CN114561545A - 一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，包括以下步骤：S1、向含锌粉尘物料中加水润湿，润湿后堆存和捂料升温熟化，得到熟化后的物料；S2、向熟化后的物料中加入粘结剂，强力混匀处理，再进行高压辊磨、润磨联合处理，得到混匀料；S3、将混匀料进行造球，然后对生球进行干燥处理，得到干球；S4、将干球装入气基竖炉内进行氢还原，还原温度为800℃～950℃，还原后在保护气氛下进行冷却，得到还原脱锌球。本发明利用氢还原温度低、还原速率快、能耗低、效率高以及无碳排放的优势，对含锌粉尘球团进行还原，从而改变传统碳热还原存在的诸多问题，不但能够提高还原效果，改善含锌粉尘综合利用效果，而且有利于环境保护。

Description

一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法。
背景技术
钢铁工业是我国经济发展的重要基础产业，也是固废排放大户，在其冶炼过程中会产生多种大量难处理的粉尘，如含锌粉尘。据统计，钢铁企业产生的粉尘总量一般为钢铁产量的8％～12％，而含锌粉尘占20％～30％。以此推算，每年我国钢铁厂含锌粉尘排放量超过2000万吨。含锌粉尘富含多种重金属，属于典型危废，若无法有效处置，必将带来严重的环境问题。为了保护环境及促进钢铁工业的生态循环，实现含锌粉尘的无害化和减量化已迫在眉睫。另一方面，钢厂含锌粉尘中富含各种有价元素如Fe、Pb、Zn、C，还有一些稀散元素In、Ag、Sn等，且其含量甚至高于某些原生矿产资源。据预测，2019年我国钢厂含锌粉尘中Fe、Zn和Pb的累计含量将分别达到600万吨、60万吨和4万吨，即相当于一座大型的“城市矿产”。而我国相关原生矿产资源匮乏，长期依耐进口。因此，为了缓解我国战略金属资源紧缺局面，降低对外依存度，对钢厂含锌粉尘-这座“城市矿产”的开发与资源化利用是必然选择。
目前，对于含锌粉尘主要以碳热还原为主，如直接还原法(煤基直接还原、转底炉等)和熔融还原法。但是碳热还原脱锌工艺，存在反应温度高、能耗高、碳排放大、污染严重、作业率及经济性有待提高等问题；此外，次氧化锌产品锌品位低，成分复杂，通常采用火法-湿法联合工艺分离富集锌资源，流程长，处理成本高。
上述问题难以通过现有工艺解决，含锌粉尘的高效利用成为制约钢铁工业可持续发展的瓶颈之一，亟需从理论上进行创新，开发更加清洁高效的新工艺。
发明内容
针对传统碳热还原法处理含锌粉尘，存在能耗高、污染大、碳排放量大、产品质量低的难题，本发明的目的在于提出了一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，以期更加清洁、高效实现含锌粉尘的脱锌及综合利用。
为了达到上述目的，本发明提供了一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，包括以下步骤：
S1、熟化：向含锌粉尘物料中加水润湿，润湿后堆存和捂料升温熟化，得到熟化后的物料；
S2、原料预处理：向步骤S1所得熟化后的物料中加入粘结剂，强力混匀处理，再进行高压辊磨、润磨联合处理，得到混匀料；
S3、将步骤S2所得混匀料进行造球，然后对生球进行干燥处理，得到干球；
S4、将步骤S3所得干球装入气基竖炉内进行氢还原，还原温度为800℃～950℃，还原后在保护气氛下进行冷却，得到还原脱锌球。
优选的方案，步骤S1中，含锌粉尘物料包括高炉除尘灰、电炉除尘灰和炼钢转炉烟尘中的一种或多种。
优选的方案，步骤S1中，含锌粉尘物料中加6％～8％水进行润湿，润湿的时间为8min～15min，堆存和捂料熟化10min～15min，物料的温度上升10℃～20℃。
