本发明属于冶金和矿物工程技术领域，具体涉及一种利用高炉瓦斯灰提锌窑渣生产金属化炉料的方法。
背景技术：
高炉瓦斯灰泥是炼铁过程中由高炉煤气携带出的细颗粒炉尘，它由高炉炉料粉末和在高温区激烈反应而产生的微颗粒组成，是钢铁企业主要固体排放物之一。高炉瓦斯灰泥的主要成分为铁，其铁含量一般为tfe30～65%，同时含有一定的zn、k、na等有害元素，其中高炉瓦斯灰泥含zno高的可达7～10%。
目前，国内对高炉瓦斯灰泥处置大多采用转底炉工艺。当高炉瓦斯灰泥采用转底炉进行处置时，高炉瓦斯灰与高锌物料进行配料，使混合物料中氧化锌含量达到8%以上再采用造球圆盘进行造球。球团矿从转底炉入窑端加入后，物料在转底炉内移动过程中其温度逐渐升高，由于高炉瓦斯灰中碳含量较高，高炉瓦斯灰泥中铁氧化物依靠高炉瓦斯灰中的碳进行还原。焙烧后的高温物料从转底炉出窑端排出后进行水冷，可得到具有一定金属化率的窑渣。由于转底炉在生产过程中兼顾氧化锌回收功能，其排烟温度一般为600-700℃。为回收转底炉排出的高温烟气余热，高温烟气从转底炉排出后进入到换热器中，在进行余热回收的同时降低排烟温度，温度降低到200℃以下的烟气再进行氧化锌的收集。这种工艺存在的问题是：生产得到的氧化锌品位为30-40%、窑渣金属化率30-40%、窑渣中氧化锌含量1-2%、窑渣的铁品位为45-48%，不能直接加入烧结或高炉进行利用。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的缺点而提供一种利用高炉瓦斯灰提锌窑渣生产金属化炉料的方法，本发明充分利用高炉瓦斯灰提锌窑渣中的铁及锌等有益元素，采用回转窑碳氢联合还原及碳循环增氧还原方法，使处理后的窑渣中铁品位达到54%以上、氧化锌含量达到0.4%以下、金属化率达到90%以上，完全满足转炉生产的需要。
为解决本发明的技术问题采用如下技术方案：
一种利用高炉瓦斯灰提锌窑渣生产金属化炉料的方法，具体步骤如下：
（1）将粒度为1-10mm高炉瓦斯灰提锌窑渣与碳含量80%以上的残炭按100：25-30质量比配料、混合得到混合料，用混合料质量10-12%的水将混合料润湿后加入到直接还原回转窑内经过温度200-400℃、时间5-10min进行干燥；
（2）干燥后的混合物料在直接还原回转窑内进入到高温还原段还原，还原的温度为1200-1250℃、还原时间为60-90min，还原过程中在还原时间为50-70min时开始向回转窑内同时喷入混合原料重量10-15%的高挥发性粒煤和混合原料重量15-20%的高品位赤铁矿进行碳氢联合还原及碳循环增氧还原使混合物料在回转窑内得到充分还原，直至高温还原结束；
（3）混合物料高温还原后从直接还原回转窑出窑端排出进入水中进行冷却，冷却到100℃以下从水中取出焙烧物料；焙烧物料在磁选机中经磁场强度1000-2000oe干式磁选后，得到带磁性的金属化产品和不带磁性的残炭，带磁性的金属化产品供高炉或转炉进行利用，不带磁性的残炭作为煤炭进行利用；
（4）从直接还原回转窑入窑端排出的高温烟气进入保温沉降室中，随着烟气流速的降低，烟气中粘附氧化锌粉的大颗粒粉尘在重力作用下沉降聚集，使矿物颗粒沉积在保温沉降室底部，得到氧化锌品位为10-15%的低品位氧化锌粉；
