CN113930556A - 一种高炉炼铁的锌元素回收工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，属于冶金环保及固废综合利用领域。该工艺包括随高炉炉料带入的含锌化合物在高温高还原气氛区域被还原成锌蒸气，并随煤气上升穿过滴落带、软熔带，进入低温低还原气氛的块料带冷凝并被氧化沉积在炉料上，再随炉料下降到高温高还原气氛区域，再次被还原成锌蒸气，如此循环形成的元素锌高温循环富集区域，从所述元素锌高温循环富集区域将一部分富含锌元素的高温煤气直接引出高炉外进行锌元素的分离回收。本发明工艺简单、锌元素回收成本低、投资省、占地面积小、节能降耗、提高的高炉运行的稳定性。

Description

一种高炉炼铁的锌元素回收工艺

技术领域

本发明属于冶金环保及固废综合利用领域，具体的说是涉及一种高炉炼铁的锌元素回收工艺。

背景技术

进入高炉的锌是一种微量元素,来源于高炉的原、燃料中,常以硫化物(ZnS，熔点为1650℃)、铁酸盐(ZnO·Fe₂O₃)、硫酸盐(ZnSO₄)或硅酸盐(ZnO·Fe₂O₃)形式存在。硫化锌(ZnS)到达750℃后,开始被煤气中的二氧化碳氧化。进入900-1000℃温度范围,反应迅速。炉料继续下降,温度也进一步升高。当超过1167℃时,铁也能从硫化锌中将锌置换出来。

炉料中的含锌化合物在高温区容易被直接还原成金属Zn，且比标准状态下容易。在高炉中温区，由于CaO的作用，ZnSO₄最容易被CO还原成金属Zn，其次为ZnO·Fe₂O₃，其它含锌化合物较难被间接还原。被还原出来的金属Zn在高炉内容易被再次氧化成ZnO(熔点为2000℃)。由于高炉上下部的热力学条件差异性很大,同时锌的还原温度和液态沸点都很低,易气化。因此,锌在高炉下部还原气化后,随煤气上升到高炉上部低温区氧化并凝结在处于下降的炉料上,又随炉料下降到高温区还原气化而形成循环。气化后的锌,在高炉上部一部分凝结成粉尘被煤气带出,进入高炉煤气除尘灰中；一部分进入渣铁被排出炉外,而剩余部分则在炉内循环富集。

高炉渣中Zn可能以ZnO或ZnSiO₃的形式存在；除尘灰中Zn可能以ZnO、ZnFe₂O₄、ZnSiO₃、ZnSO₄或ZnCl₂的形式存在；炉内循环富集部分以元素锌和ZnO存在,炉料下降到炉腹与炉缸高温区，氧化还原主要受CO₂+C＝2CO反应的控制，含锌化合物被碳直接还原。另外炉内含锌化合物与炉料中的氯生成ZnCl₂后将形成蒸气，并随炉气上升，进入高炉除尘灰中。

Zn在高炉内高温区的变化行为如下：

(1)升高温度有利于含锌炉料在高炉下部的直接还原；

(2)在高炉高温区内1100-1550℃温度范围内，含锌化合物直接还原的难易程度ZnO·Fe₂O₃＞ZnSO₄＞即ZnO·Fe₂O₃最容易被碳直接还原。而ZnO相对来说最难还原；

(3)在CaO作用下，ZnO·Fe₂O₃、ZnSO₄的直接还原温度会有所降低，而且，ZnS借助于CaO的置换作用还原成Zn。

Zn在高炉内中温区的变化行为如下：

在高炉高温区内800-1100℃温度范围内，只有在CaO作用下，ZnO·Fe₂O₃和ZnSO₄才可能被CO间接还原，其中，ZnSO₄很容易被还原，而ZnO·Fe₂O₃、ZnSO₄在没有CaO的作用下，及ZnO在有CaO作用下都几乎不能被间接还原。

在高炉内有CO₂存在的中温区908-1100℃的区域内，锌是容易被CO₂氧化的。

当

即Zn被CO₂氧化最基本的条件是CO在炉气中的量是CO₂的9.68倍以下，Zn有可能被CO₂氧化，这样的条件在高炉内是能够实现的，且在锌蒸气上升的过程中，金属锌越容易被氧化。氧化后生成的氧化锌是较稳定的化合物，在高炉内较高温度区域(＞950℃)内,能被CO、C、H₂、CH₄、Fe等多种还原剂还原。

