发明内容
鉴于上述分析,本发明旨在提供一种含锌球团连续制备金属锌锭和金属铁的方法,用以解决现有含锌固废提取工艺得不到金属锌,造成资源、能耗消耗大、成本高等问题。
本发明提供一种含锌球团连续制备金属锌锭和金属铁的方法,包括:
步骤1,将含锌固废、含碳原料、脱硫剂及粘结剂进行配料、混匀,成型成球团,对球团进行干燥,输送到连续密闭还原气氛钢带加热炉的布料设备;
步骤2,将干燥的含锌球团放在连续密闭还原气氛钢带加热炉内加热还原,产生煤气、锌蒸汽混合气体以及金属化球团;
步骤3,炉内产生的锌蒸汽和煤气进入多级转子锌雨冷凝器,将锌蒸汽变成液态金属锌回收;
步骤4,锌分离后的煤气经过进一步净化,可作为密闭还原气氛加热炉的热源,也可输出作为其他燃料或其他用途;
步骤5,还原得到的热态金属化球团进入水套冷却段冷却出炉。
进一步的,所述步骤1中,含碳原料包括碳质材料,如焦粉(末)、无烟煤、生物炭等;含锌固废包括电弧炉含锌粉尘、中频炉粉尘、本方法冶炼过程产生的含锌物料,高炉含锌粉尘、转炉尘泥等。
进一步的,所述步骤1中,球团配料时可加入脱硫剂,为粉状石灰石、生石灰、氢氧化钙、白云石、白云石煅烧后的锻白等一种粉料或两种及以上的混合粉料;粘结剂包括有机粘结剂、无机粘结剂或其混合组成的粘结剂。
进一步的,所述步骤1中,球团中锌浓度含量不低于10%,球团内碳氧摩尔比(球团中固定碳与氧化锌、氧化铁中氧的摩尔比)为1~1.2:1,球团粒度为20~50mm,粘结剂加入量为含锌固废质量的2~5%,脱硫剂加入量小于含锌固废质量的5%,干燥后的球团物理水含量小于1%。
进一步的,所述步骤2中,连续密闭还原气氛钢带加热炉内压力50Pa-200Pa(表压);炉内最高温度区域1100℃~1250℃,物料在炉内预热段及加热段停留时间30min~60min,铺料厚度20mm~50mm,还原得到金属化率大于85%的金属化球团。
进一步的,所述步骤2中,密闭还原气氛加热炉可采用燃气加热,也可采用电加热。对于燃气加热,采用热辐射燃气加热形式,辐射管材质为碳化硅,热炉煤气可为还原炉产生的净化煤气、天然气、液化气、焦炉煤气、煤气发生炉煤气或新再生能源等。对于电加热,采用碳化硅或石墨加热棒,避免锌蒸汽对金属的腐蚀。进一步的,所述步骤2中,所用钢带为耐高温钢带,如316、310S、MA253等,并在其表面涂或熏一层碳质保护材料。
进一步的,所述步骤3中,石墨转子为3-4级,液态锌金属的温度控制在600℃~800℃,得到的液态锌品质为98%~99%,定时排出锌雨器浇注成锌锭或进入下一个环节进一步精炼成4N锌。
进一步的,所述步骤4中,将锌分离后的煤气进一步经过粗除尘、布袋除尘后返回加热炉作为能源使用或用于其他设备。
进一步的,所述步骤5中,冷却后的金属化球团可作为钢铁厂原料;或进一步将冷却后的金属化球团破碎和球磨到平均粒度细于100目,通过磁选除去金属铁中的杂质,铁粉脱水、干燥,将磁选后的铁粉脱水,然后在间接干燥设备中干燥,使铁粉中水分的质量分数低于2%。
进一步的,一种含锌球团连续制备金属锌锭和金属铁的方法粗锌品质达到98~99%,锌综合回收率达到98%,海绵铁的金属化率大于85%,铁的收得率达到99%。
与现有含锌粉尘火法还原方法相比,本方法可直接制备金属锌锭,是一种全新的冶炼技术,可显著提高含锌粉尘的综合利用附加值,降低冶炼过程能耗。
