CN114686689A - 一种多源冶金粉尘的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金固废处理技术领域。本发明提供了一种多源冶金粉尘的处理方法，将收集到的冶金粉尘进行有价金属元素火法分离，得到富铁原料和有价金属烟尘；有价金属烟尘经过充分氧化后，利用湿法工艺进行富集分离提取，对收集到的喷淋液进行压滤能进一步回收氧化锌滤饼和母液，对母液除杂获得氯化钾产品。本发明提供的多源冶金粉尘的处理方法，能够全量处理高氯冶金粉尘，避免传统回转窑提锌工艺结圈、管道结构及收尘设备堵塞问题，消除前端水洗去氯工序大幅降低用水量，降低多源冶金粉尘提取有价元素运行成本，实现冶金粉尘全量资源化综合利用。

Description

一种多源冶金粉尘的处理方法
技术领域
本发明涉及冶金固废处理技术领域，尤其涉及一种多源冶金粉尘的处理方法。
背景技术
钢铁是一种重要的战略资源，而钢铁冶炼过程中产生的冶金粉尘占比约为钢产量的8％～12％，其中含有丰富的铁、碳、锌、铅和钾等元素，具有非常高的回收利用价值，因此冶金粉尘的高价值资源化利用能够加强战略矿产资源储备，降低对矿产资源依赖性，利于钢铁工业的发展。现阶段，冶金粉尘主要以循环流化床、隧道窑、回转窑、转底炉等火法工艺实现冶金粉尘的除杂和有价元素提取，但由于钢铁生产工序和钢种的影响，冶金粉尘品种多、成分复杂，直接进行资源化处理会造成回转窑结圈、管道结垢、收尘系统堵塞等问题，例如回转窑法处理冶金粉尘时，对冶金粉尘有要求，如果粉尘中氯含量过高，无法回收处理达到全量应用的目的；而水洗线处理冶金粉尘时，虽然能够处理高氯冶金粉尘，但是处理对象单一只能针对烧结机头灰，需要大量的水对烧结机头灰进行水洗处理，而且洗涤结束后产品的浓度低，后续的高温蒸发结晶回收成本进一步提高。因此，现有技术中对于冶金粉尘的处理存在针对性技术，但冶金粉尘全量资源化协同处理技术鲜有报道，势必导致部分冶金粉尘难以资源化利用，引起冶金粉尘大量堆积，不仅会造成资源的巨大浪费，还会造成环境的污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种多源冶金粉尘的处理方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种多源冶金粉尘的处理方法，包含下列步骤：
(1)将多源冶金粉尘进行冶炼，得到富铁原料和有价金属烟尘；
(2)将有价金属烟尘进行氧化反应，得到粉尘；
(3)将粉尘顺次进行除尘、喷淋、脱尘和脱硫后，得到达标烟气和洗涤液；
(4)将洗涤液进行压滤得到氧化锌滤饼和母液；
(5)将母液除杂后得到氯化钾产品。
作为优选，所述步骤(1)中多源冶金粉尘包含烧结机头灰、高炉除尘灰、转炉除尘灰和电炉灰；
多源冶金粉尘中铁元素的质量分数小于等于40％，锌元素的质量分数大于等于4％，碳元素的质量分数小于等于12％，氯元素和锌元素的摩尔比为2～3.5：1。
作为优选，所述步骤(1)中冶炼的温度为1100～1200℃，所述冶炼的时间为3～5h。
作为优选，所述步骤(2)中氧化反应的温度大于等于400℃，所述氧化反应的时间为5～10min。
作为优选，所述步骤(3)中除尘的效率为70～75％。
作为优选，所述步骤(3)中喷淋的喷淋液温度为45～50℃，所述喷淋的目标温度为55～60℃。