锌在炉料中沉积和循环富集在日本的高炉解体中也得到证实。据报道,各类矿石、焦炭均含锌在900℃左右急剧增加,在1100-1200℃出现最高值后又急剧降低。即最高值的范围在块状带下段和软熔带上段【王西鑫，锌在高炉生产中的危害机理分析及其防止，钢铁研究，1992.5】。湘钢生产每吨铁水3BF、4BF内锌的富集量分别为0.5120kg和0.4222kg,锌的收入与支出的相对误差分别达到了71.44％和57.58％,大部分进入炉内的锌都未能及时排出,使得锌在高炉内形成了富集,且富集量比较大【周飞,彭其春,陈本强,金智彬。高炉内锌平衡与结瘤的分析，中国冶金，2010年2月，第20卷第2期，p15-19】。

正是由于高炉内锌表现为以上行为，锌对高炉冶炼过程产生如下不利影响：

(1)影响原料性能。在高炉运行过程中，锌蒸汽进入矿石或焦炭内部被氧化成ZnO后，由于体积膨胀产生内应力，导致矿石和焦炭的强度降低，增大球团矿和烧结矿的粉化指数。锌蒸汽随煤气上升过程中，阻塞矿石和焦炭孔隙，恶化炉料透气性，不利于高炉顺行。

(2)影响高炉生产。锌在高炉内的循环富集恶化料柱透气性，破坏煤气流的正常分布，导致风压升高，造成炉内悬料、崩料，影响高炉正常生产。

(3)影响高炉寿命。锌蒸汽在生产过程中渗入炉衬耐火材料缝隙中，随温度降低冷凝并氧化形成ZnO，体积膨胀，破坏耐火材料结构，加速炉衬侵蚀并最终缩短高炉使用寿命。

(4)影响高炉设备。在炉缸高温区Zn蒸汽可以渗入炉衬的砖缝、裂纹和气孔中，破坏砖衬，随煤气上升的锌蒸汽氧化并冷凝在炉喉、炉身等部位，粘结尘垢，形成炉瘤，对高炉运行带来危害。

(5)Zn在高炉内的循环和积累，占据高炉的有效空间，稀释煤气的有效浓度。

(6)降低矿石的软化温度，导致软熔带层厚增加，进而增加气流上升阻力。

另外随煤气带出的锌进入除尘系统形成细微颗粒沉积在炉尘中，当把含锌炉尘作为辅料用于烧结时，又会构成烧结厂、炼铁厂之间锌的炉外循环。锌的炉外循环导致烧结矿锌含量升高，进而加剧锌对高炉的危害。

目前很多钢铁厂为了打破锌在烧结厂、炼铁厂之间的炉外循环，投入巨大资金建造转底炉，用以处理含锌的粉尘。尽管该方案可有效解决锌在高炉冶炼过程中的循环富集导致的危害，但极大增加了钢铁生产成本及工序能耗。对产能1000万吨的钢厂来说，采用转底炉处理钢厂内部产生的含锌粉尘，新增成本达5亿元以上。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种短流程的高炉炼铁、炼锌工艺，该工艺占地面积小、投资省、运行成本低、锌回收效率高，可实现高炉冶炼生产铁水的同时进行元素锌的高效分离。

技术方案包括随高炉炉料带入的含锌化合物在高温高还原气氛区域被还原成锌蒸气，并随煤气上升穿过滴落带、软熔带，进入低温低还原气氛的块料带冷凝并被氧化沉积在炉料上，再随炉料下降到高温高还原气氛区域，再次被还原成锌蒸气，如此循环形成的元素锌高温循环富集区域，从所述元素锌高温循环富集区域将一部分富含锌元素的高温煤气直接引出高炉外进行锌元素的分离回收。

所述元素锌高温循环富集区域直接引出的所述高温煤气温度控制在1200℃以上。

所述高温煤气直接引出口位于软熔带上沿。

所述高温煤气引出量占高炉内总煤气量的10-20％。

所述高温煤气直接引出后进入流化热解炉，与炉内的生物质进行热解氧化还原反应。

所述生物质热解后产生富含氢气的还原性热解气和半焦颗粒物，所述还原性热解气与所述高温煤气中的含锌化合物发生还原反应生成锌蒸气，所述高温煤气、生物质热解后产生的热解气、生物质热解后形成的半焦颗粒物、随煤气带出的细小颗粒物以及被还原生成的锌蒸气在所述流化热解炉内充分流化混合形成混合气体，并由所述流化热解炉顶部出口排出进入旋风除尘器。