本发明中,上述各技术方案之间还可以相互组合,以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且部分优点可从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图仅用于示出具体实施例的目的,而非不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
图1为实施例1中的工艺示意图。
图2为实施例2中的工艺示意图。
图3为实施例3中的工艺示意图。
具体实施方式
本发明提供一种含锌球团连续制备金属锌锭和金属铁的方法,包括:
步骤1,将含锌固废、含碳原料、脱硫剂及粘结剂进行配料、混匀,成型成球团,对球团进行干燥,输送到连续密闭还原气氛钢带加热炉的的布料设备;
步骤2,将干燥的含锌球团放在连续密闭还原气氛钢带加热炉内加热还原,产生煤气、锌蒸汽混合气体以及金属化球团;
步骤3,炉内产生的锌蒸汽和煤气进入多级转子锌雨冷凝器,将锌蒸汽变成液态金属锌形态回收;
步骤4,锌分离后的煤气经过进一步净化,可作为密闭还原气氛加热炉的热源,也可输出作为其他燃料或其他用途;
步骤5,还原得到的热态金属化球团进入水套冷却段冷却出炉。
本发明所提出含锌球团连续制备金属锌锭和金属铁的方法改变了回转窑还原、回转窑还原制备次氧化锌工艺方法。现有的回转窑或转底炉炉内气氛属于弱氧化性气氛,还原产生的金属锌蒸汽被气氛中的氧气氧化重新变成了氧化锌形态。本方法采用密闭还原气氛加热炉,炉内气氛为还原性气氛,不仅保护了还原得到的金属铁不被重新发生氧化,还原产生的锌蒸汽随着还原气流离开还原炉,因此含锌还原气流经过高温除尘后,通过液化方式回收金属锌。
具体的,在连续还原炉内加热会产生CO煤气及锌蒸汽,因此需要对反应原料进行成型处理,以减少粉尘被CO煤气及锌蒸汽夹带。因此本方法,首先对原料进行成型,将所需的几种原料按照一定比例混匀成型,此时球团含有一定水,直接进入还原炉,水气化容易使部分球团爆裂,因此,成型后还需要进一步干燥,将水含量降至1%以下。
具体的,本发明需要使用的主要设备为连续密闭还原气氛钢带加热炉。本装置采用连续化钢带加热炉,可实现上、下协同加热,提高冶炼效率。球团通过布料器铺到钢带上,钢带再以一定速度在还原加热炉炉内移动,实现球团预热、加热、反应产生煤气、锌蒸汽混合气体,混合气体在气压作用下进入后序的锌雨器,还原的金属化球团则在钢带上连续进入冷却水套降温,为了实现还原炉的密闭地防止空气进入还原炉内,使还原得到的锌蒸汽不被二次氧化成氧化锌,本发明在钢带进入、离开冷却水套区域设置氮气密封装置。
具体的,为了更好地将锌蒸汽在锌雨器内回收,要求离开还原加热炉的煤气及锌蒸汽混合煤气温度不能低于1100℃,根据钢带的使用温度,还原炉内的温度上下设定为1250℃。锌蒸汽则在锌雨器内通过转子的旋转,用溅起的液态锌捕集混合煤气中的锌蒸汽。
具体的,经过锌雨器后,煤气中主要成分是CO,并含量少量的粉尘,需要进一步进化将粉尘脱除,回收后的煤气可以用于加热。
具体的,本发明含锌固废包括电弧炉含锌粉尘、中频炉粉尘、高炉含锌粉尘、转炉尘泥等,另外,本方法锌雨器回收过程产生少量含锌物料,需要回收利用。现有回转窑或转底炉工艺回收的次氧化锌也可作为本发明的锌原料。
具体的,使用的含碳原料为挥发分低的碳质材料,如焦粉(末)、无烟煤、生物炭等。
具体的,球团配料时可加入脱硫剂,为粉状石灰石、生石灰、氢氧化钙、白云石、白云石煅烧后的锻白等一种粉料或两种及以上的混合粉料;粘结剂包括有机粘结剂、无机粘结剂或其混合组成的粘结剂。
