专利名称：一种含锌铁粉尘综合利用工艺的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种含锌铁粉尘综合利用工艺，属于钢铁冶金技术领域。
背景技术：
我国是一个钢铁大国，自1996年钢产量达1亿吨以来，一直位居世界榜首，2010 年钢产量高达6. 亿吨左右。国内可供利用的铁资源逐年减少，铁矿石进口量不断增加， 2010年进口铁矿石高达6. 3亿吨，目前大部分钢铁厂进口铁矿石在烧结混合料中的配比达到60%以上。铁矿石资源的严重短缺已开始影响到我国钢铁工业的可持续发展及安全。含锌铁粉尘是钢铁厂炼铁和炼钢过程中产生的附产物，主要含铁、碳等有价元素， 此外，还含铅、锌、砷等有害元素。是一种重要的含铁原料，对于钢铁企业而言有重要的回收利用价值，但直接回收使用又容易造成有害元素在高炉内的富集，影响主要生产线的稳定运行，甚至造成重大事故，同时砷由于在冶炼过程中难以脱除，进入铁水后不利于冶炼优质钢种，因而无法回收利用这些回收料。全国钢铁厂每年产生2000多万吨该类粉尘无法使用，堆积起来既污染环境又占用土地。因此无论从环境保护还是资源利用上，提高钢铁厂的含锌铁粉尘的资源化利用水平，具有重要现实意义。在火法处理钢厂含锌铁粉尘方面，世界上较为成熟的工艺有回转窑法(Inmetco 法)和转底炉法等，均在国内有生产应用。回转窑法是利用含铁粉尘造球，利用含铁粉尘本身的碳及外加还原剂，在回转窑内进行还原，使铁氧化物还原，锌在还原的同时挥发进入烟气，与铁分离，提高了含铁产品的铁品位，降低有害杂质含量。但是该方法得到的含铁产品绝大部分为粉料，只能返回烧结厂，经过进一步烧结成块后用做高炉炼铁原料，从烟气中分离回收锌。由于回转窑还原的原料为含铁粉尘制成的生球，强度低、热稳定性差及烧损量大，球团在还原过程中强度更差，产生大量粉尘，导致回转窑结圈，含铁产品也主要是粉状，不能直接用于高炉炼铁。转底炉法也是利用含铁粉尘造球，利用含铁粉尘本身的碳及外加一定量的还原剂进入生球内， 在转底炉内还原球团，使铁氧化物还原，锌在还原的同时挥发进入烟气，与铁分离，提高了含铁产品的铁品位，降低有害杂质含量。但是，在转底炉内料层厚度仅有1-2层球的厚度 (15-30mm)，且球团直接铺于耐火材料上，靠火焰直接喷射于球团料层加热物料，传热效率低、料层还原性气氛难以控制，导致锌还原挥发率低，产品含锌偏高(0.2% )，且球团易粘在转底炉上，造成排料困难，影响作业率，生产能力低于0. 08t/m2. h。而且，上述两种工艺生产规模偏小，单机年处理含铁粉尘的能力低于20万吨。由上述可知，由于钢铁厂粉尘锌、砷含量较低，回转窑法粉末多，结圈厉害，能耗高、产量低、生产成本高，脱锌后的物料大部分仍呈粉状，只能返回烧结工序，通过烧结造块后进入高炉。其回收的氧化锌含量约只有60% (折合金属锌含量约45%)。转底炉工法 (Inmetco工艺)也存在产品粉末多，金属化率低等问题，导致生产成本高，脱锌率也只有 80%，产品附价值低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单、操作方便、通过造球及金属化焙烧，有效脱除含锌铁粉尘中锌、砷等有害杂质，制备的金属化球团烧结矿可直接用做高炉炉料的含锌铁粉尘综合利用工艺。本发明一种含锌铁粉尘综合利用工艺，包括下述步骤第一步造球将钢厂产生的含铁尘泥、含铁粉尘、含碳污泥、硫酸渣混合搅拌均勻，得到第一混合料，然后，与第一还原煤及占第一混合料总质量10% -20%的添加剂混合均勻，得到第二混合料；控制第二混合料的水分(质量百分含量)为6%-8%，再经过润磨、造球、筛分， 得到合格生球；所述第一还原煤的添加量根据第一混合料中铁与第一还原煤中碳的质量比 C/Fe = 0. 