CN112708713A - 一种利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法及系统 - Google Patents

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陈庆孟
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Abstract

本申请提供了一种利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法及系统。方法包括含铁固体废弃物混合配料制得含铁物料；含铁物料进行预热预氧化处理；预热预氧化处理后的含铁物料以压缩空气为载气喷入氧化还原炉；含碳固体废弃物以回收煤气为载气喷入氧化还原炉，含碳固体废弃物与含铁物料反应，生成铁水、一氧化碳及炉渣；高温氧气喷入氧化还原炉，高温氧气与上升气流中的可燃成分进行二次燃烧反应，二次燃烧反应产生的煤气及未参与二次燃烧反应的煤气能够回收利用。本申请公开的方法无需添加传统燃料及石灰、白云石等熔剂，采用压缩空气及回收煤气为载气输送物料，采用高温氧气为助燃剂，实现了固体废弃物资源化、规模化地综合利用。

Description

一种利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法及系统
技术领域
本发明涉及工业废弃物处理技术领域，尤其涉及一种利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法及系统。
背景技术
随着工业生产的发展，环境和资源压力也不断增大，工业废弃物的排放已经影响和制约了产业经济地高质量发展，因此需要提高工业废弃物的综合利用水平，提高利用效率。工业废弃物可分为固体废弃物、废气及废水。目前，大部分固体废弃物的处理方式为消极堆放没有得到充分地综合利用，占用了大量场地，有害成分还会渗透到土壤内，对土壤及土壤系统造成严重危害，细粉颗粒遇风后会造成严重的粉尘污染和重金属污染。
目前，工业固体废弃物作为配料返回烧结的主要回收处理方式也存在明显的缺陷。首先，对于烧结球团生产技术指标影响较大，同时，导致有害元素在高炉内循环富集，加快炉衬的侵蚀，缩短高炉寿命，造成可回收资源的浪费，资源利用效率低。而采用韦式炉法和回转窑法对工业固体废弃物进行处理，但是普遍存在高燃耗、低回收率、成本高、分散利用的问题。
现有的固体废弃物的处理方法，需要额外配加煤炭及石灰、白云石等不可再生资源，不能实现固体废弃物的规模化综合协同利用；采用富氧热风及氮气为载气进行喷吹，造成高燃耗、能源利用率低、生产成本高；在固体废弃物处理过程中会产生氮氧化物等物质，容易造成二次污染问题。另外，固体废弃物的粒度不均，混合喷吹使用，容易影响喷吹系统稳定性，超细粉难以回收利用。
因此，目前需要研发出一种新型的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法及系统，以克服和改善上述现有技术中的一个或多个缺点，或者至少提出一种有效的可选方法来解决上述问题。
发明内容
针对上述的不足，本发明提供了一种利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法及系统。本申请提供的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法及系统，能够实现固体废弃物的资源化、规模化综合利用，降低燃料消耗，提高燃烧效率，减少碳排放及二次污染物。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明实施例一方面提供了一种利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，其中，包括下述步骤：
(1)将含铁固体废弃物按预设置比例进行混合配料，以制得含铁物料；
(2)将所述含铁物料进行预热预氧化处理，脱除所述含铁物料中的部分硫和砷；
(3)将预热预氧化处理后的所述含铁物料以压缩空气为载气喷入所述氧化还原炉；
(4)将含碳固体废弃物以回收煤气为载气喷入所述氧化还原炉，所述含碳固体废弃物在高温下挥发出碳颗粒,所述含铁物料与所述碳颗粒进行还原反应，生成铁水及一氧化碳气体，所述一氧化碳气体与所述含碳固体废弃物中的挥发分的热解产物及所述回收煤气形成上升气流，所述含铁物料及所述含碳固体废弃物中的金属氧化物和/或非金属氧化物作用形成炉渣；
(5)将高温氧气喷入所述氧化还原炉，所述高温氧气与所述上升气流中的可燃成分进行二次燃烧反应，为所述还原反应提供热量，所述二次燃烧反应产生的气体及未参与所述二次燃烧反应的煤气经煤气处理装置回收利用；
