专利名称：炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种回收炼铁或炼钢过程中产生的含铁污泥和粉尘中的铁和锌的工艺方法，特别涉及炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺。
炼铁和炼钢产生的尘泥含锌一般在0.1％～5％范围内，即使在高炉瓦斯泥返回烧结循环使用的情况下，瓦斯泥中的含锌量一般也不超过10％，从炼铁和炼钢产生的尘泥含锌量上看，属超低锌范畴。分析炼铁和炼钢产生的尘泥中锌、铁元素的物理化学特性1)锌、铁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)氧化锌粒度较氧化铁粒度小，多小于20μm，氧化铁粒度多在30～60μm之间；3)锌、铁氧化物具有磁性差异；4)高炉瓦斯泥和炼钢污泥粘性大。
鉴于以上尘泥中锌、铁元素的物理化学特性，世界上分别出现过磁选和湿法旋流器分选等物理法。但实践证明，用磁选和湿法旋流器分选炼铁和炼钢产生的尘泥，除锌不彻底，返回烧结，在高炉冶炼过程中，仍有锌富集结瘤的隐患存在；同时，分选后产生的富含锌的污泥难以处理，甚至还需堆放，继续其对环境的污染。目前，以上两种方法未能得以推广应用。
本发明的主要原理包括锌、铁还原和锌蒸气的冷凝。
1、锌、铁还原原理分析氧化物标准生成自由焓ΔG0生成——T图来理解铁、锌还原。金属与氧的亲和力，氧位越高就越弱，MO就越容易还原；而氧位越低，亲和力越强，MO就越难还原。
锌是一种与氧亲和力大的重金属，Zn——ZnO的平衡氧位较低(见图2)。但在锌的沸点(1180K)以后，液态锌变为气体锌的熵增加很大，促使氧位随温度变化曲线上升很快，斜率很大，使ZnO在高温下有可能被碳还原。
ZnO被碳还原，实际上是由CO还原(1)ΔG0＝178020-111.67T另一方面，还原消耗的CO可由碳的气化反应来补充，即(2)ΔΔG0＝170460-174.43T将上述两反应式两边相加，便得到如下所示的以碳还原的反应式(3)用碳还原挥发提炼锌，与氧化锌还原相竞争的氧化物是铁的氧化物，氧化铁的还原平衡(4)(5)(6)(7)ZnO的还原反应为吸热反应，温度越高，即使PCO2/PCO很大，即还原性虽然很弱，但ZnO仍能还原，要在大气压下还原ZnO，温度至少需要1170K。同时，由于炼铁和炼钢尘泥中含有一定的CaO，提高了ZnO的活度，有利于ZnO更好地还原。
2、锌蒸气的冷凝原理锌蒸气的冷凝是含锌炉气体从反应温度进行冷却来完成的，由于碳的气化反应的逆反应速度很小，因此离开料面后的反应气体中，PCO2/PCO比值无多大变化。当含锌炉气冷却时，其中的CO2将完全与当量的锌蒸气作用，造成锌蒸气的再氧化。所生成的ZnO对冷凝过程起着有害的作用，使锌液滴被一层ZnO裹住，阻碍液滴进一步汇合成大滴，减小锌蒸气冷凝为液体锌的冷凝效果。
本发明的技术方案炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺，包括污泥和粉尘的收集，其特征是工艺步骤包括在炼铁或炼钢过程中产生的超低锌(Zn＜10％)、含铁(Fe为30％～50％)污泥和粉尘中，添加足够的还原剂、催化剂和成球剂，充分混匀后，压制成具有一定强度的球团，利用一种高温回收炉将此球团由燃料直接加热还原，最终得到铁水和回收粗锌产品。
为了补充所需的热量，使超低锌含铁尘泥中的铁、锌在高温回收炉中完全还原，达到锌烟化回收和炼出铁水的工艺目的，在用尘泥造球时，就有意配入过量的还原剂；另外，尘泥造球后需在873K～973K下烘干待用；同时，将炉料用的焦碳在入炉前预热到1073K-1400K左右；并尽可能提高鼓入炉内的空气温度到1200K～1400K，使粉煤在高温压缩空气输送下，喷入炉内熔池中，由于气泡通过熔池上升时，造成一种“熔体柱”的移动，在气泡受热膨胀时，因熔体静压力的作用，气泡被压破变小，因而，在熔池内部形成大量的夹带有粉煤的气泡，气泡被高温炉料急剧加热，悬浮其内的碳粒迅速燃烧，放出大量的热量，维持熔池内温度1400～1600K的高温，并产生大量的CO气体。
