本发明属于冶金固废处理
技术领域：
，具体涉及一种利用冶炼渣及冶金尘泥的固废综合利用方法。
背景技术：
：冶金尘泥是钢铁工业生产过程排放的主要烟尘类废弃物，排放量约为粗钢产量的10％左右。以2016年我国粗钢产量8.08亿吨计算，尘泥的产生量约为8080万吨，加上历年堆存的数量，冶金尘泥数量巨大。尘泥中含铁约30-40％，含锌约2-3％，部分尘泥含碳约15～30％。若全部实现资源化利用，每年可回收铁约2000-3000万吨，回收锌约200万吨，回收碳480万吨碳，可替代大量的矿产资源，经济效益显著。目前冶金尘泥通常采用返回烧结处理的方法，但带来锌循环富集，影响高炉生产顺行的问题，火法处理含锌尘泥是较好的办法，但火法工艺投资高、工艺、设备复杂、能耗高，不利于大规模推广使用。冶金熔渣是钢铁企业生产过程中排放的高温熔融废弃物，主要是高炉熔渣及转炉熔渣，吨铁高炉渣排放量约300～400kg，吨钢转炉渣排放量约100kg。目前高炉渣主要采用水淬处理后用作水泥掺和料，转炉渣多采用热焖处理，使游离氧化钙、氧化镁消解后用于水泥、制砖、铺路等生产，但钢渣成分复杂，易磨性和活性差，相较于高炉水淬渣，产品附加值低。目前，已有专利、文献就转炉渣改质或喷吹碳粉还原、改质进行报道，其缺点在于消耗大量的煤粉、石英砂或石灰，通过喷吹方式加入煤粉，增加了设备了复杂性和投资，此外，未就提铁后的熔渣做进一步研究和处理，整个工艺经济性不佳，难以工业化。技术实现要素：本发明目的是提供一种冶金固废综合利用方法，将含铁碳锌的冶金尘泥加入高温熔渣出渣过程中，利用熔渣显热及冶金尘泥中的碳资源与熔渣及尘泥中铁、锌发生还原反应，实现尘泥及熔渣中铁、锌资源的回收；解决含锌尘泥返回烧结再利用带来的锌循环富集问题，同时有效利用了高温熔渣余热，具有良好的经济和环境效益。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种冶金固废综合利用方法，它包括如下步骤：将钢铁冶炼过程中产生的高温熔渣加入装有冶金尘泥球的冶金炉中，对高温熔渣和冶金尘泥球形成混合料的组成进行调控，反应生成铁水、混合熔渣和锌蒸汽，并控制所得混合熔渣所得mgo、cao、al2o3、sio2四元渣系中各组分及其含量为：mgo<20％，40％<cao<80％，al2o3<10％，sio2<50％；所得铁水经出铁装置排出回收铁水，锌蒸汽经捕集回收得锌粉；混合熔渣进行缓冷或速冷处理，分别得建筑材料或水泥熟料。上述方案中，所述高温熔渣的温度为1400℃以上；高温熔渣注入冶金炉的速度为1t/s以下，以促进混合料中各组分充分混合还原。优选的，所述高温熔渣为熔融转炉渣。上述方案中，所述冶金尘泥为烧结尘泥、高炉瓦斯灰、高炉瓦斯泥、电炉尘泥等中的一种或几种。上述方案中，所述冶金尘泥球的粒径为3～20mm。上述方案中，所述冶金尘泥球由冶金尘泥和添加剂进行混料、造球、干燥而成。上述方案中，所述添加剂包括煤粉、石英砂、石灰石等可调节所得mgo、cao、al2o3、sio2四元渣系组成物质中的一种或几种；所述添加剂用于调节所得混合料中的碳元素、cao、al2o3、sio2、mgo等体系含量，使所得混合熔渣中主要组分及其含量控制在mgo<20％，40％<cao<80％，al2o3<10％，sio2<50％。在生产上述混合熔渣时，根据混合熔渣的组成要求、高炉熔渣和冶金尘泥的组成信息，在原料中进一步引入添加剂，使所得混合熔渣中cao、al2o3、sio2、mgo四元渣系满足上述成分要求。优选的，控制尘泥中铁氧化物、锌氧化物、冶金熔渣中铁氧化物中氧原子含量之和与所得混合料中碳原子含量的摩尔比为1:(0.8～2.0)。上述方案中，所述尘泥球的投入量为冶金熔渣质量的50％以下。优选的，所述尘泥球的投入量为冶金熔渣质量的10～30％。上述方案中，所述缓冷速度为小于1℃/s；所述速冷速度为1℃/s以上。优选的，所述缓冷速度为2℃/s以下，促进混合熔渣形成硅酸二钙矿相；所述速冷速度为5℃/s以上，促进混合熔渣形成硅酸三钙矿相。发明的有益效果为：1)涉及的工艺设备简单、投资成本低，效益好；2)充分利用冶金熔渣显热及冶金尘泥中的碳资源，同步优选回收冶金固废中铁、锌等有价元素，经济效益和环保效益显著；3)还原得到的锌蒸汽经除尘装置回收得锌粉，解决了含锌冶金尘泥在钢铁企业中循环使用时，带来锌循环富集而影响高炉顺行的问题；4)取代了钢渣热焖、细磨、磁选提铁等冗长的处理工序，一次性回收得到高温铁水用于炼钢，经济效益显著；5)回收铁、锌等有价金属后形成的混合熔渣经进行保温冷却或快速冷却分别得建筑材料或水泥熟料，显著提高了钢渣利用的附加值，且生产全程基本零废物排放，可循环利用废料，实现清洁生产。