(6)采用虹吸出铁将所述还原反应生成的所述铁水导至所述氧化还原炉外，并将所述铁水进行炉外处理，以制得高纯生铁，炉渣经所述氧化还原炉的渣口排出炉外。
在利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法的一种优选的实现方式中，步骤(1)中所述含铁固体废弃物包括氧化铁皮、转炉渣、电炉渣、钢铁尘泥、冶金除尘灰、铜尾渣、钒钛尾渣、赤泥、铅锌渣、镍渣、化工废渣中的一种或几种。
在利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法的一种优选的实现方式中，步骤(1)中所述预设置比例为所述含铁固体废弃物中铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁、三氧化二铝的质量比为100:(6～15)：(5～13)：(1.5～4.5)：(0.5～9)。
在利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法的一种优选的实现方式中，步骤(2)中所述预热预氧化处理采用富氧热风，所述富氧热风中含氧量为21％～32％，所述预热预氧化处理后所述含铁物料的出料温度为565℃～750℃。
在利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法的一种优选的实现方式中，步骤(3)中所述压缩空气的喷吹量为8000～24000Nm3/h，所述含铁物料的喷吹量为20～280t/h。
在利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法的一种优选的实现方式中，步骤(4)中所述含碳固体废弃物包括半焦、污泥、高炉灰、煤矸石中的一种或几种，所述含碳固体废弃物的粒度小于3mm，水分不大于3.0％。
在利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法的一种优选的实现方式中，步骤(5)中所述高温氧气采用纯度超过95％的工业氧气，温度为800℃～1200℃，所述二次燃烧反应的燃烧率为40％～80％。
在利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法的一种优选的实现方式中，步骤(6)中所述铁水中铁元素含量大于90％，所述铁水中碳元素含量大于3.2％，出铁温度高于1300℃。
在一种优选的实现方式中，利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法还包括下述步骤：
(7)将钒、钛富集进入所述炉渣，以制得含钒合金生铁，其中，所述炉渣的二元碱度为1.10～1.35，所述炉渣中MgO与Al2O3质量分数比值为0.40～0.60；
和/或
(8)采用硫酸法处理高钛渣，以制得钛白粉；
和/或
(9)铅、锌、碱金属钾及钠随所述上升气流进入烟道，在煤气余热回收冷却过程中，通过控制烟气温降，随烟尘在沉降室、旋风除尘及干法除尘布袋多阶段阶梯回收。
本发明实施例另一方面提供了一种利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统，其中所述系统基于上述任一项所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，所述系统包括混合配料装置、预热预氧化处理装置、含碳固体废弃物喷吹装置、含铁物料喷吹装置、氧化还原炉及煤气处理装置；
其中，所述混合配料装置的出口端与所述预热预氧化处理装置的入口端连接；所述预热预氧化处理装置的出口端与所述含铁物料喷吹装置的入口端连接；所述含碳固体废弃物喷吹装置与所述含铁物料喷吹装置的管路分别与所述氧化还原炉连接；所述氧化还原炉的气体出口端与所述煤气处理装置的入口端连接；
所述混合配料装置用以将含铁固体废弃物按预设置比例进行混合配料；
所述预热预氧化处理装置用以将所述含铁物料进行预热预氧化处理；
所述含碳固体废弃物喷吹装置用以将含碳固体废弃物喷入所述氧化还原炉；
所述含铁物料喷吹装置用以将预热预氧化处理后的所述含铁物料喷入所述氧化还原炉；
所述氧化还原炉用以所述含碳固体废弃物在高温下挥发出碳颗粒,所述含铁物料与所述碳颗粒进行还原反应，生成铁水及一氧化碳气体，所述一氧化碳气体与所述含碳固体废弃物中的挥发分、热解产物及所述回收煤气形成上升气流，所述含铁物料及所述含碳固体废弃物中的金属氧化物和/或非金属氧化物作用形成炉渣，
所述氧化还原炉还用以所述高温氧气与所述上升气流中的可燃成分进行二次燃烧反应，为所述还原反应提供热量，
所述氧化还原炉还用以虹吸出铁将所述还原反应生成的所述铁水导至所述氧化还原炉外，炉渣经所述氧化还原炉的渣口排出炉外；