具体的,本含锌球团有着严格的成分配比和粒度要求。在还原气氛下和1100-1250℃还原,碳还原氧化锌或氧化铁产生CO气体,产生的CO2浓度很低,再考虑原料中还含有少量的氧化铅,球团内碳氧摩尔比(球团中固定碳与氧化锌、氧化铁中氧的摩尔比)为1~1.2:1可保证球团中氧化锌、氧化铁的还原。为了适宜反应动力学和铺料,球团粒度为20~50mm。
具体的,脱硫剂是将含锌固废中的S以及碳质还原中的S固定成硫化钙的形式,最终煤气无需再进行脱硫。研究表明,本发明工况条件下,脱硫剂加入量小于含锌固废质量的5%,如果选用低硫煤和低硫含锌固废,则可不加脱硫剂。
具体的,成型需要配加粘结剂,粘结剂加入量为含锌固废质量的2~5%。
理论上,任意含锌的固废都可以采用本方法,但是考虑到工艺的回收锌顺畅和整体经济性,本发明成型干燥后的球团内锌质量含量不低于10%。
具体的,为了适应锌雨器回收液态锌的效率和安全性,连续密闭还原气氛钢带加热炉内压力50Pa-200Pa(表压)。
具体的,在连续密闭式还原炉参数上述参数下,研究表明,其他优化的冶炼参数:球团在炉内预热段及加热段停留时间30min~60min,铺料厚度20mm~50mm,还原得到金属化率大于85%的金属化球团,氧化锌产生锌蒸汽的转化率大于98%。具体的,密闭还原气氛加热炉可采用燃气加热,也可采用电加热。对于燃气加热,采用热辐射燃气加热形式,辐射管材质为碳化硅,热炉煤气可为还原炉产生的净化煤气、天然气、液化气、焦炉煤气、煤气发生炉煤气或新再生能源等。对于电加热,采用碳化硅或石墨加热棒,避免锌蒸汽对金属的腐蚀。
具体的,所用钢带为耐高温钢带,如316、310S、MA253等,并在钢带表面涂或熏一层碳质保护材料。
具体的,锌回收系统,包括3-4级石墨转子,液态锌金属的温度控制在600℃~800℃,得到的液态锌品质为98%~99%,定时排出锌雨器浇注成锌锭或进入下一个环节进一步精炼成4N锌。
具体的,将锌分离后的煤气进一步经过粗除尘、布袋除尘后返回加热炉作为能源使用或用于其他设备。
具体的,冷却后的金属化球团可作为钢铁厂原料;或进一步将冷却后的金属化球团破碎和球磨到平均粒度细于100目,通过磁选除去金属铁中的杂质,铁粉脱水、干燥,将磁选后的铁粉脱水,然后在间接干燥设备中干燥,使铁粉中水分的质量分数低于2%。
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐述本发明的原理,并非用于限制本发明的范围。
实施例1
本发明的一个具体实施例,公开了一种含锌球团连续制备金属锌锭和金属铁的方法。
采用中频炉含锌粉尘,主要成分见表1,碳质还原剂用焦粉,主要成分见表2,脱硫剂为消石灰粉,成分见表3,粘结剂用有机粘结剂。工艺流程如图1所示。
表1中频炉含锌粉尘主要元素/wt%
| Zn |
Pb |
Fe |
Cl |
S |
| 50.5 |
0.6 |
18.5 |
0.4 |
0.5 |
表2焦粉成分/wt%
| 挥发份 |
灰份 |
固定碳 |
S |
| 2.3 |
9.3 |
85.5 |
0.5 |
表3消石灰粉成分/wt%
| Ca(OH)2 |
SiO2 |
P2O5 |
S |
| 95.3 |
1.8 |
0.02 |
0.01 |
混料机用连续式混碾机压球机,采用高压压球机压球,球形为枕头型,长边50mm,厚度20mm。干燥机为多层网带干燥机,热源使用连续化密闭钢带还原加热炉产生的废热烟气。成套设备球团产生量为5吨干球团/小时。
连续化密闭钢带还原加热炉,采用碳化硅热辐射管加热,燃气为天然气。加热段长45m,最高温度1250℃,加热段后端为3m的缓冷段,最后为30m长的冷却水套。钢带用316,钢带表层熏炭黑。钢带进、出钢带还原加热炉采用氮封。