作为优选，步骤(3)中脱尘得到脱尘烟气，脱尘烟气的粉尘量小于等于10mg/m3，脱尘烟气中二氧化硫含量小于等于35mg/m3，脱尘烟气中氮氧化物含量小于等于50mg/m3。
作为优选，所述步骤(3)中脱硫的烟气流速为2～3m/s，所述脱硫的液气比为12～15：1。
作为优选，所述步骤(4)中压滤的压力为0.5～0.8MPa，所述压滤的保压时间为55～65min。
作为优选，步骤(5)中母液中氯化钾的质量浓度大于等于200g/L；
所述除杂的时间小于等于2h。
本发明提供了一种多源冶金粉尘的处理方法，将收集到的冶金粉尘进行有价金属元素火法分离，得到富铁原料和有价金属烟尘；富铁原料中铁元素的质量分数大于55％，有价金属烟尘经过充分氧化后，利用湿法工艺进行富集分离提取，对收集到的喷淋液进行压滤能进一步回收氧化锌滤饼和母液，氯化锌滤饼中锌元素的质量分数大于60％，对母液除杂获得氯化钾产品，氯化钾产品中氯化钾的质量分数大于85％。本发明提供的多源冶金粉尘的处理方法，避免传统回转窑提锌工艺结圈、管道结构及收尘设备堵塞问题，对冶金粉尘的种类没有要求，多种冶金粉尘混合后进行处理，消除前端水洗去氯工序，用水量降低60％节省了大量的水资源；在处理过程中，大气污染物达标排放，无二次固废产生，降低多源冶金粉尘提取有价元素运行成本，实现冶金粉尘全量资源化综合利用。
附图说明
图1为本发明多源冶金粉尘处理方法示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种多源冶金粉尘的处理方法，包含下列步骤：
(1)将多源冶金粉尘进行冶炼，得到富铁原料和有价金属烟尘；
(2)将有价金属烟尘进行氧化反应，得到粉尘；
(3)将粉尘顺次进行除尘、喷淋、脱尘和脱硫后，得到达标烟气和洗涤液；
(4)将洗涤液进行压滤得到氧化锌滤饼和母液；
(5)将母液除杂后得到氯化钾产品。
在本发明中，所述步骤(1)中多源冶金粉尘优选包含烧结机头灰、高炉除尘灰、转炉除尘灰和电炉灰，将上述灰尘混料后，利用加料系统送入回转窑窑尾进行冶炼。
在本发明中，多源冶金粉尘中铁元素的质量分数优选小于等于40％，进一步优选小于等于36％，更优选小于等于33％；锌元素的质量分数优选大于等于4％，进一步优选大于等于6％，更优选大于等于8％；碳元素的质量分数优选小于等于12％，进一步优选小于等于11％，更优选小于等于10％；氯元素和锌元素的摩尔比优选为2～3.5：1，进一步优选为2.5～3：1，更优选为2.6～2.9：1。
在本发明中，所述冶炼的风速优选为2～5m/s，进一步优选为3～4m/s，更优选为3.4～3.6m/s。
在本发明中，所述步骤(1)中冶炼的温度优选为1100～1200℃，进一步优选为1120～1180℃，更优选为1140～1160℃；所述冶炼的时间优选为3～5h，进一步优选为3.5～4.5h，更优选为3.8～4.2h。
在本发明中，通过对多元冶金粉尘的冶炼，获得富铁原料和有价金属烟尘；富铁原料中铁元素的质量分数优选大于等于58％，进一步优选大于等于60％，更优选大于等于62％，富铁原料中锌元素的质量分数优选小于等于0.8％，进一步优选小于等于0.7％，更优选小于等于0.6％；将获得的富铁原料进行销售，完成对铁元素的处理。
在本发明中，得到的有价金属烟尘在引风的作用下经窑尾进入收尘系统的沉降室，有价金属烟尘中存在氧气，进行氧化反应，所述氧气的体积分数优选为12～15％，更优选为13～14％。
