CN1415767A - 从不锈钢粉尘中回收有价金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固体废物的转变领域，主要涉及炼钢粉尘的回收利用。本发明从不锈钢粉尘中回收有价金属的方法是利用诸如金属铝之类的还原剂将不锈钢粉尘中的有价金属氧化物还原成有价金属。不锈钢粉尘与还原剂的组成配比(wt％)为：不锈钢粉尘60～85％，还原剂15～40％；还原剂由铝粉、粘结剂和氧化铁皮粉组成，其成分配比(wt％)为：铝粉53～100％，粘结剂≤20％，氧化铁皮粉≤27％。不锈钢粉尘与还原剂充分混合后，可制成混合粉或球团，加入还原剂炉或冶炼炉中，炉渣碱度控制在0.8以上。本发明具有方法简单，还原剂来源广泛，成本低，而且有价金属回收率高等特点。

Description

从不锈钢粉尘中回收有价金属的方法
技术领域
本发明属于固体废物的转变领域，主要涉及炼钢粉尘的回收利用。
背景技术
在炼钢时，会产生约为钢产量2％的粉尘。这些粉尘的成份因冶炼钢种的不同而异。当冶炼普通钢时，粉尘的主要成份是氧化铁和氧化锌，另外还含有氧化钙、氧化硅等。在电炉炼钢时，其废钢大多采用轻薄料，主要是镀锌板的边角料，因此，炼钢粉尘中ZnO含量较高。从这种含ZnO的粉尘中可以分离出粗Zn，进而再精炼成金属Zn。通常金属Zn的回收均不在冶炼厂进行，而是委托给回收Zn的专门企业，因此，冶炼厂要负担为运送这些粉尘所需费用，经费负担较大。
不锈钢粉尘是在冶炼不锈钢的专用AOD、VOD装置中产生的。该粉尘的成分与普通钢产生的粉尘成分不同，普通钢的粉尘含Zn20～30％，而不锈钢粉尘含Zn量仅为1％左右，但它含有高价金属Ni、Cr、Mn等。表1例举了几种不锈钢冶炼装置所产生的粉尘的化学成分。
表1冶炼不同钢种所产生粉尘的主要化学成分(wt％)
  冶炼设备   钢种                                         化学成分(wt％)
  T-Fe   NiO   Cr2O3   MnO   CaO   SiO2   MgO   Zn  其它
  AOD   不锈钢   27.2   2.5    11.3   5.5   26.7   1.9   2.4   1.0   21.5
  电炉   普通钢   36.3   -    0.7   3.8   3.8   2.7   1.6   20.1   30.6
  SUS电炉   合金钢   30.3   1.7    11.8   3.6   3.6   7.2   3.2   8.0   27.2
在现有技术中，不锈钢粉尘的处理有如下几种方法：
①填埋方法
将不锈钢粉尘采用填埋处理。但由于粉尘中含有六价铬(Cr+6)，而六价格有巨毒，故在填埋前，需进行无害处理，还原六价铬，为此，处理费用非常高。
②还原法
一些企业曾采用不锈钢粉尘和炭粉混合制成球团，将它装入电炉以外的还原炉中，还原成含有Cr、Ni的铁合金。但这种回收高价金属的方法需要投入专门的设备，且占地面积也不小，故回收成本高，未能应用。
另外，较发达国家也先后开发了不少冶金粉尘的处理技术。但都需投入新的设备，由于投资设备，其效果得不偿失，均未在冶金厂推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能利用现有的冶金设备，且成本低廉的从不锈钢粉尘中回收有价金属的方法。
针对上述目的，本发明的技术方案是利用诸如金属铝之类的还原剂将不锈钢粉尘中的有价金属氧化物还原成有价金属。
通常利用金属铝，从金属氧化物中还原成金属的方法为铝热法，一般是使用金属铝粉。为了使粉尘和铝粉易于加入炉，另加入一定量的粘结剂和氧化铁皮粉，与粉尘和铝粉制成球团。此据，本发明的具体实施方案如下：
将不锈钢粉尘与由铝粉、粘结剂和氧化铁皮粉组成的还原剂充分混合后，制成混合料或球团，一并加入还原炉中进行反应，使有价金属氧化物还原成有价金属。当冶炼含有有价金属元素的不锈钢时，由不锈钢粉尘与还原剂制成的混合料或球团，可随废钢一起加入冶炼炉中。
根据上述具体方案，本发明中不锈钢粉尘与还原剂的组成配比(wt％)为：不锈钢粉尘60～85％，还原剂15～40％。
还原剂由铝粉、粘结剂和氧化铁皮组成，其成分配比(wt％)为：铝粉53～100％，粘结剂≤20％，氧化铁皮粉≤27％。
不锈钢粉尘与还原剂充分混合后，制成混合料或球团，投入还原剂或冶炼炉中。炉渣碱度控制0.8以上。
还原剂中的铝粉可为金属铝粉、熔炼铝或铝合金时产生的浮渣或残渣，但浮渣或残渣中的铝含量必须≥25％。
其粘结剂可为矿物质油或淀粉类中任一种或两者之和。
