CN114410962A - 一种不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,首先将不锈钢酸洗污泥、高炉重力除尘灰和红土镍矿进行混合造球,获得球团物料;然后将红土镍矿、熔剂和燃料混合制粒,获得粒状物料;再将球团物料和粒状物料混合后进行布料烧结,经破碎筛分后获得低硫复合烧结矿。酸泥中的硫在烧结过程中一部分转化为SO2,进入烧结烟气;另一部分转化为FeS、CaS等硫化物,进入烧结矿。含硫复合烧结矿通过造渣脱硫,将硫转移并固定在渣相中,有价金属Fe、Ni、Cr还原冶炼制得不锈钢铁水。通过烧结过程的固硫反应,在保证烧结矿质量的基础上,提高烧结矿硫含量,降低烧结烟气硫负荷,将酸洗污泥中大部分的硫转移至高炉中予以脱除。

Description

一种不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法
技术领域
本发明涉及冶金和环保领域,尤其涉及不锈钢酸洗污泥返生产再利用技术领域。
背景技术
酸洗污泥作为不锈钢生产过程中的主要危险固废之一,占不锈钢产量的5-10%,含有Fe、Ni和Cr等不锈钢冶炼所需元素。随着我国不锈钢产量的逐年递增,不锈钢酸洗污泥的资源化再利用对不锈钢冶炼降本增效和绿色可持续发展具有重要意义。文献研究和工业实践均表明,将含硫不锈钢酸洗污泥返不锈钢冶炼工序再利用是可行的,但添加量较低【Cong-cong Yang,Jian Pan,De-qing Zhu,Zheng-qi Guo,Xiao-mingLi.Pyrometallurgical recycling of stainless steel pickling sludge:a review[J].Journal of Iron and Steel Research International,2019,26(6).】。对比分析目前已公开专利的多种不锈钢酸洗污泥回收利用技术方案【CN201711218446.1;CN202010225343.3;CN201910640514.6;CN202011099935.1】,上述方法均是通过添加还原剂将不锈钢酸洗污泥中的CaSO4还原成CaO和SO2进行脱硫;同时,将Fe、Cr、Ni氧化物还原成合金,用作不锈钢冶炼原料。上述方法都存在工序冗长、能耗较高、烟气硫含量高等问题。
在工业生产实践上,含硫不锈钢酸洗污泥主要是用作烧结或球团原料,返不锈钢冶炼工序,但其添加量较低。含硫不锈钢酸洗污泥返烧结消纳量低的主要原因在于:一方面,酸洗污泥含有大量的硫酸钙,在现有烧结过程中易分解生成SO2,使得烧结烟气硫含量超标,增加烧结烟气硫负荷;另一方面,酸洗污泥中SiO2和CaF2含量较高,增加过量会降低烧结矿的质量。
专利【CN202111225014.X】提供一种利用赤泥与不锈钢酸洗污泥制备的复合铁酸钙及其制备方法和应用,将赤泥、不锈钢酸洗污泥和碳质还原剂混合,将所得混合料在惰性气氛或还原气氛下进行焙烧,得到复合铁酸钙。该发明采用不锈钢酸洗污泥为钙质提供剂,酸洗污泥中硫酸钙在还原性气氛高温焙烧后可以生成铁酸钙制备所需的氧化钙。由于焙烧尾气含有大量的SO2,该方法的综合环保效益有待进一步评估;同时,赤泥中较多的Na2O对铁酸钙产品的工业应用影响较大。
发明内容
针对现有不锈钢酸洗污泥返生产再利用技术过程中存在工艺复杂、烟气硫负荷高等问题。本发明基于传统长流程钢铁冶金工序,提出了一种不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿返高炉冶炼的方法,将不锈钢酸洗污泥、高炉除尘灰和红土镍矿制备成酸性球团,再与高碱度粒状烧结物料混合,在烧结过程进行固硫,在保证烧结矿质量的基础上,制备含硫复合烧结矿,降低烧结烟气硫负荷,将酸洗污泥中大部分硫转移至高炉中进行脱除。本发明通过大量的实验研究发现:一方面,通过控制焙烧温度、气氛和时间,可以将不锈钢酸洗污泥、高炉除尘灰和红土镍矿混合制备所得酸性球团中50%以上的CaSO4通过Fe2O3的催化和除尘灰中碳的还原,可以转化为CaS、FeS等硫化物,同时,上述酸性球团焙烧产生的SO2气体在向外扩散过程中与高碱度粒状烧结物料接触,还可继续与CaO反应转化为CaSO4,最终将酸洗污泥中60-80%的硫分散固定在烧结矿中,降低烧结烟气中硫含量,增加酸洗污泥的消纳量;另一方面,高碱度粒状物料烧结产生大量的铁酸钙粘结相,将酸性球团包裹起来,制备得到碱度适中的含硫复合烧结矿。