所述煤气处理装置用以回收利用所述二次燃烧反应产生的气体及未参与所述二次燃烧反应的煤气。
在利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统的一种优选的实现方式中，所述氧化还原炉包括炉体，所述炉体上部设置有煤气出口及炉壁氧枪，所述炉体中部设置有物料喷枪及渣口，所述炉体下部设置有虹吸出铁口；
所述煤气出口设置一个或一个以上，且分别连接至所述煤气处理装置；
所述炉壁氧枪设置两个或两个以上，所述炉壁氧枪在炉体水平切面圆周方向均匀分布，沿所述氧化还原炉炉体的轴线方向偏转30°～60°，且沿所述氧化还原炉炉体水平方向的圆周半径偏转0°～60°；
所述物料喷枪包括含铁物料喷枪及含碳固体废弃物喷枪，总数至少为4个，在炉体水平切面圆周方向均匀分布，沿所述氧化还原炉炉体的轴线方向偏转40°～60°。
在利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统的一种优选的实现方式中，所述含铁物料喷吹装置包括含铁细粉喷吹装置及含铁颗粒喷吹装置，所述含铁细粉喷吹装置的喷吹管路与所述含铁颗粒喷吹装置的喷吹管路合并后与所述氧化还原炉的物料喷枪连接；
所述含铁细粉喷吹装置用以喷吹粒度小于0.1mm的含铁固体废弃物细粉；
所述含铁颗粒喷吹装置用以喷吹粒度大于或等于0.1mm且不超过10mm的含铁固体废弃物颗粒；
所述含铁固体废弃物颗粒的喷吹量与所述含铁固体废弃物细粉的喷吹量的配比为1:(0～0.5)。
在一种优选的实现方式中，利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统还包括：
含碳固体废弃物预处理装置，所述含碳固体废弃物预处理装置的入口端与所述混合配料装置的出口端连接，所述含碳固体废弃物预处理装置的出口端与所述含碳固体废弃物喷吹装置的入口端连接，所述含碳固体废弃物预处理装置用以将所述含碳固体废弃物破碎、烘干。
在一种优选的实现方式中，利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统还包括：
制氧装置，用以制备工业氧气；
热风炉，用以利用所述煤气处理装置处理后的煤气，将工业氧气加热供给所述氧化还原炉。
在一种优选的实现方式中，熔融还原工艺为HIsmelt熔融还原工艺。
在一种优选的实现方式中，氧化还原炉为熔融还原炉。
通过本发明实施例技术方案，可以达到以下有益效果：
(1)本发明实施例示例的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，在对固体废弃物进行处理时无需额外添加喷吹煤、烟煤、兰炭等传统燃料及石灰、白云石等熔剂，而是充分利用了固体废弃物中C、CaO、MgO等资源对固体废弃物进行处理，这样可以减少对煤炭、石灰、白云石等不可再生资源的消耗，实现固体废弃物的资源化、规模化综合利用。
(2)本发明实施例示例的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，采用压缩空气及回收煤气为载气输送物料，提高了氧化还原炉内熔池的传热效率，实现了煤气的循环利用，降低燃料消耗，减少碳排放。
(3)本发明实施例示例的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，采用高温氧气作为助燃剂，减少了传统方法中采用氮气额外带走的热量，提高了燃烧效率，降低了烟气排放量，燃耗低，能够有效地控制烟气中的氧含量，有效抑制NOx生成，节能减排。
(4)本发明实施例示例的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，制得的铁水纯净度高，通过对铁水、烟气及炉渣的处理能够实现固体废弃物中Fe、K、Na、Zn、Ti、V等元素的富集回收，制得的铁水附加值高，铁水及回收的有价金属均可再次利用，不产生二次污染，环境友好。
(5)本发明实施例示例的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统，对固体废弃物的处理效率高、流程短、能源综合利用率高。
(6)本发明实施例示例的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统，采用含铁颗粒与含铁细粉分离组合喷吹的方式，扩大了入炉固体废弃物的原料适用性，减少了原料破碎及造球等预处理的成本，提高了熔融还原反应的速率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1用以说明本发明一实施例中的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法的一种流程示意图。
