CN114317964A - 一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺及装置，属于冶金固危废处置技术领域。通过将含锌物料料与含铝物料混匀、压球后，在真空炉内完成熔解与还原，锌蒸气经真空冷凝系统得到锌液，反应残渣沿真空炉底部排料口排出后，经磁选分别得到合金与高氧化铝炉渣。该工艺及及装置解决现有技术中有CO2和氨气等气体排放和锌蒸汽容易遭到氧化的技术问题，实现了对冶金生产和加工过程产生的含锌和含铝固废的综合治理，是一种绿色节能环保型电炉灰处置工艺。
Description
技术领域
本发明属于冶金固危废处置技术领域，涉及一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺及装置。
背景技术
炼钢过程或铅、锌冶炼过程通常会产生含多种金属的高温蒸气，经常规冷却除尘后会生成含Pb、Zn、Cd等重金属粉尘或污泥，依据发改委2021年1月公布的《国家危险废物名录》(2021年版)中，该类粉尘已正式被划分为HW31危险废弃物。同时，在铝电解、铝加工及再生铝生产加工过程中，会产生诸多含铝副产品，且随着国内金属铝及铝合金生产规模不断扩大，工业铝灰(含一次铝灰和二次铝灰)、电解浮渣、镀锌渣的产生量也成比例增长，并在《国家危险废物名录》(2019版)中明确将工业铝灰列为HW48危险废弃物。
针对上述冶金与加工过程产生的含锌物料与废铝等现行火法处置工艺，多是采用碳基还原或热解/燃烧处置方式，专利对比如下。
含锌电炉粉尘的处理方法(公开号CN101092664A)、从电炉粉尘回收金属的方法和装置(公开号CN103069023A)等分别提出采用回转炉、转底炉或熔融电炉等装置利用碳还原含锌物料，锌蒸气经二次氧化最终收得氧化锌；
一种用废铝-锌-铁-硅合金再生金属铝锌的方法(公开号CN101629244)提出利用废铝作为发热剂添加至合金中通过真空蒸馏回收Zn与Al等有价金属；一种真空铝热还原法同时制取金属锂和金属镁的工艺(公开号CN110042240A)提出利用铝粉作为发热剂加速含镁物料含碳球团的还原过程。
对比上述专利，本发明以铝为还原剂采用真空低温还原方式，将含锌物料还原为金属锌、合金以及高氧化铝原料，无CO2排放，避免了锌蒸气的二次氧化，提高了产品市场价值。同时，原料中含有的氟化物被固化到熔渣中，氮化铝经还原过程生成氮气，避免了水解过程存在的氨气污染问题，是一种绿色节能环保型冶金固危废处置工艺。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺及装置，解决现有技术中有CO2和氨气等气体排放和锌蒸汽容易遭到氧化的技术问题，实现了对冶金生产和加工过程产生的含锌和含铝固废的综合治理，是一种绿色节能环保型电炉灰处置工艺。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺，包括如下步骤，
S1.配置原料，冶炼原料包括含锌物料和含铝物料，其中含铝物料中的铝为还原剂；
S2.熔解与还原，将含铝物料和含锌物料混匀，压球，送入真空炉内；并将真空炉内温度加热至700℃～900℃，控制真空炉内真空度为30～100Pa，将含铝物料和含锌物料熔解并完成铝热还原反应；
S3.冷却，将溶解与还原生成的蒸气通入真空冷凝系统中冷却成锌液，并从真空冷凝系统的溢流口流出，未充分冷却的蒸气从真空冷凝系统上部流至水洗池内，冷却沉降，形成锌粉；
S4.熔渣处理，还原反应结束后，将真空炉中残渣经底部排料口排出，经磁选得到合金与高氧化铝炉渣。
进一步，步骤S1中所述的含铝物料包括但不限于废铝、一次铝灰、二次铝灰、镀锌渣；含锌物料包括但不限于炼钢灰、含锌浸出渣、锌电池和锂渣。
进一步，步骤S1中含锌物料为电炉粉尘，含铝物料为工业铝灰时，需外配5％生石灰。
进一步，所述真空炉为真空感应炉或真空回转炉。
进一步，步骤S2中所述的含铝物料与含锌物料Al/O比为0.9～1.1，反应时间40～60min。
进一步，步骤S3中真空冷凝系统锌液池温度为450℃～550℃，真空冷凝系统顶部温度<150℃，水洗池温度<50℃。