优选的方案，步骤S2中，粘结剂为膨润土、有机粘结剂或者复合粘结剂中一种或几种，其用量为总物料的0.5wt％～2.0wt％。
发明人通过大量实验发现，粘结剂在所述的添加量下，可进一步改善生球的落下强度、抗压强度和爆裂温度。例如，添加量低于0.5wt％时，生球的落下强度、抗压强度和爆裂温度均下降，添加量高于2.0wt％时，虽然生球的落下强度和抗压强度有所升高，但造球操作不稳定，生球爆裂温度下降。
进一步优选的，所述粘结剂为复合粘结剂，复合粘结剂的组分为膨润土、腐殖酸钠和聚丙烯酰胺，各组分按重量百分比计为：
膨润土30％～50％；
腐殖酸钠20％～40％；
聚丙烯酰胺10％～50％；
各组分之和为100％。
发明人通过根据矿物成球机理，应用官能团组装原理，进行了多功能粘结剂的功能和分子设计，采用含有亲水基团、亲矿基团和适宜聚合度的球团粘结剂分子，并优化了其种类及其配比。复合粘结剂的组分为膨润土、腐殖酸钠和聚丙烯酰胺，其化学吸附粘结力强，所制备的球团强度高，热稳定性好。
优选的方案，步骤S2中，强力混匀过程，搅拌转速为1000rpm～2000rpm、搅拌时间2min～4min。
本发明采用的强力混匀工艺，对后续造球和氢还原影响巨大。搅拌转速快、搅拌时间长，混匀效果好，复合粘结剂分散均匀，充分发挥其各种作用，有利于后续的造球。但是，若搅拌转速偏慢，混匀效果差；若搅拌转速过快，搅拌叶片磨损快，配件损耗大，成本高；若搅拌时间短，混匀效果差；若搅拌时间过长，混合机产量下降；容易造成粘结剂分散不均匀，生球质量不稳定，从而导致氢还原效果较差。
优选的方案，步骤S2中，高压辊磨过程中，水分为7％～8％，辊磨压力为0.5N/mm2～2.0N/mm2。
高压辊磨水分偏高时，混合料太粘，高压辊磨机易堵塞，影响流程稳定运行；高压辊磨水分偏低，复合粘结剂的相互作用及其与矿物表面的化学作用减弱，导致生球性能变差。高压辊磨压力过小，则所获得的物料比表面积小，活性较差；高压辊磨压力过大，则能耗较高。
优选的方案，步骤S2中，润磨水分为7％～8％、润磨时间3min～5min。
润磨时间过短则均匀性较差，球团质量不均匀，强度较低；润磨时间过长，则能耗高。
优选的方案，步骤S3中，采用圆盘造球机进行造球，造球水分为12％～14％，造球时间为10min～14min，所制备生球的粒度为16mm～20mm。
优选的方案，步骤S3中，制备的生球达到如下性能：
生球抗压强度超过10N/个、落下强度大于4次/(0.5mm)、爆裂温度超过250℃，干球抗压强度超过100N/个。
优选的方案，步骤S3中，生球干燥的温度为200℃～400℃，干燥的风速为0.8m/s～1.2m/s，干燥的时间为6min～10min。
优选的方案，步骤S4中，干球还原的时间为100min～140min，气体流速10L/min～30L/min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
(1)本发明提供了一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，利用氢还原温度低(还原温度为800℃～950℃)、还原速率快、能耗低、效率高以及无碳排放的优势，对含锌粉尘球团进行还原，从而改变传统碳热还原存在的诸多问题，不但能够提高还原效果，改善含锌粉尘综合利用效果，而且有利于环境保护。
(2)本发明提供了一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，利用强力混匀、高压辊磨和润磨相耦合的处理方式，通过三者的相互协同，使得粘结剂不但在矿物宏观颗粒上充分分散，而且能够实现其微尺度的分散，增强粘结剂分子与矿物颗粒表面的物理化学作用，从而提高生球强度，改善生球质量和后续球团氢还原效果。
