專利名稱：煉鐵和煉鋼超低鋅塵泥的回收處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種回收煉鐵或煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的含鐵污泥和粉塵中的鐵和鋅的工藝方法，特別涉及煉鐵和煉鋼超低鋅塵泥的回收處理工藝。
煉鐵和煉鋼產(chǎn)生的塵泥含鋅一般在0.1％～5％范圍內(nèi)，即使在高爐瓦斯泥返回?zé)Y(jié)循環(huán)使用的情況下，瓦斯泥中的含鋅量一般也不超過(guò)10％，從煉鐵和煉鋼產(chǎn)生的塵泥含鋅量上看，屬超低鋅范疇。分析煉鐵和煉鋼產(chǎn)生的塵泥中鋅、鐵元素的物理化學(xué)特性1)鋅、鐵主要以氧化物形式存在，其氧化物的比重有所不同，但相差不大；2)氧化鋅粒度較氧化鐵粒度小，多小于20μm，氧化鐵粒度多在30～60μm之間；3)鋅、鐵氧化物具有磁性差異；4)高爐瓦斯泥和煉鋼污泥粘性大。
鑒于以上塵泥中鋅、鐵元素的物理化學(xué)特性，世界上分別出現(xiàn)過(guò)磁選和濕法旋流器分選等物理法。但實(shí)踐證明，用磁選和濕法旋流器分選煉鐵和煉鋼產(chǎn)生的塵泥，除鋅不徹底，返回?zé)Y(jié)，在高爐冶煉過(guò)程中，仍有鋅富集結(jié)瘤的隱患存在；同時(shí)，分選后產(chǎn)生的富含鋅的污泥難以處理，甚至還需堆放，繼續(xù)其對(duì)環(huán)境的污染。目前，以上兩種方法未能得以推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的主要原理包括鋅、鐵還原和鋅蒸氣的冷凝。
1、鋅、鐵還原原理分析氧化物標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓ΔG0生成——T圖來(lái)理解鐵、鋅還原。金屬與氧的親和力，氧位越高就越弱，MO就越容易還原；而氧位越低，親和力越強(qiáng)，MO就越難還原。
鋅是一種與氧親和力大的重金屬，Zn——ZnO的平衡氧位較低(見(jiàn)圖2)。但在鋅的沸點(diǎn)(1180K)以后，液態(tài)鋅變?yōu)闅怏w鋅的熵增加很大，促使氧位隨溫度變化曲線上升很快，斜率很大，使ZnO在高溫下有可能被碳還原。
ZnO被碳還原，實(shí)際上是由CO還原(1)ΔG0＝178020-111.67T另一方面，還原消耗的CO可由碳的氣化反應(yīng)來(lái)補(bǔ)充，即(2)ΔΔG0＝170460-174.43T將上述兩反應(yīng)式兩邊相加，便得到如下所示的以碳還原的反應(yīng)式(3)用碳還原揮發(fā)提煉鋅，與氧化鋅還原相競(jìng)爭(zhēng)的氧化物是鐵的氧化物，氧化鐵的還原平衡(4)(5)(6)(7)ZnO的還原反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度越高，即使PCO2/PCO很大，即還原性雖然很弱，但ZnO仍能還原，要在大氣壓下還原ZnO，溫度至少需要1170K。同時(shí)，由于煉鐵和煉鋼塵泥中含有一定的CaO，提高了ZnO的活度，有利于ZnO更好地還原。
2、鋅蒸氣的冷凝原理鋅蒸氣的冷凝是含鋅爐氣體從反應(yīng)溫度進(jìn)行冷卻來(lái)完成的，由于碳的氣化反應(yīng)的逆反應(yīng)速度很小，因此離開(kāi)料面后的反應(yīng)氣體中，PCO2/PCO比值無(wú)多大變化。當(dāng)含鋅爐氣冷卻時(shí)，其中的CO2將完全與當(dāng)量的鋅蒸氣作用，造成鋅蒸氣的再氧化。所生成的ZnO對(duì)冷凝過(guò)程起著有害的作用，使鋅液滴被一層ZnO裹住，阻礙液滴進(jìn)一步匯合成大滴，減小鋅蒸氣冷凝為液體鋅的冷凝效果。
