一种含锌含铁尘、泥的处理方法

1.一种含锌含铁尘、泥的处理方法，其特征在于包括以下步骤：(1)配料：根据不同含锌含铁尘、泥的成分进行配料计算，使配料中游离碳含量的过剩系数达到1.0～1.4；所述的游离碳含量的过剩系数指配料中实际配入的游离碳含量C实和按照铁氧化物的逐级还原反应、铁的碳化反应和氧化锌的还原反应计算出的所需要的理论碳量C理的比值C实/C理；
(2)混料：配料混合均匀后，将自然颗粒料，或制成冷固结球团经干燥后送料仓备用；(3)投料：按计算确定的重量将自然颗粒料或冷固结球团从料仓加入到刚倒完铁水的空铁水罐中，利用800～1200℃的空铁水罐的余热对含锌含铁尘、泥进行预热，使含锌含铁尘、泥中的铁氧化物和锌氧化物还原；所述含锌含铁尘、泥加入量要按照铁水罐将要盛装的铁水重量、高炉出铁温度、铁水罐空罐温度、铁水罐中的铁水的运输时间、系统对外散失的热量、炼钢对铁水的温度要求和配料成分进行热平衡计算，以保证铁水进入转炉时的温度高于
1300℃；(4)分离锌铁：利用锌沸点低的特点，通过铁水罐出口的收尘设备回收含锌烟气和含氧化锌的粉尘，实现锌铁分离；(5)化料：在高炉出铁过程中，利用高温铁水使含锌含铁尘、泥进一步还原，并熔化，与高炉铁水混合，成为供转炉用的铁水。

一种含锌含铁尘、泥的处理方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于含铁尘、泥处理的技术领域，尤其涉及一种处理含锌含铁尘、泥的方法。\n背景技术\n[0002] 含铁尘、泥是钢铁生产过程中的必然产物，是在钢铁生产过程中从各种不同生产工艺流程的除尘系统中排出的以铁为主要成分的粉尘和泥浆的统称。由干式除尘器捕集的称尘，由湿法除尘器捕集的称泥。高炉冶炼过程产生的尘、泥为铁水量的1％～3％，转炉和电炉炼钢过程产生的尘、泥为钢产量的1.5％～4％。其中含锌含铁尘泥约占含铁尘泥的\n10％～80％。这些粉尘和污泥中含有大量有价值的Fe、C等，高效回收这些有价元素不仅可获得巨大的经济效益，还可解决尘泥的环境污染问题。然而目前含铁尘、泥的处理方法以返回高炉处理为主，由于高炉结瘤问题所以只能处理不含锌或超低锌的尘泥料，难以回收处理中高锌尘泥。如申请号为02114055.3名为“含铁尘泥与烧结返矿再利用的方法”和申请号为2004 1 0040020.8名为“炼钢污泥浆用于球团生产造球的方法”的中国专利都只能回收利用冶金废料中的铁、碳等有益元素而不能去除其中的高炉有害元素锌、铅等。因此，含锌含铁尘泥的回收利用是长期困扰冶金企业的一大难题。通常只能占用大量的场地来堆存不能进入高炉处理的含锌含铁尘、泥。这样，不仅严重污染了环境，而且还浪费了大量的铁资源。\n[0003] 虽然申请号为02110713.0名为“一种用含铁废料冷固结球团冶炼铁水的方法”的中国专利能够处理含锌和不含锌的多种含铁废料，但是，需要专用设备膛式反射炉、竖炉，并且需要通入用于加热的热风和用于辅助二次燃烧的冷风。该技术工艺复杂，而且能耗和动力消耗高。申请号为98103522.1名为“一种高锌含铁粉尘的处理方法”的中国专利利用余热未被利用的钢渣或高炉渣来回收铁、锌，虽然不需要额外能源消耗，但需要特定反应容器，而且增加了冶炼熔渣处理时间，需要分离渣铁得到粒铁，粒铁经进一步加工后再被其它工序利用，因而后续处理工序较长。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是解决现有技术中处理含锌含铁尘泥能耗和动力消耗高，需要专用设备，处理工序长，工艺复杂等问题，提供一种利用设备余热和铁水热量对含锌含铁尘泥进行分离回收的处理方法。\n[0005] 本发明含锌含铁尘、泥的处理方法是这样实现的。