CN111647753A

CN111647753A - 一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法

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Publication number: CN111647753A
Application number: CN202010423231.9A
Authority: CN
Inventors: 张建良; 徐润生; 刘征建; 王广伟
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2040-05-19
Also published as: CN111647753B

Abstract

本发明公开了一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，首先采用碱激发剂激发镍渣、粉煤灰、炉渣制备胶凝材料，再与含铁/锌粉尘、钢渣混合后压制成球团块，并通过熔融气化炉对球团块进行处理，本发明冷固结球团养护时间短，生产效率高，且原料来源广泛稳定，价格低廉，有利于提高固体废弃物的利用；在室温下造块，避免高温焙烧过程即可获得抗压强度较高的球团块，从而可避免其在还原过程中产生破损和粉化，以实现含锌粉尘的再资源化利用及有效消纳处理，并提高高价高质锌的回收率以取得良好的经济效益。按本发明的工艺方法处理含铁粉尘，可分别获得金属铁和锌/氧化锌，实现了资源的高效回收利用，且工艺过程能耗低、物耗低、无环境污染。

Description

一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法。

背景技术

钢铁生产过程产生的粉尘量一般占钢产量的8～15％，富含铁、锌、碳等元素，是一种有较大利用价值的二次资源。但是，含锌粉尘属于危险固体废弃物。因此，开发合适的工艺对这些粉尘进行回收利用，不仅有利于提高资源利用率，而且可解决钢铁企业粉尘带来的环境污染问题。

目前国内外含锌粉尘的处理方法分为火法工艺、湿法工艺、物理法。其中，物理法处理含锌粉尘时，虽然具有能耗低的优点，但是铁的回收率较低，达不到充分利用粉尘中铁的目的；湿法处理工艺对设备要求较高，操作环境恶劣，工艺复杂，处理后的残渣中锌含量达不到钢铁厂再利用的标准，也达不到排放标准，因此现在大多还处于实验室研究阶段；火法工艺处理钢铁厂含铁粉尘是最为成熟且应用广泛的工艺，其基本原理就是利用锌铅等有害元素在高温下被还原剂还原后，形成蒸汽蒸发进入尾气，而后被氧化成相应的氧化物进入粉尘，并被除尘系统收集，最终达到浓缩锌铅等元素的目的。因此，不同火法工艺处理含铁粉尘时，其根本区别就在于获得高温的方式不同。目前比较成熟的火法处理工艺就是通过转底炉、回转窑等专门的设备提供高温，处理效果明显，可以得到富含锌铅等元素的粉尘和金属化含铁炉料，但是由于需要新建设备，投资巨大，成本高，因此限制了其发展应用。

高风温的熔融气化炉具有投资低，生产灵活，维修简单、发生费用低的优点。在处理钢铁厂的含锌粉尘时，其重要工序是含锌粉尘团块的制备，且球团质量好坏将直接影响脱锌工艺效果及产品质量。目前含锌粉尘造球过程中，普遍存在粘结剂用量大、粘结剂单一、原料无预处理工艺或预处理工艺不合适、制备的球团强度差，入窑后还原过程中球团易破裂、粉化，得到的含铁产品主要为粉状或强度太差，不能直接进入高炉进行冶炼，只能返回烧结造块后再进高炉炼铁，严重影响脱锌工艺过程的稳定运行、脱锌率及还原产品的去向。

公开号为CN101386913B的专利，公开了一种转底炉处理含锌粉尘回收氧化锌的方法，将10-30％煤、70～90％含锌粉尘、1～5％添加剂进行配料；然后将所配原料混和均匀后压制成生球；再将所述生球布入蓄热式转底炉中，加热到1100℃～1350℃，保持10～30min进行还原，得到含锌粉尘和金属化铁料。该方法在造球过程中需要添加大量的熔剂及单一的有机粘结剂，因此会提高锌的回收成本，同时会降低球团中铁的品味，且产品中将引入大量的非铁物质，还原后物料还需破碎-细磨-分离处理。