为了防止CO2对锌蒸气冷凝产生不利的影响，本发明的工艺需注意在“超低锌含铁尘泥烟化回收炉”中布料的控制，料层是污泥制成的球团与焦碳间隔而置，使炉内气氛保持还原性，烟气温度需保持在1273K以上，炉顶采用高温密封技术；同时，在烟气回收系统中，烟气首先进入“石墨电极加热还原室”，使锌蒸气、CO、CO2混合气体或表面包裹了ZnO的锌烟尘再进一步地还原，尽可能在高温下直接将蒸气导入铅雨冷凝器中，实现对含锌低的炉气的锌的冷凝收集。
本发明的具体工艺步骤是1、将含水90％以上的高炉瓦斯泥水或转炉污泥水，通过板块压滤机压滤成含水小于20％污泥，将高炉瓦斯灰或电炉粉尘掺入，使泥料中的水含量控制在12％～15％之间，在搅拌机中搅拌混合，然后将此泥料输送到轮辗机中边辗边加入其它相应的还原剂C、催化剂CaO和成球絮凝剂等，还原剂C加入量为总量的15-25％、催化剂CaO加入量为总量的7-14％，成球絮凝剂加入量为总量的0.5-2％，轮辗时间不小于5分钟，待物料达到充分混匀后，送至压球机压制成球团，将球团送入烘干炉中，在873K～973K温度范围内将球团水份烘干，再将烘干后的球团放到保温缓冲仓中待用。
2、通过皮带输送将待用的中温球团送到“超低锌含铁尘泥烟化回收炉”中加热还原，在炉子下部得到铁水和铁渣，铁、渣分离后，通过铁水罐和水淬渣盘将铁水浇铸成铁块，替代废钢炼钢，渣子水淬后，可作水泥掺和剂用，在炉子中下部，锌被完全还原，以锌蒸气、CO、CO2等混合气体的形式向炉体上部流动，为了保证锌蒸气不再被氧化，炉内气氛必须以还原性气氛为主，因此，料层是污泥制成的球团与焦碳间隔而置，至炉子烟气回收处，烟气温度需保持在1273K以上，炉顶采用高温密封技术，烟气回收系统中，烟气首先进入“石墨电极加热还原室”，使锌蒸气、CO、CO2混合气体经过进一步还原，当气体通过“石墨电极加热还原室”后，混合气体再通过由大量循环的铅液所形成的飞溅的铅雨冷凝器，将炉气急冷至冷凝温度，利用锌在液铅中的一定溶解度，使冷凝下来的锌的活度降低，从而保证锌不被炉气中的CO2所氧化，得到铅——锌混合物，通过蒸馏分离，制成纯锌，而通过铅雨冷凝器洗涤后的气体，主要含CO高温气体，进入炉气回收洗涤系统，回收循环利用。
本发明的有益效果是能耗低，可实现炼铁和炼钢尘泥的零排放，彻底解决炼铁和炼钢尘泥对环境污染的问题。
具体实施方式
实施例参照附图
，现场取含水90％以上的高炉瓦斯泥水或转炉污泥水，含锌3.10％、TFe为42.77％、C为18.44％，通过板块压滤机压滤成含水小于20％污泥，将高炉瓦斯灰或电炉粉尘掺入，使泥料中的水含量控制在12％～15％之间，在搅拌机1中搅拌混合，然后将此泥料输送到轮辗机2中边辗边加入其它相应的催化剂CaO和成球絮凝剂等，催化剂加入量为总量的6％，成球絮凝剂加入量为总量的0.5％，由于污泥中含有18.44％的C，所以不加入还原剂，轮辗时间10分钟后送至压球机3压制成球团，将球团送入烘干炉4中，在873K～973K温度范围内将球团水份烘干，再将烘干后的球团放到保温缓冲仓5中待用。通过皮带输送将待用的中温球团送到高温回收炉6中加热还原，在炉子下部得到铁水和铁渣，铁、渣分离后，将铁水浇铸成铁块7，替代废钢炼钢，渣子水淬后，可作水泥掺和剂用，在炉子中下部，锌被完全还原，以锌蒸气、CO、CO2等混合气体的形式向炉体上部流动，为了保证锌蒸气不再被氧化，炉内气氛必须以还原性气氛为主，因此，料层是污泥制成的球团与焦碳间隔而置，至炉子烟气回收处，烟气温度需保持在1273K以上，炉顶采用高温密封技术，烟气回收系统中，烟气首先进入“石墨电极加热还原室”8，使锌蒸气、CO、CO2混合气体经过进一步还原，当气体通过“石墨电极加热还原室”后，混合气体再通过由大量循环的铅液所形成的飞溅的铅雨冷凝器9，将炉气急冷至冷凝温度，利用锌在液铅中的一定溶解度，使冷凝下来的锌的活度降低，从而保证锌不被炉气中的CO2所氧化，得到铅——锌混合物，待蒸馏分离，而通过飞溅铅雨9洗涤后的气体，约含20％CO，是低热值的煤气，通过炉气回收洗涤系统10回收作预热鼓风。经过处理后的球团，含锌0.04％、除锌率达95.3％。
