。
表1浇注温度
Figure BDA0002397358030000061
表2浇注时间
Figure BDA0002397358030000062
实施例2
一种高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法：
步骤一、将收集的高炉布袋除尘灰和还原剂按照质量比为16:1混合，加入球磨机中研磨至细度为180-220μm，得混合粉；
步骤二、将所述混合粉、还原剂和聚乙烯粉按照质量比为15:1:0.2混合，于50r/min条件下搅拌时间60min，加入矿热炉中，于1180℃进行加热还原，收集挥发出来的烟尘和炉渣，收集得到的烟尘作为粗锌产品；其中，所述矿热炉中通入煤气作为还原气氛，煤气的流量控制为50m3/h；
步骤三、将所述粗锌产品研磨至细度为90-110μm，将其加入浓度为310g/L的硫酸锌溶液中，混合均匀，加热至70℃，加入稀硫酸调节pH至1.5，于100r/min的条件下搅拌40min，过滤除去不溶物，然后加入氨水调节pH至5.3，搅拌溶解，过滤，向滤液中加入二氧化锰和硫酸亚铁，混合均匀，加入锌粉，得硫酸锌混合液；二氧化锰的加入量为15kg/m3滤液，硫酸亚铁的加入量为20kg/m3滤液，锌粉的加入量为3kg/m3滤液；
步骤四、向所述硫酸锌混合液中加入锌粉、二氧化锰和硫酸亚铁，混合均匀，过滤进一步除去杂质，加入pH为1-2的稀硫酸调节pH至2，过滤，得硫酸锌纯溶液，电解，得锌锭；二氧化锰的加入量为15kg/m3滤液，硫酸亚铁的加入量为15kg/m3滤液，锌粉的加入量为2.5kg/m3滤液；
硫酸锌纯溶液中ZnSO4的纯度为99.5％；
步骤五、将所述熔融渣水上层的炉渣分离，水冷降温至室温，研磨至20-100μm，加入石膏粉和陶瓷纤维混合均匀，得混合料，向所述混合料中加入水，混合料和水的质量比为5:1，搅拌均匀，得料浆，将所述料浆灌注至模具压实，于55℃保温2.5h，脱模进行蒸压处理，蒸压的压力为0.9MPa，温度为195℃，蒸压保温时间为10h，然后于100℃微波烘干至含水率0.5％，经模压处理，得硅酸钙板；熔融渣水下层为铁水，铁水经提纯，得到铁制品；所述所述炉渣、石膏粉和陶瓷纤维的质量比为35:35:25。
本实施例中锌的回收率为99.8％，铅的回收率为99.4％，铁的回收率为99.6％。
回收率＝回收金属的质量/(高炉布袋除尘灰的质量*该元素所占质量比+加入该金属元素的质量)×100％
实施例3
一种高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法：
步骤一、将收集的高炉布袋除尘灰和还原剂按照质量比为15:1混合，加入球磨机中研磨至细度为180-220μm，得混合粉；
步骤二、将所述混合粉、还原剂和聚乙烯粉按照质量比为16:1:0.5混合，于65r/min条件下搅拌时间45min，加入矿热炉中，于1200℃进行加热还原，收集挥发出来的烟尘和炉渣，收集得到的烟尘作为粗锌产品；其中，所述矿热炉中通入煤气作为还原气氛，煤气的流量控制为40m3/h；
步骤三、将所述粗锌产品研磨至细度为90-110μm，将其加入浓度为330g/L的硫酸锌溶液中，混合均匀，加热至50℃，加入稀硫酸调节pH至2，于50r/min的条件下搅拌60min，过滤除去不溶物，然后加入氨水调节pH至5，搅拌溶解，过滤，向滤液中加入二氧化锰和硫酸亚铁，混合均匀，加入锌粉，得硫酸锌混合液；二氧化锰的加入量为20kg/m3滤液，硫酸亚铁的加入量为10kg/m3滤液，锌粉的加入量为2.8kg/m3滤液；
步骤四、向所述硫酸锌混合液中加入锌粉、二氧化锰和硫酸亚铁，混合均匀，过滤进一步除去杂质，加入pH为1-2的稀硫酸调节pH至1.8，过滤，得硫酸锌纯溶液，电解，得锌锭；二氧化锰的加入量为10kg/m3滤液，硫酸亚铁的加入量为20kg/m3滤液，锌粉的加入量为2.6kg/m3滤液；
硫酸锌纯溶液中ZnSO4的纯度为99.4％；
步骤五、将所述熔融渣水上层的炉渣分离，水冷降温至室温，研磨至20-100μm，加入石膏粉和陶瓷纤维混合均匀，得混合料，向所述混合料中加入水，混合料和水的质量比为4:1，搅拌均匀，得料浆，将所述料浆灌注至模具压实，于60℃保温2h，脱模进行蒸压处理，蒸压的压力为0.85MPa，温度为190℃，蒸压保温时间为10.5h，然后于100℃微波烘干至含水率0.5％，经模压处理，得硅酸钙板；熔融渣水下层为铁水，铁水经提纯，得到铁制品；所述所述炉渣、石膏粉和陶瓷纤维的质量比为32:40:30。
本实施例中锌的回收率为99.7％，铅的回收率为99.5％，铁的回收率为99.7％。
回收率＝回收金属的质量/(高炉布袋除尘灰的质量*该元素所占质量比+加入该金属元素的质量)×100％
上述实施例1-3中所述石膏粉的粒度均为20-100μm，所述陶瓷纤维的长径比均为1000-2000。所述还原剂均为粒度≤200目，含碳量≥80％，挥发分≤20％的洁净型煤或焦炭粉中的一种或者两种，具体还原剂的选择对布袋除尘灰中氧化物的还原效果没有明显影响。
