一种利用回转窑处理高锌含铁尘泥的方法与流程

本发明涉及冶金和矿物工程技术领域，是一种钢铁企业高锌含铁尘泥生产金属化炉料、回收氧化锌粉的工艺。

背景技术：

含铁尘泥是钢铁工业种类最多、成分最杂的固体废物，总产生量约占钢铁产量的5～6%，是仅次于高炉渣、钢渣的第三大宗固体废物。钢铁生产过程中产生的含铁尘泥主要有：烧结除尘灰、球团除尘灰、高炉瓦斯灰、转炉OG泥、炼钢除尘灰、出铁场集尘等。含铁尘泥的主要成分为铁，其铁含量一般为TFe30～65%，同时含有一定的Zn 、K、Na等有害元素，其中高炉瓦斯灰泥含Zn高的可达7～10%，在此称为高锌含铁尘泥。

在钢铁企业中，炼铁及炼钢尘泥中锌主要以ZnO形式存在，当含铁尘泥供烧结进行利用时，由于烧结过程为氧化性气氛，物料中含有的氧化锌仍然会留存在烧结矿中，最终造成锌在高炉内的循环富集，影响高炉的正常生产。目前，除烧结除尘灰、球团除尘灰供烧结机进行利用外，其余高锌含铁尘泥大量堆积。

目前存在用回转窑处理高锌含铁尘泥的工艺，但存在收集的锌灰ZnO含量低、脱锌率低、还原后的物料金属化率低、回转窑产能低等问题。目前处理高锌含铁尘泥的回转窑工艺不造球，因此在回转窑转动过程中产生大量粉尘，粉尘随烟气进入除尘系统，经布袋除尘后，进入锌灰，使收集的锌灰ZnO含量降低；由于没有采取措施强化窑内还原性气氛，在高温还原中后期还原性气氛较弱，还原反应速度降低、甚至停滞，造成还原后的物料金属化率低、还原后的物料中含锌仍然较高（1%左右）、脱锌率低、回转窑产能低等问题。

技术实现要素：

本发明为解决以上技术问题，提出一种利用回转窑处理高锌含铁尘泥的方法。

本发明采用的技术方案是：一种利用回转窑处理高锌含铁尘泥的方法，其步骤为：（1）高炉瓦斯灰、转炉OG泥按30～40：60～70比例配料及混合后，采用圆盘造球方法生产粒度为8～15mm的湿球团；（2）湿球团经皮带输送到链箅机或带式干燥机，进行干燥预热，干燥预热所需热源为回转窑高温烟气经空气换热器产生的热风；（3）球团经干燥预热后的温度为500℃左右，球团由链箅机或带式干燥机送入回转窑，在回转窑内经过窑温1050～1100℃、时间90～120min的直接还原及高温固结后，得到高温金属化球团，回转窑由含碳燃料燃烧放热，高温金属化球团混有残炭；（4）混有残炭的高温金属化球团冷却到常温后，经干式磁选机进行磁选分离，分离出磁性物料和非磁性物料，得到金属化率及强度较高的金属化球团和非磁性物料，所得金属化球团供给高炉或转炉使用，非磁性物料经3mm振动筛筛分后，-3mm部分作为整个系统的排灰点排出，+3mm部分经矿物分离机分出残炭和废石，废石排出，残炭作为可回收物料，回收利用；（5）回转窑设二次燃烧室，出回转窑的高温烟气经二次燃烧室将回转窑排出的烟气中未完全燃烧的可燃物进行二次燃烧，烟气进一步经重力除尘器脱除大颗粒粉尘，而后进入高低温复合空气换热器冷却，烟气冷却后温度降至180～200℃，然后进入布袋除尘器，回收含氧化锌粉烟尘，回收的含氧化锌粉烟尘含有ZnO 50～60%。

