环保改进型高炉处理钢铁厂含锌固废的方法与流程

本发明属于钢铁厂固体废弃物处理技术领域，尤其涉及一种环保改进型高炉处理钢铁厂含锌固废的方法。

背景技术：

高炉是目前炼铁生产的最主要容器，主要使用原料为烧结矿、球团矿、焦炭和少量的喷吹煤粉。虽然高炉炼铁的高效性与经济性使其在我国钢铁冶炼中占据最重要的地位，但高炉对优质资源的消耗及带来的大量污染物排放，给我国节能环保带来了严重的挑战。因此，目前越来越多的高炉由单一炼铁功能向炼铁与固废协同处理的方向发展。

德国dk废物循环和生铁冶炼公司以转炉除尘灰为主，配加少量的粗颗粒铁矿粉混合烧结成烧结矿，然后送入高炉冶炼获得生铁和富锌粉尘，每年可生产1.7万吨富锌粉尘(高炉处理转炉含锌粉尘，世界钢铁，2013(5)：8-10)。在此方法中，dk高炉的锌负荷高达38kg/t铁，高炉的实际功能为处理含锌粉尘，但由于高炉内存在锌的循环，导致高炉还原剂的消耗量较高。国内多数钢铁企业也是将钢铁厂含铁粉尘循环输送给烧结工序，但国内高炉对原燃料中有害元素有严格的控制，因此国内钢铁厂的粉尘循环利用与烧结的使用量都较低。鞍钢、邢钢、湘钢等少数钢铁企业将钢铁厂粉尘直接喷吹进入高炉，也取得一定的效果，但对喷吹粉尘的种类、粒度和数量都有严格的限制。因此采用现有高炉冶炼技术处理钢铁厂含锌固废还存在对冶炼原料的组成控制较严格、能源消耗大、污染较严重、处理效率低等问题，尚无法大规模、高效率利用高炉冶炼处理含锌固废。

有鉴于此，本发明提供一种环保改进型高炉处理钢铁厂含锌固废的方法。对高炉冶炼原料结构进行改进，并针对改进的高炉原料对高炉结构及冶炼工艺进行适应性的优化，从而实现高效、环保、低能耗的高炉冶炼回收处理含锌固废。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种环保改进型高炉处理钢铁厂含锌固废的方法。对高炉冶炼原料结构进行改进，并针对改进的高炉原料对高炉结构及冶炼工艺进行适应性的优化，从而实现高效、环保、低能耗的高炉冶炼，进而循环回收处理含锌固废。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种环保改进型高炉处理钢铁厂含锌固废的方法，采用环保改进型高炉冶炼处理钢铁厂含锌固废粉尘；所述高炉冶炼采用低料线操作，以减少上部料柱对下部炉料的挤压破损；所述高炉低料线料面的上部增设有氧气烧嘴和物料喷吹烧嘴。

所述环保改进型高炉冶炼包括以下步骤：

s1.分别制备热压型煤、含锌粉尘压块以及煤粉与钢铁厂粉尘组成的混合喷吹物，作为所述环保改进型高炉冶炼的原料；该原料采用热压型煤和含锌粉尘压块取代传统的高污染和高能耗的焦炭和烧结矿，能够大幅度提高高炉冶炼时的节能减排能力。

s2.采用所述环保改进型高炉的低料线操作，对步骤s1所述的原料进行高炉冶炼；并将高炉冶炼产生的炉顶煤气通入除尘系统进行除尘，得到除尘灰和炉顶循环煤气；

在冶炼过程中从所述氧气烧嘴鼓吹常温氧气以燃烧放热，分解所述热压型煤炭化产生的焦油；

s3.将步骤s2得到的所述炉顶循环煤气从所述物料喷吹烧嘴返回所述高炉内，循环燃烧；

具体地，冶炼时采用氮气输送高碳除尘灰，回收处理高炉自返除尘灰；同时大量炉顶煤气也返回用于高炉喷吹燃烧，从而补充热量，降低高炉燃料消耗。

s4.当步骤s2得到的所述除尘灰中有价元素的质量含量低于10％时，将其从所述环保改进型高炉的风口返吹至所述高炉内；当有价元素的质量含量大于等于10％时，采用湿法工艺提取所述除尘灰中的有价元素。