图2用以说明本发明一实施例中的基于上述任一项所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法的固体废弃物处理系统的一种结构示意图。
附图标记：
1-氧化还原炉；101-物料喷枪；102-炉壁氧枪；2-混合配料装置；3-预热预氧化处理装置；4-含碳固体废弃物喷吹装置；5-含铁物料喷吹装置；501-含铁细粉喷吹装置；502-含铁颗粒喷吹装置；6-煤气处理装置；7-热风炉。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
首先，对本发明所揭示的技术方案的技术构思进行说明。现有的采用韦式炉法和回转窑法对工业固体废弃物进行处理的方法，需要配加精矿、熔剂及额外配加煤炭等不可再生资源，不能实现固体废弃物的规模化综合利用，高燃耗，能源利用效率低，产品回收率低，附加值不高，生产效益低，处理过程产生氮氧化物，存在二次污染问题，另外固体废弃物粒度不均，原料预处理环节成本高，超细粉难以回收利用。高燃耗、低回收率、成本高、分散利用的问题普遍存在。
因此，目前需要研发出一种新型的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法及系统。
具体采取的方案是：
本实施例一方面提供了一种利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，如图1所示，其中包括以下步骤：
(1)将含铁固体废弃物按预设置比例进行混合配料，以制得含铁物料；
(2)将所述含铁物料进行预热预氧化处理，脱除所述含铁物料中的部分硫和砷；
(3)将预热预氧化处理后的所述含铁物料以压缩空气为载气喷入所述氧化还原炉1；
(4)将含碳固体废弃物以回收煤气为载气喷入所述氧化还原炉1，所述含碳固体废弃物在高温下挥发出碳颗粒,所述含铁物料与所述碳颗粒进行还原反应，生成铁水及一氧化碳气体，所述一氧化碳气体与所述含碳固体废弃物中的挥发分的热解产物及所述回收煤气形成上升气流，所述含铁物料及所述含碳固体废弃物中的金属氧化物和/或非金属氧化物作用形成炉渣；
(5)将高温氧气喷入所述氧化还原炉1，所述高温氧气与所述上升气流中的可燃成分进行二次燃烧反应，为所述还原反应提供热量，所述二次燃烧反应产生的气体及未参与所述二次燃烧反应的煤气经煤气处理装置6回收利用；
(6)采用虹吸出铁将所述还原反应生成的所述铁水导至所述氧化还原炉1外，并将所述铁水进行炉外处理，以制得高纯生铁，炉渣经所述氧化还原炉1的渣口排出炉外。
本实施例示例的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，在对固体废弃物进行处理时无需额外添加喷吹煤、烟煤、兰炭等传统燃料及石灰、白云石等熔剂，而是充分利用了固体废弃物中C、CaO、MgO等资源对固体废弃物进行处理，这样可以减少对煤炭、石灰、白云石等不可再生资源的消耗，实现固体废弃物的资源化、规模化综合利用。同时，采用压缩空气及回收煤气为载气输送物料，提高了氧化还原炉1内熔池的传热效率，实现了煤气的循环利用，降低燃料消耗，减少碳排放。另外，采用高温氧气作为助燃剂，减少了传统方法中采用氮气额外带走的热量，提高了燃烧效率，降低了烟气排放量，燃耗低，能够有效地控制烟气中的氧含量，有效抑制NOx生成，节能减排。
在本实施例中，步骤(1)中所述含铁固体废弃物包括氧化铁皮、转炉渣、电炉渣、钢铁尘泥、冶金除尘灰、铜尾渣、钒钛尾渣、赤泥、铅锌渣、镍渣、化工废渣中的一种或几种。
在本实施例中，步骤(1)中所述预设置比例为所述含铁固体废弃物中铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁、三氧化二铝的质量比为100:(6～15)：(5～13)：(1.5～4.5)：(0.5～9)。
通过上述优选的固体废弃物的配比能够实现不需额外配加石灰、白云石等溶剂即可满足HIsmelt熔融还原工艺的渣系要求。
在本实施例中，步骤(2)中所述预热预氧化处理采用富氧热风，所述富氧热风中含氧量为21％～32％，所述预热预氧化处理后所述含铁物料的出料温度为565℃～750℃。
通过上述对预热预氧化的优选地控制，可以使含铁物料达到50-80％的脱硫率以及30-40％的脱砷率，降低了氧化还原炉1入炉物料的硫负荷，扩大了利用HIsmelt熔融还原工艺对固体废弃物的处理范围，降低了炉外脱硫的生产成本。
在本实施例中，步骤(3)中所述压缩空气的喷吹量为8000～24000Nm3/h，所述含铁物料的喷吹量为20～280t/h。
在本实施例中，步骤(4)中所述含碳固体废弃物包括半焦、污泥、高炉灰、煤矸石中的一种或几种，所述含碳固体废弃物的粒度小于3mm，水分不大于3.0％。
