CN114891942B - 一种高炉协同处置利用含重金属类危废的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉协同处置利用含重金属类危废的系统及其方法，通过利用高炉协同处理危废，将危废预处理，除铁除水后制粉，再利用投料装置将危废粉末混合至高温熔渣内，并通过渣沟的坡度，拐点，实现混合熔渣的自搅拌，最后进入水淬装置中，重金属等有害物质被固化在玻璃体中，且投料装置始终保持在负压状态，有效保证了在投料过程危废粉末不会发生飘散，影响其他物料。本发明的高炉协同处置利用含重金属类危废的系统及其方法，能够有效提升城市钢铁企业拓宽企业发展生存空间、经济效益和社会效益。具有处理流程简单，处置完全，处置成本低，节能减排的优点。
Description
技术领域
本发明涉及危废处理，具体涉及一种高炉协同处置利用含重金属类危废的系统及其方法。
背景技术
含重金属类危废主要是指危废特性代码以T为准，并以浸出重金属超标为判定条件，含重金属类危废类别包含且不少于hw12、hw17、hw18、hw19、hw20、hw21、hw22、hw23、hw24、hw25、hw26、hw27、hw28、hw31、hw36、hw46、hw47、hw48、hw50，以上含重金属类危废主要以含水污泥、固体颗粒、团状固体为主，且不含有机挥发份，并因含重金属，对环境有浸出毒性危害，主要成份以SiO2、CaO、Al2O3、FeO、各类重金属氧化物、各类碱性氧化物为主，并含有少量各类重金属化合物，其主要成份与高炉水渣、造渣剂基本一致，可以高炉协同处置利用资源化。
对于一座产铁7000t/d的高炉，按330kg/t渣铁比，每天的渣量约2310t。设计按2.5％的比例处理含重金属类危废粉末，每天可处理含重金属类危废约57.75t。按2020年全国年产生铁8亿吨、渣铁比330kg/t计算，可协同处理660万吨含重金属类危废粉末。同时按回收含重金属类危废含水35％计算，实际处置利用上述危废约1000万吨，解决2020年全国危废总量的10％左右，会产生巨大的效益。
目前以上含重金属类危废主要处置利用方法有资源化利用、水泥窑协同处置、焚烧炉处置、固化填埋等。各方法缺点阐述：大量上述危废由于有价金属含量偏低，资源化性价比低，能资源化利用量小；水泥协同处置受水泥重金属和氯含量控制要求，添加有限或不能添加，影响水泥产能，企业主动性不强；焚烧炉处置能量消耗大，且产品固化后仍为危废，只是减量，不能完全解决危废脱危；固化填埋价格高，且只是将危废填埋，长时间后仍存在环境风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述问题，提供一种高炉协同处置利用含重金属类危废的系统及其方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种高炉协同处置利用含重金属类危废的系统，其中：包括：
用于铁矿石冶炼生铁的高炉；
入口与高炉出铁口相连接，用于接收高炉产出的高温渣铁混合物的主沟；
连接主沟出口，用于所述高温渣铁混合物分离成高温熔渣与铁水的撇渣器；
连接撇渣器出口，用于接收所述高温熔渣及流动的渣沟；
与渣沟相连，用于接收混合熔渣并处理的水淬冲渣处理装置；
用于均化含重金属类危废，烘干、除铁制粉的预处理设备；
连接预处理设备出料口，用于将所述预处理后的含重金属类危废投料到熔渣表面的投料装置；
连接撇渣器出口，用于接收所述铁水的铁沟；
用于防止投料时所述含重金属类危废散逸的负压装置；
且投料装置的投料口位于所述熔渣表面上方，投料装置的内部压力小于渣沟内部压力。
通过设置有坡度的振动投料装置，保证物料通过高度差自动投放至渣沟表面，且由于投料装置位于熔渣表面上方，不会在投料时使的熔渣飞溅，导致熔渣凝固至侧壁，有效解决了由于熔渣凝固导致生产隐患，避免人工不间断巡视清渣，实现了连续性生产。投料装置的内部以及投料口周围均为负压，有效保证了粉末状的危废在投料过程中不会发生外溢，从而污染其他物料。