（5）从保温沉降室出来的含有氧化锌及少量矿物杂质的500-600℃高温烟气送入到u型管状空水冷却器中，在u形盘管的多次扰流及空气和水的间接冷却作用下，烟气中固体颗粒通过碰撞及吸附开始长大，粘结形成的大颗粒物料在重力作用下沉积在u型管状空水冷却器底部，在u型管状空水冷却器前端得到氧化锌品位15-40%的中品位氧化锌粉，在u型管状空水冷却器后端得到氧化锌品位40-60%的较高品位氧化锌粉，从u型管状空水冷却器中排出的烟气温度降低到250℃以下；
（6）低温烟气进入到布袋除尘器中进行氧化锌的收集，得到氧化锌品位60%以上的高品位氧化锌粉，高品位氧化锌粉作为生产金属化炉料利用。
高炉瓦斯灰泥提锌窑渣：铁品位为45-48%、sio2质量含量6-7%、zno质量含量1-3%、k2o质量含量0.6-0.8%、na2o质量含量0.15-0.20%、c质量含量2-3%。
高挥发性的粒煤：固定碳质量含量为44-46%、灰分质量含量为7-9%、挥发分质量含量为47-49%，高挥发性的粒煤粒度为5-20mm。
高品位的赤铁矿：品位为45%以上，粒度为1-10mm。
在直接还原回转窑窑头设置高挥发分的粒煤喷枪和高品位的赤铁矿喷枪，高挥发性的粒煤喷枪将高挥发性的粒煤吹到距窑头出口为直接还原回转窑窑长的1/4-1/5处，高品位的赤铁矿喷枪将高品位的赤铁矿吹到距窑头出口为直接还原回转窑窑长的1/4-1/5处。
将步骤（4）中的保温沉降室中得到的低品位氧化锌粉与步骤（5）中u型管状空水冷却器得到的中品位氧化锌粉全部进行混合后，得到氧化锌品位20-30%的混合物料，混合物料再返回到原料配料系统作为碳含量80%以上的残炭进行配料。
本工艺采用氧化锌循环富集的方法，可适用于氧化锌含量较低的高炉瓦斯灰泥进行氧化锌提取。本发明为提高金属化产品的金属化率、降低氧化锌含量，采取向回转窑内喷入高挥发性的粒煤和高品位的赤铁矿的碳氢联合还原及碳循环增氧直接还原方法。当粒状物料在回转窑内还原进行到中后期时，粒状物料中碳含量及铁氧化物含氧量减少，还原气体与铁氧化物接触面积减小，物料内部还原气氛浓度较低，使粒状物料的还原反应速度降低。为提高粒状物料还原反应中后期的还原气氛浓度，采取从回转窑出窑端喷入5-20mm高挥发性的粒煤，高挥发性的粒煤挥发放出的h2和co及粒煤碳气化反应放出的co可提高粒状物料还原反应中后期还原气氛浓度，从而提高粒状物料焙烧中后期的还原速度。采用1-10mm高品位赤铁矿作增氧剂，高品位的赤铁矿从出窑端喷入到回转窑内后，其还原反应放出大量的co2气体可加快粒状物料中碳气化反应速度，使碳气化反应生成更多的co，从而加快粒状物料的还原反应速度，并使粒状物料中的铁氧化物及氧化锌得到充分的还原。
本发明为充分利用高炉瓦斯灰提锌窑渣中的铁及锌等有益元素，对于高炉瓦斯灰提锌窑渣采用回转窑碳氢联合还原及碳循环增氧还原方法，可使处理后的窑渣中铁品位达到54%以上、氧化锌含量达到0.4%以下、金属化率达到90%以上，完全满足转炉生产的需要。
本发明中为提高氧化锌粉的品位及回收率，采取的方法有：（1）对窑渣焙烧前与残碳进行配料并混合、加湿，以减少窑渣在回转窑内焙烧中的扬尘量，从而减少了回转窑排出的烟气中粉尘含量；（2）采用含水粒状物料入窑焙烧的方法，在减少回转窑入窑端粉尘量的同时，可使含水粒状物料干燥过程中排出的水分进入到烟气中，增加了烟气的湿度，从而促进烟气中微细颗粒之间的吸附及团聚作用；（3）在u型管状空水冷却器中，采用10-12组u形盘管，以延长烟气的流动距离，增强烟气流动过程中的扰动，可使烟气中微小颗粒得到充分的碰撞并使其粘结吸附和团聚长大；（4）从u型管状空水冷却器流出的烟气中氧化锌颗粒已得到充分长大，烟气在流经布袋除尘器时，可使氧化锌粉得到充分的回收；（5）通过提高进入回转窑物料中氧化锌含量，提高回转窑排出烟气中氧化锌含量及烟气流动过程中氧化锌微粒之间的碰撞及团聚概率，可提高成品氧化锌的品位。
