CN111918973A - 锌的回收方法 - Google Patents

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H·K·A·迈耶
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Abstract

本发明涉及一种使用用于熔炼含金属原料的熔炼装置从含锌材料中回收锌的方法，其中该熔炼装置包含熔炼炉、安装在熔炼炉上并与熔炼炉的内部连接的熔炼旋流器以及连接至熔炼旋流器的废气管道，其中该方法包含步骤：‑用载气将原料注入熔炼旋流器中，‑将含氧气体注入熔炼旋流器中，‑用载气将煤注入熔炼炉中，‑将含氧气体注入熔炼炉中；‑可选地用载气将熔剂注入熔炼炉中，其中将含锌材料注入熔炼旋流器和/或熔炼炉中。

Description

锌的回收方法
技术领域
本发明涉及一种使用用于熔炼含金属原料并将该原料加工成液态铁的熔炼装置从含锌材料中回收锌的方法。
技术背景
在钢铁生产中，铁矿石、废钢和黑色金属废料流可能含有低浓度的重金属，如锌、铅、镉和银。这些元素和具有这些元素的化合物，例如氧化物和硫化物，影响高炉工艺。因为锌的量是迄今为止高炉炉料中存在的所有重金属的最大量，所以重金属中锌具有最大的影响。高炉烟囱中的温度梯度导致高炉中的锌循环，在具有较高温度的高炉烟囱的下部锌还原和蒸发，在高炉烟囱的较高部分颗粒发生氧化和凝结，再次被带到具有较高温度的下部。锌对高炉炉衬具有大的负面影响，为此，应尽可能限制锌的输入。因此，必须限制含锌黑色金属废料或废钢的循环以及富锌矿石的使用。
钢铁工业产生大量的含锌废料，这些废料不能进行处理，并最终进入垃圾填埋场。同样，锌工业产生具有锌的含铁废料，这些废料也被填埋。矿石矿还产生尾矿，其含有有价值的金属组分。当从钢铁制造过程中浓缩和分离时，锌代表着经济价值。传统的高炉-碱性氧气转炉炼钢途径无法实现锌的分离。
锌的分离和/或浓缩能够通过使用转底炉(RHF)来进行。RHF用来从含锌的输入材料生产金属化的丸粒或团块。该过程需要准备阶段，用于从细粒输入材料如铁矿石和含锌的黑色金属废料制成丸粒或团块。将丸粒或团块在旋转床上加热，以还原铁氧化物并蒸发锌。然后从RHF的废气中回收锌。然后将用RHF生产的丸粒或团块用于炼铁和/或炼钢过程。在炼铁或炼钢过程之前使用RHF除去锌含量意味着额外的加工步骤，从而增加了成本。
锌的分离和/或浓缩的另一种方法是使用电弧炉(EAF)。EAF用来熔化金属铁(直接还原的铁、热压块铁)和废钢，以生产液态钢。输入材料中存在的锌将蒸发并最终进入EAF废气中的粉尘中，能够通过废气中的粉尘将其分离捕获。然而，EAF工艺不适合于大量处理含锌的铁氧化物。黑色金属废料将需要团聚、制粒和/或预还原，以使其可用于EAF中，这又意味着额外的处理步骤，从而增加了成本。
发明目的
本发明的一个目的是提供一种在炼铁过程中从含锌材料中回收锌的方法，而无需含锌材料的前处理步骤。
本发明的另一个目的是提供一种在炼铁过程中从含锌材料中回收锌的方法，该方法允许大量输入含锌材料。
本发明的另一个目的是提供一种在炼铁过程中从含锌材料中回收锌的方法，该方法能够在没有任何额外费用或至多有限的额外费用的情况下实施。
本发明的另一个目的是提供一种在炼铁过程中从含锌材料中回收锌的方法，其产生具有高锌含量的最终产品。
本发明的另一个目的是提供一种在炼铁过程中从含锌材料中回收锌的方法，其产生能够经济地用于常规的锌熔炼过程中的最终产品。
发明内容
本发明的一个或多个目的通过提供一种使用用于熔炼含金属原料的熔炼装置，从含锌材料中回收锌的方法来实现，其中该熔炼装置包含熔炼炉、安装在熔炼炉上并与熔炼炉的内部连接的熔炼旋流器和连接至熔炼旋流器的废气管道，其中该方法包括步骤：
-用载气将原料注入熔炼旋流器中，
-将含氧气体注入熔炼旋流器中，
-用载气将煤注入熔炼炉中，
-将含氧气体注入熔炼炉中，
-任选地用载气将熔剂(flux)注入熔炼炉中，
其中将含锌材料注入熔炼旋流器和/或熔炼炉中。
利用根据本发明的方法，能够注入含锌材料而无需任何预处理步骤，诸如制粒或压块。含锌材料也能够大量注入而不会对熔炼还原过程造成负面影响。
含锌材料能够注入熔炼旋流器中或熔炼炉中，其中注入熔炼炉中的含锌材料被注入熔炼炉中液态原料上的渣层上方和/或渣层中。