本发明旨在提供一种不锈钢酸洗污泥、高炉除尘灰和红土镍矿制备成酸性球团,再与高碱度红土镍矿粒状烧结物料混合,将混合烧结物料布置在烧结料层的中部。在烧结蓄热条件下,酸性球团中的一部分CaSO4转化成CaS和FeS,另一部分与转化为SO2后再与碱性物料发生反应生成CaSO4,实现不锈钢酸洗污泥中硫在烧结矿中的分散与固定。最终,酸性球团中矿相发生固固粘结,镶嵌在碱性物料液相固结的矿相中,得到碱度适中的含硫复合烧结矿,返回高炉冶炼进行脱硫、还原,冶炼不锈钢铁水。
为实现上述目的,本发明提供了一种不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,
包括以下步骤:
(1)将不锈钢酸洗污泥、高炉除尘灰和红土镍矿按照质量比为3-5:1-5:20-40置于搅拌设备中混匀,然后将混合物料转移至圆盘造球机进行制粒,制成粒度为5-15mm的酸性球团;
(2)将红土镍矿、生石灰、低硫煤和返矿按照质量比为40-50:1-3:5-10:30-50进行混料,然后将混合物料置于圆筒制粒机中制备粒度为2-5mm的粒状物料;
(3)将酸性球团和粒状物料按照质量比为10-60:40-90进行混合后,通过布料机布置在烧结料的中间层,点火烧结;
(4)待烧结完成后,破碎筛分,得到含硫复合烧结矿。
进一步地,步骤(1)中不锈钢酸洗污泥含水质量不高于10%,高炉除尘灰的锌含量低于1%,红土镍矿的全铁含量高于45%。
进一步地,步骤(1)中酸性球团的碳氧摩尔比低于1.5。
进一步地,步骤(1)中酸性球团的碱度应低于1.0。
进一步地,步骤(2)中红土镍矿的全铁含量高于45%,低硫煤的硫含量低于1.0%。
进一步地,步骤(2)中粒状物料的碱度高于2.0。
进一步地,步骤(3)中酸性球团和粒状物料混合后的物料碱度控制在1.2-1.8。
进一步地,步骤(4)含硫复合烧结矿返回高炉冶炼的添加量根据实际高炉硫负荷确定。
进一步地,酸洗污泥中60-80%的硫被分散固定在复合烧结矿中。
进一步地,通过控制不锈钢酸洗污泥、高炉除尘灰和红土镍矿的混合比例,使得酸性球团内部的CaSO4在烧结过程中转为化FeS和CaS,同时使得球团内部矿相在烧结蓄热的作用下发生固相粘结反应;通过控制红土镍矿、生石灰、低硫煤和返矿的比例,使得碱性物料在烧结过程中产生铁酸钙粘结液相,将酸性球团包裹,吸收酸性球团向外扩散的SO2气体。
本发明提供的不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,首先将不锈钢酸洗污泥、高炉重力除尘灰和红土镍矿进行混合造球,获得球团物料;然后将红土镍矿、熔剂和燃料(低硫煤)混合制粒,获得粒状物料;再将球团物料和粒状物料混合后进行布料烧结,经破碎筛分后获得低硫复合烧结矿;最后将低硫复合烧结矿作为高炉炉料。酸泥中的硫在烧结过程中:一部分,转化为SO2,进入烧结烟气;另一部分,转化为FeS、CaS等硫化物,进入烧结矿。含硫复合烧结矿通过造渣脱硫,将硫转移并固定在渣相中,有价金属Fe、Ni、Cr还原冶炼制得不锈钢铁水。通过烧结过程的固硫反应,在保证烧结矿质量的基础上,提高烧结矿硫含量,降低烧结烟气硫负荷,将酸洗污泥中大部分的硫转移至高炉中予以脱除。