(3)本发明提供了一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，利用分子设计和官能团组装原理，提出一种高效复合粘结剂，复合粘结剂的组分为膨润土、腐殖酸钠和聚丙烯酰胺，通过粘结剂使用，可显著提高球团强度，改善含锌粉尘氢还原效果，降低还原粉化率，提高产质量。
(4)本发明提供了一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，针对传统含锌粉尘碳热还原过程，所得二次烟尘中煤灰含量高，导致次氧化锌品位低，后续提纯流程长，效果差的缺点，利用氢气的清洁高效，可有效降低挥发出的含锌蒸汽中杂质的含量，缩短后续锌的提纯流程。
附图说明
图1为本发明实施例1中含锌粉尘氢还原脱锌的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例和附图对本发明技术方案进行详细的阐述。
以下实施例及对比例，除特别声明外，所使用的原料，其化学成份如下：
高炉除尘灰：Fe 34.21％，C 26.37％，Zn 2.11％，Pb 0.48％，SiO26.5％；
电炉除尘灰：Fe 40.21％，C 1.88％，Zn 7.66％，Pb 0.10％，SiO23.5％；
炼钢转炉烟尘：Fe 42.11％，C 0.77％，Zn 5.01％，Pb 0.11％，SiO22.3％。
实施例1
本发明提供一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，包括以下步骤：
(1)将高炉除尘灰25wt％、电炉除尘灰30wt％和炼钢转炉烟尘45wt％进行混匀；向混合料中加入水进行润湿，所述水的添加量占混合料总重量的7％，润湿时间为10min，然后将混合料堆存和捂料熟化15min，物料的温度升高13℃左右；
(2)向混合料中加入1％的复合粘结剂(膨润土占35％，腐殖酸钠占35％和聚丙烯酰胺占30％)混合均匀，将所得的混合物料进行强力搅拌，搅拌转速为1500rpm、搅拌时间3min；然后，依次进行高压辊磨，高压辊磨水分为7％、辊磨压力为1.0N/mm2，润磨时间为3min；
(3)将预处理后的物料加入圆盘造球机进行造球，造球时间为12min，生球水分控制在12.5％左右，生球粒度控制在16～20mm；制备出的生球落下强度能达7.8次/0.5m，抗压强度能达46N·个-1，爆裂温度为345℃；将生球在带式焙烧机上进行干燥，干燥温度为250℃，干燥风速0.8m/s，干燥时间8.0min；得到的干球抗压强度能达180N·个-1；
(4)将干球装入竖炉内，通入氢气直接还原，还原的温度为800℃，还原的时间120min，气体流速为15L/min，还原后在氮气中冷却，得到的还原脱锌球团，经过筛分、磁选处理，得到金属化球团、非磁性物。
实施例1所得还原脱锌球团金属化率91.33％，还原过程脱锌率高达91.2％。还原球团外观完好，无粉化和碎裂。因此，还原球团含锌量及强度指标达到了入炉要求，可以直接用于高炉炼铁。从回转窑烟尘中回收得到含锌70.67％的次氧化锌，比煤基直接还原球团所制备的次氧化锌品位高。
实施例2
本发明提供一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，包括以下步骤：
(1)将高炉除尘灰25wt％、电炉除尘灰30wt％和炼钢转炉烟尘45wt％进行混匀；向混合料中加入水进行润湿，所述水的添加量占混合料总重量的7.5％，润湿时间为15min，然后将混合料堆存和捂料熟化15min，物料的温度升高18℃左右；
(2)向混合料中加入1.5％的复合粘结剂(膨润土占40％，腐殖酸钠占30％和聚丙烯酰胺占30％)混合均匀，将所得的混合物料进行强力搅拌，搅拌转速为2000rpm、搅拌时间3min；然后，依次进行高压辊磨，高压辊磨水分为7.5％、辊磨压力为1.0N/mm2，润磨时间为3min；