通过采用上述技术方案，本发明采用热压型煤代替传统高炉原料中的焦炭，因此本发明中高炉料柱骨架需要依托热压型煤在高炉内部炭化形成的型焦来支撑。但型焦的强度不如焦炭，且在热压型煤炭化过程中会产生大量的煤焦油，因此，基于上述难题，在不大幅度更改传统高炉炉型的基础上提出了高炉操作炉型优化方案和二次补吹装置的设计。通过采用低料线操作，减少上部料柱对下部炉料的挤压破损；通过在料线料面的上部增设氧气烧嘴，在冶炼过程中鼓吹常温氧气以燃烧放热，从而分解所述热压型煤炭化产生的焦油，避免对尾气管道的堵塞和腐蚀；通过在低料线料面的上部增设物料喷吹烧嘴，将炉顶煤气、部分高碳粉尘循环喷吹至高炉内，以补充热量，降低高炉燃料消耗。因此，本发明能够实现高效、环保、低能耗的高炉冶炼，同时循环回收处理钢铁厂含锌固废粉尘。

进一步的，在步骤s1中，所述热压型煤包括弱粘结煤、煤焦油沥青及生物质粘结剂；所述含锌粉尘压块包括钢铁厂含锌固废粉尘、废弃镁碳砖及膨润土；所述煤粉与钢铁厂粉尘组成的混合喷吹物包括钢铁厂高碳和/或高钙粉尘及高炉喷吹煤粉。

进一步的，所述热压型煤的制备方法包括：将所述弱粘结煤和所述煤焦油沥青分别破碎至3mm和1mm以下，然后将质量比为(65％～75％)：(15％～25％)：(5％～15％)的弱粘结性煤、煤焦油沥青和生物质粘结剂混合后，在230～260℃的高压对辊中制备得到粒径为40～50mm的热压型煤。通过将弱粘结性煤、煤焦油沥青和生物质粘结剂混合热压，取代传统高炉中的焦炭，能够降低还原剂的使用成本，提高低成本原料的利用率。

进一步的，所述含锌粉尘压块的制备方法包括：将钢铁厂含锌固废粉尘破碎至1mm以下，然后将质量比为(75％～85％)：(5％～15％)：(5％～15％)的钢铁厂含锌固废粉尘、废弃镁碳砖和膨润土混合后，在高压对辊中制备得到粒径为20～30mm的含锌粉尘压块。通过将钢铁厂含锌固废粉尘与废弃镁碳砖和膨润土混合压制，取代传统高炉中的烧结矿，其中，膨润土成本低廉，且具有很强的粘结性和高温稳定性，能够防止含锌粉尘压块在冶炼过程中破碎，导致料柱透气性降低等问题，进而能够大幅提高高炉生产能力。废弃镁碳砖可以用来平衡高炉渣中的镁铝比。

进一步的，所述煤粉与钢铁厂粉尘组成的混合喷吹物中所述钢铁厂高碳和/或高钙粉尘的质量含量为5％～15％；所述煤粉与钢铁厂粉尘组成的混合喷吹物中粒度在0.074mm以下的含量大于等于70％。在高炉喷吹煤粉中加入钢铁厂高碳和/或高钙粉尘，能够降低原料成本，提高原料利用率，进而提高高炉节能减排能力。

