CN113025813A - 一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，包括如下过程：将含有复合还原促进剂、粘结剂和经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的压块于950～1050℃下还原10‑25分钟，还原出的气体产物通过除尘系统回收得到次级氧化锌产品，残渣通过选矿分离提铁；其中压块通过复合还原促进剂、粘结剂、水和钢铁生产过程中含锌含碳工业固废混合均匀后压制成型、烘干得到。本发明通过降低还原温度和还原时间，既达到降低能耗，又达到利用固废中的碳资源和回收锌、铁等有价金属的目的。
Description
技术领域
本发明属于钢铁生产技术领域，具体涉及一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法。
背景技术
在钢铁生产过程中会产生大量含锌、含碳固废，如何充分利用其中有价的锌、铁、碳资源，既有显著的环境效益，同时有望产生良好的经济价值。
含锌含碳固废中，通产含有铁、锌、碳等元素，铁含量可达20％～40％不等，锌含量可达2％～25％不等，碳含量可达20％左右。其中的锌相比锌矿石2％～5％锌含量，有很高的提锌应用价值，同时可采用其中的碳作为还原剂实现铁资源的同步回收。因此，将钢铁厂固废搭配处理，不仅可以回收有色金属，满足国内有色金属需求，同时还能回收铁资源，提高经济价值。
目前针对含锌、铁等粉尘的研究虽然较多，但仍存在原料使用单一、还原温度较高，还原时间较长等问题。如公开号CN201910987696.4公开了一种转底炉中抑制含锌粉尘球团还原粉化的方法，还原过程中金属化率和脱锌率都较高；公开号CN201010113833.0和CN200810222976.8分别公开了一种含锌粉尘配碳高温直接还原脱锌和采用转底炉处理含锌粉尘回收氧化锌的方法，通过添加MgCO3，额外配入煤粉、焦粉等还原剂，达到了促进含锌粉尘还原提锌的效果。但以上方法存在还原温度较高、还原时间较长、过程能耗较大或者需要外配还原剂的不足。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，本发明通过降低还原温度和还原时间，既达到降低能耗，又达到利用固废中的碳资源和回收锌、铁等有价金属的目的。
本发明采用的技术方案如下：
一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，包括如下过程：
将含有复合还原促进剂、粘结剂和经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的压块于950～1050℃下还原10-25分钟，还原出的气体产物通过除尘系统回收得到次级氧化锌产品，残渣通过选矿分离提铁；
所述压块通过复合还原促进剂、粘结剂、水和钢铁生产过程中含锌含碳工业固废混合均匀后压制成型、烘干得到。
优选的，经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废中，C/Zn摩尔比不小于5。
优选的，所述复合还原促进剂为CaCO3、BaCO3和MgCO3中的一种或几种的混合物。
优选的，复合还原促进剂中有效成分的质量含量大于80％，含量为含锌固废质量的4％～10％。
优选的，复合还原促进剂的粒度小于160目。
优选的，经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的粒度不大于160目。
优选的，所述粘结剂为膨润土或硅藻泥，粘结剂添加量为经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废质量的1％～3％。
优选的，制备所述压块时，复合还原促进剂、粘结剂、水和经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的混合物中，水的质量含量不大于5％。
优选的，所述压块中水的质量含量不超过1％。
优选的，制备所述压块时，110℃～200℃下烘干。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废采用的是含有复合还原促进剂、粘结剂和经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的压块，将含碳固废和含锌固废进行机械活化处理，不仅可以降低原料粒度提高还原效率，同时，还可以通过降低含锌物相的晶格尺寸，增加其晶格畸变、位错密度、无定型分数和机械储能，从而改善物料的微观性质，提高原料高温反应性，解决含锌固废在还原过程中锌挥发率较低的问题。此外，通过添加复合还原促进剂，或促进难还原物相ZnFe2O4的还原分解，或改性处理，同时，复合还原促进剂还将分解产生CO2为高温下碳的气化提供反应物，提高还原性气体CO的组分，从而促进还原反应的进行。复合还原促进剂还能够降低还原过程的活化能促进难还原物相的还原。复合还原促进剂能够作用于还原过程，从而提高含锌固废中各种有价金属还原回收。综上，本发明能够改善固废的还原，解决含锌固废还原过程中ZnFe2O4、铁橄榄石等难还原回收的问题，进而提高固废中有价金属的回收率。本发明中于950～1050℃下还原10-25分钟，其温度相对较低、时间较短，能够达到降低能耗的目的，还原出的气体产物通过除尘系统回收得到次级氧化锌产品，残渣通过选矿分离提铁，因此到了利用固废中的碳资源和回收锌、铁等有价金属的目的。