通常，注入熔炼炉中的含锌材料在第一和/或第二水平注入，其中第一水平在熔炼旋流器与熔炼炉中液态金属上的渣层之间，且其中第二水平处的注入是通过进入到渣层中或刚好位于渣层上方的供料喷枪而进行的。
基于材料的尺寸选择含锌材料的不同注入水平。通常，在第一水平处注入熔炼炉中的含锌材料的颗粒尺寸为至多15cm，优选地至多10cm，更优选地至多5cm。这些较大的颗粒具有上限，该上限由熔炼炉的尺寸和加工条件决定，熔炼炉的尺寸和加工条件应使得较大的颗粒或碎片不会最终进入渣层下方的液态原料中。对于材料的熔化以及材料中的锌熔化和蒸发，应该有足够的时间。
能够将较小的含锌材料颗粒与含金属原料如铁矿石一起直接注入熔炼旋流器中。熔炼旋流器能够处理直至一定尺寸的含金属原料，为此，通过熔炼旋流器注入的含锌材料被限制在该尺寸范围。通常，注入熔炼旋流器中的含锌材料的颗粒尺寸在至多2.0mm，优选至多1.5mm，更优选至多1.0mm范围内。具有较大颗粒或碎片的含锌材料应在第一水平处注入熔炼炉中。对于注入熔炼旋流器中的颗粒，也适用一定的下限，因为非常小的颗粒能与废气一起直接从熔炼旋流器中带出，而没有适当地熔化和蒸发。只有小的非常细的级分仍会发生熔化和蒸发，但是不应将大量非常细的颗粒注入熔炼旋流器中。
大量非常细的颗粒(其中在第二水平处注入渣层中的含锌材料的颗粒尺寸)的颗粒尺寸为至多50μm，优选至多30μm，更优选20μm。例如，使用供料喷枪在该水平处将高炉粉尘注入渣层中。于是，防止了部分材料与废气一起从熔炼装置中带出，并最终进入袋式过滤器中而未经处理。
在还原条件下，熔炼炉中的工艺温度为约1500℃以上，其结果是存在于含锌材料中的锌将蒸发。
根据本发明的又一方面，规定废气被引导通过在熔炼炉和熔炼旋流器下游的倾斜的废气管道部分。倾斜的废气管道部分相对于垂直方向的倾斜角度在50-90°，通常为60-70°范围内，这使任何被废气夹带在液滴中的液态铁将会最终抵靠在倾斜的管道部分的壁上，并将回流和最终进入熔炼炉创造了条件。以这种方式，能够回收存在于废气中的大多数铁液滴，其结果是能够回收超过90％的存在于废气中的铁。在最近的试验中，结果甚至更好，并且确定甚至回收了99％的存在于废气中的铁。结果，从废气中分离出来的粉尘中锌的比例将增加。代替倾斜的废气管道部分，也可以采用其他形式，诸如弯折的管道部分、螺旋的管道部分、波状管道部分等，只要其形状使得夹带的铁液滴最终抵靠在这样的管道部分的壁上。
倾斜的废气管道部分中的温度在约1600-1900℃范围内，由于该温度，在熔炼炉中蒸发的锌保持蒸发并通过倾斜的废气管道部分。
根据本发明的另一方面，规定将废气冷却/急冷至≤1200℃的温度，优选至≤1050℃的温度，更优选至≤900℃的温度。废气的冷却/急冷通常在废气刚通过废气管道的直立部分中的倾斜的废气管道部分之后进行。通过将废气冷却至高于或低于这些温度的给定温度，蒸发的锌将转化为氧化锌，其在给定温度下为固体。从实验中发现，锌蒸气在约1000℃下转化为固体氧化锌。通过将空气、冷却的废气、冷却和再循环的废气或CO2注入废气中来完成废气的冷却。冷却和再循环的废气已经脱硫，使得再循环的废气的主要成分是CO2。在废气脱硫的同时，还除去了氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、汞和其他痕量金属。
代替使用任何上述气体作为冷却介质，在废气的冷却中还可使用液体如水。
通过使废气流过冷却塔来进一步冷却废气，然后借助于冷却塔后的冷的旋风除尘器将粉尘与废气分离。代替使用冷却塔来进一步冷却废气，能够使用具有高压蒸汽循环的能量回收系统，其中蒸汽驱动的发电机利用废气的热能发电。利用该特征，能够回收投入该过程中的部分能量。代替在通过冷却塔或蒸汽驱动的发电机后，使废气通过冷的旋风除尘器，作为替代方案规定，首先使废气通过高温的旋风除尘器。使废气通过高温的旋风除尘器的优点是，与可能使用冷却塔下游的冷的旋风除尘器相比，获得了粉尘与废气更好的分离。高温的旋风除尘器设计为耐受直至约900-1000℃的温度。使用冷的或热的旋风除尘器之间的选择取决于废气的量，因此取决于旋风除尘器必须处理的粉尘的量，其中在大粉尘量的情况下，该选择将有利于冷的旋风除尘器。
通过冷却塔或蒸汽驱动的发电机以及热或冷的旋风除尘器后的废气通过袋式过滤器。通过脱硫装置后，最后净化的废气离开烟囱。能够从废气中分离出的约一半量的粉尘是借助于旋风除尘器分离的，而其另一半则最终进入袋式过滤器。废气中的氧化锌的颗粒尺寸在细到超细范围内，并积累在袋式过滤器中。取决于供应到熔炼装置的含锌材料的量，袋式过滤器中氧化锌的最终量可能很大。
