一种高效回收不锈钢污泥中镍铁合金的方法

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一种高效回收不锈钢污泥中镍铁合金的方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于重金属再利用领域，尤其是一种高效回收不锈钢污泥中镍铁合金的方法。\n背景技术\n[0002] 由于全球经济一体化，全球不锈钢产业正从北美和欧洲，持续向亚洲转移。尤其近几年，发达国家（欧美日）的不锈钢产业正向以中国为代表的新兴市场国家转移，在2015年全年不锈钢产量达到了2400万吨。\n[0003] 不锈钢生产过程中产生大量的污泥。并且，这些污泥含有镍、铬、铁、硫、氯和氟等元素，这些元素性质比较复杂，不仅危害环境，还直接影响人体健康，被列为国家危险废弃物。\n[0004] 对于不锈钢污泥的处理技术从最初简单的填埋、焚烧处置到系统地从不锈钢污泥中回收各种金属，污泥的综合利用从消纳性的无害化处理已提高到资源循环的新水平。但是，现有的从不锈钢污泥中回收镍铁的技术，通常是采用湿法冶炼（例如公开号为CN101235439A的中国专利），其镍的回收率通常在80-92%之间，铁的回收率通常在57-70%之间。并且，湿法冶炼需要用到酸或碱，对环境污染严重。\n[0005] 申请公布号为CN104630476 A的中国专利公布了一种利用重金属污泥制备铬镍铁合金的方法，该方法通过将不锈钢污泥、电镀污泥、铬泥，以及铬镍铁合金生产过程中产生的除尘灰，和红土镍矿混合后，\n[0006] 经预干燥、还原焙烧、熔炼制得铬镍铁合金，实现了对不锈钢污泥、电镀污泥、铬泥和铬镍铁合金生产过程中产生的除尘灰中铬、镍、铁金属的回收。该方法为干法冶炼，无需酸或碱，对环境友好，但是，该方法中镍和铁的回收率仍然较低，具体为：镍的回收率仅为\n89%，铁的回收率仅为68%。并且，由于该方法原材料中除含有不锈钢污泥外，还同时含有电镀污泥、铬泥和铬镍铁合金生产过程中产生的除尘灰，而不锈钢制造企业只能得到单一的不锈钢污泥，使得不锈钢制造企业无法直接按照上述专利方案对生产过程中产生的大量不锈钢污泥内的重金属进行回收。\n发明内容\n[0007] 本发明旨在提供一种高效回收不锈钢污泥中镍铁合金的方法。\n[0008] 一种高效回收不锈钢污泥中镍铁合金的方法，包括以下步骤：\n[0009] （1）将不锈钢污泥与红土镍矿混合制成混合料A，混合料A中镍铁质量比为0.07-\n0.15；\n[0010] （2）混合料A经干燥窑进行干燥，干燥窑的窑内温度为850-900℃，干燥时间为15-\n20min；\n[0011] （3）在干燥后的混合料A中加入碳质还原剂、石灰石，得到混合料B，混匀后的混合料B经回转窑进行焙烧制得焙砂；所述的碳质还原剂的用量为混合料B的2.5%-6%，粒度为8-\n20mm；所述石灰石的用量为混合料B的0.5-6%；混合料B在回转窑窑内停留时间为90-180 min，回转窑窑内高温段的温度为600-1100℃；\n[0012] （4）焙砂经矿热炉进行还原熔炼，矿热炉的熔炼温度为1550-1600℃，得到含有镍铁合金的铁水。\n[0013] 本发明的有益技术效果为：\n[0014] （1）本发明在仅选用不锈钢污泥作为原材料的情况下，同时限定“混合料A中镍铁质量比为0.07-0.15”和“碳质还原剂的粒度为8-20mm”，使矿热炉物料保持适宜的导电性，从而使焙砂还原熔炼时矿热炉的熔炼温度得以达到1550 1600℃，使得铁水完全熔融，利于~\n物料的完全还原和回收。