本發(fā)明的技術(shù)方案煉鐵和煉鋼超低鋅塵泥的回收處理工藝，包括污泥和粉塵的收集，其特征是工藝步驟包括在煉鐵或煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的超低鋅(Zn＜10％)、含鐵(Fe為30％～50％)污泥和粉塵中，添加足夠的還原劑、催化劑和成球劑，充分混勻后，壓制成具有一定強(qiáng)度的球團(tuán)，利用一種高溫回收爐將此球團(tuán)由燃料直接加熱還原，最終得到鐵水和回收粗鋅產(chǎn)品。
為了補(bǔ)充所需的熱量，使超低鋅含鐵塵泥中的鐵、鋅在高溫回收爐中完全還原，達(dá)到鋅煙化回收和煉出鐵水的工藝目的，在用塵泥造球時(shí)，就有意配入過(guò)量的還原劑；另外，塵泥造球后需在873K～973K下烘干待用；同時(shí)，將爐料用的焦碳在入爐前預(yù)熱到1073K-1400K左右；并盡可能提高鼓入爐內(nèi)的空氣溫度到1200K～1400K，使粉煤在高溫壓縮空氣輸送下，噴入爐內(nèi)熔池中，由于氣泡通過(guò)熔池上升時(shí)，造成一種“熔體柱”的移動(dòng)，在氣泡受熱膨脹時(shí)，因熔體靜壓力的作用，氣泡被壓破變小，因而，在熔池內(nèi)部形成大量的夾帶有粉煤的氣泡，氣泡被高溫爐料急劇加熱，懸浮其內(nèi)的碳粒迅速燃燒，放出大量的熱量，維持熔池內(nèi)溫度1400～1600K的高溫，并產(chǎn)生大量的CO氣體。
為了防止CO2對(duì)鋅蒸氣冷凝產(chǎn)生不利的影響，本發(fā)明的工藝需注意在“超低鋅含鐵塵泥煙化回收爐”中布料的控制，料層是污泥制成的球團(tuán)與焦碳間隔而置，使?fàn)t內(nèi)氣氛保持還原性，煙氣溫度需保持在1273K以上，爐頂采用高溫密封技術(shù)；同時(shí)，在煙氣回收系統(tǒng)中，煙氣首先進(jìn)入“石墨電極加熱還原室”，使鋅蒸氣、CO、CO2混合氣體或表面包裹了ZnO的鋅煙塵再進(jìn)一步地還原，盡可能在高溫下直接將蒸氣導(dǎo)入鉛雨冷凝器中，實(shí)現(xiàn)對(duì)含鋅低的爐氣的鋅的冷凝收集。
本發(fā)明的具體工藝步驟是1、將含水90％以上的高爐瓦斯泥水或轉(zhuǎn)爐污泥水，通過(guò)板塊壓濾機(jī)壓濾成含水小于20％污泥，將高爐瓦斯灰或電爐粉塵摻入，使泥料中的水含量控制在12％～15％之間，在攪拌機(jī)中攪拌混合，然后將此泥料輸送到輪輾機(jī)中邊輾邊加入其它相應(yīng)的還原劑C、催化劑CaO和成球絮凝劑等，還原劑C加入量為總量的15-25％、催化劑CaO加入量為總量的7-14％，成球絮凝劑加入量為總量的0.5-2％，輪輾時(shí)間不小于5分鐘，待物料達(dá)到充分混勻后，送至壓球機(jī)壓制成球團(tuán)，將球團(tuán)送入烘干爐中，在873K～973K溫度范圍內(nèi)將球團(tuán)水份烘干，再將烘干后的球團(tuán)放到保溫緩沖倉(cāng)中待用。
2、通過(guò)皮帶輸送將待用的中溫球團(tuán)送到“超低鋅含鐵塵泥煙化回收爐”中加熱還原，在爐子下部得到鐵水和鐵渣，鐵、渣分離后，通過(guò)鐵水罐和水淬渣盤(pán)將鐵水澆鑄成鐵塊，替代廢鋼煉鋼，渣子水淬后，可作水泥摻和劑用，在爐子中下部，鋅被完全還原，以鋅蒸氣、CO、CO2等混合氣體的形式向爐體上部流動(dòng)，為了保證鋅蒸氣不再被氧化，爐內(nèi)氣氛必須以還原性氣氛為主，因此，料層是污泥制成的球團(tuán)與焦碳間隔而置，至爐子煙氣回收處，煙氣溫度需保持在1273K以上，爐頂采用高溫密封技術(shù)，煙氣回收系統(tǒng)中，煙氣首先進(jìn)入“石墨電極加熱還原室”，使鋅蒸氣、CO、CO2混合氣體經(jīng)過(guò)進(jìn)一步還原，當(dāng)氣體通過(guò)“石墨電極加熱還原室”后，混合氣體再通過(guò)由大量循環(huán)的鉛液所形成的飛濺的鉛雨冷凝器，將爐氣急冷至冷凝溫度，利用鋅在液鉛中的一定溶解度，使冷凝下來(lái)的鋅的活度降低，從而保證鋅不被爐氣中的CO2所氧化，得到鉛——鋅混合物，通過(guò)蒸餾分離，制成純鋅，而通過(guò)鉛雨冷凝器洗滌后的氣體，主要含CO高溫氣體，進(jìn)入爐氣回收洗滌系統(tǒng)，回收循環(huán)利用。