所述高低温复合空气换热器接受的烟气温度不大于1000℃，高低温复合空气换热器与二次燃烧室之间的连通通道设有掺冷风机，当二次燃烧室排出烟气温度大于1000℃时，掺冷风机开启，向连通通道吹入冷风，高温烟气掺混冷风后降温至1000℃以下，所述高低温复合空气换热器为二级换热器，第一级高温段为陶瓷换热器，可将高温烟气温度降至600℃左右，并产生500～700℃的高温热风，第二级低温段为金属换热器，将高温烟气温度由600℃左右降至180～200℃，并产生300～400℃的低温热风；高低温复合空气换热器产生的300～400℃热风鼓入链箅机或带式干燥机干燥段，作为湿球团干燥热源，产生的500～700℃热风一部分鼓入链箅机或带式干燥机预热段，作为球团预热热源；一部分由回转窑窑头鼓入窑内作为高温助燃风。

所述湿球团干燥预热的时间为20～40min。

混有残炭的高温金属化球团冷却到常温时所用的冷却机构为间接式水冷冷却筒。

在所述高低温复合空气换热器的烟气通道内设置集尘漏斗，进一步脱除烟气中的粉尘，以此提高所回收的含氧化锌粉烟尘中的ZnO含量。

在回转窑窑头设置粒煤喷枪、残炭喷枪和粒矿喷枪，粒煤喷枪喷吹粒度为5～15mm高挥发份煤，喷吹粒煤的比例为球团质量的5～10%；残炭喷枪喷吹粒度为3～15mm残炭，喷吹残炭的比例为球团质量的3～5%；粒矿喷枪喷吹粒度为5～10mm高品位铁矿，喷吹高品位铁矿的比例为球团质量的15～20%。

进一步的，以窑头出口为回转窑窑长起点，粒度为5～15mm高挥发份煤喷吹到回转窑窑长的1/2～1/3处，粒度为3～15mm的残炭喷吹到回转窑窑长的3/5～1/2处，粒度为5～10mm高品位铁矿喷吹到回转窑窑长的1/2～1/3处；喷吹入窑的高挥发份煤在窑内高温下，放出挥发份，挥发份中的H₂在穿过料层时作为还原剂，高挥发份煤中的C及残炭中的C与料层内产生的CO₂发生碳气化反应放出CO，实现了碳氢联合还原，提高还原反应速度，高品位铁矿粒喷入窑后，在窑内高温下，粒矿中的铁氧化物与料层内的CO发生反应放出CO₂，CO₂作为“增氧剂”与喷入窑内的高挥发粒煤中的C及残炭中的C发生碳气化反应放出两倍的CO，增强了料层内的还原性气氛，改善了还原反应动力学条件，这就是高品位粒矿的“增氧”作用。

本发明所取得的有益效果是：1、本发明在处理高锌含铁尘泥的同时，有效利用了尘泥中铁及碳资源，大幅度降低了尘泥中锌、钾和钠等有害碱金属元素，降低了高炉碱金属负荷，对提高高炉使用寿命具有重要意义；

2、通过利用回转窑处理高锌含铁尘泥，不仅可回收高品质氧化锌粉，而且还可以生产出金属化率及强度较高的金属化球团供给高炉使用；

3、通过在窑头喷吹高挥发份粒煤、残炭、粒矿，实现了碳氢联合还原，增强了还原反应中后期的还原气氛，强化了铁、锌氧化物的还原反应，解决了回转窑处理高锌含铁尘泥金属化率较低、锌含量较高的问题；

4、本发明使钢铁企业产生的高锌含铁尘泥得到了高效利用，解决了高锌含铁尘泥堆积所造成的环境污染。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明的设备关系简图。