步骤1,将含锌固废、含碳原料、脱硫剂及粘结剂进行配料、混匀,成型成球团,对球团进行干燥,输送到连续密闭还原气氛钢带加热炉的的布料设备;球团内锌质量浓度大于35%,球团内碳氧摩尔比(球团中固定碳与氧化锌、氧化铁中氧的摩尔比)为1.1:1,脱硫剂加入量为含锌固废质量的3%,粘结剂加入量为含锌固废质量的4%,;干燥后的球团物理水含量为0.5%。
步骤2,将干燥的含锌球团放在连续密闭还原气氛钢带加热炉内加热还原,产生煤气、锌蒸汽混合气体以及金属化球团;钢带加热炉内表显压力在50Pa-200Pa波动;加热最高温度1200℃,物料在炉内预热段及加热段停留时间45min,铺料厚度20mm~50mm。
步骤3,炉内产生的锌蒸汽和煤气进入3级石墨转子锌雨冷凝器将锌蒸汽变成液态金属锌形态回收,液态锌金属的温度控制在600℃~800℃,定时排出锌雨器浇注成锌锭。
步骤4,锌分离后的煤气经过重力沉降、U型管及布袋除尘结合的净化设备,煤气粉尘浓度低于10mg/Nm3,该燃气作为其他加热设备的热源。
步骤5,还原得到的热态金属化球团进入水套冷却段冷却出炉,进一步将冷却后的金属化球团破碎和球磨到平均粒度细于100目,通过磁选除去金属铁中的杂质,铁粉脱水、干燥,将磁选后的铁粉脱水,然后在间接干燥设备中干燥,使铁粉中水分的质量分数低于2%。
粗锌品质达到98.5%,锌综合回收率达到98%,铁粉的金属化率大于85%,铁的收得率达到99%。
实施例2
本发明的一个具体实施例,公开了一种含锌球团连续制备金属锌锭和金属铁的方法。
采用电弧炉含锌粉尘,主要成分见表4,碳质还原剂用无烟煤粉,主要成分见表5,脱硫剂为生石灰粉,成分见表6,粘结剂用有机、无机混合粘结剂。工艺流程如图2所示。
表4电弧炉含锌粉尘主要元素/wt%
| Zn |
Pb |
Fe |
Cl |
S |
| 20.6 |
0.3 |
45.5 |
0.4 |
0.4 |
表5无烟煤粉成分/wt%
| 挥发份 |
灰份 |
固定碳 |
S |
| 7.4 |
12.3 |
78.5 |
0.6 |
表6生石灰粉成分/wt%
| CaO |
SiO2 |
P2O5 |
S |
| 87.3 |
2.5 |
0.015 |
0.02 |
混料机用连续式混碾机压球机,采用高压压球机压球,球形为枕头型,长边50mm,厚度20mm。干燥机为链篦干燥机,热源使用连续化密闭钢带还原加热炉产生的废热烟气。成套设备球团产生量为3吨干球团/小时。
连续化密闭钢带还原加热炉,采用碳化硅热辐射管加热,燃气为石油液化气。加热段长30m,最高温度1250℃,加热段后端为2m的缓冷段,最后为20m长的冷却水套。钢带用316,钢带表层涂炭黑。钢带进、出钢带还原加热炉采用氮封。步骤1,将含锌固废、含碳原料、脱硫剂及粘结剂进行配料、混匀,成型成球团,对球团进行干燥,输送到连续密闭还原气氛钢带加热炉的的布料设备;球团内锌质量含量大于15%,球团内碳氧摩尔比(球团中固定碳与氧化锌、氧化铁中氧的摩尔比)为1.2:1,脱硫剂加入量为含锌固废质量的4%,粘结剂加入量为含锌固废质量的3.5%,;干燥后的球团物理水含量为0.3%。
步骤2,将干燥的含锌球团放在连续密闭还原气氛钢带加热炉内加热还原,产生煤气、锌蒸汽混合气体以及金属化球团;钢带加热炉内表显压力在50Pa-200Pa波动;加热最高温度1150℃,物料在炉内预热段及加热段停留时间60min,铺料厚度20mm~50mm。