根据另一方面，规定从废气中回收的至少一部分含氧化锌的粉尘被注入熔炼炉中。通过再次使粉尘中的氧化锌蒸发并使锌蒸气通过倾斜的废气管道部分，并且在通过倾斜的废气管道部分之后对废气进行冷却/急冷，最终收集在袋式过滤器中的量甚至能够进一步增加。这样，回收的氧化锌的量能够在袋式过滤器中粉尘总量的30％至50％范围内。
通过控制注入熔炼旋流器和/或熔炼炉中的氧量控制来自熔炼装置的废气。该控制使得熔炼旋流器和/或熔炼炉中的条件是还原性的，这是还原/熔炼过程的基础。废气管道中的条件不必是还原性的。通常规定，通过控制注入过程中的氧量控制来自熔炼装置的废气，使得废气中的条件是氧化性的。这样，防止了诸如氢气和一氧化碳的易燃气体进入废气管道。
根据本发明的又一方面，规定将受控量的氧注入倾斜的废气管道部分上游的废气中。这具有与上述相同的目的，并且进一步有助于从倾斜的废气管道部分中的锌蒸气到倾斜的废气管道部分下游的固体氧化锌颗粒的转化。
附图简要说明
将通过附图中示出的示例进一步解释本发明，在附图中示意性地示出了具有废气处理装置的熔炼装置。
附图详细说明
在附图中，示出了熔炼装置1，其具有熔炼旋流器2，并且在熔炼旋流器的下方具有熔炼炉3。熔炼旋流器设有喷枪4，以借助输送气体将含金属原料如铁矿石与所需的熔剂供给到熔炼旋流器中。为了加热和部分熔化所注入的铁矿石，借助于一组氧喷枪5将氧注入熔炼旋流器2中。
熔炼炉3也设有氧喷枪(未示出)，以当熔炼装置运行时在渣水平上方注入氧，以调节过程的加热和还原要求。提供另外的喷枪6以将煤和/或添加剂注入渣层7中。在熔炼还原过程中产生的铁水8通过前炉9连续地从熔炼炉3排出。由该过程产生的熔渣7通过依次经过出渣口10放出而从熔炼炉3中排出。
熔炼装置1还被设计用来在该装置中以不同水平注入含锌材料。第一注入水平是熔炼旋流器2，在该熔炼旋流器2中，在注入含金属原料的水平和/或刚好低于该水平的水平处注入含锌材料。通过分隔开的喷枪进行注入是一个选择方案，但是由于在该水平处注入的含锌材料的尺寸在含金属原料的范围内，因此优选将其与含金属原料一起注入熔炼旋流器2中。
注入含锌材料的第二水平在熔炼炉3中更高，在该示例中，是在熔炼炉3的顶部11中通过注入装置12来注入。在该水平，较大片的含锌材料被注入熔炼炉中。在这方面，术语“注入”可以指将含锌材料带入熔炼炉中的多种不同方法，例如借助于输送气体或借助于机械输送系统。这种系统通常设有气锁系统，以防止工艺气体通过注入系统或装置逸出熔炼炉。
进一步的注入水平刚好在渣层7上方，或者通过喷枪13直接在渣层7中。含锌材料在该水平的注入用于最细的级分。
含锌材料的这些不同水平的注入是为了确保在含锌材料到达熔炼炉中的液态铁熔池之前锌将熔化和蒸发。
锌蒸气将向上流入废气管道14。废气管道设有倾斜的废气管道部分15，在该倾斜的废气管道部分15中，废气中存在的液态铁或含金属的液滴将最终抵靠在倾斜的废气管道部分15的内壁上并回流到熔炼炉3中。以这种方式，废气实际上将不含任何铁组分。这是重要的，因为完全或很大程度地抑制了锌铁尖晶石(锌铁氧化物)的形成。含锌粉尘中存在的锌铁尖晶石使得从粉尘中回收锌更加困难且成本更高。
倾斜的废气管道部分15中的温度在1600-1900℃范围内，在该温度下，在还原条件下熔炼炉中蒸发的锌将保持蒸发。在1600-1900℃温度范围内，无论环境是还原性还是氧化性，锌都将保持蒸发。
倾斜的废气管道部分15之后是废气管道14中的冷却/急冷装置16，利用该装置，废气的温度降低到1200℃或更低的温度。在约1000℃下，锌蒸气变成氧化锌，其为具有细至超细颗粒尺寸的固体。
具有粉尘和氧化锌的废气借助于与位于冷却/急冷装置16更下游的蒸汽驱动的发电机装置17进行热交换而被进一步冷却。在通过蒸汽驱动的发电机17之后，废气通过冷的旋风除尘器18，在冷的旋风除尘器18中废气被至少部分净化。代替冷的旋风除尘器18，也可以使用高温的旋风除尘器，该高温的旋风除尘器应位于蒸汽驱动的发电机17的上游和冷却/急冷装置16的下游，例如在管道14顶部的水平管道部分处。
在通过热或冷的旋风除尘器和蒸汽驱动的发电机后，废气通过袋式过滤器19，在该袋式过滤器19中，大部分(如果不是几乎全部的话)的粉尘和氧化锌被从废气中除去。