所述混合气体经旋风除尘器捕集下来30％以上的粉尘后进入变径流化床冷却塔，与喷入塔内的粉体物料换热冷却到200℃以下，进入滤膜除尘器除尘，捕集回收元素锌产品。

所述滤膜除尘器除尘后的混合气体分为循环煤气、细粉体输送煤气和粗粉体输送煤气3部分，分别由煤气循环风机、细粉体气力输送风机和粗粉体气力输送风机引出。

所述流化热解炉为变内径的空腔柱状体，从柱状体底部气相入口开始，所述空腔柱状体内径至少经过气相入口后的扩大、缩小两次以上的逐渐连续改变，所述流化还原塔塔顶段为内径缩小段，所述气相排出口与流化还原塔塔顶段的内径缩小段连接。

所述流化热解炉内的生物质经破碎烘干处理，含水量为3-6％，粒径小于1.0mm，所述生物质由流化热解炉下部的粉料入口喷入，并与流化热解炉底部进入的高温煤气充分混合形成流化状态。

调节所述生物质的温度及喷入量，控制出所述流化还原塔煤气温度大于1000℃。

所述变径流化床冷却塔塔身至少存在两段直径逐渐缩小的葫芦颈段，所述葫芦颈段最小直径与原塔径相比缩小10-20％，所述变径流化床冷却塔气相进口位于塔最下端的葫芦颈段，沿所述变径流化床冷却塔气相进口上面相邻的大塔径段周向均匀各设置至少2个冷却粉体的大塔径段喷入口，沿所述大塔径段上面相邻的葫芦颈段周向均匀各设置至少2个冷却粉体的葫芦颈段喷入口，所述变径流化床冷却塔下端为热态粉剂出口。

所述变径流化床冷却塔内的粉体物料与所述混合气体换热后，粗粒径粉体物料从塔下端的热态粉体出口排出进入粉料螺旋换热器内，细粒径粉体物料从塔顶端的气相出口随煤气一同进入滤膜除尘器过滤捕集下来进入细粉体文氏管。

所述粉料螺旋换热器由倾斜一定角度并固定在基础上的圆筒形外壳及位于壳内的与外壳同轴的旋转列管组成，所述外壳下端上面向上设置粉体物料进口，所述外壳上端下面，向下设置粉体物料出口。

所述粗粒径粉体物料在粉料螺旋换热器内与所述旋转列管内的冷却水间接热后，温度降到150℃以下，从粉料螺旋换热器的粉体物料出口排出进入粗粉体文氏管。

所述煤气循环风机引出的循环煤气经耐高温文氏管气力输送来自旋风除尘器捕集下来的粉尘，从高炉风口循环进入高炉内；所述细粉体气力输送风机引出的细粉体输送煤气经细粉体文氏管气力输送所述滤膜除尘捕集下来的细粒径粉体物料，从所述小塔径段喷入口进入变径流化床冷却塔的内与混合气体流化换热；所述粗粉体气力输送风机引出的粗粉体输送煤气经粗粉体文氏管吸入来自粉料螺旋换热器粉剂出口的所述粗粒径粉体物料，从所述大塔径段喷入口进入变径流化床冷却塔的内与混合气体流化换热。

调节进入所述变径流化床冷却塔的粗粒径粉体物料和细粒径粉体物料的喷入量，控制出所述变径流化床冷却塔的粗粉体温度在390-400℃之间，煤气温度小于200℃。

所述含锌蒸气的混合气体经旋风除尘器及陶瓷膜除尘器除尘后进入文丘管洗涤器，喷水对所述混合气体进行降温、洗涤，所述混合气体中的锌蒸气被冷凝进入洗涤水，沉淀分离回收含锌产品，分离出锌蒸气的混合气体进入高炉煤气柜内。

所述含锌蒸气的混合气体经旋风除尘器及陶瓷膜除尘器除尘后进入文丘管洗涤器，喷水对所述混合气体进行降温、洗涤，所述混合气体中的锌蒸气被冷凝进入洗涤水，沉淀分离回收含锌产品，分离出锌蒸气的混合气体进入除湿器除湿后从高炉风口循环喷入高炉内。