本发明的技术关键在于:(1)通过控制不锈钢酸洗污泥、高炉除尘灰和红土镍矿的混合比例,使得酸性球团内部的CaSO4在烧结过程中转为化FeS和CaS,同时球团内部矿相在烧结蓄热的作用下发生固相粘结反应;(2)通过控制红土镍矿、生石灰、低硫煤和返矿的比例,使得碱性物料在烧结过程中产生大量的铁酸钙粘结液相,将酸性球团包裹,吸收酸性球团向外扩散的SO2气体,同时获得高质量的含硫复合烧结矿;(3)将酸性球团和粒状物料置于烧结料层中部,可充分利用烧结蓄热,促进球团内部固固粘结反应和硫酸钙还原反应,提升球团的冶金性能和固硫率。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例中的工艺流程图;
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例,使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现,本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
图1为本发明的工艺流程图。本发明实施实例中原料不锈钢酸洗污泥、高炉除尘灰、红土镍矿、低硫煤、生石灰由某不锈钢厂提供,其中不锈钢酸洗污泥含水量约为55%,干燥后的化学成分为:TFe、Ni、Cr、S、Ca和Si分别为18.4%、0.57%、3.13%、4.67%、16.97%和2.09%;高炉除尘灰:TFe、Cr、Zn、Ni、C、Si和Ca分别为17.29%、1.05%、0.56%、0.38%、43.25%、4.26%和1.41%;红土镍矿:TFe、Ni、Cr、Ca和Si分别为49.01%、1.02%、1.92%、1.56%和2.57%;低硫煤:SiO2、CaO、C和S分别为7.5%、0.6%、75%和0.6%;生石灰:SiO2和CaO分别为1.0%和87.0%。
实施例1
(1)将0.3kg干燥后的不锈钢酸洗污泥、0.1kg高炉重力除尘灰和3.6kg的红土镍矿置于实验室小型混料机中进行混合搅拌30min,然后转移至圆盘造球机中进行造粒,制成粒度为5-15mm的球团物料。
(2)将4kg的红土镍矿、0.15kg的生石灰、0.5kg的低硫煤和3.6kg的返矿置于混料机中进行混合搅拌30min,然后转移至圆筒制粒机中进行造粒,制成粒度为2-5mm的粒状物料。
(3)称取0.5kg的球团物料与0.5kg的粒状物料混合后置于刚玉坩埚中,将刚玉坩埚放入气氛电阻炉内。
(4)设置升温制度:室温升至105℃并保温60min,升温至1300℃保温20min;
(5)开启升温程序,同时向气氛炉中通入空气气流(100mL/min)。
(6)焙烧完成后,将焙烧产物冷却后进行破碎筛分,获得低硫复合烧结矿,其中烧结矿的固硫率为65.5%。
实施例2
(1)将10kg的不锈钢酸洗污泥、3kg高炉重力除尘灰和80kg的红土镍矿置于混料机中进行混合搅拌30min,然后转移圆筒制粒机中进行造粒,制成粒度为5-15mm的球团物料。
(2)将51.8kg的红土镍矿、1.96kg的生石灰、7.3kg的低硫煤和38.94kg的返矿置于混料机中进行混合搅拌30min,然后转移至圆筒制粒机中进行造粒,制成粒度为2-5mm的粒状物料。
(3)称取30kg的球团物料与70kg的粒状物料混合后放置于布料斗中,称取3.5kg的成品矿均匀铺在900mm高的烧结杯中;
(4)将布料斗用电动葫芦吊运到布料机上,通过平台控制箱控制料斗均匀布料至烧结杯中;
(5)启动烧结程序设定点火时间90s、点火温度1100℃、点火负压6kPa,烧结负压12kPa。同时启动助燃风机,打开煤气阀开关。
(6)烧结完成后,将焙烧产物冷却后进行破碎筛分,获得低硫复合烧结矿,其中烧结矿的烧结率、成品率、转鼓强度TI(+6.3kg)和固硫率分别为89.17%、65.76%、68%和73.6%。
实施例3
(1)将10kg的不锈钢酸洗污泥、2.5kg高炉重力除尘灰和87.5kg的红土镍矿置于混料机中进行混合搅拌30min,然后转移圆筒制粒机中进行造粒,制成粒度为5-15mm的球团物料。