因此，亟需提供一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，以强化含锌粉尘球团的制备，并回收消纳含锌粉尘，同时提取高价高质锌。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法。首先采用碱激发剂激发镍渣、粉煤灰、炉渣制备胶凝材料，再与含铁粉尘、钢渣混合后压制成球团块，并通过熔融气化炉对球团块进行处理，以实现对含锌粉尘的有效消纳处理，并提高高价高质锌的回收率以取得良好的经济效益。按本发明的工艺方法处理含铁粉尘，可分别获得金属铁和锌/氧化锌，实现了资源的高效回收利用，且工艺过程能耗低、物耗低、无环境污染。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，包括如下步骤：

S1、粘结剂的制备：以镍渣为原料，掺入粉煤灰、炉渣制备碱激发的胶凝材料；

S2、配置混匀原料：将钢铁厂各种冶金粉尘与钢渣、粘结剂、熔剂按一定比例混合，配置成混匀原料；

S3、团块制成：将上述配置成的混匀原料通过冷固结造块法制成团块；

S4、熔融炉冶炼：将上述制成的团块连同一定量的型焦，加入到高风温熔融气化炉中冶炼，最终冶炼得到铁水；

S5、锌元素富集回收：采用旋风除尘器和布袋除尘器相结合的方式回收熔融气化炉粉尘，然后向粉尘中加入铵盐混匀后进行低温焙烧，得到氧化锌和锌的产品。

作为上述方案的进一步限定，步骤S1中，所述胶凝材料由以下质量百分比的原料制成：60～80％镍渣、10～20％粉煤灰、10～20％炉渣。

作为上述方案的进一步限定，所述碱激发剂的用量占胶凝材料总质量的5～10％。

作为上述方案的进一步限定，所述碱激发剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙粉末、水玻璃或化工厂废碱液中的一种或多种。

作为上述方案的更进一步限定，还包括向胶凝材料中加入5～15％的水。

作为上述方案的进一步限定，所述钢铁厂冶金粉尘包括高炉布袋灰、重力灰、转炉污泥、电炉粉尘和/或烧结除尘灰。

作为上述方案的进一步限定，步骤S2中，所述冶金粉尘质量百分比为50～80％、所述钢渣质量百分比为10～40％、所述粘结剂质量百分比为5～10％、所述熔剂质量百分比为2～5％。

作为上述方案的进一步限定，步骤S4中，所述型焦用量为团块质量的5～15％。

作为上述方案的进一步限定，所述型焦由质量百分比70～90％的弱黏煤、5～10％的粘结剂和5～20％的含碳铁粉尘混合后，热压成型，然后在竖炉内炭化成焦。

其中，本发明所采用的弱黏煤，固定碳含量在55～57(wt％)，粘结指数在50-60之间；所述含碳铁粉尘的成分主要为鲕状赤铁矿，TFe含量在50～55(wt％)之间，P、S含量约0.13(wt％)和0.02(wt％)。

作为上述方案的进一步限定，所述炭化温度为1100℃，炭化时间为8～10h。

作为上述方案的进一步限定，步骤S4中，所述冶炼温度为1000～1300℃。

作为上述方案的进一步限定，步骤S5中，所述铵盐为NH₄C1、(NH₄)₂CO₃、(NH₄)₂SO₄中的一种或几种组合。

作为上述方案的进一步限定，步骤S5中，所述粉尘与铵盐的重量比为1:1～5。

作为上述方案的进一步限定，步骤S5中，所述焙烧温度为300～500℃，焙烧时间为2～4h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明首先采用碱激发剂激发镍渣、粉煤灰、炉渣制备胶凝材料，再与冶金粉尘、钢渣混合后压制成球团块，并通过熔融气化炉对球团块进行处理，本发明冷固结球团养护时间短，生产效率高，且原料来源广泛稳定，价格低廉，有利于提高固体废弃物的利用；在室温下造块，避免高温焙烧过程即可获得抗压强度较高的球团块，从而可避免其在还原过程中产生破损和粉化，以实现冶金粉尘的再资源化利用，并将冶金粉尘进行有效消纳处理的同时更能取得良好的经济效益。按本发明的工艺方法处理冶金粉尘，可分别获得金属铁和锌/氧化锌，实现了资源的高效回收利用，且工艺过程能耗低、物耗低、无环境污染。