1-0. 5的比例添加；第二步金属化烧结将生球、第二还原煤混合均勻，布设在球团烧结焙烧机上，料层厚度为50-350mm， 经过抽风干燥、还原焙烧，完成金属化球团烧结，经氮气冷却至室温，出炉，得到金属化球团烧结矿；所述第二还原煤的添加量根据生球中铁与第二还原煤中碳的质量比C/i^e = 0. 1-0. 5的比例添加。本发明一种含锌铁粉尘综合利用工艺中，所述的含铁尘泥选自转炉污泥、高炉瓦斯泥中的至少一种；本发明一种含锌铁粉尘综合利用工艺中，所述的含铁粉尘为烧结、炼铁高炉产生的干法含铁粉尘；所述含碳污泥为焦化厂产生的含碳污泥。本发明一种含锌铁粉尘综合利用工艺中，所述添加剂按质量百分比，由下述组分按比例混合后，细磨到粒度小于等于200目占总质量的60-80%组成生石灰20-25 %，氯化钠10-20%，氯化镁10-15 %，次氯酸钙钠10-15 %，焦粉 10-20%，煤粉 10-15%。本发明一种含锌铁粉尘综合利用工艺中，所述抽风干燥、还原焙烧的具体工艺参数为料层厚度50-350mm，抽风干燥温度150°C _350°C，干燥时间3-7min，干燥介质风速 0. 8-1. 2m/s-；还原焙烧温度1050-1300°C，烧结时间为25_45min，抽风负压4_9kPa。本发明一种含锌铁粉尘综合利用工艺中，所述干燥和还原焙烧所需热源为高炉煤气、焦炉煤气中的任一种或两种混合煤气燃烧后的热废气。本发明一种含锌铁粉尘综合利用工艺中，还原焙烧烟气经过除尘和余热利用，从烟尘中回收氧化锌、氧化铅。本发明由于采用上述工艺方法，充分结合铁矿球团与铁矿烧结的特点，提出金属化球团烧结焙烧法，将球团焙烧与直接还原理论相结合，利用含铁粉尘中的碳及外加还原剂烟煤或焦化厂的污泥，通过原料预处理，强化含铁粉尘造球，利用高炉煤气加热球团，热废气直接透过球团料层，使生球在带式烧结焙烧机上进行干燥、预热和还原焙烧，使铁氧化物还原为金属铁并产生烧结，形成葡萄状金属化球团烧结块，在高温焙烧挥发脱锌的同时， 一步过程将含锌铁粉料制备成高品位金属化球团烧结块，提高高炉入炉原料的铁品位、降低有害元素锌、砷、铅等的含量，缓解我国炼铁原料严重短缺的困境，降低高炉炼铁焦比，提高高炉产量，减少排放，并回收含铁粉尘中的有价元素锌。锌还原挥发进入烟气回收利用。产品为强度和粒度能满足高炉要求的金属化球团烧结矿，可直接用于高炉炼铁，可强化高炉炼铁，降低焦碳消耗，提高生铁产量。产品中含锌量低于0.15%，脱锌率大于90%。烧结焙烧机上料层厚度可达50-350mm，料层中还原性气氛和温度容易得到保证，单位产量可达到0. 1-0. 2t/m2. h。由于矿粉很少进入烟气中，可从烟气中回收到高纯度的次氧化锌。特别是本发明由于采用上述组分配比的添加剂，利用不同有色金属氯化物如 PbC12, ZnC12, CuC12具有低熔点和高挥发性的特点，在强还原性气氛下强化锌的还原挥发；同时，利用砷需要在弱还原气氛下还原挥发，添加氧化剂如氯化物、次氯酸盐、高锰酸盐，强化砷的脱除。本发明研制的复合添加剂，由氧化物、氧化剂和还原剂制备而成，在混合料配料中加入，再通过造球、金属化还原焙烧，具有提高脱锌脱砷率，降低产品中锌、砷的含量、还原金属氧化物、氧化金属砷的双重作用。在含铁粉尘、硫酸渣与还原剂的混合料中添加10-20%的添加剂，制备成5-16mm的生球，生球在金属化球团还原烧结焙烧装置中进行还原焙烧脱锌。