当不锈钢粉尘和还原剂为粉状混合料时，可将其混合料装入袋中，再以袋装形式加入冶炼炉中。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
①本发明可利用现有的冶炼设备，不仅投资少，不占用土地，而且投资见效快。
②所采用的还原剂的原料来源广泛，且价格低廉，故成本低。
③不锈钢和还原剂组成的球团可以直接随废钢一起加入冶炼炉，工艺简单，见效快，成本低，便于操作。
附图说明
附图1为Fe的回收率与钢水中[O](氧含量)的关系图。图中纵座标为铁的回收率，横座标为钢中氧含量。
附图2为Fe的回收率与渣碱度的关系图。图中纵座标为铁的回收率，横座标为渣碱度。
附图3为Cr的回收率与钢水中[O]含量的关系图。图中纵座标为Cr的回收率，横座标为钢中氧含量。
附图4为Cr的回收率与渣碱度的关系图。图中纵座标为Cr的回收率，横座标为渣碱度。
附图5为还原剂量与回收率的关系图。图中纵座标为回收率，横座标为AOD粉尘(kg/t钢水)。
附图6为Fe、Ni回收率与渣碱度(C+M/S+A)的关系图。图中纵座标为Fe、Ni回收率，横座标为渣碱度，其中C代表CaO，M代表MgO，S代表SiO2，A代表Al2O3。
附图7为Cr的回收率与渣碱度的关系图。图中纵座标为Cr的回收率，横座标为渣碱度，其中C代表CaO，M代表MgO，S代表SiO2，A代表Al2O3。
实施例
根据本发明所述的方法，配制了三批由不锈钢粉尘和还原剂组成的混合料或球团，其具体的成分配比(wt％)如表2所示。
表2实施例不锈钢粉尘与还原剂组成的混合料或球团的成分配比(wt％)
Figure A0214918300061
注：AD-30是含Al量为30％的熔炼铝残渣。
将实施例中批号1所配制的混合料为1Kg放入石墨坩埚中，用哓咀进行加热，坩埚中放入热电偶，当温度达到800℃时，即使烧咀停止加热，坩埚中的铝热还原反应也仍在继续进行，产生连续的化学反应。烧咀点火加热3分钟后，坩埚中的最高温度达1400℃，在此过程中，都是放热反应，即不锈钢粉尘中的金属氧化物与铝残渣中的金属铝发生如下反应：
反应产物冷却后，即为相关的铁合金。
从800～1400℃反应的发热总热量即为Q1+Q2+Q3+Q4+Q5。
将实施例中批号2所配制的由不锈钢粉尘与还原剂组成球团，在50Kg高频感应炉上进行了10次冶炼不锈钢的试验，即10个炉次的试验。试验中测试了每个炉次的炉渣碱度、球团加入前后合金元素的变化，以及Fe、Ni和Cr的回收率。试验结果列入表3中。
表3实施例球团加入50Kg高频感应炉冶炼不锈钢的试验结果
炉 次   批号2球团g   造渣剂g     炉渣碱度 球团加入前后     成分变化(wt％)               回收率(％)
    C     Si     Mn     Ni     Cr    0ppm     Fe     Ni     Cr
1 1200 0 0.08 添加前     0.003     ＜0.01     ＜0.01     ＜0.01     ＜0.01     520 44.8 -* 27.9
添加后     0.006     ＜0.01     ＜0.01     ＜0.01     0.02     447
2 1200 1300 0.49 添加前     0.004     ＜0.01     ＜0.01     ＜0.01     ＜0.01     907 55.0 58.2 45.2
添加后     0.013     ＜0.01     0.06     0.01     0.04     202
3 1200 1300 0.81 添加前     0.802     0.30     0.76     ＜0.01     ＜0.01     16 91.4 69.9 61.0
添加后     0.838     0.36     0.92     0.02     0.07     20
4 1200 1300 0.83 添加前     0.945     0.29     0.81     ＜0.01     ＜0.01     19 94.1 49.9 68.6
添加后     0.852     0.29     1.01     0.02     0.11     27
5 1200 1300 0.99 添加前     0.925     0.28     0.79     ＜0.01     ＜0.01     20 92.8 74.9 74.8
添加后     0.939     0.35     0.86     0.03     0.12     18
