CN112080644A - 一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法 - Google Patents

一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法，包括如下过程：将钢铁厂含锌粉尘、多晶硅切割废料和铁精粉混合均匀，得到混合物A，向混合物A中添加水与粘结剂并混合均匀，得到混合物B，将混合物B压块并干燥，将干燥的压块投入高炉铁水主沟中，高温铁水将压块中的铁氧化物和锌氧化物还原，还原得到的铁进入铁水、锌以锌蒸汽的形式挥发，锌经氧化后在主沟上方除尘器中收集。本发明能够实现多种废料的高效协同处理，同时改善了高炉铁水沟直接加入废料时面临瞬间温降过大而造成脱硫反应难以顺利进行，渣中硫进入铁水的问题。

Description

一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金行业高炉炉前处理工业废料的技术领域，涉及一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法。
背景技术
钢铁厂的粉尘含有锌等有害元素，如果简单地将这些粉尘倾倒至野外或填埋，这些金属元素的浸出会污染环境。而直接将炉尘返回钢铁厂内循环使用，锌在高炉内的富集会缩短炉衬的寿命，影响高炉的正常操作。现有技术中，对粉尘中锌的回收处理工艺有湿法和火法以及湿法一火法联用，如回转窑类处理工艺可以有条件地回收其中的铁、锌、铅等有价值的元素，但上述现有技术的缺点是对含锌粉尘中锌的回收率低。因此处理并回收该部分资源对实现资源综合利用，钢铁企业的可持续发展均具有重要意义。
制备硅基太阳能电池，需要采用金刚线将硅锭切割为硅薄片，切割过程会产生40％左右的切割废料。切割废料中硅的含量极高且粉末粒度细，如果不加处理直接排放不仅会造成硅资源的浪费，而且会给环境带来严重污染。据统计，2019年我国多晶硅产量约为34.2万吨，硅片产量为134.6GW，太阳电池产量为108.6GW。我国光伏产业仍然保持着蓬勃发展的势头，切割废料的产生量也随着晶体硅的产量与消耗量逐年增加。因此，对大量的金刚线切割废料进行回收利用既具有资源价值，同时兼具环保意义。
常规的转底炉、回转窑、竖炉等处理工业废料生产工艺需要消耗大量的燃料来获得生产直接还原铁和脱锌所需的高温还原条件。
中国专利CN105296694A公开的一种含碳铁锌等压块用于高炉铁水沟还原成铁水、锌等工艺方法，采用含碳含铁和或锌等氧化物压块，在高炉出铁前和或出铁时加入高炉铁水沟中，使压块中的铁和或锌等被碳还原出来。该方法采用廉价的工业废料和含碳还原剂混合直接加入高炉铁水沟中实现铁、锌的回收，较好的处理了此类难以处理的工业废料。但在高炉铁水沟直接加入废料时面临瞬间温降过大而造成脱硫反应难以顺利进行，渣中硫进入铁水的问题。同时碳氧比过高也会造成还原碳难以被充分利用，造成渣量增加，难以实现很好的渣硫分离。
鉴于上述现有技术，如何实现含锌粉尘、多晶硅切割废料这两种废料的高效协同处理，同时如何改善高炉铁水沟直接加入废料时面临瞬间温降过大而造成脱硫反应难以顺利进行，渣中硫进入铁水的问题是十分必要的。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法，能够实现多种废料的高效协同处理，同时改善了高炉铁水沟直接加入废料时面临瞬间温降过大而造成脱硫反应难以顺利进行，渣中硫进入铁水的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法，包括如下过程：
制备压块：将含锌粉尘与多晶硅切割废料配入铁精粉中，得到混合物A，混合物A中，碳含量为混合物A质量的5％-8％，硅含量在7％-12％；向混合物A中添加水与粘结剂并混合均匀，得到混合物B；将混合物B压块并干燥；
压块投放：在高炉主沟铁水表面出现炉渣前，将干燥的压块投入高炉铁水主沟中，高温铁水将压块中的铁氧化物和锌氧化物还原，还原得到的铁进入铁水、锌以锌蒸汽的形式挥发，锌经氧化后在主沟上方收集。
优选的，以质量百分数计，混合物B中，混合物A含量为94％，水含量为3％-5％，粘结剂含量为1％-3％。
优选的，所述粘结剂采用羟甲基纤维素。
优选的，高炉铁水主沟中，铁水温度为1480-1550℃。
优选的，高炉铁水主沟中，干燥的压块投入量为1-10kg/吨铁。
优选的，以质量百分数计，多晶硅切割废料中的元素包括：
Si 82.26％，Mg 0.02％，Ni 0.0042％，Fe 0.006％，O 17.66％，余量为杂质。
优选的，钢铁厂含锌粉尘采用高炉布袋除尘灰，以质量百分数计，高炉布袋除尘灰的化学组成包括：TFe 32.85％，FeO 5.81％，SiO2 7.66％，CaO 5.04％，MgO 2.21％，MnO0.24％，TiO2 0.42％，Cl 11.77％，Al2O3 5.78％，S 1.09％，Pb 0.96％，Cu 0.013％，Zn1.83％，C 20.65％，K2O 3.19％，Na2O 0.11％，余量为杂质。
本发明具有如下有益效果：