具体实施方式为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例中，所述煤粉中主要组成及其所占质量百分比为：固定碳68％，灰分12％，水分2％；采用的石英砂中sio2所占质量百分比为90％。实施例1一种冶金固废综合利用方法，它包括如下步骤：1)配料：本实施例以高温熔融转炉渣、高炉瓦斯灰、煤粉为原料，对原料配比进行计算，计算控制所得混合料中cao、al2o3、sio2、mgo形成的四元渣系中各成分所占质量百分比为：cao67.48％，sio223.04％，mgo5.47％，al2o34.01％，并控制尘泥中铁氧化物、锌氧化物、冶金熔渣中铁氧化物中氧原子含量之和与所得混合料中碳原子含量的摩尔比为1.2；各原料组成及其含量见表1；2)尘泥造球：将煤粉与高炉瓦斯灰混合均匀，并用压球机压制成粒度为3-20mm生球，然后送入干燥箱中干燥，送入干燥箱干燥得冶金尘泥球，再送入预热器进行预热至500℃(预热能量来源于冶金尘泥还原反应产生的高温烟气)；3)将预热后的冶金尘泥球投入带有出铁装置的钢包炉中，并以0.2t/s以下的速率注入温度为1450℃的高温熔融转炉渣进行混料，使冶金尘泥球与高温熔融转炉渣充分混合并反应得混合熔渣、烟尘(锌蒸汽)和铁水；4)烟尘捕集回收锌粉：混料过程中产生的烟尘通过烟罩及除尘装置捕集回收得锌粉，高温烟气可用于预热尘泥球；5)铁水回收：所得铁水沉积于钢包炉底部，并通过出铁装置排出，回收得铁水；6)反应完成后，将钢包炉内剩余的混合熔渣以5℃/s的速度进行快速冷却，得水泥熟料。本实施例所得混合熔渣中四元渣系成分为cao67.5％，sio223.03％，mgo5.47％，al2o34.0％左右，通过控制熔渣冷却速度，可得到富含硅酸三钙的水泥熟料。表1实施例1中所述原料的主要组成及其含量(wt％)原料名称tfecaosio2mgoal2o3feofe2o3znc原料配比高炉瓦斯灰37.592.744.821.686.38449.262.24128.8798.59转炉渣22.442.713.93.31.728.800085.92煤粉-0.714.683.493.5---685.49混合料成分22.5137.0213.163.172.2025.134.240.196.22100实施例2一种冶金固废综合利用方法，它包括如下步骤：1)配料：本实施例以高温熔融转炉渣、高炉瓦斯灰、煤粉、石英砂为原料，对原料配比进行计算，控制所得混合料中混合料中cao、al2o3、sio2、mgo形成的四元渣系中各成分所占质量百分比为：cao65.6％，sio225.14％，mgo5.31％，al2o33.89％，并控制尘泥中铁氧化物、锌氧化物、冶金熔渣中铁氧化物中氧原子含量之和与所得混合料中碳原子含量的摩尔比为1:1.2；各原料组成及其含量见表2；2)尘泥造球：将石英砂、煤粉与高炉瓦斯灰混合均匀，并用压球机压制成粒度为3-20mm生球，然后送入干燥箱中干燥，送入干燥箱干燥得冶金尘泥球，再送入预热器进行预热至700℃(预热能量来源于冶金尘泥还原反应产生的高温烟气)；3)将预热后的冶金尘泥球投入带有出铁装置的钢包炉中，并以0.3t/s以下的速率注入温度为1500℃的高温熔融转炉渣进行混料，使冶金尘泥球与高温熔融转炉渣充分混合并还原得混合熔渣、烟尘(锌蒸汽)和铁水；4)烟尘捕集回收锌粉：混料过程中产生的烟尘通过烟罩及除尘装置捕集回收得锌粉，高温烟气可用于预热尘泥球；5)铁水回收：所得水沉积于钢包炉底部，并通过出铁装置排出，回收得铁水；6)反应完成后，将钢包炉内剩余的混合熔渣以0.1℃/s的速度进行缓冷处理，然后从钢包炉内倒出粉化的炉渣，进行普通磁选后用作建筑材料。本实施例所得混合熔渣所得四元渣系成分为cao65.78％，sio224.97％，mgo5.33％，al2o33.92％左右，通过控制熔渣缓慢冷却，可得到硅酸二钙晶体，同时在缓慢冷却过程中，硅酸二钙晶体转变成体积会膨胀的硅酸二钙，可实现熔渣的粉化，方便熔渣倒出，用作建筑材料。表2实施例2中所述原料的主要组成及其含量(wt％)名称tfecaosio2mgoal2o3feofe2o3znc配比高炉瓦斯灰37.592.744.821.686.38449.262.24128.8798.46转炉渣22.442.713.93.31.728.800084.6煤粉-0.714.683.493.5---685.4石英砂901.54混合料成分22.1336.3914.463.122.1624.704.170.196.11100以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附属的权利要求书及其等效物界定。当前第1页12