专利名称：垃圾与铁矿石或其它金属氧化物混合加热还原新工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将铁矿石或其它金属氧化物与垃圾一起混合在基本无氧条件下 加热，使铁矿石或其它金属氧化物被还原的新技术，在此过程中垃圾替代常用的煤炭完 成了金属的还原，同时也完成了垃圾的资源化、无害化、减量化处理。该技术应用于金 属冶炼和垃圾处理领域。
背景技术：
该技术主要应用于铁矿石和其它金属冶炼与垃圾处理，涉及面较多，这里分别 介绍各方面技术背景。1、铁矿石冶炼背景技术，其它金属氧化物的原理与其类似目前，以铁矿石为原料冶炼还原生成金属铁的主要工艺有高炉冶炼和非高炉冶 炼两类方法，非高炉炼铁又可分为直接还原和熔融还原两类，直接还原又可分为煤基和 气基两类，本工艺使用垃圾还原铁矿石与煤基直接还原法从形式来说最为接近，都是使 用固体可燃物为还原剂，夺取铁矿石中的氧使其还原为固态金属铁，由于未经过熔融状 态，所以还原生成的金属铁有很多孔隙，俗称海绵铁。常见的煤基直接还原铁矿石方法 如下1)回转窑直接还原法该法用铁矿石球团或者块矿与煤炭混合，将混合物连续给入回转窑，在回转窑 中一边向出口移动一边进行高温加热，在混合物排出回转窑时，基本完成铁矿石的还 原，生成金属铁(海绵铁)。2)隧道窑法该法将煤和铁矿石放入一个反应罐内，并盖上盖子，然后将多个反应罐分层排 列在一个台车上，再将台车推入隧道窑内，一个台车从入口推入，同时将另一个台车从 隧道窑出口推出，隧道窑内使用各种燃料燃烧高温加热反应罐。经过恰当的时间控制， 推出台车上的反应罐中铁矿石还原完成，产生金属铁(海绵铁)3)转底炉法该法将煤磨细和细粒铁矿石造成球或压成团块，以薄层放入一个环形底部旋转 的炉内，通过烧嘴燃烧高温加热这些球团或团块，待接近旋转一圈时，完成铁矿石还 原，生成金属铁(海绵铁)。以上所有的铁矿石冶炼方法都需要煤为原料，其中高炉需要大量消耗贮藏量较 少的高粘结性的焦煤炼成的焦炭，近年来高炉冶炼生铁数量很大，导致焦煤资源减少逐 渐面临匮乏状态，焦煤和焦炭价格保持高位，高炉冶炼成本增加。非高炉炼铁相对高炉 的优点是可以不用焦炭进行炼铁，但是其中熔融还原工艺还不成熟，生产成本反而高于 高炉，气基直接还原需要使用宝贵的燃气资源，包括中国在内的天然气储量不足的国家 无法采用，煤基直接还原法虽然不需要用焦煤还是需要消耗不可再生的煤炭资源。2、有关垃圾处理的背景技术如下
垃圾主要有生活垃圾、建筑垃圾和工业垃圾等，本发明中垃圾使作为还原剂使 用，所以需要所使用的垃圾中有较多的可燃物，生活垃圾中有大量塑料、纸张、纺织 品、橡胶、动植物体和其它有机物，是最适合用本发明处理的垃圾，此外医疗垃圾和部 分可燃物较多的工业垃圾及固废也可以使用本法进行处理。常见的生活垃圾处理方法有填埋法、堆肥法、焚烧发电法、热解法。填埋法其 实就是不处理垃圾，把垃圾找个地方堆放，该法缺点是1)占用土地资源；2)垃圾日久 腐化释放温室气体(主要是温室效应相当于二氧化碳24倍的甲烷)，还有臭气和有害渗滤 液。堆肥法的缺点是无法处理塑料、纺织物等无法分解物质，还要释放一些有害温室气 体，产品肥料也不太好出售。垃圾焚烧发电是目前增长最快的垃圾处理方式，但也是不 可自然分解的剧毒致癌物二恶英的最大污染源，当前许多垃圾发电企业为保持高炉温减 少二恶英排放，大量掺烧煤炭，导致垃圾发电厂性质逐渐接近小火电。热解法是在无氧 环境下对垃圾加热，使垃圾在不燃烧的情况下进行热分解，一般公认为当前最环保的生 活垃圾处理法，但是垃圾中含有很多不可热分解的可燃物，在热分解完成后主要以固定 碳的形式存在，这些固定碳无法得到充分和方便的利用，此外热解法产生的可燃气体也 不容易得到合理的应用(用于发电效率较低，用于燃烧则一般周边缺少用户)。3、其它与本专利技术类似的