在本发明中，所述步骤(2)中氧化反应的温度优选大于等于400℃，进一步优选大于等于450℃，更优选大于等于500℃；所述氧化反应的时间优选为5～10min，进一步优选为6～9min，更优选为7～8min。
在本发明中，所述步骤(2)中氧化反应结束后得到的粉尘，进入文丘里除尘器中进行除尘；未进行氧化反应的有价金属烟尘在重力作用下进行沉降，由引风带回回转窑中进行冶炼。
在本发明中，粉尘进入文丘里除尘器中进行除尘，文丘里除尘器的处理风量优选为90000～110000m3/h，进一步优选为95000～105000m3/h，更优选为98000～102000m3/h；文丘里除尘器的烟尘排放浓度优选小于等于200mg/m3，进一步优选为180mg/m3，更优选为150mg/m3。
在本发明中，所述步骤(3)中除尘的效率优选为70～75％，进一步优选为71～74％，更优选为72～73％。
在本发明中，除尘后得到烟气，将烟气进行喷淋，喷淋为在喷淋塔1、喷淋塔2和喷淋塔3中进行喷淋降温脱尘。
在本发明中，所述步骤(3)中喷淋的喷淋液温度优选为45～50℃，进一步优选为46～49℃，更优选为47～48℃；所述喷淋的目标温度优选为55～60℃，进一步优选为56～59℃，更优选为57～58℃。
在本发明中，喷淋后的烟气进入湿电除尘器中进行脱尘。
在本发明中，步骤(3)中脱尘得到脱尘烟气，脱尘烟气的粉尘量优选小于等于10mg/m3，进一步优选小于等于8mg/m3，更优选小于等于6mg/m3；脱尘烟气中二氧化硫含量优选小于等于35mg/m3，进一步优选小于等于30mg/m3，更优选小于等于25mg/m3；脱尘烟气中氮氧化物含量优选小于等于50mg/m3，进一步优选小于等于45mg/m3，更优选小于等于40mg/m3。
在本发明中，脱尘后的烟气进入脱硫塔中脱除硫氧化物，得到达标烟气。
在本发明中，所述步骤(3)中脱硫的烟气流速优选为2～3m/s，进一步优选为2.2～2.8m/s，更优选为2.4～2.6m/s；所述脱硫的液气比优选为12～15：1，更优选为13～14：1。
在本发明中，所述喷淋的介质优选为水，所述脱尘的介质优选为水。水从湿电除尘器中进入对固体颗粒进行沉降，得到的洗涤液进入压滤机中压滤，压滤得到的循环水和喷淋介质一起进入喷淋塔3中进行逆流洗涤，水进入喷淋塔3中对烟气进行喷淋后得到洗涤液1，洗涤液1作为内循环水进入喷淋塔2中进行喷淋得到洗涤液2，洗涤液2作为内循环水进入喷淋塔1中进行喷淋得到洗涤液，完成逆流洗涤；洗涤液进入压滤机中压滤得到氧化锌滤饼和压滤水，氧化锌滤饼销售，压滤水作为循环水补充喷淋。
在本发明中，脱硫塔运行时需要使用循环水，循环水进入脱硫塔后得到自身循环的内循环水，将内循环水进行压滤，压滤水作为循环水进入脱硫塔，压滤固体返回步骤(1)中进行冶炼。
在本发明中，所述步骤(4)中压滤的压力优选为0.5～0.8MPa，进一步优选为0.6～0.7MPa，更优选小于等于0.64～0.66MPa；所述压滤的保压时间优选为55～65min，进一步优选为56～64min，更优选为58～62min。
在本发明中，压滤得到的压滤水作为循环水进行逆流洗涤。
在本发明中，压滤得到氧化锌滤饼，所述氧化锌滤饼中锌元素的质量分数优选大于等于60％，进一步优选大于等于65％，更优选大于等于70％。
在本发明中，步骤(5)中母液中氯化钾的质量浓度优选大于等于200g/L，进一步优选大于等于220g/L，更优选大于等于240g/L。