在本实施例中，步骤(5)中所述高温氧气采用纯度超过95％的工业氧气，温度为800℃～1200℃，所述二次燃烧反应的燃烧率为40％～80％。
在本实施例中，步骤(6)中所述铁水中铁元素含量的质量分数大于90％，所述铁水中碳元素含量大于3.2％，出铁温度高于1300℃。
通过本实施例示例的方法制得的铁水纯净度高、附加值高、可再次利用。在本实施例中，利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法还包括下述步骤：
(7)将钒、钛富集进入所述炉渣，以制得含钒合金生铁，其中，所述炉渣的二元碱度为1.10～1.35，所述炉渣中MgO与Al2O3质量分数比值为0.40～0.60；
和/或
(8)采用硫酸法处理高钛渣，以制得钛白粉；
和/或
(9)铅、锌、碱金属钾及钠随所述上升气流进入烟道，在煤气余热回收冷却过程中，通过控制烟气温降，随烟尘在沉降室、旋风除尘及干法除尘布袋多阶段阶梯回收。
其中，炉渣二元碱度(R2)：表示炉渣酸碱性的指数，用渣中碱性氧化物氧化钙与酸性氧化物二氧化硅的质量百分浓度的比值表示，即CaO/SiO2表示。
通过对铁水、烟气及炉渣的处理能够实现固体废弃物中Fe、K、Na、Zn、Ti、V等元素的富集回收，回收的有价金属均可再次利用，不会产生二次污染，环境友好。
为了便于对本发明实施例的理解，下面对本实施例示例的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法做进一步的描述：
步骤(1)：将含铁固体废弃物按照一定配比通过混合配料装置2，经分料仓下料皮带预混配料,以制得含铁物料并上料；
其中，含铁固体废弃物包括氧化铁皮、转炉渣、电炉渣、钢铁尘泥、冶金除尘灰、铜尾渣、钒钛尾渣、赤泥、铅锌渣、镍渣、化工废渣中的一种或几种。
含铁固体废弃物的配比为满足入炉固体废弃物的铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁、三氧化二铝的质量百分比为100:(6～15)：(5～13)：(1.5～4.5)：(0.5～9)。
含铁物料上料粒度要求不超过10mm，大块物料需破碎至10mm以下，不同的含铁物料通过设置不同的分料仓下料速度进行物料配比控制。配料完成后经过两级振动筛进行筛分处理，筛孔直径为10mm，振动筛将大于10mm的物料筛选返回破碎装置，小于或等于10mm的含铁物料筛选后输送至预热预氧化装置。
通过上述含铁固体废弃物的配比控制，实现了在含铁物料中不需额外配加石灰、白云石等熔剂，即可满足HIsmelt熔融还原冶炼工艺的渣系要求。本实施例示例的方法能够贯彻以废治废，变废为宝的理念，真正实现了固体废弃物的资源化、规模化地综合利用。
步骤(2)：将配料后的含铁物料经过预热预氧化处理装置3进行预热预氧化处理，脱除其中的部分硫及砷。其中，优选地控制预热预氧化富氧热风的含氧量为21％～32％。控制预热预氧化后含铁物料的出料温度为565～750℃。
通过上述对预热预氧化处理的优选地控制，可以达到50～80％的预脱硫率以及30～40％的脱砷率，降低了氧化还原炉1入炉物料的硫负荷，扩大了HIsmelt熔融还原工艺处理固体废弃物的范围，降低了炉外脱硫的生产成本。
步骤(3)：经预热预氧化处理后的含铁物料以压缩空气为载气，通过含铁物料喷吹装置5连接物料喷枪101进入氧化还原炉1。其中，优选地，压缩空气的喷吹量为8000～24000Nm3/h，含铁固体废弃物的喷吹量为20～280t/h。
步骤(4)：含碳固体废弃物以回收煤气为载气，通过含碳固体废弃物喷吹装置4连接物料喷枪101进入氧化还原炉1。
在高温下部分含碳固体废弃物迅速挥发出C颗粒,碳颗粒与含铁物料进行还原反应，产生铁水及一氧化碳气体，并使铁水渗碳。一氧化碳气体同含碳固体废弃物中挥发分热解产物及喷吹载气形成上升气流。含铁物料及含碳固体废弃物中的金属和非金属氧化物共同作用形成炉渣。
优选地，含碳固体废弃物包括HIsmelt熔融还原工艺自产的半焦、污泥、高炉灰及煤矸石中的一种或几种。
优选地，含碳固体废弃物满足粒度小于3mm，水分≤3.0％。
采用压缩空气及回收煤气为载气输送物料，提高了氧化还原炉1内熔池的传热效率，实现了煤气的循环利用，降低了燃料消耗，减少了碳排放。
步骤(5)：高温氧气由氧化还原炉1的炉壁氧枪102进入炉内，高温氧气与上升气流中可燃成分进行二次燃烧反应，为还原反应提供热量。二次燃烧反应产生的及未参与二次燃烧反应的煤气能够经煤气处理装置6被回收利用。
优选地，高温氧气为纯度超过95％的工业氧气，温度控制在800～1200℃。
优选地，二次燃烧率控制在40％～80％。
步骤(6)：还原出的铁水通过氧化还原炉1的前置炉虹吸出铁，铁水经炉外脱硫即可满足高纯生铁指标要求。
优选地，控制出铁温度为1360～1420℃，铁水含碳量3.6～4.2％，炉渣二元碱度为1.10～1.35，镁铝比为0.40～0.60。铁水的纯净度高、附加值高。