具体实施方式

本发明为利用钢铁企业生产过程中产生的炼铁及炼钢高锌含铁尘泥生产高炉或转炉用的金属化炉料，采用的生产工艺为：（1）高炉瓦斯灰、转炉OG泥按30～40：60～70比例配料及混合后，采用圆盘造球方法生产粒度为8～15mm的湿球团；（2）湿球团经皮带输送到链箅机（或带式干燥机，分干燥段和预热段）进行干燥预热，干燥预热热源为回转窑高温烟气经空气换热器产生的热风。回转窑排烟温度在800℃以上，回转窑后设二次燃烧室，将回转窑排出的烟气中未燃烧完全的可燃物进行二次燃烧，二次燃烧室排出烟气温度为1000℃左右，二次燃烧室烟气经高低温复合空气换热器产生高温热风（500～700℃）和低温热风（300～400℃）。二次燃烧室烟气进入高低温复合空气换热器前设置掺冷风机保护，当二次燃烧室排出烟气温度大于1000℃时，掺冷风机开启。高低温复合空气换热器为二级换热器，第一级高温段为陶瓷换热器，可将高温烟气温度由1000℃左右降至600℃左右，并产生500～700℃的高温热风；第二级低温段为金属换热器，可将高温烟气温度由600℃左右降至180～200℃，并产生300～400℃的低温热风。高低温复合空气换热器产生的低温热风（300～400℃）鼓入链箅机（或带式干燥机）的干燥段，作为湿球团干燥热源，产生的高温热风（500～700℃）一部分鼓入链箅机（或带式干燥机）的预热段，作为球团预热热源；一部分由回转窑窑头鼓入窑内作为高温助燃风。湿球团在链箅机（或带式干燥机）上的干燥预热时间为20～40min；（3）在回转窑窑头设置粒煤喷枪、残炭喷枪和粒矿喷枪，粒煤喷枪喷吹粒度为5～15mm高挥发份煤，喷吹粒煤的比例为球团量的5～10%；残炭喷枪喷吹粒度为3～15mm残炭，喷吹残炭的比例为球团量的3～5%；粒矿喷枪喷吹粒度为5～10mm高品位铁矿，喷吹高品位铁矿的比例为球团量的15～20%；（4）干燥预热后的球团（温度500℃左右）由链箅机（或带式干燥机）送入回转窑，在回转窑内经过窑温1050～1100℃、时间90～120min的直接还原及高温固结后，得到高温金属化球团。由金属化球团与过剩残炭等组成的高温混合物料经间接式水冷冷却筒冷却到常温后，经干式磁选机进行磁选分离，分离出磁性物料和非磁性物料，得到金属化率及强度较高的金属化球团和非磁性物料（残炭及废石），金属化球团供给高炉或转炉使用，非磁性物料经3mm振动筛筛分后，-3mm部分作为整个系统的排灰点排出，+3mm部分经矿物分离机分出残炭和废石，废石排出，残炭返回到回转窑窑头残炭料仓，再经回转窑窑头残炭喷枪喷入窑内循环使用；（5）出回转窑的高温烟气经二次燃烧室将回转窑排出的烟气中未燃烧完全的可燃物进行二次燃烧，再经重力除尘器脱除大颗粒粉尘，而后进入高低温复合空气换热器冷却，烟气冷却后温度降至180～200℃，然后进入布袋除尘器，回收氧化锌粉烟尘，含ZnO50～60%。

在回转窑窑头设置粒煤喷枪，将粒度为5～15mm高挥发份煤喷吹到距窑头出口为回转窑窑长的1/2～1/3处，将粒度为3～15mm的残炭喷吹到距窑头出口为回转窑窑长的3/5～1/2处。距窑头出口为回转窑窑长的1/2～1/3处大致处于窑内高温还原段的中后段，此处瓦斯灰中的碳大部分已消耗，料层内还原性气氛较弱，抛入高挥发份粒煤后，高挥发粒煤中的C及残炭中的C与料层内产生的CO2发生碳气化反应放出CO，增强了料层内的还原性气氛，改善了还原反应动力学条件，有利于提高还原反应速度。同时，喷吹入窑的高挥发份粒煤在窑内高温下，放出挥发份，挥发份中的CH₄、焦油、苯、萘等可燃物在回转窑内燃烧做加热燃料，挥发份中的H₂在穿过料层时将作为还原剂，还原料层中的铁氧化物，由于H₂具有低温还原能力强、穿透能力强的特点，对提高还原速度非常有利。在还原前期，球团温度低于800℃时，以H₂还原为主；在还原中后期，球团温度高于800℃时，以CO还原为主，这就是碳氢联合还原技术。

在回转窑窑头设置粒矿喷枪，将粒度为5～10mm的高品位粒矿喷吹到距窑头出口为回转窑窑长的1/2～1/3处。距窑头出口为回转窑窑长的1/2～1/3处大致处于窑内高温还原段的中后段，此处瓦斯灰中的碳大部分已消耗，料层内还原性气氛较弱。喷入粒矿后，在窑内高温下，喷吹入窑的高品位粒矿中的铁氧化物与料层内的CO发生还原反应放出CO₂，CO₂作为“增氧剂”与喷入窑内的高挥发粒煤中的C及残炭中的C发生碳气化反应放出两倍的CO，增强了料层内的还原性气氛，改善了还原反应动力学条件，有利于提高还原反应速度，这就是高品位粒矿的“增氧”作用。

