CN117551869A - 一种金属化球团及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金属化球团及其制备方法，属于废物资源化利用技术领域。本发明将赤泥铁粉、钢铁冶金尘泥、粘合剂、焦炭粉和生石灰混合，将所得混合料进行压球，得到生球团；将所述生球团与还原剂混合，进行还原焙烧，得到金属化球团。本发明实现了赤泥铁粉和钢铁冶金尘泥的低成本、高附加值利用。相对于氧化球团，利用本发明方法制得的金属化球团中的单质铁所形成的高金属化率，对高炉来说，可以在球团的基础上，更容易协同促进铁水的生成；对转炉来说，可以发挥冷却剂、化渣剂等功能，并且增加了钢水的产量。
Description
技术领域
本发明涉及废物资源化利用技术领域，尤其涉及一种金属化球团及其制备方法。
背景技术
赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的一种工业废渣，是极细颗粒强碱性固体废料，一般平均每生产1吨氧化铝，副产0.8～1.5吨赤泥。因为含氧化铁，表面呈赤色泥状。赤泥的化学组成较为复杂，主要包括Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、TiO2和Na2O，此外还含有少量稀有金属。
目前中国氧化铝产量及赤泥产量都是世界第一，截止2019年底，赤泥存量13亿吨，占地12万亩，全国每年新增约1亿吨，年利用率7％。赤泥占用大量土地，污染环境和地下水，对人类的生产生活带来严重影响。
但是赤泥也不是全无用处，尤其是拜耳法中的赤泥，铁含量可以超过30％，称为高铁赤泥，如果再进行高梯度磁选等物理选矿，铁含量可以达到40～50％以上，也称赤泥铁粉。
钢铁冶金尘泥是钢铁工业生产过程中产生的固体废弃物(如高炉灰、转炉灰等)，它的产量一般为粗钢产量的8～12％，如果不加以处理利用，会造成严重的环境污染和资源浪费。据国家统计局公布的数据，中国粗钢产量在2020年达到10.65亿吨，那么钢铁冶金尘泥的产量为1亿吨左右。钢铁冶金尘泥不仅体量庞大，而且含有丰富的Fe、C、Zn、Pb、K、Na等有价成分和Ca、Mg、Si、Al等可重复利用的碱金属物质，部分尘泥还含有可以提取的In、Bi、Sb、Cd、Sn及其他稀有金属。
钢铁冶金尘泥直接堆放或者填埋会污染环境，并且造成资源浪费。传统冶金尘泥的处理方法为直接返回烧结，虽然投入少，见效快，但由于钢铁冶金尘泥中的一些非铁物质会在高炉中聚集，长此以往会影响高炉的运行。物理法浮选工艺处理钢铁冶金尘泥效率较低，一般只能作为火法工艺与湿法工艺的预处理工序。湿法工艺存在单元流程多，成本较高等问题。火法处理工艺一定程度上可以实现Fe、C、有价元素的资源化利用，但存在回转窑结圈、转底炉能源利用率不高、前期投资大等问题。火法-湿法联合处理工艺虽然有优势，但回转窑结圈、转底炉金属化球团强度波动，湿法工艺的单个有价元素的回收率不高等问题依然存在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属化球团的及其制备方法和应用，本发明利用赤泥铁粉和钢铁冶金尘泥制备金属化球团，实现了赤泥铁粉和钢铁冶金尘泥的低成本、高附加值利用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种金属化球团的制备方法，包括以下步骤：将赤泥铁粉、钢铁冶金尘泥、粘合剂、焦炭粉和生石灰混合，将所得混合料进行压球，得到生球团；将所述生球团与还原剂混合，进行还原焙烧，得到金属化球团。
优选的，以干重计，所述赤泥铁粉的质量为赤泥铁粉和钢铁冶金尘泥总质量的30～50％。
优选的，所述粘合剂的质量为赤泥铁粉干重的2～3.5％；以质量百分含量计，所述粘合剂包括40％的淀粉和60％的膨润土。
优选的，所述焦炭粉的质量为赤泥铁粉干重的5～6％。
优选的，所述生石灰的质量为赤泥铁粉干重的3～5％。
优选的，所述压球的压力为13～36MPa。
优选的，所述生球团的粒径大于10mm且小于50mm。
优选的，所述还原剂包括煤颗粒或生物质颗粒；所述还原剂的质量为生球团质量的10～30％。
优选的，所述还原焙烧的温度为1000～1050℃，保温时间为1h。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的金属化球团。