与不加添加剂相比，脱锌率提高2-5%，成品金属化球团烧结矿中含锌低于 0. 1%，脱锌率大于93%，脱砷率提高4-8%。本发明采用添加剂强化球团还原焙烧过程中锌和砷的还原挥发，可有效提高脱锌脱砷率，降低产品中锌、砷的含量，满足优质钢生产需要。同时，可使用大量劣质原料，扩大原料来源，降低生产成本，提高资源利用率。发明的优点和积极效果1、工艺流程简单，技术指标先进，含铁40% _45%、含锌-20%的含铁粉尘和硫铁矿烧渣混合料，经过润磨预处理，再经造球和还原烧结焙烧，生产出铁品位60% -65%, 金属化率60-80 %的金属化球团烧结矿，含锌低于0. 15%，脱锌率大于90%，脱砷率 55% -65%。2、烧结焙烧机单位产量高，利用系数0. 10-0. 20t/m2 -h ；产品金属化球团烧结矿转鼓强度75-80%，成品率80% -85%,是高炉炼铁的优质原料，可直接用于高炉炼铁。3、本成果充分集成了带式球团焙烧机和带式烧结机的优势，有机结合烧结和直接还原原理，技术成熟可靠，有广阔的市场前景。综上所述，本发明工艺方法简单、操作方便、针对钢厂含锌铁粉尘特点，通过造球及金属化焙烧，实现其中铁、锌、碳等有价元素的高效利用，同时脱除有害元素，消除二次污染。在脱除有害元素的同时，将含锌铁粉尘制成金属化球团烧结块，铁品位高、锌、硫等有害元素含量低，可作为一种可直接进入高炉冶炼的优质原料，对高炉可以起到降焦增产的效果，经济效益显著。
附图1为本发明工艺流程图。
具体实施例方式实施例1 一种含锌铁粉尘综合利用工艺，包括下述步骤第一步造球将钢厂产生的含锌、铁和碳的除尘灰、尘泥，硫酸渣混合搅拌均勻，得到第一混合料，然后，根据第一混合料中铁和炭的质量比，按C/i^e = 0. 1添加第一还原煤及占第一混合料总质量10%的添加剂，得到第二混合料；控制第二混合料的水分(质量百分含量)为 6% _8%，再经过润磨、造球、筛分，得到直径为5-16mm的合格生球；第二步金属化烧结先将粒度为20_30mm的烧结块铺在带式烧结机上，然后，将第二还原煤与生球混合均勻，布设在带式烧结焙烧机上的烧结块上，料层厚度为50mm，经过抽风干燥、还原焙烧，完成金属化球团烧结，经氮气冷却至室温，出炉，得到金属化球团烧结矿；所述第二还原煤的添加量根据生球中铁的质量，按Cz^e = 0.4添加；抽风干燥温度150°C，干燥时间 3min，干燥介质风速0. 8m/s左右；金属化烧结焙烧温度1300°C，烧结时间为25min，抽风负压4kPa，烧结结束后，用氮气将烧结产物冷却到室温，破碎、筛分，小于5mm粒级返回配料， 5-30mm为成品烧结矿。产品转鼓强度75%，成品率81 %，利用系数0. 10t/m2 · h，脱锌率 90.4%,脱砷率65%，产品铁品位60. 1 %，铁金属化率60. 2%，含锌0. 1；35%。实施例2 一种含锌铁粉尘综合利用工艺，包括下述步骤第一步造球将钢厂产生的含锌、铁和碳的除尘灰、尘泥，硫酸渣混合搅拌均勻，得到第一混合料，然后，根据第一混合料中铁和炭的质量比，按C/i^e = 0. 25添加第一还原煤及占第一混合料总质量10%的添加剂，得到第二混合料；控制第二混合料的水分(质量百分含量)为 6% _8%，再经过润磨、造球、筛分，得到直径为5-16mm的合格生球；第二步金属化烧结先将粒度为20_30mm的烧结块铺在带式烧结机上，然后，将第二还原煤与生球混合均勻，布设在带式烧结焙烧机上的烧结块上，料层厚度为150mm，经过抽风干燥、还原焙烧，完成金属化球团烧结，经氮气冷却至室温，出炉，得到金属化球团烧结矿；所述第二还原煤的添加量根据生球中铁的质量，按Cz^e = 0. 