从所述元素锌高温循环富集区域直接引出的富含锌元素的高温煤气经旋风除尘器除尘后进入文丘管洗涤器，喷水对所述混合气体进行降温、洗涤，所述混合气体中的锌蒸气被冷凝进入洗涤水，沉淀分离回收含锌产品，分离出锌蒸气的混合气体进入高炉煤气柜内。

锌元素的物理化学性质决定了锌元素在高炉内的行为特性必然形成循环富集区域，高炉内的锌在不同生产阶段有一个积累和集中排出的过程,因而引起高炉内锌的收支不平衡，并导致高炉的顺行【王雪松，付元坤，李肇毅。高炉内锌的分布及平衡，钢铁研究学报，2005年2月，第17卷第1期，p68-71】。高炉排锌效果不理想,排出的锌不到摄入锌量的50％,绝大部分进入高炉的锌仍存在于高炉内【周飞,彭其春,陈本强,金智彬。高炉内锌平衡与结瘤的分析，中国冶金，2010年2月，第20卷第2期，p15-19】。为了实现高炉生产排锌平衡，打破锌元素的循环富区，本发明将传统的高炉冶炼时锌元素炉内循环富集这一不利因素变为有利因素，创造性提出从高炉炉料软熔带上沿直接引出1200℃以上的高温煤气，如此方案具有以下技术效果：

(1)充分利用高炉的高温冶炼条件和炉内上下部的热力学条件显著的差异性对锌元素的高温循环富集。

(2)从高温富集了高浓度锌蒸气和含锌化合物微细粉尘的高温煤气分离出富含锌元素的产品，切断了传统的锌元素在高炉-烧结-高炉的高炉外的循环链，降低了高炉生产的运行成本。

(3)提高了高炉操作原稳定性，保证了高炉的顺行。

(4)软熔带上沿引出高温煤气后，降低了高炉内煤气引出口以上区域煤气的水当量，改变了高炉内炉墙边缘区域原来的从下往上温度逐渐降低的温度场，形成了较高的降温梯度区域，该区域出现在煤气引出口上方。如此在高炉内，炉身下部煤气引出口上方沿周向形成了一个环型的温度突变区域，从而提高了形成“∧”形软熔带的可能性。

在高炉冶炼过程中，炉内形成“∧”形软熔带有如下作用：

①有利于活跃、疏松中心料柱，使煤气流易于穿过中心焦炭料柱，并横向穿过料窗，然后折射向上，降低了炉内压差Δp；

②改善了煤气流的二次分布状况，增加了煤气流与块料带矿石的接触面和接触时间，加速了传热、传质过程，燃料比较低；

③煤气的引出，减弱了边缘气流，减轻了炉衬的热负荷及冲刷，保护了炉衬，延长了高炉寿命。

进一步的，为了充分利用引出煤气的余热，改善引出煤气的品质，在流化热解炉喷入生物质或城市生活垃圾粉料，利用煤气的高温热源热解生物质或城市生活垃圾。本项措施具有如下技术效果：

(1)生物质(如油菜秸秆等)的热解温度区间一般为200-500℃，引出的煤气温度1100-1200℃，大大高于生物质的热解温度，可以实现生物质的完全热解，热解气进入煤气系统，提高煤气的品质；热解残炭随高温喷煤从风口喷入高炉内，实现生物质的高效利用。

(2)与煤相比生物质含有更多的氢组分，通过对生物质的热解，煤气中的氢气含量增加，煤气的还原能力增强，有利于对随煤气带出的有价元素的还原，提高了有价元素从煤气中的分离效果。

(3)有效调控煤气温度。通过调整生物质粉料的喷入量，控制离开流化热解炉气相的温度，将温度控制在950-1050℃之间。

进一步的，流化热解炉设计为变内径的空腔柱状体结构，有利于喷入的生物质粉料与高温煤气进行多次充分混合换热。具体技术效果主要体现在以下几个方面：

(1)通过内径的变化可以实现喷入的生物质粉料经历多次的密相区、稀相区、密相区、稀相区，有利于生物质的充分流化，提高气-固两相的混合效果。

(2)通过内径的变化彻底杜绝了流化床运行过程中存在的边壁效应和沟流。

(3)提高生物质的热解率。流化热解炉内径的变化会引起气相流速发生相应的变化。在内径缩小区域，气相流速大，较小粒径的颗粒物被带入上一个内径扩大区域，较大粒径的颗粒物下落到下一个内径扩大区域。由于流化热解炉由下往上温度逐渐降低，气相流速由下往上逐步降低，落到下一个区域的较大粒径的颗粒物在经过内径缩小区域时，受较大气相流速的流化作用，被拦截在该区域进一步热解气化。