上述利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法还可以包括下述步骤：
将钒、钛富集进入炉渣,通过钛渣电炉得到含钒合金生铁。
高钛渣配合硫酸法生产钛白粉。
铅、锌及碱金属钾、钠随烟气上升气流进入烟道，在烟气余热回收冷却过程中，通过控制烟气温降，随烟尘在沉降室、旋风除尘及干法除尘布袋多阶段进行阶梯回收。
通过本实施例示例的方法还能够对固体废弃物中Fe、K、Na、Zn、Ti、V等元素进行富集回收，回收的有价金属均可再次利用，不会产生二次污染。
实施方式1
在本实施方式中，步骤(1)中含铁固体废弃物选自氧化铁皮、高炉旋风除尘灰、高炉干法除尘灰、转炉渣、钒钛尾渣；且预设置比例为含铁固体废弃物中铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁、三氧化二铝的质量比为100:14：8.5：2.6：2.3。
步骤(2)中预热预氧化处理采用富氧热风，富氧热风中含氧量为28％，预热预氧化处理后含铁物料的出料温度为700℃～750℃。
步骤(3)中压缩空气的喷吹量为8000～10000Nm3/h，含铁物料的喷吹量为140t/h。
步骤(4)中含碳固体废弃物包括半焦、污泥，含碳固体废弃物的粒度小于3mm，水分≤2.5％。
步骤(5)中高温氧气采用纯度超过95％的工业氧气，温度为850℃～1000℃。
在氧化还原炉1内二次燃烧反应的燃烧率为40％～50％。
通过虹吸出铁的铁水中铁元素含量为95.8％，碳元素含量为4.0％，出铁温度为1375℃。
铁水经炉外喷吹包括镁粉和石灰粉的复合脱硫剂，实现铁水深脱硫。将钒、钛富集进入炉渣,通过钛渣电炉能够得到含钒合金生铁；高钛渣配合硫酸法能够生产钛白粉。锌及碱金属钾、钠随烟气上升气流进入烟道，在烟气余热回收冷却过程中，通过控制烟气温降，随烟尘在沉降室、旋风除尘及干法除尘布袋多阶段阶梯回收。
实施方式2
在本实施方式中，步骤(1)中含铁固体废弃物选自氧化铁皮、炼钢二次除尘灰、转炉渣、电炉渣；且预设置比例为含铁固体废弃物中铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁、三氧化二铝的质量比为100:8.4：5.0：1.7：0.8。
步骤(2)中预热预氧化处理采用富氧热风，富氧热风中含氧量为23％，预热预氧化处理后含铁物料的出料温度为600℃～650℃。
步骤(3)中压缩空气的喷吹量为15000～21000Nm3/h，含铁物料的喷吹量为280t/h。
步骤(4)中含碳固体废弃物包括半焦、污泥、高炉灰、煤矸石，含碳固体废弃物的粒度小于2mm，水分≤2.0％。
步骤(5)中高温氧气采用纯度98.5％的工业氧气，温度为1100℃～1200℃。
在氧化还原炉1内二次燃烧反应的燃烧率为60％～70％。
通过虹吸出铁的铁水中铁元素含量为95.7％，碳元素含量为4.1％，出铁温度为1360℃。
铁水经炉外喷吹包括镁粉和石灰粉的复合脱硫剂，实现铁水深脱硫。铅、锌及碱金属钾、钠随烟气上升气流进入烟道，在烟气余热回收冷却过程中，通过控制烟气温降，随烟尘在沉降室、旋风除尘及干法除尘布袋多阶段阶梯回收。
本实施例另一方面还提供了一种利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统，所述系统基于上述任一项所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，如图2所示，所述系统包括混合配料装置2、预热预氧化处理装置3、含碳固体废弃物喷吹装置4、含铁物料喷吹装置5、氧化还原炉1及煤气处理装置6；
其中，所述混合配料装置2的出口端与所述预热预氧化处理装置3的入口端连接；所述预热预氧化处理装置3的出口端与所述含铁物料喷吹装置5的入口端连接；所述含碳固体废弃物喷吹装置4与所述含铁物料喷吹装置5的管路分别与所述氧化还原炉1连接；所述氧化还原炉1的气体出口端与所述煤气处理装置6的入口端连接；
所述混合配料装置2用以将含铁固体废弃物按预设置比例进行混合配料；
所述预热预氧化处理装置3用以将所述含铁物料进行预热预氧化处理；
所述含碳固体废弃物喷吹装置4用以将含碳固体废弃物喷入所述氧化还原炉1；
所述含铁物料喷吹装置5用以将预热预氧化处理后的所述含铁物料喷入所述氧化还原炉1；
所述氧化还原炉1用以所述含碳固体废弃物在高温下挥发出碳颗粒,所述含铁物料与所述碳颗粒进行还原反应，生成铁水及一氧化碳气体，所述一氧化碳气体与所述含碳固体废弃物中的挥发分、热解产物及所述回收煤气形成上升气流，所述含铁物料及所述含碳固体废弃物中的金属氧化物和/或非金属氧化物作用形成炉渣，
所述氧化还原炉1还用以所述高温氧气与所述上升气流中的可燃成分进行二次燃烧反应，为所述还原反应提供热量，