(3)将预处理后的物料加入圆盘造球机进行造球，造球时间为12min，生球水分控制在13％左右，生球粒度控制在16～20mm；制备出的生球落下强度能达12.4次/0.5m，抗压强度能达55N·个-1，爆裂温度为385℃；将生球在带式焙烧机上进行干燥，干燥温度为300℃，干燥风速0.8m/s，干燥时间7.0min；得到的干球抗压强度能达260N·个-1；
(4)将干球装入竖炉内，通入氢气直接还原，还原的温度为850℃，还原的时间120min，气体流速为20L/min，还原后在氮气中冷却，得到的还原脱锌球团。
实施例2所得还原脱锌球团金属化率94.55％，还原过程脱锌率高达94.6％。还原球团外观完好，无粉化和碎裂。因此，还原球团含锌量及强度指标达到了入炉要求，可以直接用于高炉炼铁。从回转窑烟尘中回收得到含锌71.87％的次氧化锌，比煤基直接还原球团锌含量高。
实施例3
本发明提供一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，包括以下步骤：
(1)将高炉除尘灰20wt％、电炉除尘灰30wt％和炼钢转炉烟尘50wt％进行混匀；向混合料中加入水进行润湿，所述水的添加量占混合料总重量的7.5％，润湿时间为15min，然后将混合料堆存和捂料熟化15min，物料的温度升高18℃左右；
(2)向混合料中加入2.0％的复合粘结剂(膨润土占45％，腐殖酸钠占30％和聚丙烯酰胺占25％)混合均匀，将所得的混合物料进行强力搅拌，搅拌转速为2000rpm、搅拌时间4min；然后，依次进行高压辊磨，高压辊磨水分为7.5％、辊磨压力为1.5N/mm2，润磨时间为3min；
(3)将预处理后的物料加入圆盘造球机进行造球，造球时间为14min，生球水分控制在13％左右，生球粒度控制在16～20mm；制备出的生球落下强度能达17.6次/0.5m，抗压强度能达78N·个-1，爆裂温度为405℃；将生球在带式焙烧机上进行干燥，干燥温度为350℃，干燥风速0.8m/s，干燥时间7.0min；得到的干球抗压强度能达305N·个-1；
(4)将干球装入竖炉内，通入氢气直接还原，还原的温度为850℃，还原的时间120min，气体流速为25L/min，还原后在氮气中冷却，得到的还原脱锌球团。
实施例3所得还原脱锌球团金属化率96.72％，还原过程脱锌率高达97.4％。还原球团外观完好，无粉化和碎裂。因此，还原球团含锌量及强度指标达到了入炉要求，可以直接用于高炉炼铁。从回转窑烟尘中回收得到含锌73.77％的次氧化锌，比煤基直接还原球团锌含量高。
实施例4
本发明提供一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，包括以下步骤：
(1)将高炉除尘灰25wt％、电炉除尘灰20wt％和炼钢转炉烟尘55wt％进行混匀；向混合料中加入水进行润湿，所述水的添加量占混合料总重量的7.5％，润湿时间为15min，然后将混合料堆存和捂料熟化15min，物料的温度升高18℃左右；
(2)向混合料中加入2.0％的复合粘结剂(膨润土占45％，腐殖酸钠占30％和聚丙烯酰胺占25％)混合均匀，将所得的混合物料进行强力搅拌，搅拌转速为2000rpm、搅拌时间4min；然后，依次进行高压辊磨，高压辊磨水分为8.0％、辊磨压力为2.0N/mm2，润磨时间为5min；
(3)将预处理后的物料加入圆盘造球机进行造球，造球时间为14min，生球水分控制在13％左右，生球粒度控制在16～20mm；制备出的生球落下强度能达19.8次/0.5m，抗压强度能达87N·个-1，爆裂温度为412℃；将生球在带式焙烧机上进行干燥，干燥温度为350℃，干燥风速0.8m/s，干燥时间7.0min；得到的干球抗压强度能达344N·个-1；