本发明提供了一种金属化球团的制备方法，包括以下步骤：将赤泥铁粉、钢铁冶金尘泥、粘合剂、焦炭粉和生石灰混合，将所得混合料进行压球，得到生球团；将所述生球团与还原剂混合，进行还原焙烧，得到金属化球团。本发明实现了赤泥铁粉和钢铁冶金尘泥的低成本、高附加值利用。相对于氧化球团(氧化球团是铁精粉成球后经过高温1250～1350℃的氧化反应生成。产品以8～20mm的以三氧化二铁为主的球团)，利用本发明方法制得的金属化球团中的单质铁所形成的高金属化率，对高炉来说，可以在球团的基础上，更容易协同促进铁水的生成；对转炉来说，可以发挥冷却剂、化渣剂等功能，并且增加了钢水的产量。具体的，高炉法主要是通过高温焦炭还原铁矿，从而产生铁水，本发明的高金属化球团已经形成了单质铁，更容易形成铁水。在稳定生产和工艺的条件下，回转窑结圈主要因为低熔点物料产生较多，而本发明物料之一是氧化铝赤泥，其中的铝较高，比较而言，高铝物料熔点相对较高，因此结圈产生的概率降低。
具体实施方式
本发明提供了一种金属化球团的制备方法，包括以下步骤：将赤泥铁粉、钢铁冶金尘泥、粘合剂、焦炭粉和生石灰混合，将所得混合料进行压球，得到生球团；将所述生球团与还原剂混合，进行还原焙烧，得到金属化球团。
本发明将赤泥铁粉、钢铁冶金尘泥、粘合剂、焦炭粉和生石灰混合，将所得混合料进行压球，得到生球团。
本发明对所述赤泥铁粉的来源没有特殊要求，本领域熟知的赤泥铁粉均可。在本发明的实施例中，以质量百分含量计，所述赤泥铁粉包括三氧化二铁65％、氧化钠3.8％、三氧化二铝15％、二氧化硅4.1％、五氧化二磷0.2％、三氧化硫0.2％、二氧化钛3.9％和氧化钙1.4％。
本发明对所述钢铁冶金尘泥的来源没有特殊要求，本领域熟知的钢铁冶金尘泥均可，具体如高炉灰、转炉灰。
在本发明中，将赤泥铁粉、钢铁冶金尘泥、粘合剂、焦炭粉和生石灰混合优选包括：将赤泥铁粉与钢铁冶金尘泥混合，将所得混合料进行烘干，然后将所得烘干料与粘合剂、焦炭粉和生石灰混合。在本发明中，所述烘干的温度优选为200～250℃，本发明对所述烘干的时间没有特殊要求，满足烘干料的含水率在12％以内即可。
在本发明中，以干重计，所述赤泥铁粉的质量优选为赤泥铁粉和钢铁冶金尘泥总质量的30～50％，更优选为35～45％，进一步优选为40％。
在本发明中，所述粘合剂的质量优选为赤泥铁粉干重的2～3.5％，更优选为2.5～3％；以质量百分含量计，所述粘合剂优选包括40％的淀粉和60％的膨润土。本发明采用淀粉和膨润土作为粘合剂，其中，淀粉为有机物，不影响后期铁含量，膨润土的吸水性强，使得球团的冷强度和热强度都很高，防止后续还原焙烧过程中生球团爆裂；且淀粉和膨润土作为粘合剂使得金属化球团的生产成本较低。
在本发明中，所述焦炭粉的质量优选为赤泥铁粉干重的5～6％，更优选为5.2～5.8％，进一步优选为5.4～5.6％。
在本发明中，所述生石灰的质量优选为赤泥铁粉干重的3～5％，更优选为3.5～4.5％，进一步优选为4％。在本发明中，所述焦炭粉作为还原剂，生石灰作用是脱硫、固定硅酸盐、铝酸盐，促进还原反应进行。
在本发明中，所述压球的压力优选为13～36MPa，更优选为20～30MPa，进一步优选为23～27MPa。在本发明中，所述生球团的粒径优选大于10mm且小于50mm。本发明控制生球团的粒径在上述范围，既能保证还原效果，又能防止后续在还原焙烧过程中被喷吹损失。
所述压球后，本发明优选还包括对所得球团进行烘干，得到生球团。在本发明中，所述烘干优选在翻板烘干机中进行；本发明对所述烘干的条件没有特殊要求，采用本领域熟知的烘干条件，满足所述生球团的含水率在5％以内即可。
得到生球团后，本发明将所述生球团与还原剂混合，进行还原焙烧，得到金属化球团。
在本发明中，所述还原剂优选包括煤颗粒或生物质颗粒；本发明对所述生物质颗粒的种类没有特殊要求，本领域熟知的生物质颗粒均可，具体如碎木、秸秆。在本发明中，所述还原剂的粒径优选为5～20mm，更优选为10～15mm；所述还原剂的质量优选为生球团质量的10～30％，更优选为15～25％，进一步优选为20％。
在本发明中，所述还原焙烧的温度优选为1000～1050℃，更优选为1010～1040℃，进一步优选为1020～1030℃；保温时间优选为1h。在本发明中，升温至所述还原焙烧的温度所需时间优选为2h。本发明采用较低的升温速率，可以降低爆球率。本发明通过所述还原焙烧过将三氧化二铁进行还原，从而使金属化球团能够用于电炉、转炉或高炉中。