进一步的，本发明突破传统的冶金行业高温煤气喷水汽化冷却或淋水冷却方式，采用粉体物料(粉剂)对引出的高温煤气进行冷却，并在变径流化床冷却塔内进行，具有以下技术效果：

(1)换热效率及有价元素回收率高。在高温状态下(1000℃左右)，随高温煤气引出的锌元素大部分处于锌蒸气状态，在冷却塔内与喷入的低温粉体逆向接触，由于粉体具有较大的比表面积，与煤气接触后，换热速度快，同时较大的比表面积有利于对锌蒸气冷凝雾滴的吸附，提高了锌元素从煤气中的分离效果。

(2)避免锌蒸气在冷却塔内壁上冷凝结瘤。喷入变径流化床冷却塔内的冷却粉剂包含粗粉体物料和细粉体物料两种，细粉体物料从变径流化床冷却塔气相入口上面的大塔径段喷入口喷入，该段气相流速较低，喷入的细粉体物料停留时间长，有利于对变径流化床冷却塔内壁的预喷涂，避免了煤气中锌蒸气在冷却塔内壁上的冷凝、结瘤。

(3)为了避免从变径流化床冷却塔下端排出的粉体温度较高出现的锌蒸气没有完全凝固可能存在的塔壁上结瘤，在气相入口下部设置细粉体物料，具有对冷却塔内壁的预喷涂效果。

(4)提高粉体物料的分级效果，利于锌元素产品回收。通过变径流化床冷却塔对喷入的粉体流化，冷却煤气，同时冷凝煤气中的锌蒸气，较细的粉体冷凝吸附锌蒸气后粒径长大，沉降速度增加，当粒径增加导致沉降速度超过流化速度后，从变径流化床冷却塔下端的热态粉剂出口排出。

(5)避免了传统喷水冷却导致煤气的含水率增加，热值降低，同时还有利于煤气循环喷入高炉内。

本发明工艺简单、占地面积小、密封性和稳定性好、投资和运行成本低，彻底解决了现有高炉冶炼的锌元素循环富集的危害。本发明方法可高效回收炉料带入的锌资源，回收产品中的含锌量可达60％以上。与现有的转底炉工艺相比，以1000万吨钢产能的钢厂为例，节省投资2亿元以上，年节省运行成本1亿元以上，年减排二氧化碳30万吨以上，拓宽了高炉冶炼的炉料资源。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图；

图2为实施例2工艺流程示意图；

图3为实施例3工艺流程示意图；

图4为实施例4工艺流程示意图。

其中，1、高炉；1-1、高炉风口；1-2、高温煤气引出口；2、流化热解炉；2-1、生物质喷入口；3、变径流化床冷却塔；3-1、葫芦颈段喷入口；3-2、大塔径段喷入口；3-3、热态粉体出口；4、旋风除尘器；5、滤膜除尘器；6-1、细粉体文氏管；6-2、粗粉体文氏管；6-3、耐高温文氏管；7-1、细粉体气力输送风机；7-2、粗粉体气力输送风机；7-3、煤气循环风机；8、粉料螺旋换热器；8-1、粉体物料进口；8-2、旋转列管；8-3、粉体物料出口；9、文丘里洗涤器；10、循环水池；11、陶瓷滤膜除尘器；12、除湿器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明中的技术方案作进一步解释说明：

以2000m³的高炉为例。高炉冶炼过程中，从炉顶加入高炉炉料，从高炉风口鼓入热风(助燃气体)，同时喷入煤粉或煤气。在高炉中下部的炉腰、炉腹和炉缸区域,鼓入的热风(助燃气体)以及喷入煤粉、煤气等与炉料进行剧烈的传热、传质以及化学反应发生。在炉缸风口区域反应最为剧烈，燃烧带温度达到2200℃以上，煤气温度1700-1800℃。随炉料带入的锌化合物在该区域被还原、气化变为锌蒸气，并随生成的高温煤气一同上升。煤气上升过程中，煤气以及煤气携带的锌蒸气与从上而下的炉料逆流接触，穿过滴落带、软熔带，与炉料进行热、质传递，部分又被氧化并被炉料吸收。随着煤气的上升，锌元素的蒸气温度逐渐降低，当下降到沸点温度以下时，冷凝并被炉料拦截，再次随炉料下降又回到风口区，形成循环。如此循环往复，其中只有一小部分锌蒸气被氧化或凝结成微细粉尘后被煤气带出炉外，或冷凝在炉壁上，大部分则在炉内循环富集。