在本发明中，压滤得到的压滤水作为循环水进行逆流洗涤，循环水的氯化钾质量浓度大于等于200g/L时，停止循环；此时循环水为母液，将母液进行除杂，去除母液中钙、镁等杂质。
在本发明中，所述除杂的时间优选小于等于2h，进一步优选小于等于1.8h，更优选小于等于1.5h；本发明中的除杂采用本领域中公知的办法即可。
在本发明中，除杂结束后顺次进行预热、蒸发、脱水和结晶，得到氯化钾产品；所述预热、蒸发、脱水和结晶采用本领域中公知的办法即可。
在本发明中，所述氯化钾产品中氯化钾的质量分数优选大于等于85％，进一步优选大于等于90％，更优选大于等于95％。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将烧结机头灰、高炉除尘灰、转炉除尘灰和电炉灰混合得到多源冶金粉尘，粉尘中铁元素的质量分数为30％、锌元素的质量分数为8％、碳元素的质量分数为10％，氯元素和锌元素的摩尔比为2.3：1。
将多源冶金粉尘通过加料系统送入回转窑窑尾进行冶炼，冶炼的风速为4m/s，在1150℃下冶炼4h得到富铁原料和有价金属烟尘，富铁原料中铁元素的质量分数为65％，锌元素的质量分数为0.6％，富铁原料进行销售；有价金属烟尘在引风的作用下进入收尘系统的沉降室中，在500℃下氧化反应8min，得到粉尘；粉尘进入文丘里除尘器中进行除尘，未进行氧化反应的有价金属烟尘在重力作用下进行沉降，由引风带回回转窑中进行冶炼。
在文丘里除尘器中，处理风量为100000m3/h，烟尘排放浓度为178mg/m3，除尘的效率为73％；将除尘后得到的烟气顺次送入喷淋塔1、喷淋塔2和喷淋塔3中，采用水进行喷淋，喷淋液的温度为45℃，喷淋塔3中得到烟气的温度为55℃。
将喷淋后的烟气送入湿电除尘器中脱尘，脱尘处理后脱尘烟气中粉尘量为8mg/m3，二氧化硫含量为25mg/m3，氮氧化物的含量为40mg/m3；然后将脱尘烟气送入脱硫塔中脱除硫氧化物，烟气在脱硫塔中的流速为2.5m/s，循环水和烟气的液气比为13：1。
喷淋采用逆流洗涤，水从湿电除尘器中进入对固体颗粒进行沉降，得到的洗涤液进入压滤机中压滤，压滤得到的循环水和喷淋介质一起进入喷淋塔3中进行逆流洗涤，水进入喷淋塔3中对烟气进行喷淋后得到洗涤液1，洗涤液1作为内循环水进入喷淋塔2中进行喷淋得到洗涤液2，洗涤液2作为内循环水进入喷淋塔1中进行喷淋得到洗涤液，完成逆流洗涤；洗涤液进入压滤机中压滤，在0.65MPa下保压60min得到氧化锌滤饼和压滤水，氧化锌滤饼中锌元素的质量分数为63％，将氧化锌滤饼销售，压滤水作为循环水补充喷淋。
循环水中氯化钾的质量浓度为210g/L时，停止循环，此时循环水作为母液，除杂1.5h，然后顺次进行预热、蒸发、脱水和结晶，得到氯化钾产品，氯化钾产品中氯化钾的质量分数为87％，完成对多源冶金粉尘的处理。
实施例2
将烧结机头灰、高炉除尘灰、转炉除尘灰和电炉灰混合得到多源冶金粉尘，粉尘中铁元素的质量分数为26％、锌元素的质量分数为10％、碳元素的质量分数为10％，氯元素和锌元素的摩尔比为2：1。
将多源冶金粉尘通过加料系统送入回转窑窑尾进行冶炼，冶炼的风速为3m/s，在1100℃下冶炼3h得到富铁原料和有价金属烟尘，富铁原料中铁元素的质量分数为63％，锌元素的质量分数为0.7％，富铁原料进行销售；有价金属烟尘在引风的作用下进入收尘系统的沉降室中，在480℃下氧化反应10min，得到粉尘；粉尘进入文丘里除尘器中进行除尘，未进行氧化反应的有价金属烟尘在重力作用下进行沉降，由引风带回回转窑中进行冶炼。