背景技术：
有公开报道称日本新日铁将生活垃圾中的不含氯塑料破碎为细粉替代喷吹煤喷 入高炉，可节约煤炭消耗，其缺点是只能少量使用，且不含氯塑料原料从垃圾中分拣十 分困难。另外有公开报道日本焦炉炼焦煤原料中常常会掺入的生活垃圾，可节约煤炭 消耗，缺点是配比太低，如垃圾配比提高后对焦炭质量影响太大。有公开论文介绍了如何解决生活垃圾不可热分解的可燃物气化的方法，一般采 用白云石为催化剂，通入水蒸气与不可热分解的可燃物反应生成可燃性气体，使单位垃 圾热解产气量大幅度上升。
发明内容
为解决高炉面临的焦煤短缺以及各种非高炉炼铁法必须消耗不可再生的煤炭资 源问题，还有各种生活垃圾处理方法存在的问题，本发明创造性地提出垃圾与铁矿石或 其它金属氧化物混合加热获取金属铁的新工艺。该工艺为铁矿石和其它金属氧化物冶炼 提供了一种全新燃料和还原剂，同时也解决了生活垃圾处理的种种问题。该工艺与煤基 直接还原法较为相似，区别主要在于使用垃圾替代了煤炭进行直接还原，以及由于垃圾 采用对工艺设备的要求有所不同。本发明的有益效果是 1)利用永不枯竭的垃圾替代不可再生的煤炭资源进行铁矿石和其它金属氧化物 的冶炼，节约不可再生资料消耗，有利于社会可持续发展。2)本发明进行垃圾处理可直接在市场出售海绵铁产品盈利，不需要政府补贴， 且避免了其它垃圾处理法对环境的污染，真正实现了垃圾的资源化、无害化和减量化处理。3)本发明无需一般垃圾资源化处理需要分拣过程，大大节省了人力物力。4)本发明以垃圾废物替代煤炭、焦炭进行铁矿石冶炼，大大降低了生产成本。
5)本发明可部分替代高炉冶炼，减少了以高炉为中心的厂流程炼铁工艺对环境 的污染。6)本发明有效解决了垃圾热解法中不可热分解的可燃物气化分解的问题。7)本发明直接使用垃圾替代煤炭、焦炭对铁矿石进行冶炼，从资源节约率和能 源替代率上明显高于垃圾焚烧发电。8)本发明采取的工艺有利于对铁矿石还原程度进行准确判断，有利于控制海绵 铁的还原程度和渗碳程度，有利于粉末冶金用铁粉的生产和提高金属化率。
图1是本发明的典型工艺流程示意图。
具体实施例方式本发明从化学反应原理角度与煤基直接还原基本一致，都是在反应物在固体状 态下，通过固-气-固反应完成还原。但由于采用生活垃圾替代煤炭的新工艺后，由于 垃圾本身特点，对反应方式要求有所不同。主要不同之处有1、为避免垃圾燃烧产生有 害污染物，反应要求严格的无氧环境，反应室如加热室之间要进行密闭隔绝，前述技术 背景中的两种煤基直接还原方式转底炉法和回转窑法就不适合于本发明使用；2、垃圾一 般含水量大、成分复杂，不适合细磨 和进行分拣，所以不适合采用制粉和分类利用的方 式。本发明具体实施方式