实施例1：

参见图1，从高炉1炉身下部的软熔带上沿通过高温煤气引出口1-2引出4-6万m³/h高温高炉煤气从流化热解炉2底部的气相入口进入流化热解炉2内，同时从流化热解炉2下部的生物质喷入口2-1喷入含水量3-6％、粒径小于1mm的生物质1500-2500kg/h。生物质进入流化热解炉2后与高温煤气流化混合、热交换，并进行热解氧化还原反应，通过调节生物质粉料的喷入量，控制离开流化热解炉2煤气温度降在950-1050℃范围内。热解气中的氢气与高温煤气带入的氧化锌微粒直接进行还原反应生成锌蒸气，生成的锌蒸气并随同高温煤气一起进入旋风除尘器4除去80％以上的粉尘后从变径流化床冷却塔3下部气相入口进入变径流化床冷却塔3内，与喷入的粉体冷料流化混合换热，温度降到200℃以下，并携带部分细粉体物料从变径流化床冷却塔3顶部气相出口排出。

旋风除尘器4捕集下来的高温粉尘及热解生成的半焦颗粒物进入耐高温文氏管6-3。

经变径流化床冷却塔3冷却后的煤气进入滤膜除尘器5除尘，回收含量达70％以上的细粉体锌产品。回收的细粉体锌产品一部分入库包装，另一部分进入细粉体文氏管6-1。

从变径流化床冷却塔3底部热态粉体出口3-3排出的温度在390-400℃粗粉体物料进入粉料螺旋换热器8内与旋转列管8-2内的冷却水间接换热，回收余热并产生蒸汽。冷却后的粗粉体物料温度降到150℃以下，从粉料螺旋换热器8的粉体物料出口8-3排出。排出的粗粉体物料一部分入库包装，另一部分进入粗粉体文氏管6-2。

经滤膜除尘器5除尘后的煤气分为三部分，分别通过细粉体气力输送风机7-1、粗粉体气力输送风机7-2和煤气循环风机7-3引出。通过细粉体气力输送风机7-1引出的煤气通过细粉体文氏管6-1带入细粉体物料进入变径流化床冷却塔4内，冷却高温煤气；通过粗粉体气力输送风机7-2引出的煤气通过粗粉体文氏管6-2带入粗粉体物料进入变径流化床冷却塔4内，冷却高温煤气；通过煤气循环风机7-3引出的煤气通过耐高温文氏管6-3带入旋风除尘器3捕集的高温粉尘及半焦颗粒物从高炉风口1-1进入高炉1内。

采用本发明后，高炉可以接受富含锌组分的炉料，同时可得到含锌达70％以上的富锌产品，并彻底消除了由于锌元素的高温循环富集导致的炉内结瘤，提高了高炉的使用寿命，保证了高炉的顺行，还切断了锌元素炉外的高炉-烧结工序间的循环路径。

实施例2：

参见图2，从高炉1炉身下部的软熔带上沿通过高温煤气引出口1-2引出4-6万m³/h高温高炉煤气从流化热解炉2底部的气相入口进入流化热解炉2内，同时从流化热解炉2下部的生物质喷入口2-1喷入含水量3-6％、粒径小于1mm的生物质1500-2500kg/h。生物质进入流化热解炉2后与高温煤气流化混合、热交换，并进行热解氧化还原反应，通过调节生物质粉料的喷入量，控制离开流化热解炉2煤气温度降在950-1050℃范围内。热解气中的氢气与高温煤气带入的氧化锌微粒直接进行还原反应生成锌蒸气。

将流化热解炉2顶部排出的含锌蒸气的高温煤气经旋风除尘器4除尘后直接引入文丘里洗涤器9，通过喷水对高温煤气进行洗涤并冷却，煤气温度降到80℃以下。洗涤水进入循环水池10，并循环使用。在循环水池10沉降下来的污泥经脱水后即得到含锌的产品。