另外，本发明人之所以限定“混合料A中镍铁质量比为0.07-0.15”的原因在于：本发明人在试验过程中发现，由于铁的导电性优于镍，当混合料A中镍铁质量比＜0.07时，矿热炉物料的导电性太好，不利于矿热炉电极操作，使得矿热炉无法持续加温，也就导致矿热炉无法达到1500℃以上的高温，严重影响镍铁金属的回收率，同时，当混合料A中镍铁质量比＞0.15，镍铁合金中含镍就会超过16%，矿热炉中的铁水将不具有流动性；而申请公布号为CN104630476 A中国专利的实施例1中混合料A中镍铁质量比为0.06（即混合料A中镍铁质量比＜0.07），而矿热炉的熔炼温度可以达到1500℃以上的原因可能是：\n申请公布号为CN104630476 A的中国专利的原材料中除了“不锈钢污泥、电镀污泥和铬镍铁合金生产过程中产生的除尘灰”外，还含有铬泥，由于铬泥中含有大量的导电性差于镍的铬金属，使得矿热炉物料的整体导电性还不足以影响矿热炉的电极操作，使得其矿热炉的熔炼温度可以达到1500℃以上。本发明人之所以限定“碳质还原剂的粒度为8-20mm”的原因在于：碳质还原剂粒度过大，会导致矿热炉物料的导电性能提高，不利于矿热炉的电极操作，影响金属回收率，同时，碳质还原剂粒度过小，则碳质还原剂容易被回转窑窑尾风机吸走；\n[0015] （2）与现有技术中干燥窑的窑内温度通常为100-300℃相比，本发明人突破常规，将干燥窑的窑内温度限定为850-900℃，同时，将干燥时间限定为15-20min，使得混合料A经过干燥窑后，不仅可脱去自由水，还可脱去部分或全部的结晶水，使得混合料A中的有价金属得以富集；\n[0016] （3）并且，回转炉的窑内停留时间限定为90-180min、回转窑的高温段的温度限定为600-1100℃，避免混合料B中的碳质还原剂过烧，为矿热炉预留足够的碳质还原剂，使焙砂经过矿热炉时有价金属得以更充分的还原出来，同时，也使得混合料B中的有害成分（例如S、Cl、F等元素）最大程度的得以挥发，避免带入矿热炉；\n[0017] （4）本发明的技术方案使得不锈钢污泥中镍、铁的回收率分别达到93%和81%以上，同时，也避免了湿法冶炼的污染环境的问题。\n[0018] 步骤（1）的混合料A中镍铁质量比优选为0.07-0.15，若混合料A中镍铁质量比过高，不锈钢污泥的添加量就会变少，导致不锈钢污泥的处理能力下降。\n[0019] 步骤（3）中所述的碳质还原剂采用焦末或兰炭末或两者组合。焦末或者兰炭末含磷低，不会对后期产品质量产生影响。\n[0020] 步骤（3）中石灰石的用量优选为混合料B的3-6%，可将矿热炉的物料碱度控制在\n0.58-0.68之间，避免物料碱度过低，矿热炉渣流动性差，增加出渣难度；同时，也避免物料碱度过高，矿热炉渣流动性太好，不利于矿热炉炉衬挂渣，影响矿热炉耐材使用寿命。\n[0021] 步骤（3）中石灰石的粒度优选为3-12 mm，防止堵塞矿热炉的进料管。\n[0022] 步骤（4）得到的含有镍铁合金的铁水直接送铸铁机铸铁或者直接作为不锈钢基料生产不锈钢。\n附图说明\n[0023] 图1为本发明的工艺流程图。\n具体实施方式\n[0024] 现具体说明本发明的实施方式：\n[0025] 一种高效回收不锈钢污泥中镍铁合金的方法，包括以下步骤：\n[0026] （1）将不锈钢污泥与红土镍矿混合制成混合料A，混合料A中镍铁质量比为0.07-\n0.12；\n[0027] （2）混合料A经干燥窑进行干燥，干燥窑的窑内温度为850℃-900℃，干燥时间为\n15-20min；\n[0028] （3）在干燥后的混合料A中加入碳质还原剂、石灰石，得到混合料B，混匀后的混合料B经回转窑进行焙烧制得焙砂；所述的碳质还原剂为焦末与兰炭末的混合物，碳质还原剂的用量为混合料B的2.5%-6%，粒度为8-20mm；所述石灰石的用量为混合料B的0.5-6%；回转窑的窑内停留时间为90-180min，回转窑窑内高温段的温度为600-1100℃；\n[0029] （4）焙砂经矿热炉进行还原熔炼，矿热炉的熔炼温度为1550-1600℃，得到含有镍铁合金的铁水。