在文丘里除尘器中，处理风量为98000m3/h，烟尘排放浓度为185mg/m3，除尘的效率为75％；将除尘后得到的烟气顺次送入喷淋塔1、喷淋塔2和喷淋塔3中，采用水进行喷淋，喷淋液的温度为45℃，喷淋塔3中得到烟气的温度为55℃。
将喷淋后的烟气送入湿电除尘器中脱尘，脱尘处理后脱尘烟气中粉尘量为9mg/m3，二氧化硫含量为28mg/m3，氮氧化物的含量为46mg/m3；然后将脱尘烟气送入脱硫塔中脱除硫氧化物，烟气在脱硫塔中的流速为2.8m/s，循环水和烟气的液气比为12：1。
喷淋采用逆流洗涤，水从湿电除尘器中进入对固体颗粒进行沉降，得到的洗涤液进入压滤机中压滤，压滤得到的循环水和喷淋介质一起进入喷淋塔3中进行逆流洗涤，水进入喷淋塔3中对烟气进行喷淋后得到洗涤液1，洗涤液1作为内循环水进入喷淋塔2中进行喷淋得到洗涤液2，洗涤液2作为内循环水进入喷淋塔1中进行喷淋得到洗涤液，完成逆流洗涤；洗涤液进入压滤机中压滤，在0.5MPa下保压55min得到氧化锌滤饼和压滤水，氧化锌滤饼中锌元素的质量分数为66％，将氧化锌滤饼销售，压滤水作为循环水补充喷淋。
循环水中氯化钾的质量浓度为230g/L时，停止循环，此时循环水作为母液除杂2h，然后顺次进行预热、蒸发、脱水和结晶，得到氯化钾产品，氯化钾产品中氯化钾的质量分数为85％，完成对多源冶金粉尘的处理。
实施例3
将烧结机头灰、高炉除尘灰、转炉除尘灰和电炉灰混合得到多源冶金粉尘，粉尘中铁元素的质量分数为36％、锌元素的质量分数为7％、碳元素的质量分数为11％，氯元素和锌元素的摩尔比为3.4：1。
将多源冶金粉尘通过加料系统送入回转窑窑尾进行冶炼，冶炼的风速为5m/s，在1200℃下冶炼5h得到富铁原料和有价金属烟尘，富铁原料中铁元素的质量分数为61％，锌元素的质量分数为0.7％；有价金属烟尘在引风的作用下进入收尘系统的沉降室中，在500℃下氧化反应7min，得到粉尘；粉尘进入文丘里除尘器中进行除尘，未进行氧化反应的有价金属烟尘在重力作用下进行沉降，由引风带回回转窑中进行冶炼。
在文丘里除尘器中，处理风量为109000m3/h，烟尘排放浓度为163mg/m3，除尘的效率为75％；将除尘后得到的烟气顺次送入喷淋塔1、喷淋塔2和喷淋塔3中，采用水进行喷淋，喷淋液的温度为50℃，喷淋塔3中得到烟气的温度为60℃。
将喷淋后的烟气送入湿电除尘器中脱尘，脱尘处理后脱尘烟气中粉尘量为6mg/m3，二氧化硫含量为25mg/m3，氮氧化物的含量为38mg/m3；然后将脱尘烟气送入脱硫塔中脱除硫氧化物，烟气在脱硫塔中的流速为2.1m/s，循环水和烟气的液气比为15：1。
喷淋采用逆流洗涤，水从湿电除尘器中进入对固体颗粒进行沉降，得到的洗涤液进入压滤机中压滤，压滤得到的循环水和喷淋介质一起进入喷淋塔3中进行逆流洗涤，水进入喷淋塔3中对烟气进行喷淋后得到洗涤液1，洗涤液1作为内循环水进入喷淋塔2中进行喷淋得到洗涤液2，洗涤液2作为内循环水进入喷淋塔1中进行喷淋得到洗涤液，完成逆流洗涤；洗涤液进入压滤机中压滤，在0.8MPa下保压55min得到氧化锌滤饼和压滤水，氧化锌滤饼中锌元素的质量分数为69％，将氧化锌滤饼销售，压滤水作为循环水补充喷淋。
循环水中氯化钾的质量浓度为200g/L时，停止循环，此时循环水作为母液除杂3h，然后顺次进行预热、蒸发、脱水和结晶，得到氯化钾产品，氯化钾产品中氯化钾的质量分数为92％，完成对多源冶金粉尘的处理。