(2)将52.13kg的红土镍矿、1.35kg的生石灰、7.36kg的低硫煤和39.15kg的返矿置于混料机中进行混合搅拌30min,然后转移至圆筒制粒机中进行造粒,制成粒度为2-5mm的粒状物料。
(3)称取20kg的球团物料与80kg的粒状物料混合后放置于布料斗中,称取3.5kg的成品矿均匀铺在900mm的烧结杯中;
(4)将布料斗用电动葫芦吊运到布料机上,通过平台控制箱控制料斗均匀布料至烧结杯中;
(5)启动烧结程序设定点火时间90s、点火温度1100℃、点火负压6kPa,烧结负压12kPa。同时启动助燃风机,打开煤气阀开关。
(6)烧结完成后,将焙烧产物冷却后进行破碎筛分,获得低硫复合烧结矿,其中烧结矿的烧结率、成品率、转鼓强度TI(+6.3kg)和固硫率分别为93.47%、71.67%、66%和78.3%。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将不锈钢酸洗污泥、高炉除尘灰和红土镍矿按照质量比为3-5:1-5:20-40置于搅拌设备中混匀,然后将混合物料转移至圆盘造球机进行制粒,制成粒度为5-15mm的酸性球团;
(2)将红土镍矿、生石灰、低硫煤和返矿按照质量比为40-50:1-3:5-10:30-50进行混料,然后将混合物料置于圆筒制粒机中制备粒度为2-5mm的粒状物料;
(3)将酸性球团和粒状物料按照质量比为10-60:40-90进行混合后,通过布料机布置在烧结料的中间层,点火烧结;
(4)待烧结完成后,破碎筛分,得到含硫复合烧结矿。
2.如权利要求1所述的不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,其中,步骤(1)中不锈钢酸洗污泥含水质量不高于10%,高炉除尘灰的锌含量低于1%,红土镍矿的全铁含量高于45%。
3.如权利要求1所述的不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,其中,步骤(1)中酸性球团的碳氧摩尔比低于1.5。
4.如权利要求1所述的不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,其中,步骤(1)中酸性球团的碱度应低于1.0。
5.如权利要求1所述的不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,其中,步骤(2)中红土镍矿的全铁含量高于45%,低硫煤的硫含量低于1.0%。
6.如权利要求1所述的不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,其中,步骤(2)中粒状物料的碱度高于2.0。
7.如权利要求1所述的不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,其中,步骤(3)中酸性球团和粒状物料混合后的物料碱度控制在1.2-1.8。
8.如权利要求1所述的不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,其中,步骤(4)含硫复合烧结矿返回高炉冶炼的添加量根据实际高炉硫负荷确定。
9.如权利要求1所述的不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,其中,酸洗污泥中60-80%的硫被分散固定在复合烧结矿中。
10.如权利要求1所述的不锈钢酸洗污泥制备含硫复合烧结矿的方法,其中,通过控制不锈钢酸洗污泥、高炉除尘灰和红土镍矿的混合比例,使得酸性球团内部的CaSO4在烧结过程中转为化FeS和CaS,同时使得球团内部矿相在烧结蓄热的作用下发生固相粘结反应;通过控制红土镍矿、生石灰、低硫煤和返矿的比例,使得碱性物料在烧结过程中产生铁酸钙粘结液相,将酸性球团包裹,吸收酸性球团向外扩散的SO2气体。
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