进一步，步骤S2中将原料中的氟以11CaO-7Al2O3-CaF2相固化在炉渣，原料中的氮化铝经熔融还原生成氮气。
一种真空低温铝热法还原含锌物料的装置，包括底部设有排料口且顶部设有进料口的真空炉，位于真空炉进料口上方的压球机，位于压球机上并与压球机相连的混合机、与混合机相连的物料仓、与真空炉通过管道密封连接的真空冷凝系统、与真空冷凝系统通过管道连接并密闭的水洗池和与水洗池连通的真空泵。
进一步，所述物料仓由含锌物料仓和含铝物料仓两个仓室组成。
进一步，所述真空炉为真空感应炉或真空回转炉。
本发明的有益效果在于：
1、本申请使用铝为还原剂，并采用真空低温还原方式，将含锌物料还原为金属锌、合金以及高氧化铝原料，无CO2排放，避免了锌蒸气的二次氧化，提高了产品质量和市场价值。同时，氟化物中的氟以11CaO-7Al2O3-CaF2相固化在炉渣；氮化铝经还原过程生成氮气，避免了水解过程存在的氨气污染问题，实现了对含铝、锌等冶金固危废的无害化与资源化利用，并获得显著的经济效益和社会效益，是一种绿色节能环保型冶金固危废处置工艺。
2、熔渣中得到的高氧化铝可以作为原料供电解铝厂或高铝砖、耐材厂使用，使资源的到了循环利用，增加了整个工厂的效益。
本发明的其他优点在于避免了在城市道路表面围栏施工的情况，提升了市容市貌；节约了施工过程中人力、物力的成本损耗。加快施工进度，对工程的有效性、时效性有着明显的推动作用，流水线作业，降低了不熟练技术人员的培养成本，降低了在适用传统方式中出现的安全隐患，以及避免了不规范施工所造成的所有安全隐患。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为种真空低温铝热法还原含锌物料的装置示意图。
附图标记：含锌物料仓1、含铝物料仓2、混合机3、压球机4、进料口5、真空炉6、反应料层7、排料口8、蒸汽出口9、真空冷凝系统10、锌液池11、溢流口12、水洗池13、真空泵14。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，一种真空低温铝热法还原含锌物料的装置，包括底部设有排料口8且顶部设有进料口5的真空炉6，位于真空炉6的进料口5上方的压球机4，位于压球机4上并与压球机4相连的混合机3、与混合机3相连的含锌物料仓1和含铝物料仓2、与真空炉6上的蒸汽出口9通过管道密封连接的真空冷凝系统10、与真空冷凝系统10通过管道连接并密闭的水洗池13和与水洗池13连通的真空泵14。真空冷凝系统10下部设有储存锌液的锌液池11和溢流口12。真空炉6可选用真空感应炉或真空回转炉。
通过混合机3和压球机4对原料进行混匀和压球处理，减少了粉尘，保证了真空炉6下部形成的反应料层7的均匀加热，使铝热还原反应充分进行。
实施例1，一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺，包括如下步骤，
S1.配置原料，将电炉粉尘加入含锌物料仓1，工业铝灰作为还原剂加入含铝物料仓2，并外配5％生石灰；
S2.熔解与还原，通过混合机3和压球机4将电炉粉尘和工业铝灰按照Al/O0.9比例混匀，压球，送入真空炉内6内；并将真空炉内6温度加热至700℃～900℃，通过真空泵14控制真空炉内6真空度到30～100Pa，维持反应时间40～60min；
S3.冷却，将溶解与还原生成的锌蒸气通过蒸汽出口9和管道进入真空冷凝系统10中，控制真空冷凝系统10顶部温度<150℃，使锌蒸汽冷却成锌液，收集与下部的锌液池11中，并保持锌液池11的温度为450℃～550℃，使锌液可从位于锌液池11下部的溢流口12流出，未充分冷却的锌蒸气从冷却真空系统10上部流至水洗池13内，控制水洗池温度<50℃，使锌蒸汽冷却沉降，形成锌粉；
S4.熔渣处理，还原反应结束后，将真空炉6中残渣经底部排料口8排出，经磁选得到合金与高氧化铝炉渣，并将收集的高氧化铝炉渣供电解铝厂或高铝砖、耐材厂使用。此时，铝灰中的F以11CaO-7Al2O3-CaF2相固化在炉渣中，原料中氮化铝经还原过程生成氮气，可以有效避免了水解过程存在的氨气污染问题。