本发明高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法中，针对高炉铁水沟直接加入废料时面临瞬间温降而造成脱硫反应难以顺利进行，渣中硫进入铁水的问题。本发明中提出配加多晶硅切割废料的方法，利用多晶硅切割废料中硅被氧化时放出大量热量的原理，将多晶硅切割废料作为整个系统的发热剂，以补充混料压块投入高炉铁水沟是造成的大量温降。多晶硅切割废料中硅被氧化带来热量为吸热反应(脱硫反应)提供热源，避免在处理粉尘的过程中因骤冷造成的脱硫困难。相比于中国专利CN105296694A公开的一种含碳铁锌等压块用于高炉铁水沟还原成铁水、锌等工艺方法提出：含碳含铁和或锌等氧化物压块(球团)的C/O之比达到1.0～1.3。碳氧比过高会造成还原碳难以被充分利用，造成渣量增加，难以实现很好的渣硫分离。本发明的混合物A中，碳含量为混合物A质量的5％-8％，同时硅含量在7％-12％，，Si被氧化放热的同时也可以促进C热还原反应的顺利进行，以确保还原碳的充分利用；同时Si氧化放热避免投料后温降过大引起渣中硫进入铁水。本发明在高炉主沟铁水表面出现炉渣前投入混料压块利用铁水沟中铁水的高温还原条件还原铁、锌的氧化物。本发明利用铁水的高温条件来还原铁、锌等氧化物大幅度降低了燃料消耗成本。同时含锌粉尘中的碳得到了充分利用，工业粉料中的铁、锌这些金属得到了回收利用。
进一步的，高炉铁水主沟中，铁水温度为1480-1550℃，能够确保本发明高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料过程中，还原反应顺利进行。
进一步的，以质量百分数计，混合物B中，混合物A含量为94％，水含量为3％-5％，粘结剂含量为1％-3％，粘结剂采用羟甲基纤维素。在投入高炉铁水主沟中保障压块的强度，不易破裂。
进一步的，高炉铁水主沟中，铁水温度为1480-1550℃，保障高温铁水将压块中的铁氧化物和锌氧化物还原。
进一步的，高炉铁水主沟中，干燥的压块投入量为1-10kg/吨铁，保障混料压块在高炉铁水主沟中充分反应
具体实施方式
下面结合实施例来对本发明做进一步的说明。
本发明以下所有实施例中多晶硅切割废料主要化学成分如表1所示：
表1
成分 Si Mg Ni Fe O 杂质
含量/wt％ 82.26 0.02 0.0042 0.006 17.66 0.049
采用的高炉布袋除尘灰的化学成分主要化学成分如表2所示：
表2
Figure BDA0002691272460000041
Figure BDA0002691272460000051
以质量百分数计，铁精粉中TFe含量为69.5％。
实施例1
本实施例高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法包括如下过程：
将含锌粉尘与多晶硅切割废料按一定比例称量后，配入铁精粉中得到混合物A，以质量百分数计，将混合物A中的碳含量控制在5％，硅含量控制在7％；向混合物A中添加水与粘结剂并混合均匀得到混合物B(以质量百分数计，混合物B中，混合物A含量为94％，水含量为5％，粘结剂羟甲基纤维素，含量为1％)，将混合物B压块并干燥。在高炉主沟铁水表面出现炉渣前投入干燥的压块，投入量为1kg/吨铁。铁水温度为1480℃。对总烟道排出的含尘烟气进行布袋除尘处理，收集。本实施例最终可得到锌回收率为92.4wt％，铁回收率为95.8wt％。
实施例2
本实施例高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法包括如下过程：
将含锌粉尘与多晶硅切割废料按一定比例称量后，配入铁精粉中得到混合物A，以质量百分数计，将混合物A中的碳含量控制在6％，硅含量控制在9％；向混合物A中添加水与粘结剂并混合均匀得到混合物B(以质量百分数计，混合物B中，混合物A含量为94％，水含量为4％，粘结剂羟甲基纤维素，含量为2％)将混合物B压块并干燥。在高炉主沟铁水表面出现炉渣前投入干燥的压块，投入量为4kg/吨铁。铁水温度为1500℃。对总烟道排出的含尘烟气进行布袋除尘处理，收集。本实施例最终可得到锌回收率为93.8wt％，铁回收率为96.2wt％。
实施例3
本实施例高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法包括如下过程：
将含锌粉尘与多晶硅切割废料按一定比例称量后，配入铁精粉中得到混合物A，以质量百分数计，将混合物A中的碳含量控制在7％，硅含量控制在10％；向混合物A中添加水与粘结剂并混合均匀得到混合物B(以质量百分数计，混合物B中，混合物A含量为94％，水含量为5％，粘结剂羟甲基纤维素，含量为1％)，将混合物B压块并干燥。在高炉主沟铁水表面出现炉渣前投入干燥的压块，投入量为8kg/吨铁。铁水温度为1530℃。对总烟道排出的含尘烟气进行布袋除尘处理，收集。本实施例最终可得到锌回收率为93.5wt％，铁回收率为96.9wt％。
实施例4
本实施例高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法包括如下过程：
将含锌粉尘与多晶硅切割废料按一定比例称量后，配入铁精粉中得到混合物A，以质量百分数计，将混合物A中的碳含量控制在8％，硅含量控制在12％；向混合物A中添加水与粘结剂并混合均匀得到混合物B(以质量百分数计，混合物B中，混合物A含量为94％，水含量为3％，粘结剂羟甲基纤维素，含量为3％)，将混合物B压块并干燥。在高炉主沟铁水表面出现炉渣前投入干燥的压块，投入量为10kg/吨铁。铁水温度为1550℃。对总烟道排出的含尘烟气进行布袋除尘处理，收集。本实施例最终可得到锌回收率为95.8wt％，铁回收率为97.5wt％。