25添加；抽风干燥温度200°C，干燥时间％iin，干燥介质风速0. 8m/s左右；金属化烧结焙烧温度1150°C，抽风负压7kPa，烧结 30min。烧结结束后，用氮气进行冷却到室温，对产品进行破碎、筛分，小于5mm粒级返回配料，5-30mm为成品烧结矿。产品转鼓强度76. 4%，成品率高达81 %，利用系数0. 12t/m2 -h, 脱锌率91.9%,脱砷率63.8%,r品铁品位60.5%,铁金属化率65.3%,含锌0.132%。实施例3 一种含锌铁粉尘综合利用工艺，包括下述步骤第一步造球将钢厂产生的含锌、铁和碳的除尘灰、尘泥，硫酸渣混合搅拌均勻，得到第一混合料，然后，根据第一混合料中铁和炭的质量比，按C/i^e = 0. 30添加第一还原煤及占第一混合料总质量10%的添加剂，得到第二混合料；控制第二混合料的水分(质量百分含量)为 6% _8%，再经过润磨、造球、筛分，得到直径为5-16mm的合格生球；第二步金属化烧结先将粒度为20-30mm的烧结块铺在带式烧结机上，然后，将第二还原煤与生球混合均勻，布设在带式烧结焙烧机上的烧结块上，料层厚度为200mm，经过抽风干燥、还原焙烧，完成金属化球团烧结，经氮气冷却至室温，出炉，得到金属化球团烧结矿；所述第二还原煤的添加量根据生球中铁的质量，按Cz^e = 0. 20添加；抽风干燥温度350°C，干燥时间7min，干燥介质风速0. 8m/s左右；金属化烧结焙烧温度1100°C，抽风负压6kPa，烧结时间35min。烧结结束后，用氮气进行冷却到室温，对产品进行破碎、筛分，小于5mm粒级返回配料，5-30mm为成品烧结矿。产品转鼓强度76. 8 %，成品率高达84. 5 %，利用系数 0. 19t/m2 · h，脱锌率93.2%,脱砷率60.3%,r品铁品位62.3%,铁金属化率79.7%,含锌 0. 121%。实施例4 一种含锌铁粉尘综合利用工艺，包括下述步骤第一步造球将钢厂产生的含锌、铁和碳的除尘灰、尘泥，硫酸渣混合搅拌均勻，得到第一混合料，然后，根据第一混合料中铁和炭的质量比，按C/i^e = 0.4添加第一还原煤及占第一混合料总质量10%的添加剂，得到第二混合料；控制第二混合料的水分(质量百分含量)为 6% _8%，再经过润磨、造球、筛分，得到直径为5-16mm的合格生球；第二步金属化烧结先将粒度为20_30mm的烧结块铺在带式烧结机上，然后，将第二还原煤与生球混合均勻，布设在带式烧结焙烧机上的烧结块上，料层厚度为200mm，经过抽风干燥、还原焙烧，完成金属化球团烧结，经氮气冷却至室温，出炉，得到金属化球团烧结。所述第二还原煤的添加量根据生球中铁的质量，按C/i^e = 0. 10添加；抽风干燥温度150°C，干燥时间 7min，干燥介质风速1.2m/s左右；金属化烧结焙烧温度1100°C，抽风负压9kPa。烧结时间35min。烧结结束后，用氮气进行冷却到室温，对产品进行破碎、筛分，小于5mm粒级返回配料，5-30mm为成品烧结矿。产品转鼓强度79. 5%，成品率高达84. 6%，利用系数0. 13t/ m2 · h，脱锌率90. 8 %，脱砷率65.0%，铁金属化率60. 5 %。实施例5 一种含锌铁粉尘综合利用工艺，包括下述步骤第一步造球将钢厂产生的含锌、铁和碳的除尘灰、尘泥，硫酸渣混合搅拌均勻，得到第一混合料，然后，根据第一混合料中铁和炭的质量比，按C/i^e = 0. 