一种从炼钢粉尘回收金属颗粒的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种从炼钢粉尘回收金属颗粒的方法。
【背景技术】
[0002] 钢铁工业是国民经济发展的基础。特别是近几十年来，随着经济的高速发展，钢铁 行业呈现出跳跃式发展的态势，从而导致高品位冶金资源迅速枯竭，冶金废物产量逐年递 增，严重地威胁生态环境。特别是，炼钢粉尘的利用是一项世界性的难题。普通炼钢粉尘因 炼钢本身的特点而包含大量的CaO,而特殊钢炼钢粉尘中除含有大量的CaO外，更含有Cr、 Ni等其它有价金属。炼钢粉尘因含有大量的CaO致使其极难回收利用。每生产It钢铁可 产生10~50kg粉尘。2014年中国钢铁产量达到8. 2亿吨，其中的不锈钢产量大约为2180 万吨。转炉粉尘通常含50%左右的Fe、14%的CaO;不锈钢粉尘通常含15%的Ca0、30%的 Fe、8-15 %的Cr、1-8 %的Ni。目前对于炼钢粉尘的利用，开发的方法较多，主要是实现有价 金属和炉渣的分离，大体上可以分为三大类。
[0003] 大部分工艺是炼钢粉尘经还原后通过熔分回收有价金属。
[0004] 例如：一步法--0XYCUP工艺，含铁炼钢粉尘或不锈钢粉尘、水泥和还原剂混合造 块后投入到竖炉中以生产铁水或铁合金水，供炼钢工艺使用。这些工艺的主要缺点是对粘 结剂（水泥）的要求严格，养护时间长，且需要空分系统和使用昂贵的焦炭，渣量大，焦炭耗 量大，铁水中磷、娃含量高。
[0005] 二步法--Fastmelt、Inmetco工艺，将含铁粉尘或不锈钢粉尘制备成含碳球团， 在转底炉中进行还原，然后在铁浴炉中进行还原以及熔分。该工艺具有流程短，设备占地面 积少，反应时间短，无废水、废气等二次污染物产生的优点，但是存在如下不足：除铁之外的 铬回收率低，造球时需要很多辅助原料，煤粉的要求高，熔分过程能耗大。
[0006] 此外，也有些工艺是炼钢粉尘还原后通过水冷却使粒铁与渣分离。例如：公开号为 CN101270399名称为一种用含铁废渣尘生产金属铁粒的方法的专利申请，该方法是将质量 百分含量为55~75%的转炉炉尘、10~25%的高炉瓦斯灰或硫酸渣、12~20%的煤粉混 匀；再经压块或造球、干燥后，于1300~1380°C的条件下，在转底炉内自还原10~15min ; 然后将还原产物卸出，经水淬后进行铁粒和渣子的分离。该方法使用水淬冷却，然后经磁选 实现铁、渣的分离。其过程使用了大量的水资源，造成了严重的水污染，且经水淬后的铁粒， 容易重新氧化成铁氧化物，抗氧化性差，不利于铁粒的进一步工业使用。
[0007] 综上所述，通过传统典型的冶金工艺流程实现铁和有价金属与炉渣的分离过程， 增大了渣量，同时加大了生产负荷。特别是对于炼钢粉尘来说，其本身铁品位低且渣量多。 因此，目前回收炼钢粉尘的处理方法有很多局限性，缺点明显。因此，有必要开发一种新型 的处理炼钢粉尘冶炼新工艺。
【发明内容】
[0008] 针对以上问题，本发明提供了一种从炼钢粉尘回收金属颗粒的方法。本发明基于 热压块这一成熟技术，充分利用煤的热塑性将炼钢粉尘与热压还原剂煤热压到一起，提高 其冶金性能，在转底炉中进行还原、保温处理后，经排料装置排出，然后进行自然冷却，通过 筛分实现金属颗粒与炉渣干净彻底地分离。该工艺不使用任何粘结剂和辅助材料，也不经 水淬冷却分离，彻底干净地实现金属颗粒与炉渣的分离，从而可高效回收利用炼钢粉尘中 的有价组元，促进钢铁工业的可持续发展。