本发明所用的窑渣在还原炉的高温及还原性气氛下，窑渣中的氧化锌被还原成金属锌，由于金属锌的熔点为419.53℃、沸点为907℃，生成的金属锌在窑内高温下进行气化，并以锌蒸汽的形式从物料内部排出。锌蒸汽在烟气的氧化性气氛下锌被再次氧化，并生成氧化锌固体微粒。烟气中的氧化锌微粒在流动过程中颗粒之间相互碰撞并粘结，可使微细粒氧化锌颗粒逐渐长大。颗粒长大后的氧化锌可采用布袋除尘器进行收集，可获得氧化锌含量50-60%的产品。
本发明有如下效果：
1、在处理高炉瓦斯灰提锌窑渣的同时，有效利用了窑渣中铁、碳及锌资源，降低了金属化炉料中碱金属含量，提高锌的回收率。2、高炉瓦斯灰提锌窑渣在回转窑还原过程中，通过采用碳氢联合还原、碳循环增氧直接还原、回转窑锌循环富集技术，不仅降低了窑渣的还原温度和缩短还原时间，而且生产出高品质氧化锌粉及金属化物料。3、在氧化锌回收工艺中，通过延长u型管状空水冷却器的长度，可生产出品位50-60%的氧化锌粉。4、本发明生产的氧化锌粉产品不受窑渣zno含量的波动影响，具有入窑原料zno自富集功能（不配加外购高锌物料），窑渣还原后金属化率达到80%以上及残锌率低于0.4%。
附图说明
图1本发明利用高炉瓦斯灰提锌窑渣生产金属化炉料的流程图。
具体实施方式
实施例1
一种利用高炉瓦斯灰提锌窑渣生产金属化炉料的方法，其特征在于具体步骤如下：
1、物料的选择
高炉瓦斯灰泥提锌窑渣：铁品位为48%、sio2质量含量7%、zno质量含量1%、k2o质量含量0.8%、na2o质量含量0.15%、c含量3%。
高挥发分粒煤：固定碳质量含量为46%、灰分质量含量为7%、挥发分质量含量为47%、粒度为20mm。
高品位赤铁矿：铁品位为46%、粒度为1mm。
2、物料润湿
将粒度为10mm高炉瓦斯灰提锌窑渣与残碳按100：25质量比配料并混合后用混合料10%质量的水将混合料润湿；
3、混合物料的回转窑还原及结球
混合物料从回转窑的入窑端进行加入，物料在回转窑内经过温度400℃、时间5min干燥和温度800℃、时间15min预热后，在回转窑高温还原段通过控制混合物料还原温度1250℃、时间60min，还原过程中在还原时间为50min时开始向回转窑内同时喷入混合原料重量15%的高挥发性粒煤和混合原料重量20%的高品位赤铁矿进行碳氢联合还原及碳循环增氧还原使混合物料在回转窑内得到充分还原，直至高温还原结束；使窑渣在回转窑内得到充分还原，并使粉化后的粉料在出窑前粘结成球状物料。
在直接还原回转窑窑头设置高挥发性的粒煤喷枪，将粒度为20mm高挥发分的粒煤喷吹到距窑头出口为回转窑窑长的1/4处。距窑头出口为回转窑窑长的1/4处处于窑内高温还原段的中后段，此处瓦斯灰中的碳大部分已消耗，料层内还原性气氛较弱，抛入高挥发分粒煤后，高挥发粒煤中的c及残炭中的c与料层内产生的co2发生碳气化反应放出co，增强了料层内的还原性气氛，改善了还原反应动力学条件，提高了还原反应速度。