(2)本发明以含有氧化钙、氧化铝及氧化硅等活性成分的镍渣为主要原料，并配以一定质量的由熔渣、玻璃、金属等混合物的生活垃圾焚烧炉渣，在碱激发下制成胶凝材料，一方面能够为固体废弃物的高效利用提供新的途径，以降低固体废弃物对环境造成的污染；同时镍渣、炉渣中的氧化钙和硅酸钙会水化放出大量的热量，加强溶剂的扩散，以提高颗粒表面的湿润能力，并在碱激发后水化形成的硅氧四面体和氧铝四面体构成的三维网状结构的作用下将混合料中的颗粒桥联起来，从而有利于提高粘结剂的粘性及球团的强度和热稳定性，同时降低粘结剂的用量及生产成本。

(3)本发明利用含铁品位相对较低，磷含量相对较高的含碳铁粉尘与弱黏煤制备成型焦，不仅降低了炼焦对主焦煤的依赖，同时合理利用了资源丰富、来源广泛的鄂西铁矿石，有助于提高我国铁矿石和煤炭资源的利用率；同时配加5～10％的粘结剂使得铁矿石的添加量大幅提高，有利于提高铁矿石的资源化利用率并降低生产成本，同时提高型焦的强度和反应性。

(4)本发明利用建筑垃圾材料制成粘结剂应用于冶金工艺炉料，为冶金工艺提供了一种新的炉料制备技术；且本发明采用熔融气化炉可适用于处理整个钢铁厂含铁粉尘，以减轻有害元素对其他高炉的危害，且具有投资成本低等优点。

(5)本发明以铵盐为助剂通过低温焙烧，由于锌与氨良好的配位能力，从而提高了对回收粉尘中锌的选择性，以在较温和的条件下实现粉尘中锌的高效选择性分离回收，且工艺流程简单，锌的回收率高。

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；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

下面通过具体的实施例子对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

S1、粘结剂的制备：以70％镍渣为原料，掺入15％粉煤灰、15％炉渣，再加入总质量8％的氢氧化钠及10％的水制备成碱激发的胶凝材料；

S2、配置混匀原料：将质量百分比为60％的高炉布袋灰与30％的钢渣、8％的粘结剂、2％的水进行混合，配置成混匀原料；

S4、熔融炉冶炼：将上述制成的团块连同10％的型焦，加入到温度为1200℃的高风温熔融气化炉中冶炼，最终冶炼得到铁水.

S5、锌元素富集回收：采用旋风除尘器和布袋除尘器相结合的方式回收熔融气化炉粉尘，然后向粉尘中加入3倍重量的NH₄C1混匀后进行于400℃下低温焙烧3h，得到氧化锌和锌的产品。

所述型焦由质量百分比80％的弱黏煤、10％的粘结剂和10％的含碳铁粉尘混合后，热压成型，然后在竖炉内1100℃炭化9h制成。

本实施例制得的团块落下强度6次/1m，抗压强度1708N/个，球团外观完好，无粉化和碎裂。因此，球团含锌量及强度指标达到了入炉要求，可以直接用于熔融气化炉炼铁。从熔融气化炉粉尘中回收得到含锌64.7％的次氧化锌，锌回收率为94.8％。

实施例2-6

实施例2-6提供一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述粘结剂制备过程中镍渣、粉煤灰、炉渣的质量百分比，其他操作均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数及性能测试结果如下表所示。

实施例	镍渣(％)	粉煤灰(％)	炉渣(％)	抗压强度/N	锌回收率(％)
						1	70	15	15	1708	95.7
2	60	20	20	1694	94.2
						3	80	10	10	1683	93.5
4	70	30	0	1057	83.6
						5	70	0	30	935	82.3
6	100	0	0	512	80.7

由上表结果可知，改变所述粘结剂制备过程中镍渣、粉煤灰、炉渣的质量配比，会对制得的球团块的抗压强度及锌的回收率产生显著影响，对比实施例1～3与实施例4～6结果可知，本发明通过以含有氧化钙、氧化铝及氧化硅等活性成分的镍渣为主要原料，并配以一定质量的由熔渣、玻璃、金属等混合物的生活垃圾焚烧炉渣及粉煤灰制备胶凝材料，通过镍渣、粉煤灰、炉渣的协同作用，能够显著提高团块的抗压强度，达到了熔融气化炉直接还原要求，从而使制得的球团含锌量及强度指标达到了熔融气化炉的入炉要求，并明显提高了脱锌率。而改变镍渣、粉煤灰、炉渣三者的配比，还原过程中球团块易出现粉化现象，造成粉尘量增大，铁矿粉混入烟尘中，导致次氧化锌品位低，从而降低锌的回收率。