作为本发明的进一步优化方案，投料装置设有一个或多个耐高温投料口，所述耐高温喷口位于渣面上方，高度为50mm-100mm之间。通过设置多个位于渣面上方耐高温投料口，实现均匀投料，且耐高温投料口位于渣面上方，避免加压投料而导致熔渣产生气泡而飞溅的问题。
作为本发明的进一步优化方案，高炉1的处置温度为1500℃-1700℃。因为高炉炉渣的处置温度为1500℃-1700℃。将熔渣可自由流动的最低熔化性温度按1340℃计算，因此，处置温度设置为1500℃-1700℃，不仅保证能够有效融化高温熔渣中的危废粉末，防止因高炉高温熔渣温度过低，无法处理高温熔渣中的废渣，还确保了熔渣可在渣沟内自由移动。
作为本发明的进一步优化方案，渣沟的底面为倾斜面，倾斜角度为5°-8°。通过设置具有倾斜面的渣沟，保证高温熔渣的流动，从而实现自动搅拌功能。
作为本发明的进一步优化方案，渣沟包括至少一个拐点，所述耐高温投料口位于所述拐点前方。通过设置多个拐点，实现高温熔渣在流动时的自动搅拌，且耐高温投料口位于所述拐点前方，保证含重金属类危废在高温熔渣翻动前加入，省去了人工或加压加料产生气泡搅拌的步骤，且解决了高温熔渣飞溅的问题。
作为本发明的进一步优化方案，还包括用于收集气体并净化尾气的布袋除尘装置，布袋除尘装置连接负压装置。通过设置布袋除尘装置能够收集飘散的含重金属类危废粉末，达到回收利用的效果。
一种高炉协同处置利用含重金属类危废的处理方法，其中，包括下述步骤：
步骤一，含重金属类危废预处理：将含重金属类危废除铁、烘干后制粉，形成含重金属类危废粉末，等待下一步处理；
步骤二，高炉出铁，将高温渣铁混合物从高炉中排入主沟；
步骤三，高温熔渣与铁水分离：所述高温渣铁混合物经过主沟尾部的的撇渣器，分离出铁水与高温熔渣；比重较大的所述铁水在下层通过，进入铁沟中，所述高温熔渣在上层分流到渣沟中；
步骤四，负压投料：将所述重金属类危废粉末通过位于所述高温熔渣渣面上方的投料装置投放至所述高温熔渣表面，利用渣沟自搅拌作用，所述含重金属类危废粉末快速分散，在所述高温熔渣内部形成多个含重金属类危废粉末团，所述含重金属类危废粉末团被高温熔渣包裹，利用所述高温熔渣高温熔化含重金属类危废，形成混合熔渣；
步骤五，水淬：所述混合熔渣从渣沟末端进入水淬冲渣处理装置中，所述含重金属类危废中的重金属被固化在渣玻璃体中，得到成品固化水渣。
作为本发明的进一步优化方案，步骤一，含重金属类危废预处理包括下述步骤：
含重金属类危废检测分析：检测分析含重金属类危废化学成分是否符合入场限值要求，若符合，等待下一步处理；若不符合，退回；
检测均化：将所述符合入场限值要求含重金属类危废检进行水份检测，检测完毕后，进行均化处理，等待下一步处理；
通过设置预处理均化配料工序，能够拓展多数危废的处理，协同处置利用危废范围更广。
烘干除铁制粉：将所述均化处理后的含重金属类危废进行烘干除铁，然后送入制粉设备中制粉，密封存放。
作为本发明的进一步优化方案，所述制粉后的含重金属类危废颗粒直径小于10目。
作为本发明的进一步优化方案，所述含重金属类危废粉末水份含量低于10％。
有益效果：
通过设置负压装置，使得投料装置投料时，危废粉末不会发生向外扩散的情况，并且布袋除尘设备会吸取多余的危废粉末，可再次将危废粉末投料至渣沟内使用，实现了危废粉末的收集及再次利用，最大程度保证外部环境或材料不会受到危废粉末的影响。且由于投料装置位于熔渣表面上方，不会在投料时使得熔渣产生气泡现象，从而造成熔渣飞溅，凝固后沾黏至侧壁处，有效解决了人工不间断清渣，实现了连续性生产。耐高温投料口均匀分布于渣面上方，实现了均匀投料。
通过将高炉温度设置成1500℃-1700℃，保证重金属玻璃化完全，处置彻底，能够作为水泥、制砖、矿微粉、路基等建筑材料。