Claims (7)

1.一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法，其特征在于，包括如下过程：
制备压块：将含锌粉尘与多晶硅切割废料配入铁精粉中，得到混合物A，混合物A中，碳含量为混合物A质量的5％-8％，硅含量在7％-12％；向混合物A中添加水与粘结剂并混合均匀，得到混合物B；将混合物B压块并干燥；
压块投放：在高炉主沟铁水表面出现炉渣前，将干燥的压块投入高炉铁水主沟中，高温铁水将压块中的铁氧化物和锌氧化物还原，还原得到的铁进入铁水、锌以锌蒸汽的形式挥发，锌经氧化后在主沟上方收集。
2.根据权利要求1所述的一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法，其特征在于，以质量百分数计，混合物B中，混合物A含量为94％，水含量为3％-5％，粘结剂含量为1％-3％。
3.根据权利要求1所述的一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法，其特征在于，所述粘结剂采用羟甲基纤维素。
4.根据权利要求1所述的一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法，其特征在于，高炉铁水主沟中，铁水温度为1480-1550℃。
5.根据权利要求1所述的一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法，其特征在于，高炉铁水主沟中，干燥的压块投入量为1-10kg/吨铁。
6.根据权利要求1所述的一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法，其特征在于，以质量百分数计，多晶硅切割废料中的元素包括：
Si 82.26％，Mg 0.02％，Ni 0.0042％，Fe 0.006％，O 17.66％，余量为杂质。
7.根据权利要求1所述的一种高炉主沟协同处理含锌粉尘和多晶硅切割废料的方法，其特征在于，钢铁厂含锌粉尘采用高炉布袋除尘灰，以质量百分数计，高炉布袋除尘灰的化学组成包括：TFe 32.85％，FeO 5.81％，SiO27.66％，CaO 5.04％，MgO 2.21％，MnO0.24％，TiO2 0.42％，Cl 11.77％，Al2O3 5.78％，S 1.09％，Pb 0.96％，Cu 0.013％，Zn1.83％，C 20.65％，K2O 3.19％，Na2O 0.11％，余量为杂质。
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