本發(fā)明的有益效果是能耗低，可實(shí)現(xiàn)煉鐵和煉鋼塵泥的零排放，徹底解決煉鐵和煉鋼塵泥對(duì)環(huán)境污染的問(wèn)題。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例參照附圖
，現(xiàn)場(chǎng)取含水90％以上的高爐瓦斯泥水或轉(zhuǎn)爐污泥水，含鋅3.10％、TFe為42.77％、C為18.44％，通過(guò)板塊壓濾機(jī)壓濾成含水小于20％污泥，將高爐瓦斯灰或電爐粉塵摻入，使泥料中的水含量控制在12％～15％之間，在攪拌機(jī)1中攪拌混合，然后將此泥料輸送到輪輾機(jī)2中邊輾邊加入其它相應(yīng)的催化劑CaO和成球絮凝劑等，催化劑加入量為總量的6％，成球絮凝劑加入量為總量的0.5％，由于污泥中含有18.44％的C，所以不加入還原劑，輪輾時(shí)間10分鐘后送至壓球機(jī)3壓制成球團(tuán)，將球團(tuán)送入烘干爐4中，在873K～973K溫度范圍內(nèi)將球團(tuán)水份烘干，再將烘干后的球團(tuán)放到保溫緩沖倉(cāng)5中待用。通過(guò)皮帶輸送將待用的中溫球團(tuán)送到高溫回收爐6中加熱還原，在爐子下部得到鐵水和鐵渣，鐵、渣分離后，將鐵水澆鑄成鐵塊7，替代廢鋼煉鋼，渣子水淬后，可作水泥摻和劑用，在爐子中下部，鋅被完全還原，以鋅蒸氣、CO、CO2等混合氣體的形式向爐體上部流動(dòng)，為了保證鋅蒸氣不再被氧化，爐內(nèi)氣氛必須以還原性氣氛為主，因此，料層是污泥制成的球團(tuán)與焦碳間隔而置，至爐子煙氣回收處，煙氣溫度需保持在1273K以上，爐頂采用高溫密封技術(shù)，煙氣回收系統(tǒng)中，煙氣首先進(jìn)入“石墨電極加熱還原室”8，使鋅蒸氣、CO、CO2混合氣體經(jīng)過(guò)進(jìn)一步還原，當(dāng)氣體通過(guò)“石墨電極加熱還原室”后，混合氣體再通過(guò)由大量循環(huán)的鉛液所形成的飛濺的鉛雨冷凝器9，將爐氣急冷至冷凝溫度，利用鋅在液鉛中的一定溶解度，使冷凝下來(lái)的鋅的活度降低，從而保證鋅不被爐氣中的CO2所氧化，得到鉛——鋅混合物，待蒸餾分離，而通過(guò)飛濺鉛雨9洗滌后的氣體，約含20％CO，是低熱值的煤氣，通過(guò)爐氣回收洗滌系統(tǒng)10回收作預(yù)熱鼓風(fēng)。經(jīng)過(guò)處理后的球團(tuán)，含鋅0.04％、除鋅率達(dá)95.3％。
權(quán)利要求
1.煉鐵和煉鋼超低鋅塵泥的回收處理工藝，包括污泥和粉塵的收集，其特征是工藝步驟包括在煉鐵或煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的超低鋅(Zn＜10％)、含鐵(Fe為30％～50％)污泥和粉塵中，添加足夠的還原劑、催化劑和成球劑，充分混勻后，壓制成具有一定強(qiáng)度的球團(tuán)，利用一種“超低鋅含鐵塵泥煙化回收爐”將此球團(tuán)由燃料直接加熱還原，最終得到鐵水和回收粗鋅產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煉鐵和煉鋼超低鋅塵泥的回收處理工藝，其特征是所述的制球工藝具體為①將含水90％以上的高爐瓦斯泥水或轉(zhuǎn)爐污泥水，通過(guò)板塊壓濾機(jī)壓濾成含水小于20％污泥，②將高爐瓦斯灰或電爐粉塵摻入，使泥料中的水含量控制在12％～15％之間，在攪拌機(jī)[1]中攪拌混合，③然后將此泥料輸送到輪輾機(jī)[2]中邊輾邊加入其它相應(yīng)的還原劑C、催化劑CaO和成球絮凝