如下本发明典型工艺流程图见附图1 附图1中，垃圾①和铁矿石②按比例混合进入反应容器④，两者混合比例由垃 圾中可有效参与还原的碳、氢元素的含量以及铁矿石中铁氧化物所需要的还原元素用量 综合确定，具体比例和垃圾及铁矿石的成分有关，恰当的比例可以及充分利用垃圾资源 又获得满意的金属化率。反应容器中产生的燃气⑧和补充的燃气⑨以及助燃空气⑩进入加热室③燃烧， 热量通过加热室③和反应容器④之间的间隔壁传入反应容器④，反应容器④中的垃圾随 着温度的上升，分解释放出可燃气体⑧，可燃性气体会部分少量还原铁矿石，当温度上 升到640°C时，进入FeO稳定存在温度区间，铁矿石将被还原性气体还原成为FeO并继续 释放可燃气体⑧，当温度超过685°C时，FeO开始被还原成为金属铁并吸收大量热量还继 续释放可燃性气体⑧，此时温度会减慢上升速度或停止上升，当温度重新加速上升，且 不在继续释放可燃性气体，即可判断铁矿石还原已基本完成。反应完成反应物排出反应容器④，用磁选设备⑤进行磁选，可分别得到海绵铁 产品⑥和剩余非磁性物⑦，海绵铁产品⑥可直接在市场出售，也可压块出售，剩余非磁 性物⑦可送填埋也可作为建筑材料使用。需要说明的是1)反应容器④和加热室③是分隔开互不相通的，其形状和结构 形式可以多种多样，所采用的材料也可多种多样，但总的原则是传热面积越大越好，对 外界散热面积越小越好，在满足结构强度和成本的前提下反应容器④和加热室③之间传 热壁的材料导热能力越大越好，反应容器④和加热室③对外界的保温壁的材料导热能力 越小越好，另外还要方便原料和产品进出，进出方式可以是间歇的也可以是连续的；2)本工艺要求是固体状态下进行还原，应控制温度不要过高，只需控制最终温度在热力学 金属铁稳定存在区域温度即可完成反应，过高会使参与无机反应物熔化产生液相(大致 是不能超过iioo°c )，液相会粘结反应容器，破坏耐火材料并阻碍进料出料，反应中会 产生部分有机物液相，最终会挥发排出，对反应过程没有不利影响，当然温度控制较低 会导致传热速度减慢，生产效率下降；3)如果反应中的生活垃圾挥发分较高，分解产生 可燃性气体较多，外界补充燃气可以不是必须的；4)为充分利用能源，本发明的新工艺 投入工业生产时， 反应容器④释放的高温可燃气体和加热室③的高温燃烧废气(11)中的 物理显热都需要进行回收利用，一般可以用来加热助燃空气和干燥原料，也可用于生产 蒸汽和发电。
权利要求
1.垃圾与铁矿石或其它金属氧化物混合加热还原新工艺，用于金属冶炼和垃圾处 理，其特征在于将垃圾和铁矿石或其它金属氧化物按一定配比混合后加入反应容器， 通过外界热源热传导加热，使得铁矿石或其它金属氧化物还原获得金属，同时使垃圾得 到处理。
2.根据权利要求1所述的新工艺中的反应容器，其特征是反应容器④和加热室③ 是分隔开互不相通的，其形状和结构形式可多种多样，原料和产品进出方式可以是间歇 的也可以是连续的的。
全文摘要
为解决高炉面临的焦煤短缺以及各种非高炉炼铁法必须消耗不可再生的煤炭资源问题，还有各种生活垃圾处理方法存在的问题，本发明创造性地提出垃圾与铁矿石或其它金属氧化物混合加热获取金属铁的新工艺。该工艺为铁矿石和其它金属氧化物冶炼提供了一种全新燃料和还原剂，同时也解决了生活垃圾处理的种种问题。该工艺的一般工艺流程见附图。
文档编号C21B15/00GK102021341SQ20091017770
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月16日 优先权日2009年9月16日
发明者邹明 申请人:邹明