\n[0030] 本发明所述的红土镍矿的主要成分为：Ni 1.72%，TFe 16.24%，H2O 28.8%。\n[0031] 本发明所述的不锈钢污泥的主要成分为：Ni 0.8%，TFe 18.68%，H2O 43%。\n[0032] 所述矿热炉的处理时间根据炉体大小来确定，通常，14米高的25500kVA的圆形矿热炉的处理时间为8-16h。\n[0033] 本发明的不锈钢污泥采用的是200系不锈钢生产过程中产生的污泥、300系不锈钢生产过程中产生的污泥、400系不锈钢生产过程中产生的污泥中任一种或任意2-3种的组合。当然，本发明的锈钢污泥并不限于这些类型不锈钢生产过程中产生的污泥。\n[0034] 为了体现本发明的技术效果，本发明人提供了4种实施例（实施例1 4）和3种对比~\n例（对比例1 3），实施例1 4和对比例1 3的具体参数条件以及镍铁回收率见表1。\n~ ~ ~\n[0035] 表1\n[0036]\n[0037] 从表1可看出，按照本申请的技术方案进行的实施例1 4，所获得的镍、铁回收率分~\n别为93%以上、81%以上。从表1中的对比例1可看出，若混合料A中镍铁质量比＜0.07，镍、铁的回收率将下降，且对比例1中对应的矿热炉的熔炼温度仅为1400-1450℃。关于干燥窑的温度，由于现有技术中干燥窑的干燥温度通常均设置为100-300℃，此时虽然可实现对不锈钢污泥的干燥，但是，实际上仅去除了污泥中的自由水，从表1的实施例1 4与对比例2的对~\n比可看出，干燥窑的温度采用850-900℃，相对于100-300℃来说，不锈钢污泥在经过干燥窑后可去除部分的结合水，金属得以富集，使得镍、铁回收率得以提升。另外，从表1的对比例3可看出，本申请的碳质还原剂的粒度大于20mm时，由于矿热炉物料的导电性能太好，不利于矿热炉电极操作，此时，矿热炉的熔炼温度仅能达到1380℃，镍铁回收率均有所降低。\n[0038] 另外，实施例1 3中石灰石的用量为混合料B的3-6%，由于可将矿热炉的物料碱度~\n控制在0.58-0.68之间，避免物料碱度过低，矿热炉渣流动性差，增加出渣难度；同时，也避免物料碱度过高，矿热炉流动性太好，不利于矿热炉炉衬挂渣，影响矿热炉耐材使用寿命。\n[0039] 现有的回转窑的一般结构为：回转窑窑内自窑尾至窑头依次分为三段，即低温段（即干燥段）、中温段（即预热段）、高温段（即焙烧段），物料由窑尾进料，依次经过干燥段、预热段、高温段，最后从窑头出料。\n[0040] 当然，本发明的实施例1 4的步骤（3）中所述的碳质还原剂也可以单纯采用焦末或~\n兰炭末，还可以采用烟煤或无烟煤等。但是，焦末或者兰炭末含磷低，碳质还原剂选用焦末或兰炭末或两者的组合时，不会对后期产品质量产生影响。\n[0041] 本发明的实施例1 4均可做如下改进：\n~\n[0042] （1）步骤（1）的混合料A中镍铁质量比优选为0.07-0.15，若混合料A中镍铁质量比过高，不锈钢污泥的添加量就会变少，导致不锈钢污泥的处理能力下降。\n[0043] （2）步骤（3）中石灰石的粒度优选为3-12 mm，防止堵塞矿热炉的进料管。\n[0044] （3）步骤（4）得到的含有镍铁合金的铁水直接送铸铁机铸铁或者直接送炼钢厂作为不锈钢基料生产不锈钢。