实施例7-11

实施例7-11提供一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述团块制备过程中含铁粉尘与钢渣、粘结剂、熔剂的质量百分比，其他操作均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数及性能测试结果如下表所示。

由上表结果可知，改变所述团块制备过程中含铁粉尘与钢渣、粘结剂、熔剂的质量配比，会对制得的球团块的抗压强度及锌的回收率产生显著影响，对比实施例1、实施例7～9与实施例10～11结果可知，本发明通过以含铁粉尘为主要原料，并配以添加质量百分比为10～40％的钢渣作为冶炼原料，通过含铁粉尘与钢渣的协同作用，能够显著提高团块的抗压强度，达到了熔融气化炉直接还原要求，从而使得球团含锌量及强度指标达到了熔融气化炉的入炉要求，并明显提高了脱锌率。而改变含铁粉尘与钢渣、粘结剂、熔剂的质量配比，还原过程中球团块易出现粉化现象，造成粉尘量增大，铁矿粉混入烟尘中，导致次氧化锌品位低，从而降低锌的回收率。对比实施例1与实施例11结果可知，本发明通过在团块制备过程中添加5～10的粘结剂，能够显著提高团块的抗压强度及锌的回收率。

实施例12-16

实施例12-16提供一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述型焦制备过程中弱黏煤、粘结剂和含碳铁粉尘的质量百分比，其他操作均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数及性能测试结果如下表所示。

由上表结果可知，改变所述型焦制备过程中弱黏煤、粘结剂和含碳铁粉尘的质量配比，会对制得的型焦的抗压强度及锌的回收率产生显著影响，对比实施例1、实施例12～13与实施例14～16结果可知，本发明通过以弱黏煤主要原料，并配以添加质量百分比为5～10％的粘结剂和5～20％的含碳铁粉尘作为原料制备还原炭，通过含碳铁粉尘与弱粘煤的协同作用，能够显著提高团块中锌的回收率；对比实施例1、实施例12～13与实施例14、实施例16结果可知，在型焦制备过程中，添加5～10％的粘结剂(以镍渣为原料，掺入粉煤灰、炉渣制备得到的碱激发的粘结剂)，能够显著提高型焦的抗压强度，达到了熔融气化炉直接还原要求，以协同提高锌的回收率。而改变弱黏煤、粘结剂和含碳铁粉尘的质量配比，还原过程中型焦易出现严重粉化现象，造成粉尘量增大并混入烟尘中，导致次氧化锌品位低，从而降低锌的回收率。

以上所述，仅为本发明的说明实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，做出的若干改进和补充也应视为本发明的保护范围；凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，利用以上所揭示的技术内容做出的些许更改、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更改、修饰与演变，均仍属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，其特征在于，步骤S1中，所述胶凝材料由以下质量百分比的原料制成：60～80％镍渣、10～20％粉煤灰、10～20％炉渣。

3.根据权利要求1所述的一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，其特征在于，所述碱激发剂的用量占胶凝材料总质量的5～10％。

4.根据权利要求1或3所述的一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，其特征在于，所述碱激发剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙粉末、水玻璃或化工厂废碱液中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，其特征在于，所述钢铁厂冶金粉尘包括高炉布袋灰、重力灰、转炉污泥、电炉粉尘和/或烧结除尘灰。

6.根据权利要求1所述的一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，其特征在于，步骤S2中，所述含铁粉尘质量百分比为50～80％、所述钢渣质量百分比为10～40％、所述粘结剂质量百分比为5～10％、所述熔剂质量百分比为2～5％。

7.根据权利要求1所述的一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，其特征在于，步骤S4中，所述型焦用量为团块质量的5～15％。

8.根据权利要求1所述的一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，其特征在于，所述型焦由质量百分比70～90％的弱黏煤、5～10％的粘结剂和5～20％的含碳铁粉尘混合后，热压成型，然后在竖炉内炭化成焦。

9.根据权利要求8所述的一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，其特征在于，所述炭化温度为1100℃，炭化时间为8～10h。

10.根据权利要求1所述的一种利用熔融气化炉直接还原回收锌的方法，其特征在于，步骤S4中，所述冶炼温度为1000～1300℃。