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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、将收集的高炉布袋除尘灰和还原剂混合均匀，研磨，得混合粉；
步骤b、将所述混合粉、还原剂和聚乙烯粉混合均匀，加入矿热炉中进行加热还原，收集挥发出来的烟尘和熔融渣水，收集得到的烟尘作为粗锌产品；其中，所述矿热炉中通入煤气作为还原气氛；
步骤c，将所述粗锌产品研磨，加入硫酸锌溶液中，混合均匀，加热至50-80℃，调节pH至1.5-2，搅拌溶解，过滤，调节pH至5-5.5，搅拌溶解，过滤，向滤液中加入二氧化锰和硫酸亚铁，混合均匀，加入锌粉，得硫酸锌混合液；
步骤d，向所述硫酸锌混合液中加入锌粉、二氧化锰和硫酸亚铁，混合均匀，过滤，调节pH至1.5-2，过滤，得硫酸锌纯溶液。
2.如权利要求1所述的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，其特征在于，步骤a中，所述高炉布袋除尘灰和还原剂的质量比为14-16:1。
3.如权利要求1所述的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，其特征在于，步骤a中，研磨至细度为180-220μm；和/或
步骤b中，煤气的流量为30-50m3/h；和/或。
步骤b中，所述混合粉、还原剂和聚乙烯粉的质量比为14-16:1:0.2-0.5。
4.如权利要求1所述的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，其特征在于，步骤a和步骤b中，所述还原剂为粒度≤200目，含碳量≥80％，挥发分≤20％的洁净型煤或焦炭粉中的一种或者两种。
5.如权利要求1所述的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，其特征在于，步骤b中，加热还原的温度为1150-1200℃；和/或
步骤c中，研磨至细度为90-110μm。
6.如权利要求1所述的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，其特征在于，步骤c中，所述二氧化锰与所述滤液的质量体积比为10-20:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米；和/或
步骤c中，所述硫酸亚铁与所述滤液的质量体积比为10-20:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米；和/或
步骤c中，所述锌粉与所述滤液的质量体积比为2.5-3:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米。
7.如权利要求1所述的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，其特征在于，步骤d中，所述二氧化锰与所述滤液的质量体积比为10-20:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米；和/或
步骤d中，所述硫酸亚铁与所述滤液的质量体积比为10-20:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米；和/或
步骤d中，所述锌粉与所述滤液的质量体积比为2.5-3:1，其中质量的单位为千克，体积的单位为立方米。
8.如权利要求1所述的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，其特征在于，还包括步骤e：将所述熔融渣水上层的炉渣分离，降温，研磨至20-100μm，加入石膏粉和陶瓷纤维混合均匀，得混合料，向所述混合料中加入水，混合均匀，得料浆，将所述料浆灌注至模具，于55-65℃保温1.5-2.5h，脱模进行蒸压处理，微波烘干，模压，得硅酸钙板；熔融渣水下层为铁水，铁水经提纯，得到铁制品。
9.如权利要求8所述的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，其特征在于，所述石膏粉的粒度为20-100μm，所述陶瓷纤维的长径比为1000-2000；和/或
所述炉渣、石膏粉和陶瓷纤维的质量比为30-35:35-45:25-30；和/或
所述混合料与水的质量比为3-5:1。
10.如权利要求8所述的高炉布袋除尘灰资源化全利用的方法，其特征在于，所述蒸压处理的压力为0.8-0.9MPa，温度为190-200℃，蒸压保温时间为9.5-10.5h。
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