出回转窑的高温烟气经二次燃烧室后，先经重力除尘器脱除大颗粒粉尘，再进入高低温复合空气换热器冷却，冷却后温度降至180～200℃。高低温复合空气换热器产生的低温热风（300～400℃）鼓入链箅机（或带式干燥机）的干燥段，作为湿球团干燥热源；产生的高温热风（500～700℃）一部分由回转窑窑头鼓入窑内作为高温助燃风，一部分鼓入链箅机（或带式干燥机）的预热段，作为球团预热热源。由于回收利用了回转窑的高温烟气热量，可有效降低燃料消耗。

出回转窑的高温烟气先经重力除尘器脱除大颗粒粉尘，再进入高低温复合空气换热器冷却，在高低温复合空气换热器的烟气通道内设置了集尘漏斗，可进一步脱除烟气中的粉尘，这样就提高了布袋除尘器回收的氧化锌粉中ZnO含量。

本发明所用的高锌含铁尘泥中含有较高的氧化锌，在还原炉的高温及还原性气氛下，氧化锌被还原成金属锌，由于金属锌的熔点为419.53℃、沸点为907℃，生成的金属锌在窑内高温下气化，以锌蒸汽的形式随烟气排出。金属锌蒸汽遇到氧化性气氛后再次氧化，生成细小的氧化锌固体颗粒，经布袋除尘收集后，可获得氧化锌含量50～60%的副产品。因此，本方法既可以生产出金属化球团，还具有脱锌和收锌功能。

本发明在采用高炉瓦斯灰、转炉OG泥混合料造球时，根据转炉OG泥粒度较细、CaO含量较高的特点，在不配加粘结剂的情况下进行造球生产。

1、物料的选择

高炉瓦斯灰：铁品位为25～41%、SiO₂含量2～8.5%、ZnO含量4～8%、K₂O含量0.6～0.8%、Na₂O含量0.15～0.20%、C含量15～36%；

转炉OG泥：烘干研磨后粒度为-200目占80%以上，铁品位为42～65%、SiO₂含量2～4%、ZnO含量0.2～0.4%、K₂O含量0.1～0.3%、Na₂O含量0.1～0.3%；

高挥发份煤：固定碳含量为44～46%、灰分含量为7～9%、挥发份含量为47～49%、喷吹高挥发份煤粒度为5～15mm；

2、原料的配料及混合

高炉瓦斯灰、转炉OG泥按30～40：60～70比例配料及混合后，得到混合物料。

3、造球

混合物料加入到圆盘造球机中，通过喷入7～10%的水份进行圆盘或圆筒造球，控制母球的粒度为8～15mm；

4、湿球团干燥预热

粒度为8～15mm的湿球团，经皮带输送到链箅机（或带式干燥机）进行干燥预热，干燥预热热源为回转窑高温烟气经高低温复合空气换热器产生的热风，供给链箅机（或带式干燥机）干燥段的低温热风温度300～400℃，供给链箅机（或带式干燥机）预热段的高温热风温度500～700℃，湿球团在链箅机（或带式干燥机）上的干燥预热时间为20～40min；

5、球团矿的还原与固结

球团在还原焙烧过程中，通过控制回转窑温度1050～1100℃、时间90～120min，可使球团矿在加热升温、高温还原的过程中得到均匀的还原及固结，并使球团矿的强度得到提高；通过在回转窑窑头喷吹高挥发份粒煤、残炭、高品位粒矿，实现了碳氢联合还原，增强了还原反应中后期的还原性气氛，提高了还原速度。

6、物料冷却及分离

高温还原物料经间接式水冷冷却筒冷却到常温后，经干式磁选机进行磁选分离，得到金属化率及强度较高的金属化球团。

7、回收氧化锌

出回转窑的高温烟气先经重力除尘器脱除大颗粒粉尘，再进入高低温复合空气换热器冷却，冷却后温度降至180～200℃，然后进入布袋除尘器，回收氧化锌粉烟尘，含ZnO 50～60%。