由以上实施例可知，本发明提供了一种多源冶金粉尘的处理方法，无需冶金粉尘前端预处理，减低冶金粉尘资源化成本；本发明利用喷淋塔替代传统管道及布袋富集冶金粉尘，消除了因原料成分导致管道及除尘系统堵塞，保证回转窑通风系统通畅，提高多源冶金粉尘资源化效率；本发明对有价元素烟尘进行逆流洗涤，大幅度减少喷淋塔用水量，不断提高溶液中可溶有价元素浓度，利用浓缩结晶的方法提取K、Na产品，同时降低不可溶有价元素压滤成本，提高湿法富集提取效率；本发明涉及的洗涤水实现封闭循环使用、无外排，同时匹配湿电收尘、湿法脱硫等污染物治理设备，实现冶金粉尘环境友好型资源化。本发明提供的处理方法不仅有效的处理冶金粉尘，生产得到富铁原料、氯化锌和氯化钾产品，且无固废产生，是一种高效环保的处理方法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多源冶金粉尘的处理方法，其特征在于，包含下列步骤：
(1)将多源冶金粉尘进行冶炼，得到富铁原料和有价金属烟尘；
(2)将有价金属烟尘进行氧化反应，得到粉尘；
(3)将粉尘顺次进行除尘、喷淋、脱尘和脱硫后，得到达标烟气和洗涤液；
(4)将洗涤液进行压滤得到氧化锌滤饼和母液；
(5)将母液除杂后得到氯化钾产品。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中多源冶金粉尘包含烧结机头灰、高炉除尘灰、转炉除尘灰和电炉灰；
多源冶金粉尘中铁元素的质量分数小于等于40％，锌元素的质量分数大于等于4％，碳元素的质量分数小于等于12％，氯元素和锌元素的摩尔比为2～3.5：1。
3.如权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中冶炼的温度为1100～1200℃，所述冶炼的时间为3～5h。
4.如权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中氧化反应的温度大于等于400℃，所述氧化反应的时间为5～10min。
5.如权利要求1或4所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中除尘的效率为70～75％。
6.如权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中喷淋的喷淋液温度为45～50℃，所述喷淋的目标温度为55～60℃。
7.如权利要求4或6所述的处理方法，其特征在于，步骤(3)中脱尘得到脱尘烟气，脱尘烟气的粉尘量小于等于10mg/m3，脱尘烟气中二氧化硫含量小于等于35mg/m3，脱尘烟气中氮氧化物含量小于等于50mg/m3。
8.如权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中脱硫的烟气流速为2～3m/s，所述脱硫的液气比为12～15：1。
9.如权利要求6或8所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中压滤的压力为0.5～0.8MPa，所述压滤的保压时间为55～65min。
10.如权利要求9所述的处理方法，其特征在于，步骤(5)中母液中氯化钾的质量浓度大于等于200g/L；
所述除杂的时间小于等于2h。
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