所述氧化还原炉1还用以虹吸出铁将所述还原反应生成的所述铁水导至所述氧化还原炉1外，炉渣经所述氧化还原炉1的渣口排出炉外；
所述煤气处理装置6用以回收利用所述二次燃烧反应产生的气体及未参与所述二次燃烧反应的煤气。
在本实施例中，所述氧化还原炉1包括炉体，所述炉体上部设置有煤气出口及炉壁氧枪102，所述炉体中部设置有物料喷枪101及渣口，所述炉体下部设置有虹吸出铁口；
所述煤气出口设置一个或一个以上，且分别连接至所述煤气处理装置6；
所述炉壁氧枪102设置两个或两个以上，所述炉壁氧枪102在炉体水平切面圆周方向均匀分布，沿所述氧化还原炉1炉体的轴线方向偏转30°～60°，且沿所述氧化还原炉1炉体水平方向的圆周半径偏转0°～60°；
所述物料喷枪101包括含铁物料喷枪101及含碳固体废弃物喷枪，总数至少为4个，在炉体水平切面圆周方向均匀分布，沿所述氧化还原炉1炉体的轴线方向偏转40°～60°。
在本实施例中，所述含铁物料喷吹装置5包括含铁细粉喷吹装置501及含铁颗粒喷吹装置502，所述含铁细粉喷吹装置501的喷吹管路与所述含铁颗粒喷吹装置502的喷吹管路合并后与所述氧化还原炉1的物料喷枪101连接；
所述含铁细粉喷吹装置501用以喷吹粒度小于0.1mm的含铁固体废弃物细粉；
所述含铁颗粒喷吹装置502用以喷吹粒度大于或等于0.1mm且不超过10mm的含铁固体废弃物颗粒；
所述含铁固体废弃物颗粒的喷吹量与所述含铁固体废弃物细粉的喷吹量的配比为1:(0～0.5)。
采用含铁颗粒与含铁细粉分离组合喷吹的方式，扩大了入炉固体废弃物的原料适用性，减少了原料破碎及造球等预处理的成本，提高了熔融还原反应的速率。
在本实施例中，利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统还包括：
含碳固体废弃物预处理装置，所述含碳固体废弃物预处理装置的入口端与所述混合配料装置2的出口端连接，所述含碳固体废弃物预处理装置的出口端与所述含碳固体废弃物喷吹装置4的入口端连接，所述含碳固体废弃物预处理装置用以将所述含碳固体废弃物破碎、烘干。
在本实施例中，利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统还包括：
制氧装置，用以制备工业氧气；
热风炉7，用以利用所述煤气处理装置6处理后的煤气，将工业氧气加热供给所述氧化还原炉1。
优选地，熔融还原工艺为HIsmelt熔融还原工艺。
优选地，氧化还原炉1为熔融还原炉。
本实施例示例的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统，对固体废弃物的处理效率高、流程短、能源综合利用率高。
本发明中未述及的地方采用或借鉴已有技术即可实现。
以上，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

Claims (10)

1.一种利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，所述熔融还原工艺包括氧化还原炉，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将含铁固体废弃物按预设置比例进行混合配料，以制得含铁物料；
(2)将所述含铁物料进行预热预氧化处理，脱除所述含铁物料中的部分硫和砷；
(3)将预热预氧化处理后的所述含铁物料以压缩空气为载气喷入所述氧化还原炉；
(4)将含碳固体废弃物以回收煤气为载气喷入所述氧化还原炉，所述含碳固体废弃物在高温下挥发出碳颗粒,所述含铁物料与所述碳颗粒进行还原反应，生成铁水及一氧化碳气体，所述一氧化碳气体与所述含碳固体废弃物中的挥发分的热解产物及所述回收煤气形成上升气流，所述含铁物料及所述含碳固体废弃物中的金属氧化物和/或非金属氧化物作用形成炉渣；
(5)将高温氧气喷入所述氧化还原炉，所述高温氧气与所述上升气流中的可燃成分进行二次燃烧反应，为所述还原反应提供热量，所述二次燃烧反应产生的气体及未参与所述二次燃烧反应的煤气经煤气处理装置回收利用；
(6)采用虹吸出铁将所述还原反应生成的所述铁水导至所述氧化还原炉外，并将所述铁水进行炉外处理，以制得高纯生铁，炉渣经所述氧化还原炉的渣口排出炉外。
2.根据权利要求1所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述含铁固体废弃物包括氧化铁皮、转炉渣、电炉渣、钢铁尘泥、冶金除尘灰、铜尾渣、钒钛尾渣、赤泥、铅锌渣、镍渣、化工废渣中的一种或几种；
步骤(1)中所述预设置比例为所述含铁固体废弃物中铁氧化物、氧化钙、二氧化硅、氧化镁、三氧化二铝的质量比为100:(6～15)：(5～13)：(1.5～4.5)：(0.5～9)。