该方法包括以下步骤：\n[0006] (1)配料：根据要处理的各种含铁尘、泥，如含铁粉尘、含铁湿泥和/或含碳尘泥的主要成分进行配料计算，使尘泥混合料中游离碳含量的过剩系数达到1.0～1.4。所述游离碳含量的过剩系数是指实际尘泥混合料中游离碳含量C实与铁氧化物和锌氧化物还原、铁的碳化反应理论需要游离碳量C理的比值C实/C理。如果过剩系数过低不能满足还原和铁碳化的需要；过剩系数过大，将增加铁水中的碳含量并增加燃料消耗。游离碳含量的过剩系数在1.0～1.4范围内，使用本发明方法处理尘泥混合料效果最佳。铁金属化率高于90％，并融入铁水得到＞90％的铁水收得率。按照如下反应(铁氧化物的逐级还原反应、铁的碳化反应和氧化锌的还原反应)计算所需要的理论碳量C理：\n[0007] 3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO (1)\n[0008] Fe3O4+C＝3FeO+CO (2)\n[0009] FeO+C＝Fe+CO (3)\n[0010] 3Fe+C＝Fe3C (4)\n[0011] ZnO+C＝Zn+CO (5)\n[0012] 尘泥混合料中游离碳的配入量是用含碳尘泥，如瓦斯泥、瓦斯灰、高炉灰和/或息焦尘泥来调节的。\n[0013] (2)混料：按尘泥混合料中游离碳含量配料后，混合均匀，将自然颗粒料在100～\n400℃下干燥后送料仓备用；或者制成冷固结球团后再干燥。\n[0014] (3)投料：首先，按照铁水罐将要盛装的铁水重量、高炉出铁温度、铁水罐空罐温度、铁水罐中的铁水的运输时间、系统对外散失的热量、炼钢对铁水的温度要求和配料成分进行热平衡计算，确定可加入的尘泥料重量，以保证铁水进入转炉时的温度高于1300℃。然后，在转炉车间当铁水罐车将铁水倒出后，立即按算出的重量通过加料设备将尘泥料从料仓加入到刚倒完铁水的空铁水罐中，利用800～1200℃的空铁水罐的余热对尘泥料进行预热，使尘泥料中的铁氧化物和锌氧化物还原。\n[0015] 本发明尘泥料加入量的计算应满足空铁水罐利用自身的余热将球团预热到一定温度，出铁时，铁水的温度足以提供球团还原、融化的能量，同时由于加入尘泥料使铁水所产生的温降能够满足转炉炼钢的要求。\n[0016] (4)分离锌铁：由于锌沸点较低(907℃)，被还原出来的锌汽化进入烟气，通过铁水罐出口的收尘设备便可回收释放的烟气得到富含锌的烟尘。如处理高锌尘泥料则直接得到氧化锌产品；如处理中、低锌尘泥料得到的烟尘可再次处理，如此循环直至富集达到锌矿的水平。由此实现锌铁分离，回收锌的目的。研究证明：球团在低于800℃时已经有铁氧化物被还原为金属铁，随着温度的升高，其铁金属化率提高，锌回收率也提高；球团在1000℃时恒温30分种，金属化率达到90％，锌回收率高于90％；球团在1200℃的铁水罐内20分钟，金属化率达到95％，锌回收率已高于98％。\n[0017] (5)化料：铁水罐车由炼钢厂返回到高炉出铁场再装铁水期间的运输时间为10～\n50分种，尘泥料中的铁氧化物一直在还原反应，高炉出铁时间为30～120分种，铁水罐受铁时间为20～40分种，铁氧化物继续进行还原反应，而且出铁时高温铁流对尘泥料进行了充分的搅动，改善了化学反应的动力学条件，还原得到的金属铁继续发生渗碳反应，熔点降低，熔化后与高炉铁水相混合，并与高炉铁水一起进行三脱、除渣后成为供转炉用的铁水。\n[0018] 本发明是利用现有钢铁生产中未被利用的铁水罐余热、铁水的物理显热及尘泥中的碳还原铁氧化物和锌氧化物，得到的铁熔入高炉铁水供炼钢，还原得到的锌由于沸点低进入烟气，实现锌铁分离回收。本发明处理方法不需要添加还原剂和催化剂，也不需要任何专用设备，利用钢铁生产已有设备回收处理含锌含铁尘、泥，简便易行，流程短，成本低，效果好。