[0009] 根据本发明的一方面，本发明提供了一种从炼钢粉尘回收金属颗粒的方法，所述 方法是用炼钢粉尘和煤粉制造热压块，热压块经转底炉还原、保温处理，自然冷却、筛分后 分离金属颗粒和炉渣。
[0010] 本发明主要经过以下步骤：
[0011] (1)将普通的炼钢粉尘和煤粉分别进行破碎筛分，控制炼钢粉尘和煤粉的粒度 均不大于0. 15mm;并且使用的炼钢粉尘中有价金属含量不低于30%，氧化钙含量不低于 10 % ;所使用的煤粉中固定碳含量不低于50 %，灰分不高于15 %，挥发分不超过35 %，胶质 层指数不低于8 ;
[0012] (2)将破碎后的炼钢粉尘和煤粉按一定的质量百分数进行配料，炼钢粉尘的配比 为75%~85%，煤粉配比为15%~25% ;
[0013] (3)将配好的混合物进行加热并热压制成炼钢粉尘热压块，其中热压温度为 200~450°C，热压成型磨具压力不小于35MPa ;
[0014] (4)将炼钢粉尘热压块装入转底炉进行高温还原，转底炉高温还原区的温度为 1400-1450°C，C0分压iVha+P^)不低于79. 20%，还原区运行时间为15-25min ;料层高 度为25~50mm ;在经过高温还原区的还原后进入低温区，低温区温度为1050-1150°C，C0 分压fV^P^+P^)不低于73. 60%，低温保温处理10-20min后，还原产物进入卸料区，将其 排出；
[0015] (5)保温处理后的物料经装置出料，然后进行隔绝空气自然冷却至粉状物料，通过 使用小于150目的筛子进行筛分，得到粒度大于0. 5mm的金属颗粒以及粒度小于0. 1mm的 炉渣，实现金属颗粒与炉渣彻底干净分离。
[0016] 本发明的优点在于：
[0017] (1)不使用任何粘结剂制备含碳炼钢粉尘热压块，可以改善炼钢粉尘压块的还原 性能；
[0018] (2)与传统转底炉工艺相比，使用热压块高温高料层还原，显著提高了热效率和煤 气利用率；
[0019] (3)本发明依据硅酸三钙的分解反应，不使用任何辅助材料，可以高效利用炼钢粉 尘；
[0020] (4)与传统的炼钢粉尘处理工艺相比，该工艺不使用任何添加剂、辅助材料，冷却 方式简单，生产成本低、处理时间短、渣量少；
[0021] (5)直接一步冶炼即能得到金属颗粒，金属的回收率高于93%以上，简化了工艺， 降低了冶炼成本。
[0022] 因此，本发明具有工艺简单，不使用任何添加剂、辅助材料，原料适应性强，生产效 率高、能耗低、成本低等优点，对于降低炼钢粉尘的冶炼回收成本有重要的现实意义，具有 广阔的市场工业应用前景。
[0023] 本发明依据的原理主要有以下几点：
[0024] 炼钢粉尘热压块具有优异的还原特点，热压块中的碳和炼钢粉尘紧密接触，热传 导强，孔隙率低，热压块中挥发分也参与还原，有利于金属氧化物的还原。
[0025] 炼钢粉尘热压块中进行的反应主要为煤的热解反应、碳的气化反应、水煤气反应、 金属氧化物的还原反应、渗碳及液相形成反应和渣相反应。
[0026] 渣形成物质存在于炼钢粉尘中为：0&0工&0) 3、3102)1203和1%0。因炼钢粉尘本身 的特性而CaO含量特别高，从而热压块的碱度在2. 8以上。
[0027] 所以，热压块的还原时，形成大量的硅酸三钙。进行的渣相反应如下：
[0028] 2Ca0+Si02= Ca2Si04 (1)
[0029] 3Ca0+Si02= Ca3Si05 (2)
[0030] CaC03= Ca0+C02 (3)
[0031] 2CaC03+Si02= Ca 2Si04+2C02 (4)
[0032] 3CaC03+Si02= Ca