进一步的，经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废中，C/Zn摩尔比不小于5，保证含锌含碳固废中有充足的还原剂，使得固废中的Zn、Fe等有价金属充分还原。
进一步的，所述复合还原促进剂为CaCO3、BaCO3和MgCO3中的一种或几种的混合物，一方面碳酸盐高温分解可以提供大量CO2，为碳的气化提供反应物；另一方面碳酸盐分解后产生的金属氧化物可以促进碳的气化反应，为气化反应充当催化剂，从而提高气固反应速率，促进固废中Zn、Fe的还原，提高有价金属的回收。
进一步的，复合还原促进剂中有效成分的质量含量大于80％，含量为含锌固废质量的4％～10％，复合还原促进剂较高的有效成分，保证外加物质在还原过程中能量消耗，降低生产成本。同时，合理的添加量不仅可以达到锌的还原挥发，而且可以降低复合还原促进剂使用成本，提高经济价值。
进一步的，复合还原促进剂的粒度小于160目，保证复合还原促进剂可以与固废充分混合，降低粒度偏析。
进一步的，经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的粒度不大于160目，保证固废可以与复合还原促进剂充分混合。同时，保证混合成型后有足够的物理强度。
附图说明
图1为本发明处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
本发明根据现有企业迫切需要处理含锌含碳固废的需求，提出一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，本发明是一种通过添加还原促进剂协同处理含锌、含碳固废的工艺方法。原料采用含锌、铁、碳的一种或几种工业固废，通过机械活化处理和添加还原促进剂提锌，选矿分离提铁；通过降低还原温度和还原时间，既达到降低能耗，又达到利用固废中的碳资源和回收锌、铁等有价金属的目的。
参照图1，本发明处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，具体包括如下步骤：
(1)将钢铁厂含锌的工业固废和含碳的工业固废混合，通过机械活化处理得到混合废固；
(2)将复合还原促进剂、机械活化处理后的混合固废、粘结剂以及少量水混匀，混匀后的样品经压样机压制成型；
(3)将压制成型的混合物料，在110℃～200℃下烘干；
(4)将步骤(3)制得的块状物料在950～1050℃高温下还原10～25min，还原出的气体产物通过除尘系统回收得到次级氧化锌产品，残渣通过选矿分离提铁。
其中，步骤(1)中含锌固废和含碳固废混合后的C/Zn摩尔比大于5，机械活化处理后粒度小于160目。步骤(2)中复合还原促进剂为CaCO3、BaCO3和MgCO3中的一种或几种的混合物，其中有效成分大于80％，粒度小于160目，添加剂添加量为含锌固废质量的4％～10％。步骤(2)中粘结剂为膨润土或硅藻泥，粘结剂添加量为机械活化处理的混合固废总质量的1％～3％。步骤(2)中混合物料在≤5％(质量含量)的水分下挤压成型。步骤(3)中经烘干的样品中水分含量≤1％(质量含量)。所述步骤(3)中样品可以采用预热烘干，余热烘干这些方式。
实施例1
本实施例中以高炉除尘灰作为含锌含碳工业固废，其中高炉除尘灰中以质量百分数计，主要成分包括：Fe：35％、Zn：3.53％、C：20.6％，其余为杂质。高炉除尘灰中C/Zn摩尔比为32.6。
本实施例处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，具体包括如下步骤：
(1)将上述高炉除尘灰进行机械活化处理，机械活化处理后的高炉除尘灰粒度不大于160目；
(2)将CaCO3、机械活化处理后的高炉除尘灰、膨润土以及少量水混匀，混匀后的样品经压样机压制成型；
(3)将压制成型的混合物料，在150℃下烘干；
(4)将步骤(3)制得的块状物料在1000℃高温下还原20min，还原出的气体产物通过除尘系统回收得到次级氧化锌产品，残渣通过选矿分离提铁。
其中，CaCO3粒度不大于160目，添加量为机械活化处理固废质量的10％。步骤(2)粘结剂添加量为机械活化处理的工业固废质量的2％。步骤(2)中混合物料在5％(质量含量)的水分下挤压成型。步骤(3)中烘干的样品中烘30min。
本实施例测得锌的挥发率为98.98％，相同条件下，未添加复合还原促进剂锌的挥发率仅为76.26％，添加复合还原促进剂后锌的挥发率提高了22.72％。
本发明以下实施例中以电炉除尘灰作为含锌工业固废，以高炉除尘灰为含碳固废，其中电炉除尘灰中以质量百分数计，主要成分包括：Fe：30％、Zn：7.2％、C：2.3％、其余为杂质；高炉除尘灰中以质量百分数计，主要成分包括：Fe：35％、Zn：1.1％、C：25％、其余为杂质。将两种固废按照质量比2:8混合，C/Zn摩尔比为6.4。
实施例2
本实施例处理钢铁生产过程中含锌固废和含碳固废的方法，具体包括如下步骤：
(1)将上述高炉除尘灰和电炉除尘灰进行机械活化处理，机械活化处理后的高炉除尘灰粒度不大于160目；