同时，喷吹入窑的高挥发分粒煤在窑内高温下放出挥发分，挥发分中的ch4、焦油、苯、萘等可燃物在回转窑内燃烧作为加热燃料，挥发分中的h2在穿过料层时将作为还原剂还原料层中的铁氧化物，可实现粒状物料在还原前期温度低于800℃时以h2还原为主，在还原中后期温度高于800℃时以co还原为主。高品位赤铁矿的喷枪，将粒度为1mm的高品位粒矿喷吹到距窑头出口为回转窑窑长的1/4处。距窑头出口为回转窑窑长的1/4处处于窑内高温还原段的中后段，此处瓦斯灰中的碳大部分已消耗，料层内还原性气氛较弱。粒矿喷入后，在窑内高温作用下，高品位粒矿中的铁氧化物与料层内的co发生还原反应放出co2，co2作为“增氧剂”与喷入窑内的高挥发粒煤中的c发生碳气化反应放出co，增强料层内的还原性气氛，改善还原反应动力学条件，提高还原反应速度。
4、焙烧物料冷却
回转窑还原后的高温焙烧物料从出窑端排出后入水进行冷却，焙烧物料冷却到100℃以下从水中取出。
5、焙烧物料磁选
焙烧物料经磁选机磁选后，分为带磁性的金属化产品和不带磁性的残炭。金属化产品可供高炉或转炉进行利用，残炭可返料作为原料配料系统中10mm高炉瓦斯灰提锌窑渣的作为碳含量80%以上的残炭进行配料利用。
进行利用。
6、从回转窑入窑端排出的500℃高温烟气进入到保温沉降室中，随着烟气流速的降低，烟气中粘附氧化锌粉的大颗粒粉尘在重力作用下沉降聚集，可使大部分矿物颗粒沉积在保温沉降室底部，得到氧化锌品位15%、回收量6%的低品位氧化锌粉。
7、从保温沉降室出来的含有氧化锌及少量矿物杂质的500-600℃高温烟气送入到u型管状空水冷却器中，在u形盘管的多次扰流及空气和水的间接冷却作用下，烟气中固体颗粒在流动的扰流作用下通过碰撞及吸附开始长大，粘结形成的大颗粒物料在重力作用下沉积在u型管状空水冷却器底部，在u型管状空水冷却器前端可得到氧化锌品位40%、回收量3%的中品位氧化锌粉，在u型管状空水冷却器后端可得到氧化锌品位60%的高品位氧化锌粉，同时从u型管状空水冷却器排出的烟气温度降低到250℃以下。
8、降温后的低温烟气进入到布袋除尘器中进行氧化锌的收集，可得到氧化锌品位60%、回收量8%的高品位氧化锌粉，高品位氧化锌粉可作为最终产品进行利用。
9、烟气经布袋除尘器除尘及抽烟机加压后，可通过烟囱进行排放。
10、将保温沉降室中得到的低品位氧化锌与u型管状空水冷却器得到的中品位氧化锌混合后，得到氧化锌品位30%、物料量9%的混合物料，混合物料再返回到原料配料系统进行配料，可使进入回转窑的物料中氧化锌含量提高到11%。
11、回转窑正常生产时靠高炉瓦斯灰中的碳和回转窑窑头粒煤喷枪喷吹粒煤产生的可燃气体燃烧提供热量。
实施例2
一种利用高炉瓦斯灰提锌窑渣生产金属化炉料的方法，其特征在于具体步骤如下：
1、物料的选择
高炉瓦斯灰泥提锌窑渣：铁品位为45%、sio2质量含量6%、zno质量含量3%、k2o质量含量0.6%、na2o质量含量0.20%、c质量含量2%。
高挥发分粒煤：固定碳质量含量为46%、灰分质量含量为7%、挥发分质量含量为47%、粒度为20mm。
高品位赤铁矿：铁品位为46%、粒度为1mm。
2、物料润湿
将粒度为10mm高炉瓦斯灰提锌窑渣与残碳按100：25质量比配料并混合后用混合料10%质量的水将混合料润湿；
3、混合物料的回转窑还原及结球