实施例2
实施例2与实施1的区别在于，
在步骤S1中，用不锈钢厂除尘灰和锂渣做含锌物料，工业铝灰作为还原剂和发热剂；
在步骤S2中，将不锈钢厂除尘灰和锂渣与工业铝灰按照Al/O为1.0比例混均、压球；
在步骤S3中，锌蒸气经真空冷却系统10形成锌液，并从溢流口排出，而锂蒸气在真空冷却系统10顶部的水冷罩上冷却为固态金属锂。
实施例2与实施例1相比，不仅可以处理含锌的固危废材料，还同时治理了含锂的固危废材料，并利用高温锂蒸气的冷凝结晶温度为150℃～200℃的特性，将蒸气中的金属锌与锂在真空冷却系统10中分离捕集，完成了多种固危废的综合治理，并提升了工艺流程的效率，提升了产品的市场价值。
本申请中的原料不仅仅是实施例1和实施例2中的物料，其含铝物料可包括废铝、一次铝灰、二次铝灰、镀锌渣等其他含铝固危废材料；含锌物料可包括炼钢灰、含锌浸出渣、锌电池等其他含锌固危废材料。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺，其特征在于：包括如下步骤，
S1.配置原料，冶炼原料包括含锌物料和含铝物料，其中含铝物料中的铝为还原剂；
S2.熔解与还原，将含铝物料和含锌物料混匀，压球，送入真空炉内；并将真空炉内温度加热至700℃～900℃，控制真空炉内真空度为30～100Pa，将含铝物料和含锌物料熔解并完成铝热还原反应；
S3.冷却，将溶解与还原生成的蒸气通入真空冷凝系统中冷却成锌液，并从真空冷凝系统的溢流口流出，未充分冷却的蒸气从真空冷凝系统上部流至水洗池内，冷却沉降，形成锌粉；
S4.熔渣处理，还原反应结束后，将真空炉中残渣经底部排料口排出，经磁选得到合金与高氧化铝炉渣。
2.根据权利要求1所述的一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺，其特征在于：步骤S1中所述的含铝物料包括但不限于废铝、一次铝灰、二次铝灰、镀锌渣；含锌物料包括但不限于炼钢灰、含锌浸出渣、锌电池和锂渣。
3.根据权利要求2所述的一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺，其特征在于：步骤S1中含锌物料为电炉粉尘，含铝物料为工业铝灰时，需外配5％生石灰。
4.根据权利要求1所述的一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺，其特征在于：所述真空炉为真空感应炉或真空回转炉。
5.根据权利要求1所述的一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺，其特征在于：步骤S2中所述的含铝物料与含锌物料Al/O比为0.9～1.1，反应时间40～60min。
6.根据权利要求1所述的一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺，其特征在于：步骤S3中真空冷凝系统锌液池温度为450℃～550℃，真空冷凝系统顶部温度<150℃，水洗池温度<50℃。
7.根据权利要求1所述的一种真空低温铝热法还原含锌物料的工艺，其特征在于：步骤S2中将原料中的氟以11CaO-7Al2O3-CaF2相固化在炉渣，原料中的氮化铝经熔融还原生成氮气。
8.一种真空低温铝热法还原含锌物料的装置，其特征在于：包括底部设有排料口且顶部设有进料口的真空炉，位于真空炉进料口上方的压球机，位于压球机上并与压球机相连的混合机、与混合机相连的物料仓、与真空炉通过管道密封连接的真空冷凝系统、与真空冷凝系统通过管道连接并密闭的水洗池和与水洗池连通的真空泵。
9.根据权利要求8所述的一种真空低温铝热法还原含锌物料的装置，其特征在于：所述物料仓由含锌物料仓和含铝物料仓两个仓室组成。
10.根据权利要求8所述的一种真空低温铝热法还原含锌物料的装置，其特征在于：所述真空炉为真空感应炉或真空回转炉。
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