通过将渣沟的底面设置倾斜角，且倾斜角度为5°-8°，不仅保证了高温熔渣的流动，实现自动搅拌功能，还保证了流动速度不会过快，导致加料不均匀，加料过稀的问题。
通过设置多个拐点，当高温熔渣遇到拐角时，会发生翻动，从而实现高温熔渣在流动时的自动搅拌，且耐高温投料口位于所述拐点前方，保证含重金属类危废在高温熔渣翻转前加入，省去了人工或加压加料产生气泡搅拌的步骤，且解决了高温熔渣飞溅的问题。
通过设置含重金属类危废预处理步骤，均化、除铁、制粉预处理，能够适应多数的危废处理，适用范围广。
附图说明
图1为本发明高炉协同处置利用含重金属类危废的系统结构示意图；
图2为本发明的渣沟与投料装置位置截面示意图；
图3为本发明高炉协同处置利用含重金属类危废的方法流程示意图；
图4为本发明预处理流程示意图；
1-高炉、2-主沟、3-撇渣器、4-渣沟、5-水淬冲渣处理装置、6-预处理设备、7-投料装置、8-铁沟、9-负压装置、10-布袋除尘装置。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例
高炉撇渣器后熔渣余热热焓约1800kj/kg，温度约1500℃-1700℃，能够有效处理多种危废。本发明的高炉协同处置利用含重金属类危废的方法及系统，其原理为：当钢铁联合企业炼铁高炉出渣时，高温熔渣流入渣沟，将含重金属类危废粉末通过投料装置投到熔渣表面，同时利用渣沟固有转弯、局部大坡度、上下搅动、渣壳阻挡等特点，实现高温熔渣自搅拌，含重金属类危废粉末与高温熔渣形成混合熔渣。其中，含重金属类危废粉末投料口位于渣沟中熔渣的渣面以上，控制含重金属类危废的投入量，使含重金属类危废粉末能够在熔渣内5-10S的时间内完全熔化，形成混合熔渣，并在渣沟内继续流动到渣沟末端，混合熔渣流到渣沟的末端进入水淬冲渣装置处理后，将重金属等有害成分固化到渣玻璃体中，即完成高炉出渣及渣处理主工艺协同处理。
如图1所示，高炉协同处置利用含重金属类危废的系统，包括：
高炉1，用于铁矿石冶炼生铁，高炉1的处置温度为1500℃-1700℃，将温度设置为1500℃-1700℃，不仅保证能够有效融化高炉炉渣中的危废粉末，防止因高炉炉渣温度过低，无法熔融高炉炉渣中的废渣，还确保了熔渣可在渣沟内自由移动。
主沟2，主沟2入口与高炉1出铁口相连接，用于高炉出铁时接受高温渣铁混合物，暂存渣铁，渣铁上下分层，比重大的铁水在下层，比重小的熔渣在上层。
撇渣器3，撇渣器3入口与主沟2出口相连接，用于渣铁分离，比重大的铁水在下层通过，高温熔渣在上层通过。
渣沟4、铁沟8，渣沟4、铁沟8分别连接撇渣器3的上层出口与下层出口，渣沟4用于接收所述高温熔渣，铁沟8用于接收铁水。主沟2、渣沟4、铁沟8的底面均为倾斜面，保证高温熔渣的流动，其中，渣沟4的倾斜角度为5°-8°，渣沟4上设有多个拐点，倾斜角保证了高温熔渣的流动，实现自动搅拌功能，还保证了流动速度不会过快，避免了加料不均匀，加料过稀的问题。通过设置拐点，当高温熔渣遇到拐角时，会发生翻动，从而实现高温熔渣在流动时的自动搅拌。
水淬冲渣处理装置5，水淬冲渣处理装置5入口与渣沟4出口相连，用于接收混合熔渣并对其进行处理。所述混合熔渣在渣沟内流动，在渣沟末端进入水淬冲渣装置，以将含重金属类危废中的重金属固化在渣玻璃体中，得到成品固化水渣。
预处理设备6，用于含重金属类危废均化、烘干、除铁、制粉。
投料装置7，连接预处理设备6出料口，用于将所述预处理后的含重金属类危废粉末投料到熔渣表面。投料装置7的内部压力整体呈负压状态，压力为2000pa-3000pa，本实施例中投料装置7内部压力为2000pa，投料口及其周围的的压力为2200pa，保证在投料过程中，含重金属类危废粉末能够通过自身重力投料至熔渣表面，且不会在进入渣沟时发生扩散。投料装置7的投料口可设置为3-8个，可根据生产需求进行调整，本实施例中的投料装置7，投料口为4个，且投料口均位于拐点前方，保证投料后，混合熔渣能够完成搅拌，投料口选用耐高温投料口，避免高温损伤投料口。