完成所述还原焙烧后，本发明优选还包括对所得球团进行筛分，大于1cm的球团作为金属化球团进入成品库，对于低于1cm的物料进行磁选，不上磁的物料作为返料代替还原剂回到生产线；上磁细粉进行干磨干选后，再进行压球，制成金属化球团。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的金属化球团。相对于氧化球团，本发明所述金属化球团中的单质铁所形成的高金属化率，对高炉来说，可以在球团的基础上，更容易协同促进铁水的生成；对转炉来说，可以发挥冷却剂、化渣剂等功能，并且增加了钢水的产量。
下面结合实施例对本发明提供的金属化球团及其制备方法进行详细的说明，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
原料：赤泥铁粉和钢铁冶金尘泥；以质量百分含量计，所述赤泥铁粉包括：三氧化二铁65％、氧化钠3.8％、三氧化二铝15％、二氧化硅4.1％、五氧化二磷0.2％、三氧化硫0.2％、二氧化钛3.9％和氧化钙1.4％；所述钢铁冶金尘泥包括：三氧化二铁50％，氧化钠2.8％，三氧化二铝3.9％，二氧化硅12.8％，五氧化二磷0.6％，三氧化硫0.9％，二氧化钛0.9％，氧化钙9.4％。
制备球团，按照赤泥铁粉35％+钢铁冶金尘泥65％，进行混料，将所得混合料在250℃烘干(烘干到12％水以内)，加相对于赤泥铁粉干重3％的粘合剂(具体为40％淀粉+60％膨润土)，相对于赤泥铁粉干重5％的焦炭粉，生石灰3％，在压力为15MPa下压球，球团粒径大于10mm，小于50mm，翻板烘干机烘干，球团水分控制5％以内，得到生球团。
将所述生球团置于还原回转窑进行还原焙烧，还原剂为煤颗粒，先2h升温至1050℃，后在此温度下保温1h，控制爆球率不超过10％，控制形成金属化球团。
筛分，大于1cm的球团可以去成品库，对低于1cm的物料进行磁选，不上磁的物料作为返料代替还原剂回到生产线，上磁细粉进行干磨干选后，再进行压球，制成金属化球团。
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)
1.一种金属化球团的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将赤泥铁粉、钢铁冶金尘泥、粘合剂、焦炭粉和生石灰混合，将所得混合料进行压球，得到生球团；将所述生球团与还原剂混合，进行还原焙烧，得到金属化球团。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以干重计，所述赤泥铁粉的质量为赤泥铁粉和钢铁冶金尘泥总质量的30～50％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘合剂的质量为赤泥铁粉干重的2～3.5％；以质量百分含量计，所述粘合剂包括40％的淀粉和60％的膨润土。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焦炭粉的质量为赤泥铁粉干重的5～6％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生石灰的质量为赤泥铁粉干重的3～5％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压球的压力为13～36MPa。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述生球团的粒径大于10mm且小于50mm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂包括煤颗粒或生物质颗粒；所述还原剂的质量为生球团质量的10～30％。
9.根据权利要求1或8所述的制备方法，其特征在于，所述还原焙烧的温度为1000～1050℃，保温时间为1h。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的金属化球团。
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