步骤3,炉内产生的锌蒸汽和煤气进入4级石墨转子锌雨冷凝器将锌蒸汽变成液态金属锌形态回收,液态锌金属的温度控制在600℃~800℃,定时排出锌雨器,再经过锌精馏炉冶炼得到4N锌锭。
步骤4,锌分离后的煤气经过重力沉降、U型管及布袋除尘结合的净化设备,煤气粉尘浓度低于10mg/Nm3,该燃气作为锌精馏炉的热源。
步骤5,还原得到的热态金属化球团进入水套冷却段冷却出炉,冷却后的金属化球团在钢厂作为转炉或电炉的冷却剂。
锌品质达到4N%,锌综合回收率达到98%,金属化球团的金属化率大于85%,铁的收得率达到99.5%。
实施例3
本发明的一个具体实施例,公开了一种含锌球团连续制备金属锌锭和金属铁的方法。
采用高炉粉尘和外购的次氧化锌为本发明的含锌固废,它们经过水洗或火法脱氯后的主要成分见表7和表8,碳质还原剂用生物炭粉,主要成分见表9,脱硫剂为消石灰粉,成分见表3,粘结剂用有机粘结剂。工艺流程如图3所示。
表7高炉含锌粉尘主要成分/wt%
| Zn |
Pb |
Fe |
C |
Cl |
S |
| 5.6 |
0.2 |
35.5 |
32.5 |
0.4 |
0.5 |
表8次氧化锌主要成分/wt%
| Zn |
Cl |
Pb |
S |
| 56.3 |
0.3 |
0.05 |
0.7 |
表9生物炭粉主要成分/wt%
| 挥发份 |
灰份 |
固定碳 |
S |
| 5.2 |
8.8 |
84.2 |
0.4 |
混料机用连续式混碾机压球机,采用高压压球机压球,球形为枕头型,长边50mm,厚度20mm。干燥机为网带干燥机,热源使用连续化密闭钢带还原加热炉产生经过净化的煤气。成套设备球团产生量为2吨干球团/小时。
连续化密闭钢带还原加热炉,采用碳化硅加热棒加热,加热段长15m,最高温度1200℃,加热段后端为1m的缓冷段,最后为10m长的冷却水套。钢带用MA253,钢带表层熏炭黑。钢带进、出钢带还原加热炉采用氮封。
步骤1,将含锌固废、含碳原料、脱硫剂及粘结剂进行配料、混匀,成型成球团,对球团进行干燥,输送到连续密闭还原气氛钢带加热炉的布料设备;球团内锌质量含量大于20%,球团内碳氧摩尔比(球团中固定碳与氧化锌、氧化铁中氧的摩尔比)为1.1:1,脱硫剂加入量为含锌固废质量的3%,粘结剂加入量为含锌固废质量的4%,;干燥后的球团物理水含量为0.4%。
步骤2,将干燥的含锌球团放在连续密闭还原气氛钢带加热炉内加热还原,产生煤气、锌蒸汽混合气体以及金属化球团;钢带加热炉内表显压力在50Pa-200Pa波动;加热最高温度1180℃,物料在炉内预热段及加热段停留时间50min,铺料厚度20mm~50mm。
步骤3,炉内产生的锌蒸汽和煤气进入3级石墨转子锌雨冷凝器将锌蒸汽变成液态金属锌形态回收,液态锌金属的温度控制在600℃~800℃,定时排出再经过锌精馏炉冶炼得到4N锌锭。
步骤4,锌分离后的煤气经过重力沉降、U型管及布袋除尘结合的净化设备,煤气粉尘浓度低于10mg/Nm3,该燃气作为锌精馏炉的热源。
步骤5,还原得到的热态金属化球团进入水套冷却段冷却出炉,进一步将冷却后的金属化球团破碎和球磨到平均粒度细于100目,通过磁选除去金属铁中的杂质,铁粉脱水、干燥,将磁选后的铁粉脱水,然后在间接干燥设备中干燥,使铁粉中水分的质量分数低于2%。。
锌品质达到99.99%,锌综合回收率达到98%,金属铁粉的金属化率大于85%,铁的收得率达到99%。
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,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。