本发明铁的回收率达到90％以上，锌的回收率＞95％。\n具体实施方式\n[0019] 本发明实施例以处理1种高炉瓦斯泥、2种转炉污泥和高炉灰为例。\n[0020] 首先，确定配料比。根据尘泥的化学成分(见表1)进行配料计算，使配料中游离碳含量的过剩系数达到1.2，配料计算及配料比见表2。\n[0021] 表1本发明实施例尘泥的化学成分(重量百分比，％)\n[0022] \n 尘泥料 TFe FeO MFe Fe2O3 ZnO Cf\n 转炉泥1 64.36 45.71 17.32 16.41 0.349 0.26\n 转炉泥2 61.63 45.43 14.52 16.82 0.784 0.54\n 瓦斯泥 29.73 12.21 0.79 27.78 1.220 40.28\n 高炉灰 51.51 3.77 0.19 69.13 0.002 3.752\n[0023] \n[0024] 掺入高炉灰使尘泥混合料中的水含量控制在8％～16％之间，瓦斯泥的加入量通过计算确定，使其带入的游离碳含量满足游离碳的过剩系数为1.2。\n[0025] 按配料比配料后，添加重量百分比0.4％～2.0％的粘结剂，在混合机中搅拌混合均匀，然后，将尘泥混合料输送到制球机制成6～10mm的球团(可以是球状，也可以是团块)，在100℃～400℃下将球团水分烘干至＜1％(重量百分比)，再将烘干后的球团放到缓冲料仓中备用，或者将自然颗粒料在100～400℃下烘干后送料仓备用。\n[0026] 通过下述方法计算出球团或自然颗粒料的加入量：\n[0027] 第1步：根据尘泥球团或自然颗粒料的成分计算预热球团需要的热量Q预；\n[0028] 第2步：计算球团或自然颗粒料直接还原需要的热量：Q′＝Q1′+Q2′+Q3′，其中Q1′，Q2′，Q3′分别为Fe2O3→Fe3O4，Fe3O4→FeO，FeO→Fe所需要的还原反应热；\n[0029] 第3步：计算全过程需要的总热量Q吸；\n[0030] 第4步：计算铁水和铁水罐可放出的热量；\n[0031] 第5步：计算能够加入铁水罐的极限尘泥球团或自然颗粒料的量。\n[0032] 不同重量的尘泥料加入铁水罐中吸收的热量计算见表3。\n[0033] 表3不同重量球团或自然颗粒料需要的热量/103MJ\n[0034] \n 尘泥料重量/t 预热热量 化学热 熔化热 总吸热\n 0.5 295.96 764.644 63.86 1124.464\n 1 592.38 1529.288 127.72 2249.388\n 1.5 888.69 2293.932 191.58 3374.202\n 2 1184.75 3058.576 255.44 4498.766\n 2.5 1752.71 3823.22 319.3 5895.23\n 3 1777.38 4587.864 383.16 6748.404\n 3.5 2073.34 5352.508 447.02 7872.868\n 4 3370.21 6117.152 510.88 9998.242\n 4.5 2663.65 6881.796 574.74 10120.19\n 9 20240.38\n 20 44987.66\n[0035] 高炉铁口出铁温度1440～1540℃，铁水通过高炉铁水沟时损失温度约70～\n90℃，转炉要求铁水供应温度在1300℃以上，考虑运输过程的热量损失，在不影响转炉生产的条件下，100t的敞口铁水罐最多可以处理5t的尘泥料球团。如果采用230t的鱼雷铁水罐最多可以处理16吨的尘泥料。\n[0036] 通过皮带输送或其它加料设备将球团送到刚刚倒空铁水的铁水罐中，罐内温度为\n800～1200℃，利用铁水罐的热量预热、还原球团。锌被完全还原，以锌蒸汽、CO、CO2等混