(4)将干球装入竖炉内，通入氢气直接还原，还原的温度为900℃，还原的时间140min，气体流速为30L/min，还原后在氮气中冷却，得到的还原脱锌球团。
实施例4所得还原脱锌球团金属化率97.88％，还原过程脱锌率高达98.9％。还原球团外观完好，无粉化和碎裂。因此，还原球团含锌量及强度指标达到了入炉要求，可以直接用于高炉炼铁。从回转窑烟尘中回收得到含锌75.66％的次氧化锌，比煤基直接还原球团锌含量高。

Claims (10)

1.一种含锌粉尘氢还原脱锌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、熟化：向含锌粉尘物料中加水润湿，润湿后堆存和捂料升温熟化，得到熟化后的物料；
S2、原料预处理：向步骤S1所得熟化后的物料中加入粘结剂，强力混匀处理，再进行高压辊磨、润磨联合处理，得到混匀料；
S3、将步骤S2所得混匀料进行造球，然后对生球进行干燥处理，得到干球；
S4、将步骤S3所得干球装入气基竖炉内进行氢还原，还原温度为800℃～950℃，还原后在保护气氛下进行冷却，得到还原脱锌球。
2.根据权利要求1所述含锌粉尘氢还原脱锌的方法，其特征在于，步骤S1中，含锌粉尘物料包括高炉除尘灰、电炉除尘灰和炼钢转炉烟尘中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述含锌粉尘氢还原脱锌的方法，其特征在于，步骤S1中，含锌粉尘物料中加6％～8％水进行润湿，润湿的时间为8min～15min，堆存和捂料熟化10min～15min，物料的温度上升10℃～20℃。
4.根据权利要求1所述含锌粉尘氢还原脱锌的方法，其特征在于，步骤S2中，粘结剂为膨润土、有机粘结剂或者复合粘结剂中一种或几种，其用量为总物料的0.5wt％～2.0wt％。
5.根据权利要求4所述含锌粉尘氢还原脱锌的方法，其特征在于，所述粘结剂为复合粘结剂，复合粘结剂的组分为膨润土、腐殖酸钠和聚丙烯酰胺，各组分按重量百分比计为：
膨润土30％～50％；
腐殖酸钠20％～40％；
聚丙烯酰胺10％～50％；
各组分之和为100％。
6.根据权利要求1所述含锌粉尘氢还原脱锌的方法，其特征在于，步骤S2中，强力混匀过程，搅拌转速为1000rpm～2000rpm、搅拌时间2min～4min。
7.根据权利要求1所述含锌粉尘氢还原脱锌的方法，其特征在于，步骤S2中，高压辊磨过程中，水分为7％～8％，辊磨压力为0.5N/mm2～2.0N/mm2；
步骤S2中，润磨水分为7％～8％、润磨时间3min～5min。
8.根据权利要求1所述含锌粉尘氢还原脱锌的方法，其特征在于，步骤S3中，采用圆盘造球机进行造球，造球水分为12％～14％，造球时间为10min～14min，所制备生球的粒度为16mm～20mm，制备的生球达到如下性能：
生球抗压强度超过10N/个、落下强度大于4次/(0.5mm)、爆裂温度超过250℃，干球抗压强度超过100N/个。
9.根据权利要求1所述含锌粉尘氢还原脱锌的方法，其特征在于，步骤S3中，生球干燥的温度为200℃～400℃，干燥的风速为0.8m/s～1.2m/s，干燥的时间为6min～10min。
10.根据权利要求1所述含锌粉尘氢还原脱锌的方法，其特征在于，步骤S4中，干球还原的时间为100min～140min，气体流速10L/min～30L/min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104630461A (zh) * 2015-02-15 2015-05-20 攀钢集团钛业有限责任公司 一种钛矿球团及其制备方法
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