3.根据权利要求1所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，其特征在于：
步骤(2)中所述预热预氧化处理采用富氧热风，所述富氧热风中含氧量为21％～32％，所述预热预氧化处理后所述含铁物料的出料温度为565℃～750℃。
4.根据权利要求1所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，其特征在于：
步骤(3)中所述压缩空气的喷吹量为8000～24000Nm3/h，所述含铁物料的喷吹量为20～280t/h。
5.根据权利要求1所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，其特征在于：
步骤(4)中所述含碳固体废弃物包括半焦、污泥、高炉灰、煤矸石中的一种或几种，所述含碳固体废弃物的粒度小于3mm，水分不大于3.0％。
6.根据权利要求1所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，其特征在于：
步骤(5)中所述高温氧气采用纯度超过95％的工业氧气，温度为800℃～1200℃，所述二次燃烧反应的燃烧率为40％～80％。
7.根据权利要求1所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，其特征在于：
步骤(6)中所述铁水中铁元素含量大于90％，所述铁水中碳元素含量大于3.2％，出铁温度高于1300℃。
8.根据权利要求1所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：
(7)将钒、钛富集进入所述炉渣，以制得含钒合金生铁，其中，所述炉渣的二元碱度为1.10～1.35，所述炉渣中MgO与Al2O3质量分数比值为0.40～0.60；
和/或
(8)采用硫酸法处理高钛渣，以制得钛白粉；
和/或
(9)铅、锌、碱金属钾及钠随所述上升气流进入烟道，在煤气余热回收冷却过程中，通过控制烟气温降，随烟尘在沉降室、旋风除尘及干法除尘布袋多阶段阶梯回收。
9.一种利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统，其特征在于，所述系统基于权利要求1-8任一项所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的方法，所述系统包括混合配料装置、预热预氧化处理装置、含碳固体废弃物喷吹装置、含铁物料喷吹装置、氧化还原炉及煤气处理装置；
其中，所述混合配料装置的出口端与所述预热预氧化处理装置的入口端连接；所述预热预氧化处理装置的出口端与所述含铁物料喷吹装置的入口端连接；所述含碳固体废弃物喷吹装置与所述含铁物料喷吹装置的管路分别与所述氧化还原炉连接；所述氧化还原炉的气体出口端与所述煤气处理装置的入口端连接；
所述混合配料装置用以将含铁固体废弃物按预设置比例进行混合配料；
所述预热预氧化处理装置用以将所述含铁物料进行预热预氧化处理；
所述含碳固体废弃物喷吹装置用以将含碳固体废弃物喷入所述氧化还原炉；
所述含铁物料喷吹装置用以将预热预氧化处理后的所述含铁物料喷入所述氧化还原炉；
所述氧化还原炉用以所述含碳固体废弃物在高温下挥发出碳颗粒,所述含铁物料与所述碳颗粒进行还原反应，生成铁水及一氧化碳气体，所述一氧化碳气体与所述含碳固体废弃物中的挥发分、热解产物及所述回收煤气形成上升气流，所述含铁物料及所述含碳固体废弃物中的金属氧化物和/或非金属氧化物作用形成炉渣，
所述氧化还原炉还用以所述高温氧气与所述上升气流中的可燃成分进行二次燃烧反应，为所述还原反应提供热量，
所述氧化还原炉还用以虹吸出铁将所述还原反应生成的所述铁水导至所述氧化还原炉外，炉渣经所述氧化还原炉的渣口排出炉外；
所述煤气处理装置用以回收利用所述二次燃烧反应产生的气体及未参与所述二次燃烧反应的煤气。
10.根据权利要求9所述的利用熔融还原工艺处理固体废弃物的系统，其特征在于：
所述氧化还原炉包括炉体，所述炉体上部设置有煤气出口及炉壁氧枪，所述炉体中部设置有物料喷枪及渣口，所述炉体下部设置有虹吸出铁口；
所述煤气出口设置一个或一个以上，且分别连接至所述煤气处理装置；
所述炉壁氧枪设置两个或两个以上，所述炉壁氧枪在炉体水平切面圆周方向均匀分布，沿所述氧化还原炉炉体的轴线方向偏转30°～60°，且沿所述氧化还原炉炉体水平方向的圆周半径偏转0°～60°；
所述物料喷枪包括含铁物料喷枪及含碳固体废弃物喷枪，总数至少为4个，在炉体水平切面圆周方向均匀分布，沿所述氧化还原炉炉体的轴线方向偏转40°～60°。
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