在袋式过滤器或袋滤器19的下游，设有脱硫装置21以除去SOx化合物。脱硫装置21之后的一部分净化的废气被用作冷却/急冷装置16的冷却气体，该冷却/急冷装置16设有具有压缩机的回流管23。脱硫装置21之后的另一部分净化的废气被用作载气，用于通过喷枪4将铁矿石注入旋流器2中和/或通过喷枪6将煤和/或添加剂注入渣层7中，其设有具有压缩机的回流管24。
为了使废气通过废气管道14、冷却/急冷装置16、蒸汽驱动的发电机17、冷的旋风除尘器18和袋式过滤器19，在袋式过滤器20下游的废气管道14中设有风扇20。如果熔炼炉3是在足够压力下操作的，则不需要风扇20。
在废气通过烟囱22被排出之前，废气中的NOx在位置25尽可能地被除去。

Claims (16)

1.一种使用用于熔炼含金属原料的熔炼装置从含锌材料中回收锌的方法，其中该熔炼装置包含熔炼炉、安装在熔炼炉上并与熔炼炉的内部连接的熔炼旋流器以及连接至熔炼旋流器的废气管道，其中该方法包含步骤：
-用载气将原料注入熔炼旋流器中，
-将含氧气体注入熔炼旋流器中，
-用载气将煤注入熔炼炉中，
-将含氧气体注入熔炼炉中，
-任选地用载气将熔剂注入熔炼炉中，
其中将含锌材料注入熔炼旋流器和/或熔炼炉中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中注入熔炼炉中的含锌材料被注入到熔炼炉中的液态原料上的渣层上方和/或渣层中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中注入熔炼炉中的含锌材料在第一和/或第二水平注入，其中所述第一水平在熔炼旋流器与熔炼炉中的液态金属上的渣层之间，且其中第二水平处的注入是通过进入到渣层中的供料喷枪而进行的。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中注入熔炼旋流器中的含锌材料的颗粒尺寸在至多2.0mm，优选地至多1.5mm，并且更优选地至多1.0mm的范围内。
5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中在第一水平处注入熔炼炉中的含锌材料的颗粒尺寸为至多15cm，优选地至多10cm，并且更优选地为至多5cm。
6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中在第二水平处注入渣层中的含锌材料的颗粒尺寸为至多50μm，优选地至多30μm，并且更优选地20μm。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中废气被引导通过在熔炼炉和熔炼旋流器下游的倾斜的废气管道部分。
8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中废气在倾斜的废气管道部分下游的直立的废气管道部分中被冷却/急冷。
9.根据权利要求8所述的方法，其中废气被冷却/急冷至≤1200℃的温度，优选地至≤1050℃的温度，并且更优选地至≤900℃的温度。
10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中使废气通过冷却塔，然后通过冷的旋风除尘器。
11.根据前述权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中使废气通过高温的旋风除尘器。
12.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中废气被用于驱动蒸汽驱动的发电机。
13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中将至少一部分从废气中回收的含氧化锌的粉尘注入熔炼炉中。
14.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中通过控制注入熔炼旋流器和/或熔炼炉中的氧量来控制来自熔炼装置的废气。
15.根据前述权利要求1至6中的一项或多项所述的方法，其中通过控制注入该过程中的氧量来控制来自熔炼装置的废气，使得废气中的条件为氧化性的。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中将受控量的氧注入倾斜的废气管道部分的废气上游中。
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