进一步的，所述环保改进型高炉的容积为500m³～1000m³；所述氧气烧嘴的个数为12个；所述物料喷吹烧嘴的个数为4个。

进一步的，在步骤s2中，所述除尘系统包括重力除尘器和布袋除尘器。

进一步的，所述炉顶煤气通过兑入冷烟气降温后，再送往所述重力除尘器和布袋除尘器进行除尘，得到所述除尘灰和炉顶循环煤气。

进一步的，在步骤s4中，采用湿法提纯工艺富集回收所述除尘灰中的有价元素。如通过酸浸出的方法对除尘灰进行提锌得到高纯度锌产品。

进一步的，所述有价元素包括锌和铅。

有益效果

与现有技术相比，本发明提供的环保改进型高炉处理钢铁厂含锌固废的方法具有如下有益效果：

(1)本发明提供的环保改进型高炉处理钢铁厂含锌固废的方法，选用热压型煤、含锌粉尘压块以及煤粉与钢铁厂粉尘组成的混合喷吹物作为高炉冶炼原料，并对高炉结构和工艺进行改进。采用环保改进型高炉低料线操作进行冶炼，循环回收处理钢铁厂含锌固废粉尘。在低料线料面的上部增设有氧气烧嘴，从而在冶炼过程中鼓吹常温氧气燃烧放热，以分解热压型煤炭化产生的焦油，避免对尾气管道的堵塞和腐蚀。在低料线料面的上部还增设有物料喷吹烧嘴，将炉顶煤气循环喷吹至高炉内，以补充热量，降低高炉燃料消耗。最终，能够实现对钢铁厂含锌固废的高效、环保和低能耗循环冶炼，进而对除尘灰进行富集回收、湿法提纯，得到高纯度的铅和锌等有价元素。

(2)本发明提供的环保改进型高炉处理钢铁厂含锌固废的方法，通过该对高炉原料进行改进，将弱粘结性煤、煤焦油沥青和生物质粘结剂混合热压，取代传统高炉中给的焦炭，能够降低还原剂的使用成本，提高低成本原料的利用率。通过将钢铁厂含锌固废粉尘与废弃镁碳砖和膨润土混合压制，取代传统高炉中的烧结矿，其中，膨润土成本低廉，且具有很强的粘结性和高温稳定性，能够防止含锌粉尘压块在冶炼过程中破碎，导致料柱透气性降低等问题，进而能够大幅提高高炉生产能力。废弃镁碳砖可以用来平衡高炉渣中的镁铝比。本发明选用的原料均具备价廉易得、来源丰富的特点，能够降低原料成本，提高原料利用率，进而提高高炉节能减排能力。

(3)本发明通过增设物料喷吹烧嘴，能够实现对钢铁厂含锌固废粉尘的循环冶炼和富集回收，从而不断提高除尘灰中给的有价元素的含量。当对除尘灰进行湿法浸取得到高纯度有价元素产品时，能够降低浸取剂的额外消耗量，而且浸取出的有价元素产品的纯度显著提高。

附图说明

图1为本发明提供的环保改进型高炉处理钢铁厂含锌固废的技术路线图。

具体实施方式

以下将对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

一种环保改进型高炉处理钢铁厂含锌固废的方法，采用环保改进型高炉冶炼处理钢铁厂含锌固废粉尘。请参阅图1所示，所述高炉冶炼采用低料线操作，以减少上部料柱对下部炉料的挤压破损。所述环保改进型高炉的容积为500m³。在所述高炉低料线料面的上部平行增设有12个氧气烧嘴；在所述高炉低料线料面的上部平行还增设有4个物料喷吹烧嘴。

采用此种改进型高炉对钢铁厂含锌固废粉尘进行冶炼，具体步骤如下：

s1.分别制备热压型煤、含锌粉尘压块以及煤粉与钢铁厂粉尘组成的混合喷吹物，作为所述环保改进型高炉冶炼的原料。

其中，所述热压型煤的制备方法包括：将所述弱粘结煤和所述煤焦油沥青分别破碎至3mm和1mm以下，然后将质量比为70％：20％：10％的弱粘结性煤、煤焦油沥青和生物质粘结剂混合后，在250℃的高压对辊中制备得到粒径为40～50mm的热压型煤。通过将弱粘结性煤、煤焦油沥青和生物质粘结剂混合热压，取代传统高炉中给的焦炭，能够降低还原剂的使用成本，提高低成本原料的利用率。