6 1200 1300 1.12 添加前     0.896     0.27     0.80     ＜0.01     ＜0.01     27 98.5 - 69.5
添加后     0.991     0.46     0.81     ＜0.01     0.05     15
7 1200 1300 0.73 添加前     0.896     0.29     0.76     ＜0.01     ＜0.01     13 99.4 - 34.3
添加后     0.926     0.49     0.79     ＜0.01     0.01     18
8 1200 1300 1.15 添加前     0.903     0.41     0.92     ＜0.01     ＜0.01     10 93.4 69.9 69.7
添加后     0.941     0.43     0.83     0.02     0.08     44
9 1200 1300 1.27 添加前     0.912     0.28     0.80     ＜0.01     ＜0.01     14 94.1 49.9 62.3
添加后     0.933     0.31     0.85     0.02     0.10     13
10 1200 1300 1.38 添加前     0.892     0.27     0.78     ＜0.01     ＜0.01     13 96.6 58.1 83.4
添加后     0.893     0.6     0.79     0.02     0.12     21
从表3的试验结果可以看出：
①钢中氧含量[O]直接影响有价金属的回收率，当[O]≤50ppm，Fe的回收率≥90％，Cr的回收率≥60％。附图1和附图3分别表示Fe和Cr的回收率与[O]的关系。
②有价金属的回收率与炉渣碱度也有密切关系，当炉渣碱度≥0.8时，Fe、Ni、Cr的回收率均较高，附图2和4分别表示了Fe和Cr的回收率与炉渣碱度的关系。
将实施例批号3团球在80吨电炉熔炼不锈钢时进行试验，试验中，将批号3球团放在废钢料斗中，随废钢一起加入电炉中。每1炉钢投入批号3球团1吨，炉渣碱度控制在0.8～1.3。为了保证渣碱度在0.8以上，加入CaO；但加入CaO时需增加试验时的耗电量7度/t钢。
试验结果表示于图5、图6和图7中。
图5为回收率与批号3球团中还原剂的关系。由图看出，随着还原剂量的增加，回收率逐渐提高。
图6为Fe、Ni的回收率与渣碱度的关系图，由图看出，当渣碱度在0.8以上，Fe、Ni的回收率变化不大，处在较高水平，当渣碱度在0.9以上时，其回收率均在80～100％范围。
图7为Cr的回收率与渣碱度的关系图，由图看出，Cr的回收率随渣碱度的增加而提高，当渣碱度在0.9以上时，回收率也达80～100％。

Claims (6)

1、一种从不锈钢粉尘中回收有价金属的方法，利用还原剂将不锈钢粉尘中的有价金属氧化物还原成有价金属，其特征在于：
①不锈钢粉尘与还原剂的组成分配比(wt％)为：不锈钢粉尘60～85％，还原剂15～40％；
②还原剂由铝粉、粘结剂和氧化铁皮粉组成，其成分配比(wt％)为：铝粉53～100％，粘结剂≤20％，氧化铁皮粉≤27％；
③不锈钢粉尘与还原剂经充分混合后，制成混合料或球团，投入还原炉或冶炼炉；
④在还原炉或冶炼炉中，渣碱度控制在0.8以上。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于当冶炼不锈钢或相关合金钢时，可将不锈钢粉尘与还原剂组成的混合料或球团，随废钢一起加入冶炼炉中。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于铝粉可为金属铝粉、熔炼铝或铝合金产生的浮渣或残渣、金属铝的切削粉中任一种或任两种以上之和。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于粘结剂可为矿物质油或淀粉类中任一种或两者之和。
5、根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于熔炼铝产生的浮渣或残渣，其铝含量≥25％，粒度≤1mm。
6、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于不锈钢粉尘、铝粉、粘结剂和氧化铁皮制成的混合料可以袋装形式加入冶炼炉中。
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