经文丘里洗涤器9洗涤除尘并降温后的煤气进入高炉煤气柜储存。

由旋风除尘器4捕集下来的高温粉尘及热解生成的半焦颗粒物通过喷入的煤气从高炉风口1-2喷入高炉1内。

实施例3：

参见图3，从高炉1炉身下部的软熔带上沿通过高温煤气引出口1-2引出4-6万m³/h高温高炉煤气从流化热解炉2底部的气相入口进入流化热解炉2内，同时从流化热解炉2下部的生物质喷入口2-1喷入含水量3-6％、粒径小于1mm的生物质1500-2500kg/h。生物质进入流化热解炉2后与高温煤气流化混合、热交换，并进行热解氧化还原反应，通过调节生物质粉料的喷入量，控制离开流化热解炉2煤气温度降在950-1050℃范围内。热解气中的氢气与高温煤气带入的氧化锌微粒直接进行还原反应生成锌蒸气。

将流化热解炉2顶部排出的含锌蒸气的高温煤气经旋风除尘器4除尘后，再经陶瓷滤膜除尘器11进一步除尘净化，再引入文丘里洗涤器9。其余同实施例2。

增加陶瓷滤膜除尘器11后能获得含锌80％以上的富锌产品。

实施例4：

参见图4，从高炉1炉身下部的软熔带上沿通过高温煤气引出口1-2引出4-6万m³/h高温高炉煤气从流化热解炉2底部的气相入口进入流化热解炉2内，同时从流化热解炉2下部的生物质喷入口2-1喷入含水量3-6％、粒径小于1mm的生物质1500-2500kg/h。生物质进入流化热解炉2后与高温煤气流化混合、热交换，并进行热解氧化还原反应，通过调节生物质粉料的喷入量，控制离开流化热解炉2煤气温度降在950-1050℃范围内。热解气中的氢气与高温煤气带入的氧化锌微粒直接进行还原反应生成锌蒸气。

将流化热解炉2顶部排出的含锌蒸气的高温煤气经旋风除尘器4除尘后，再经陶瓷滤膜除尘器11进一步除尘净化，再引入文丘里洗涤器9，通过喷水对高温煤气进行洗涤并冷却，煤气温度降到80℃以下。洗涤水进入循环水池10，并循环使用。在循环水池10沉降下来的污泥经脱水后即得到含锌的产品。

经文丘里洗涤器9洗涤除尘并降温后的煤气进入除湿器12进行除湿调质处理。煤气除湿后通过煤气循环风机7-3从高炉风口1-2鼓入高炉1内，同时作为气力输送介质将由旋风除尘器4捕集下来的高温粉尘及热解生成的半焦颗粒物、陶瓷滤膜除尘器11捕集下来的粉尘带入高炉1内。

采用该发明的技术方案可获得含锌80％以上的富锌产品。

Claims (20)

1.一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，包括随高炉炉料带入的含锌化合物在高温高还原气氛区域被还原成锌蒸气，并随煤气上升穿过滴落带、软熔带，进入低温低还原气氛的块料带冷凝并被氧化沉积在炉料上，再随炉料下降到高温高还原气氛区域，再次被还原成锌蒸气，如此循环形成的元素锌高温循环富集区域，其特征在于，从所述元素锌高温循环富集区域将一部分富含锌元素的高温煤气直接引出高炉外进行锌元素的分离回收。

2.如权利要求1所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述元素锌高温循环富集区域直接引出的所述高温煤气温度控制在1200℃以上。

3.如权利要求1所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述高温煤气直接引出口位于软熔带上沿。

4.如权利要求1所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述高温煤气引出量占高炉内总煤气量的10-20％。

5.如权利要求1所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述高温煤气直接引出后进入流化热解炉，与炉内的生物质进行热解氧化还原反应。

6.如权利要求5所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述生物质热解后产生富含氢气的还原性热解气和半焦颗粒物，所述还原性热解气与所述高温煤气中的含锌化合物发生还原反应生成锌蒸气，所述高温煤气、生物质热解后产生的热解气、生物质热解后形成的半焦颗粒物、随煤气带出的细小颗粒物以及被还原生成的锌蒸气在所述流化热解炉内充分流化混合形成混合气体，并由所述流化热解炉顶部出口排出进入旋风除尘器。

7.如权利要求6所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述混合气体经旋风除尘器捕集下来30％以上的粉尘后进入变径流化床冷却塔，与喷入塔内的粉体物料换热冷却到200℃以下，进入滤膜除尘器除尘，捕集回收元素锌产品。

8.如权利要求7所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述滤膜除尘器除尘后的混合气体分为循环煤气、细粉体输送煤气和粗粉体输送煤气3部分，分别由煤气循环风机、细粉体气力输送风机和粗粉体气力输送风机引出。