劑等，還原劑C加入量為總量的15-25％、催化劑CaO加入量為總量的7-14％，成球絮凝劑加入量為總量的0.5-2％，輪輾時(shí)間不小于5分鐘，待物料達(dá)到充分混勻后，送至壓球機(jī)[3]壓制成球團(tuán)，④將球團(tuán)送入烘干爐[4]中，在873K～973K溫度范圍內(nèi)將球團(tuán)水份烘干，再將烘干后的球團(tuán)放到保溫緩沖倉(cāng)[5]中待用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煉鐵和煉鋼超低鋅塵泥的回收處理工藝，其特征是所述的球團(tuán)加熱還原工藝具體為①通過(guò)皮帶輸送將待用的中溫球團(tuán)送到“超低鋅含鐵塵泥煙化回收爐”[6]中加熱還原，在爐子下部得到鐵水和鐵渣，鐵、渣分離后，通過(guò)鐵水罐和水淬渣盤(pán)[7]將鐵水澆鑄成鐵塊，替代廢鋼煉鋼，渣子水淬后，可作水泥摻和劑用，②在爐子中下部，鋅被完全還原，以鋅蒸氣、CO、CO2等混合氣體的形式向爐體上部流動(dòng)，為了保證鋅蒸氣不再被氧化，爐內(nèi)氣氛必須以還原性氣氛為主，③因此，料層是污泥制成的球團(tuán)與焦碳間隔而置，至爐子煙氣回收處，④煙氣溫度需保持在1273K以上，爐頂采用高溫密封技術(shù)，⑤煙氣回收系統(tǒng)中，煙氣首先進(jìn)入“石墨電極加熱還原室”[8]，使鋅蒸氣、CO、CO2混合氣體經(jīng)過(guò)進(jìn)一步還原，當(dāng)氣體通過(guò)“石墨電極加熱還原室”〔8〕后，混合氣體再通過(guò)由大量循環(huán)的鉛液所形成的飛濺的鉛雨冷凝器[9]，將爐氣急冷至冷凝溫度，利用鋅在液鉛中的一定溶解度，使冷凝下來(lái)的鋅的活度降低，從而保證鋅不被爐氣中的CO2所氧化，得到鉛——鋅混合物，通過(guò)蒸餾分離，制成純鋅，⑥而通過(guò)鉛雨冷凝器〔9〕洗滌后的氣體，主要含CO高溫氣體，進(jìn)入爐氣回收洗滌系統(tǒng)[10]，回收循環(huán)利用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煉鐵和煉鋼超低鋅塵泥的回收處理工藝，其特征是焦碳在入爐前預(yù)熱到1073K-1400K，鼓入爐內(nèi)的空氣溫度控制在1200K～1400K。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煉鐵和煉鋼超低鋅塵泥的回收處理工藝，利用氧化鋅和氧化鐵高溫下的可還原性，且還原后的產(chǎn)物——鐵和鋅的物理特性(熔點(diǎn)、沸點(diǎn))的差異很大的特性，在煉鐵或煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的超低鋅(Zn＜10％)、含鐵(Fe為30％～50％)污泥和粉塵中，添加足夠的還原劑、催化劑和成球劑，充分混勻后，壓制成具有一定強(qiáng)度的球團(tuán)，利用一種“超低鋅含鐵塵泥煙化回收爐”將此球團(tuán)由燃料直接加熱還原，最終得到鐵水和回收粗鋅產(chǎn)品，回收鐵和鋅時(shí)的副產(chǎn)品——CO氣體可作為高溫還原氣體循環(huán)利用，用這種方法對(duì)煉鐵和煉鋼產(chǎn)生的含低鋅污泥進(jìn)行處理，既有效地完成提鋅，又可生產(chǎn)出鐵品位很高的生鐵產(chǎn)品，部分替代廢鋼，對(duì)減少環(huán)境污染，緩解廢鋼和鋅資源緊缺問(wèn)題，具有重要意義。
文檔編號(hào)C22B7/02GK1470657SQ0213619
公開(kāi)日2004年1月28日 申請(qǐng)日期2002年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月25日
發(fā)明者陳素瓊, 鄭越, 張佩盈 申請(qǐng)人:寶鋼集團(tuán)上海梅山有限公司