(2)将CaCO3、MgCO3和BaCO3按照质量比6:3:1混合得到的复合还原促进剂、机械活化处理后的高炉除尘灰和电炉除尘灰混合物、膨润土以及少量水混匀，混匀后的样品经压样机压制成型；
(3)将压制成型的混合物料，在110℃下烘干；
(4)将步骤(3)制得的块状物料在950℃高温下还原25min，还原出的气体产物通过除尘系统回收得到次级氧化锌产品，残渣通过选矿分离提铁。
其中，含CaCO3、MgCO3和BaCO3的复合还原促进剂粒度不大于160目，添加量为机械活化处理固废质量的4％。步骤(2)粘结剂添加量为机械活化处理的工业固废质量的1％。步骤(2)中混合物料在3％(质量含量)的水分下挤压成型。步骤(3)中烘干的样品中烘50min。
本实施例测得锌的挥发率为85.24％，相同条件下，未添加复合还原促进剂锌的挥发率仅为63.79％，添加复合还原促进剂后锌的挥发率提高了21.45％。
实施例3：
本实施例处理钢铁生产过程中含锌固废和含碳固废的方法，具体包括如下步骤：
(1)将上述高炉除尘灰和电炉除尘灰进行机械活化处理，机械活化处理后的高炉除尘灰粒度不大于160目；
(2)将CaCO3和MgCO3按照质量比7:3混合得到的复合还原促进剂、机械活化处理后的高炉除尘灰和电炉除尘灰混合物、硅藻泥以及少量水混匀，混匀后的样品经压样机压制成型；
(3)将压制成型的混合物料，在200℃下烘干；
(4)将步骤(3)制得的块状物料在1050℃高温下还原10min，还原出的气体产物通过除尘系统回收得到次级氧化锌产品，残渣通过选矿分离提铁。
其中，含CaCO3和MgCO3复合还原促进剂粒度不大于160目，添加量为机械活化处理固废质量的8％。步骤(2)粘结剂添加量为机械活化处理的工业固废质量的2％。步骤(2)中混合物料在3％(质量含量)的水分下挤压成型。步骤(3)中烘干的样品中烘20min。
本实施例测得锌的挥发率为84.97％，相同条件下，未添加复合还原促进剂锌的挥发率仅为64.56％，添加复合还原促进剂后锌的挥发率提高了20.11％。
Claims (10)
1.一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，其特征在于，包括如下过程：
将含有复合还原促进剂、粘结剂和经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的压块于950～1050℃下还原10-25分钟，还原出的气体产物通过除尘系统回收得到次级氧化锌产品，残渣通过选矿分离提铁；
所述压块通过复合还原促进剂、粘结剂、水和钢铁生产过程中含锌含碳工业固废混合均匀后压制成型、烘干得到。
2.根据权利要求1所述的一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，其特征在于，经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废中，C/Zn摩尔比不小于5。
3.根据权利要求2所述的一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，其特征在于，所述复合还原促进剂为CaCO3、BaCO3和MgCO3中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求2所述的一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，其特征在于，复合还原促进剂中有效成分的质量含量大于80％，含量为含锌固废质量的4％～10％。
5.根据权利要求1所述的一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，其特征在于，复合还原促进剂的粒度小于160目。
6.根据权利要求1所述的一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，其特征在于，经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的粒度不大于160目。
7.根据权利要求1所述的一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，其特征在于，所述粘结剂为膨润土或硅藻泥，粘结剂添加量为经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废质量的1％～3％。
8.根据权利要求1所述的一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，其特征在于，制备所述压块时，复合还原促进剂、粘结剂、水和经机械活化处理得到的钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的混合物中，水的质量含量不大于5％。
9.根据权利要求1所述的一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，其特征在于，所述压块中水的质量含量不超过1％。
10.根据权利要求1所述的一种处理钢铁生产过程中含锌含碳工业固废的方法，其特征在于，制备所述压块时，110℃～200℃下烘干。
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