权利要求
1.炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺，包括污泥和粉尘的收集，其特征是工艺步骤包括在炼铁或炼钢过程中产生的超低锌(Zn＜10％)、含铁(Fe为30％～50％)污泥和粉尘中，添加足够的还原剂、催化剂和成球剂，充分混匀后，压制成具有一定强度的球团，利用一种“超低锌含铁尘泥烟化回收炉”将此球团由燃料直接加热还原，最终得到铁水和回收粗锌产品。
2.根据权利要求1所述的炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺，其特征是所述的制球工艺具体为①将含水90％以上的高炉瓦斯泥水或转炉污泥水，通过板块压滤机压滤成含水小于20％污泥，②将高炉瓦斯灰或电炉粉尘掺入，使泥料中的水含量控制在12％～15％之间，在搅拌机[1]中搅拌混合，③然后将此泥料输送到轮辗机[2]中边辗边加入其它相应的还原剂C、催化剂CaO和成球絮凝剂等，还原剂C加入量为总量的15-25％、催化剂CaO加入量为总量的7-14％，成球絮凝剂加入量为总量的0.5-2％，轮辗时间不小于5分钟，待物料达到充分混匀后，送至压球机[3]压制成球团，④将球团送入烘干炉[4]中，在873K～973K温度范围内将球团水份烘干，再将烘干后的球团放到保温缓冲仓[5]中待用。
3.根据权利要求1所述的炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺，其特征是所述的球团加热还原工艺具体为①通过皮带输送将待用的中温球团送到“超低锌含铁尘泥烟化回收炉”[6]中加热还原，在炉子下部得到铁水和铁渣，铁、渣分离后，通过铁水罐和水淬渣盘[7]将铁水浇铸成铁块，替代废钢炼钢，渣子水淬后，可作水泥掺和剂用，②在炉子中下部，锌被完全还原，以锌蒸气、CO、CO2等混合气体的形式向炉体上部流动，为了保证锌蒸气不再被氧化，炉内气氛必须以还原性气氛为主，③因此，料层是污泥制成的球团与焦碳间隔而置，至炉子烟气回收处，④烟气温度需保持在1273K以上，炉顶采用高温密封技术，⑤烟气回收系统中，烟气首先进入“石墨电极加热还原室”[8]，使锌蒸气、CO、CO2混合气体经过进一步还原，当气体通过“石墨电极加热还原室”〔8〕后，混合气体再通过由大量循环的铅液所形成的飞溅的铅雨冷凝器[9]，将炉气急冷至冷凝温度，利用锌在液铅中的一定溶解度，使冷凝下来的锌的活度降低，从而保证锌不被炉气中的CO2所氧化，得到铅——锌混合物，通过蒸馏分离，制成纯锌，⑥而通过铅雨冷凝器〔9〕洗涤后的气体，主要含CO高温气体，进入炉气回收洗涤系统[10]，回收循环利用。
4.根据权利要求3所述的炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺，其特征是焦碳在入炉前预热到1073K-1400K，鼓入炉内的空气温度控制在1200K～1400K。
全文摘要
本发明涉及一种炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺，利用氧化锌和氧化铁高温下的可还原性，且还原后的产物——铁和锌的物理特性(熔点、沸点)的差异很大的特性，在炼铁或炼钢过程中产生的超低锌(Zn＜10％)、含铁(Fe为30％～50％)污泥和粉尘中，添加足够的还原剂、催化剂和成球剂，充分混匀后，压制成具有一定强度的球团，利用一种“超低锌含铁尘泥烟化回收炉”将此球团由燃料直接加热还原，最终得到铁水和回收粗锌产品，回收铁和锌时的副产品——CO气体可作为高温还原气体循环利用，用这种方法对炼铁和炼钢产生的含低锌污泥进行处理，既有效地完成提锌，又可生产出铁品位很高的生铁产品，部分替代废钢，对减少环境污染，缓解废钢和锌资源紧缺问题，具有重要意义。
文档编号C22B7/02GK1470657SQ0213619
公开日2004年1月28日 申请日期2002年7月25日 优先权日2002年7月25日
发明者陈素琼, 郑越, 张佩盈 申请人:宝钢集团上海梅山有限公司