负压装置9，负压装置9用于实现投料装置的负压状态，用于防止投料时所述含重金属类危废散逸。
布袋除尘装置10，布袋除尘装置10连接负压装置9，用于收集气体并净化尾气。
如图3所示，高炉协同处置利用含重金属类危废的方法包括以下步骤：
步骤一，含重金属类危废预处理，包括以下步骤如图4所示：
将含重金属类危废检测分析：检测分析含重金属类危废化学成分是否符合入场限值要求，若符合，等待下一步处理；若不符合，退回。
检测均化：将所述符合入场限值要求含重金属类危废检进行水份检测，检测完毕后，进行均化处理，等待下一步处理。
烘干除铁制粉：将所述均化处理后的含重金属类危废进行烘干除铁，然后送入制粉设备中制粉，最后进入投料装置7中，等待投料。其中，水份含量应低于10％，含重金属类危废粉末颗粒直径小于10目，或小于10目的含重金属类危废粉末颗粒占总量的98％以上。如图四所示。
步骤二，高炉出铁，将高温渣铁混合物从高炉1中排入主沟2。
步骤三，高温熔渣与铁水分离：由于渣铁上下分层，比重大的铁在下层，比重小的熔渣在上层，因此所述高温渣铁混合物经过主沟2尾部的的撇渣器3，分离出铁水与高温熔渣；比重较大的所述铁水在下层通过，进入铁沟7中，所述高温熔渣在上层分流到渣沟4中。
步骤四，投料：将所述重金属类危废粉末通过位于所述高温熔渣渣面上方的投料装置7投放至所述高温熔渣表面，利用渣沟4自搅拌作用，所述含重金属类危废粉末快速分散，在所述高温熔渣内部形成多个含重金属类危废粉末团，所述含重金属类危废粉末团被高温熔渣包裹，利用所述高温熔渣高温余热熔化含重金属类危废，形成混合熔渣。
步骤五，水淬：所述混合熔渣从渣沟4末端进入水淬冲渣处理装置5中，所述含重金属类危废中的重金属被固化在渣玻璃体中，得到成品固化水渣。处理结束。
含重金属类危废粉末投入熔渣表面，在完全熔融后，会导致熔渣的温度下降，如果投入的危废粉末量太多，可能导致熔渣温度降到最低流动性温度以下。因此，理论最大的危废粉末处理量可根据危废粉末的成分、熔渣的温度、渣沟内熔渣的流量确定，并考虑留有一定的富余处理能力和协同处置作业率。由于高炉渣的主要成分为CaO、SiO2、Al 2O 3、MgO，与含重金属类危废的主要成分相近，含重金属类危废投加量可通过以下方法计算获得：
Q粉＝(T熔渣温度－T熔渣最低流动性温度)*Q渣/T熔渣温度。
其中，Q粉为单位时间内的含重金属类危废粉末投加量，Q渣为高炉出渣流量。
本实施例中，熔渣温度为1873k，T熔渣最低流动性温度为1613k，含重金属类危废粉末Q粉为13.88％Q渣时，理论上可以投加的含重金属类危废量完全熔融。但考虑预留2倍以上的富余处理能力，含重金属类危废投加量需控制6.94％；为确保投加危废粉末在熔渣内能够完全熔化，含重金属类危废在混合熔渣的不均匀性，设计时安全系数为2，投加量按3.47％设计。
因此，本实施例的步骤四中，为了保证所述含重金属类危废粉末被所述熔渣完全熔融后仍然具有较好的流动性，所述含重金属类危废占所述熔渣的比重为3.47％。
如图2所示，所述含重金属类危废粉末投料距离为50mm-100mm之间，可根据生产要求进行调整，本实施例中，选用距离为50mm的投料点，此时，所述含重金属类危废粉末能够有效投放至熔渣表面，且投料装置7的投料口不会与熔渣相接触。不会被熔渣侵蚀。并且，投料点位于熔渣表面上方，相对于位于投料口延伸至熔渣内部加压投料的方式，避免了熔渣四处飞溅的问题，能够实现连续性投料。
在投料过程中，投料设备始终处于负压状态，保证所述含重金属类危废粉末不会散逸到高炉前的工作场所，从而污染其他材料。且在投料过程中设有布袋除尘设备，不仅确保空气达标，还能够回收粉尘，达到回收效果。
此方法也可用于其它与高炉类似的冶金炉渣处理工艺。