混合物料从回转窑的入窑端进行加入，物料在回转窑内经过温度200℃、时间10min干燥和温度400℃、时间20min预热后，在回转窑高温还原段通过控制混合物料还原温度1200℃、时间90min，还原过程中在还原时间为70min时开始向回转窑内同时喷入混合原料重量10%的高挥发性粒煤和混合原料重量15%的高品位赤铁矿进行碳氢联合还原及碳循环增氧还原使混合物料在回转窑内得到充分还原，直至高温还原结束；使窑渣在回转窑内得到充分还原，并使粉化后的粉料在出窑前粘结成球状物料。
在直接还原回转窑窑头设置高挥发性的粒煤喷枪，将粒度为20mm高挥发分的粒煤喷吹到距窑头出口为回转窑窑长的1/5处。距窑头出口为回转窑窑长的1/5处处于窑内高温还原段的中后段，此处瓦斯灰中的碳大部分已消耗，料层内还原性气氛较弱，抛入高挥发分粒煤后，高挥发粒煤中的c及残炭中的c与料层内产生的co2发生碳气化反应放出co，增强了料层内的还原性气氛，改善了还原反应动力学条件，提高了还原反应速度。同时，喷吹入窑的高挥发分粒煤在窑内高温下放出挥发分，挥发分中的ch4、焦油、苯、萘等可燃物在回转窑内燃烧作为加热燃料，挥发分中的h2在穿过料层时将作为还原剂还原料层中的铁氧化物，可实现粒状物料在还原前期温度低于800℃时以h2还原为主，在还原中后期温度高于800℃时以co还原为主。高品位赤铁矿的喷枪，将粒度为1mm的高品位粒矿喷吹到距窑头出口为回转窑窑长的1/5处。距窑头出口为回转窑窑长的1/5处处于窑内高温还原段的中后段，此处瓦斯灰中的碳大部分已消耗，料层内还原性气氛较弱。粒矿喷入后，在窑内高温作用下，高品位粒矿中的铁氧化物与料层内的co发生还原反应放出co2，co2作为“增氧剂”与喷入窑内的高挥发粒煤中的c发生碳气化反应放出co，增强料层内的还原性气氛，改善还原反应动力学条件，提高还原反应速度。
4、焙烧物料冷却
回转窑还原后的高温焙烧物料从出窑端排出后入水进行冷却，焙烧物料冷却到100℃以下从水中取出。
5、焙烧物料磁选
焙烧物料经磁选机磁选后，分为带磁性的金属化产品和不带磁性的残炭。金属化产品可供高炉或转炉进行利用，残炭可返料作为原料配料系统中1mm高炉瓦斯灰提锌窑渣的作为碳含量80%以上的残炭进行配料利用。
6、从回转窑入窑端排出的600℃高温烟气进入到保温沉降室中，随着烟气流速的降低，烟气中粘附氧化锌粉的大颗粒粉尘在重力作用下沉降聚集，可使大部分矿物颗粒沉积在保温沉降室底部，得到氧化锌品位10%、回收量6%的低品位氧化锌粉。
7、从保温沉降室出来的含有氧化锌及少量矿物杂质的500-600℃高温烟气送入到u型管状空水冷却器中，在u形盘管的多次扰流及空气和水的间接冷却作用下，烟气中固体颗粒在流动的扰流作用下通过碰撞及吸附开始长大，粘结形成的大颗粒物料在重力作用下沉积在u型管状空水冷却器底部，在u型管状空水冷却器前端可得到氧化锌品位15%、回收量3%的中品位氧化锌粉，在u型管状空水冷却器后端可得到氧化锌品位40%的高品位氧化锌粉，同时从u型管状空水冷却器排出的烟气温度降低到250℃以下。
8、降温后的低温烟气进入到布袋除尘器中进行氧化锌的收集，可得到氧化锌品位60%、回收量8%的高品位氧化锌粉，高品位氧化锌粉可作为最终产品进行利用。
9、烟气经布袋除尘器除尘及抽烟机加压后，可通过烟囱进行排放。
10、将保温沉降室中得到的低品位氧化锌与u型管状空水冷却器得到的中品位氧化锌混合后，得到氧化锌品位20%、物料量9%的混合物料，混合物料再返回到原料配料系统进行配料，可使进入回转窑的物料中氧化锌含量提高到11%。
11、回转窑正常生产时靠高炉瓦斯灰中的碳和回转窑窑头粒煤喷枪喷吹粒煤产生的可燃气体燃烧提供热量。