所述含锌粉尘压块的制备方法包括：将钢铁厂含锌固废粉尘破碎至1mm以下，然后将质量比为80％：10％：10％的钢铁厂含锌固废粉尘(组成如表1所示)、废弃镁碳砖和膨润土混合后，在高压对辊中制备得到粒径为20～30mm的含锌粉尘压块。通过将钢铁厂含锌固废粉尘与废弃镁碳砖和膨润土混合压制，取代传统高炉中的烧结矿，其中，膨润土成本低廉，且具有很强的粘结性和高温稳定性，能够防止含锌粉尘压块在冶炼过程中破碎，导致料柱透气性降低等问题，进而能够大幅提高高炉生产能力。废弃镁碳砖可以用来平衡高炉渣中的镁铝比。

表1钢铁厂含锌固废粉尘的化学成分质量含量

所述煤粉与钢铁厂粉尘组成的混合喷吹物是将钢铁厂高碳和高钙粉尘收集，按照10％的比例与高炉喷吹煤粉一起送入磨煤机制粉，经过制粉后混合物中粒度在0.074mm以下的占到70％以上。

s2.采用所述环保改进型高炉的低料线操作，对步骤s1所述的原料通过布料器加入高炉进行还原冶炼；冶炼过程中，含锌粉尘压块中的钢铁厂含锌固废粉尘在热压型煤的还原作用下，生成锌或铅蒸气，随炉顶煤气一起从炉顶排出；然后将高炉冶炼产生的炉顶煤气通过兑入冷烟气降温后，再送往重力除尘器和布袋除尘器进行除尘，得到除尘灰和炉顶循环煤气。

在冶炼过程中从所述氧气烧嘴鼓吹常温氧气以燃烧放热，分解所述热压型煤炭化产生的焦油，避免对尾气管道的堵塞和腐蚀。

s3.将步骤s2得到的所述炉顶循环煤气从所述物料喷吹烧嘴返回所述高炉内，循环燃烧。

s4.对步骤s2得到的所述除尘灰进行检测分析，当步骤s2得到的所述除尘灰中锌和铅的质量含量低于10％时，将其从所述环保改进型高炉的风口返吹至所述高炉内；当锌和铅的质量含量大于等于10％时，采用酸浸出的方法富集回收所述除尘灰中的锌和铅。

在本实施例中，经过在环保改进型高炉中循环冶炼，使得除尘灰中锌和铅的总含量大于10％；然后采用酸浸出的方法富集回收除尘灰中的锌和铅。最终富集回收得到的锌产品的纯度大于99.8％，铅产品的纯度大于99.7％，锌和铅的回收率高达96％以上。

对比例1

一种高炉处理钢铁厂含锌固废的方法，与实施例1相比，不同之处在于，采用常规高炉冶炼处理钢铁厂含锌固废粉尘。即未在高炉低料线料面的上部平行增设氧气烧嘴和物料喷吹烧嘴。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

对比例1富集回收得到的锌产品的纯度降低为96.9％，铅产品的纯度降低为96.1％，锌和铅的回收率仅为88％。可见，当采用本发明提供的高炉原料时，如果不对高炉的结构及工艺进行适应性的优化，则锌和铅的富集纯度及回收率均会降低，无法实现高效、环保和节能的高炉冶炼回收。而如果采用传统高炉原料，如“烧结矿+球团矿+焦炭+喷吹煤粉”，则回收成本和能耗高、污染大，同样无法实现高效、环保和节能的高炉冶炼回收。

综上所述，本发明通过选用热压型煤、含锌粉尘压块以及煤粉与钢铁厂粉尘组成的混合喷吹物作为高炉冶炼原料，降低回收成本，提高原料利用率，进而提高高炉节能减排能力。通过对高炉结构和工艺进行改进，采用环保改进型高炉低料线操作进行冶炼，循环回收处理钢铁厂含锌固废粉尘。在低料线料面的上部增设有氧气烧嘴，从而在冶炼过程中鼓吹常温氧气燃烧放热，以分解热压型煤炭化产生的焦油，避免对尾气管道的堵塞和腐蚀。在低料线料面的上部还增设有物料喷吹烧嘴，将炉顶煤气循环喷吹至高炉内，以补充热量，降低高炉燃料消耗。最终，能够实现对钢铁厂含锌固废的高效环保和低能耗的循环冶炼，进而对除尘灰进行富集回收，得到高纯度、高回收率的铅和锌等有价元素。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。