本发明的高炉协同处置利用含重金属类危废的方法及系统有效利用钢铁企业现有设备，主体设备投资小，处置成本极低，经济效益好，处理工艺技术和操作要求简单，剩余高温熔渣余热能源得到充分利用。充分发挥钢铁企业物料产量大、余热充沛的特点，且处置量巨大，处置节奏随现有高炉炼铁工艺，不改变钢铁企业现有工艺，处置时间短，工艺设备简单可靠。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (8)
1.高炉协同处置利用含重金属类危废的方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤一，含重金属类危废预处理：将含重金属类危废除铁、烘干后制粉，形成含重金属类危废粉末，等待下一步处理；
步骤二，高炉出铁，将高温渣铁混合物从高炉（1）中排入主沟（2）；
步骤三，高温熔渣与铁水分离：所述高温渣铁混合物经过主沟（2）尾部的撇渣器（3），分离出铁水与高温熔渣；比重较大的所述铁水在下层通过，进入铁沟（8）中，所述高温熔渣在上层分流到渣沟（4）中；
步骤四，负压投料：将所述重金属类危废粉末通过位于所述高温熔渣渣面上方的投料装置（7）投放至所述高温熔渣表面，利用渣沟（4）自搅拌作用，所述含重金属类危废粉末快速分散，在所述高温熔渣内部形成多个含重金属类危废粉末团，所述含重金属类危废粉末团被高温熔渣包裹，利用所述高温熔渣高温熔化含重金属类危废，形成混合熔渣；
步骤五，水淬：所述混合熔渣从渣沟（4）末端进入水淬冲渣处理装置（5）中，所述含重金属类危废中的重金属被固化在渣玻璃体中，得到成品固化水渣；
高炉协同处置利用含重金属类危废的方法的系统，包括用于冶炼生铁的高炉（1）；
入口与高炉（1）出铁口相连接，用于接收高炉（1）产出的高温渣铁混合物的主沟（2）；
连接主沟（2）出口，用于所述高温渣铁混合物分离成高温熔渣与铁水的撇渣器（3）；
连接撇渣器（3）出口，用于接收所述高温熔渣及流动的渣沟（4）；
与渣沟（4）相连，用于接收混合熔渣并处理的水淬冲渣处理装置（5）；
用于均化含重金属类危废，烘干、除铁制粉的预处理设备（6）；
连接预处理设备（6）出料口，用于将所述预处理后的含重金属类危废投料到熔渣表面的投料装置（7）；投料装置（7）设有一个或多个耐高温投料口，所述耐高温投料口位于渣面上方，且高度为50mm-100mm之间；
连接撇渣器（3）出口，用于接收所述铁水的铁沟（8）；
用于防止投料时所述含重金属类危废散逸的负压装置（9）；
且投料装置（7）的投料口位于所述熔渣表面上方，投料装置（7）的内部压力小于渣沟内部压力。
2.如权利要求1所述的高炉协同处置利用含重金属类危废的方法，其特征在于：高炉（1）的处置温度为1500℃-1700℃。
3.如权利要求1所述的高炉协同处置利用含重金属类危废的方法，其特征在于：渣沟（4）的底面为倾斜面，倾斜角度为5°-8°。
4.如权利要求3所述的高炉协同处置利用含重金属类危废的方法，其特征在于：渣沟（4）包括至少一个拐点，所述耐高温投料口位于所述拐点前方。
5.如权利要求1所述的高炉协同处置利用含重金属类危废的方法，其特征在于：还包括用于收集气体并净化尾气的布袋除尘装置（10），布袋除尘装置（10）连接负压装置（9）。
6.如权利要求1所述的高炉协同处置利用含重金属类危废的方法，其特征在于：步骤一，含重金属类危废预处理包括下述步骤：
含重金属类危废检测分析：检测分析含重金属类危废化学成分是否符合入场限值要求，若符合，等待下一步处理；若不符合，退回；
检测均化：将所述符合入场限值要求含重金属类危废检进行水分检测，检测完毕后，进行均化处理，等待下一步处理；
烘干除铁制粉：将所述均化处理后的含重金属类危废进行烘干除铁，然后送入制粉设备中制粉，密封存放。
7.如权利要求1所述的高炉协同处置利用含重金属类危废的方法，其特征在于：所述制粉后的含重金属类危废颗粒直径小于10目。
8.如权利要求1所述的高炉协同处置利用含重金属类危废的方法，其特征在于：所述含重金属类危废粉末水分含量低于10%。
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