1添加第一还原煤及占第一混合料总质量10%的添加剂，得到第二混合料；控制第二混合料的水分(质量百分含量)为 6% _8%，再经过润磨、造球、筛分，得到直径为5-16mm的合格生球；第二步金属化烧结先将粒度为20-30mm的烧结块铺在带式烧结机上，然后，将第二还原煤与生球混合均勻，布设在带式烧结焙烧机上的烧结块上，料层厚度为200mm，经过抽风干燥、还原焙烧，完成金属化球团烧结，经氮气冷却至室温，出炉，得到金属化球团烧结。所述第二还原煤的添加量根据生球中铁的质量，按C/i^e = 0. 50添加；抽风干燥温度200°C，干燥时间細in，干燥介质风速1. 2m/s左右；金属化烧结焙烧温度1100°C，抽风负压6kPa。烧结时间 45min。烧结结束后，用氮气进行冷却到室温，对产品进行破碎、筛分，小于5mm粒级返回配料，5-30mm为成品烧结矿。产品转鼓强度84. 3%，成品率高达81 %，利用系数0. 19t/m2 -h, 脱锌率91.9%，脱砷率65.2%，铁金属化率80.0%。实施例6 一种含锌铁粉尘综合利用工艺，包括下述步骤
第一步造球将钢厂产生的含锌、铁和碳的除尘灰、尘泥，硫酸渣混合搅拌均勻，得到第一混合料，然后，根据第一混合料中铁和炭的质量比，按C/i^e = 0.2添加第一还原煤及占第一混合料总质量10%的添加剂，得到第二混合料；控制第二混合料的水分(质量百分含量)为 6% _8%，再经过润磨、造球、筛分，得到直径为5-16mm的合格生球；第二步金属化烧结先将粒度为20-30mm的烧结块铺在带式烧结机上，然后，将第二还原煤与生球混合均勻，布设在带式烧结焙烧机上的烧结块上，料层厚度为350mm，经过抽风干燥、还原焙烧，完成金属化球团烧结，经氮气冷却至室温，出炉，得到金属化球团烧结。所述第二还原煤的添加量根据生球中铁的质量，按C/i^e = 0. 30添加；抽风干燥温度250°C，干燥时间 7min，干燥介质风速0. 8m/s左右；金属化烧结焙烧温度1200°C，抽风负压9kPa，烧结时间 45min。烧结结束后，用氮气进行冷却到室温，对产品进行破碎、筛分，小于5mm粒级返回配料，5-30mm为成品烧结矿。产品转鼓强度77. 4 %，成品率高达85. 2 %，利用系数0. 211/ m2 · h，脱锌率93. 3%,脱砷率65. 0%,铁金属化率80. 0%o实施例7一种含锌铁粉尘综合利用工艺，包括下述步骤第一步造球将钢厂产生的含锌、铁和碳的除尘灰、尘泥，硫酸渣混合搅拌均勻，得到第一混合料，然后，根据第一混合料中铁和炭的质量比，按C/i^e = 0.2添加第一还原煤及占第一混合料总质量10%的添加剂，得到第二混合料；控制第二混合料的水分(质量百分含量)为 6% _8%，再经过润磨、造球、筛分，得到直径为5-16mm的合格生球；第二步金属化烧结先将粒度为20_30mm的烧结块铺在带式烧结机上，然后，将第二还原煤与生球混合均勻，布设在带式烧结焙烧机上的烧结块上，料层厚度为200mm，经过抽风干燥、还原焙烧，完成金属化球团烧结，经氮气冷却至室温，出炉，得到金属化球团烧结。所述第二还原煤的添加量根据生球中铁的质量，按C/i^e = 0. 30添加；抽风干燥温度250°C，干燥时间 7min，干燥介质风速0. 8m/s左右；金属化烧结焙烧温度1050°C，抽风负压9kPa，烧结时间 45min。烧结结束后，用氮气进行冷却到室温，对产品进行破碎、筛分，小于5mm粒级返回配料，5-30mm为成品烧结矿。产品转鼓强度76. 1 %，成品率高达84. 3 %，利用系数0. 20t/ m2 · h，脱锌率92.5%，脱砷率64. 1 %，铁金属化率79. 0 %。