9.如权利要求5所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述流化热解炉为变内径的空腔柱状体，从柱状体底部气相入口开始，所述空腔柱状体内径至少经过气相入口后的扩大、缩小两次以上的逐渐连续改变，所述流化还原塔塔顶段为内径缩小段，所述气相排出口与流化还原塔塔顶段的内径缩小段连接。

10.如权利要求5所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述流化热解炉内的生物质经破碎烘干处理，含水量为3-6％，粒径小于1.0mm，所述生物质由流化热解炉下部的粉料入口喷入，并与流化热解炉底部进入的高温煤气充分混合形成流化状态。

11.如权利要求5或10所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，调节所述生物质的温度及喷入量，控制出所述流化还原塔煤气温度大于1000℃。

12.如权利要求7所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述变径流化床冷却塔塔身至少存在两段直径逐渐缩小的葫芦颈段，所述葫芦颈段最小直径与原塔径相比缩小10-20％，所述变径流化床冷却塔气相进口位于塔最下端的葫芦颈段，沿所述变径流化床冷却塔气相进口上面相邻的大塔径段周向均匀各设置至少2个冷却粉体的大塔径段喷入口，沿所述大塔径段上面相邻的葫芦颈段周向均匀各设置至少2个冷却粉体的葫芦颈段喷入口，所述变径流化床冷却塔下端为热态粉剂出口。

13.如权利要求7或所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述变径流化床冷却塔内的粉体物料与所述混合气体换热后，粗粒径粉体物料从塔下端的热态粉体出口排出进入粉料螺旋换热器内，细粒径粉体物料从塔顶端的气相出口随煤气一同进入滤膜除尘器过滤捕集下来进入细粉体文氏管。

14.如权利要求13所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述粉料螺旋换热器由倾斜一定角度并固定在基础上的圆筒形外壳及位于壳内的与外壳同轴的旋转列管组成，所述外壳下端上面向上设置粉体物料进口，所述外壳上端下面，向下设置粉体物料出口。

15.如权利要求13所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述粗粒径粉体物料在粉料螺旋换热器内与所述旋转列管内的冷却水间接热后，温度降到150℃以下，从粉料螺旋换热器的粉体物料出口排出进入粗粉体文氏管。

16.如权利要求8所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述煤气循环风机引出的循环煤气经耐高温文氏管气力输送来自旋风除尘器捕集下来的粉尘，从高炉风口循环进入高炉内；所述细粉体气力输送风机引出的细粉体输送煤气经细粉体文氏管气力输送所述滤膜除尘捕集下来的细粒径粉体物料，从所述小塔径段喷入口进入变径流化床冷却塔的内与混合气体流化换热；所述粗粉体气力输送风机引出的粗粉体输送煤气经粗粉体文氏管吸入来自粉料螺旋换热器粉剂出口的所述粗粒径粉体物料，从所述大塔径段喷入口进入变径流化床冷却塔的内与混合气体流化换热。

17.如权利要求7或10或12所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，调节进入所述变径流化床冷却塔的粗粒径粉体物料和细粒径粉体物料的喷入量，控制出所述变径流化床冷却塔的粗粉体温度在390-400℃之间，煤气温度小于200℃。

18.如权利要求5所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述含锌蒸气的混合气体经旋风除尘器及陶瓷膜除尘器除尘后进入文丘管洗涤器，喷水对所述混合气体进行降温、洗涤，所述混合气体中的锌蒸气被冷凝进入洗涤水，沉淀分离回收含锌产品，分离出锌蒸气的混合气体进入高炉煤气柜内。

19.如权利要求5所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，所述含锌蒸气的混合气体经旋风除尘器及陶瓷膜除尘器除尘后进入文丘管洗涤器，喷水对所述混合气体进行降温、洗涤，所述混合气体中的锌蒸气被冷凝进入洗涤水，沉淀分离回收含锌产品，分离出锌蒸气的混合气体进入除湿器除湿后从高炉风口循环喷入高炉内。

20.如权利要求1所述的一种高炉炼铁的锌元素回收工艺，其特征在于，从所述元素锌高温循环富集区域直接引出的富含锌元素的高温煤气经旋风除尘器除尘后进入文丘管洗涤器，喷水对所述混合气体进行降温、洗涤，所述混合气体中的锌蒸气被冷凝进入洗涤水，沉淀分离回收含锌产品，分离出锌蒸气的混合气体进入高炉煤气柜内。

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