权利要求
1.一种含锌铁粉尘综合利用工艺，包括下述步骤第一步造球将钢厂产生的含铁尘泥、含铁粉尘、含碳污泥、硫酸渣混合搅拌均勻，得到第一混合料， 然后，与第一还原煤及占第一混合料总质量10% -20%的添加剂混合均勻，得到第二混合料；控制第二混合料的水分(质量百分含量)为6% _8%，再经过润磨、造球、筛分，得到合格生球；所述第一还原煤的添加量根据第一混合料中铁与第一还原煤中碳的质量比C/i^e =0. 1-0. 5的比例添加；第二步金属化烧结将生球、第二还原煤混合均勻，布设在球团烧结焙烧机上，料层厚度为50-350mm，经过抽风干燥、还原焙烧，完成金属化球团烧结，经氮气冷却至室温，出炉，得到金属化球团烧结矿；所述第二还原煤的添加量根据生球中铁与第二还原煤中碳的质量比C/i^e = 0. 1-0. 5的比例添加。
2.根据权利要求1所述的一种含锌铁粉尘综合利用工艺，其特征在于所述的含铁尘泥选自转炉污泥、高炉瓦斯泥中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种含锌铁粉尘综合利用工艺，其特征在于所述的含铁粉尘为烧结、炼铁高炉产生的干法含铁粉尘；所述含碳污泥为焦化厂产生的含碳污泥。
4.根据权利要求3所述的一种含锌铁粉尘综合利用工艺，其特征在于所述抽风干燥、 还原焙烧的具体工艺参数为料层厚度50-350mm，抽风干燥温度150°C _350°C，干燥时间 3-7min，干燥介质风速0. 8-1. 2m/s ；还原焙烧温度1050-1300°C，烧结时间为25_45min，抽风负压4-9kPa。
5.根据权利要求4所述的一种含锌铁粉尘综合利用工艺，其特征在于所述添加剂按质量百分比，由下述组分按比例混合后，细磨到粒度小于等于200目占总质量的60-80%组成生石灰20-25 %，氯化钠10-20 %，氯化镁10-15 %，次氯酸钙钠10-15 %，焦粉10-20 %， 煤粉 10-15%。
6.根据权利要求5所述的一种含锌铁粉尘综合利用工艺，其特征在于所述干燥和还原焙烧所需热源为高炉煤气、焦炉煤气中的任一种或两种混合煤气燃烧后的热废气。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种含锌铁粉尘综合利用工艺，其特征在于还原焙烧烟气经过除尘和余热利用，从烟尘中回收氧化锌、氧化铅。
全文摘要
一种含锌铁粉尘综合利用工艺，是将钢厂产生的含铁尘泥、含铁粉尘、含碳污泥、硫酸渣与第一还原煤及添加剂混合均匀，经过润磨、造球、筛分，得到合格生球；然后，将生球、第二还原煤混合均匀，在球团烧结焙烧机上，经过抽风干燥、还原焙烧，完成金属化球团烧结，经氮气冷却至室温，出炉，得到金属化球团烧结矿；本发明工艺方法简单、操作方便、针对钢厂含锌铁粉尘特点，通过造球及金属化焙烧，实现其中铁、锌、碳等有价元素的高效利用，同时脱除有害元素，消除二次污染。在脱除有害元素的同时，将含锌铁粉尘制成金属化球团烧结块，铁品位高、锌、硫等有害元素含量低，可作为直接进入高炉冶炼的优质原料，对高炉起到降焦增产的效果，经济效益显著。
文档编号C22B1/16GK102534199SQ20121001494
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者何光辉, 何明杰, 俞晓林, 春铁军, 朱德庆, 朱远星, 李启厚, 潘建, 王志远, 王荣成, 胡泽方, 黎剑平 申请人:中南大学, 杭州钢铁股份有限公司