CN101705325A - 利用冶金废料生产海绵铁同时回收有色金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种利用冶金废料生产海绵铁同时回收有色金属的方法，它是以氧化铁皮和炼钢除尘污泥和/或轧钢除尘污泥和/或铁精矿粉为原料，以高炉除尘灰，或者另加煤粉和/或焦粉为还原剂，另加以球团矿用粘接剂，混匀后制成生球，然后送进海绵铁生产设备中按海绵铁的生产工艺进行生产，直接还原得到海绵铁，并在海绵铁生产的过程中，同时用布袋集尘方式收集生产过程中产生的含有氧化锌及其它有色金属，从收集得到的烟尘中分离回收获得氧化锌。本发明一方面可以降低海绵铁的生产成本，另一方面又能达到对冶金废料的充分有效利用，并有效回收氧化锌等有色金属。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金和粉末冶金领域。
背景技术
海绵铁也叫直接还原铁，它既可作为冶炼优质钢材的原料；也可作为粉末冶金的原料。
目前，国外直接还原铁厂大多数采用氧化球团矿为炉料生产直接还原铁，其氧化球团矿又均以铁精矿粉为原料。这种方式得到的还原铁杂质含量高，脱磷困难，产品品位较低，原料成本较高。
氧化铁皮是一种冶金废料，其是在钢材锻造和热轧热加工时，由于钢铁和空气中氧的反应而形成的，其含有丰富的铁，若不有效处理，会造成很大的资源浪费。目前在冶金行业，普遍将氧化铁皮做为烧结原料来利用，已形成大规模工业生产。
炼钢除尘污泥是在转炉炼钢过程中用湿法除尘方式收集的炼钢粉尘。其含有20％以上的金属铁。轧钢除尘污泥是在轧钢生产过程中用湿法除尘方式收集的轧钢粉尘，其含有20％以上的金属铁。高炉除尘灰是高炉炼铁过程中，用干法、湿法除尘方式收集的高炉粉尘，其含有40％以上的碳。为了有效利用资源，目前冶金行业中通常将上述冶金废料用做为烧结原料，已形成大规模工业生产。
以上对氧化铁皮、炼钢除尘污泥、轧钢除尘污泥、高炉除尘灰的利用产生的附加值不高，还存在未能物尽其用的不足。如将高炉除尘灰做为烧结原料利用，其就有40％左右的高含碳的优势没有被充分利用。
而如果对这些资源合理利用，可以降低生产成本，同时可以起到环保节能作用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提出一种利用冶金废料生产海绵铁同时回收有色金属的方法，一方面降低海绵铁的生产成本，另一方面又达到对冶金废料的充分有效利用。
为了实现上述目的，本发明提出以下技术方案：
利用冶金废料生产海绵铁同时回收有色金属的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)以氧化铁皮和炼钢除尘污泥和/或轧钢除尘污泥和/或铁精矿粉为原料，以高炉除尘灰，或者另加煤粉和/或焦粉为还原剂，另加以球团矿用粘接剂，用强力搅拌器或轮碾机混匀后，进入圆盘造球机或压力制球机制成生球；
所述原料、还原剂、粘接剂的重量比例为40-60％：38-58％：1-2％，制得的生球直径5-30mm。
以上制作生球的具体过程为：在三个料仓中分别装上原料、粘接剂和粘接剂，用圆盘给料机控制给料速度，按设计量匀速布料在皮带机上.用皮带机将原料送入强力搅拌机搅拌，再经皮带机送给压力造球机造球.球核成型后，经皮带机、振动筛后进入下一道工序(自然干或烘干)；振动筛下的细料返回、经破碎机后返回强力搅拌机搅拌.
(2)将生球采用堆放自然干的方式放干(3-6)天，或采用低温烘干50-250℃(1-3)小时；
(3)将自然干或烘干的生球送进海绵铁生产设备中按海绵铁的生产工艺进行生产，燃料采用煤气或煤粉或液化气，直接还原得到海绵铁。海绵铁生产设备可采用气基-竖炉、煤基-回转窑或气基-隧道窑。
将生球在直接还原铁回转窑等海绵铁生产设备中，采用现有的还原铁生产工艺，即对用复合粘结剂制备的球团矿低温干燥(150-250℃)固结后即替代传统的高温氧化焙烧球团，经一步高温还原(1050-1100℃)就可得到直接还原铁，该生产工艺流程短、投资省、能耗少、成本低。
本方法的还原机理：
还原剂为气态的CO或H2、产物为CO2或H2O的还原反应称为间接还原反应。还原剂为固态碳，产物为CO称为直接还原反应。
铁氧化物的间接还原反应：
3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO＝3FeO+CO2
FeO+CO＝Fe+CO2
铁氧化物的直接还原反应：
3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO
Fe3O4+C＝3FeO+CO
FeO+C＝Fe+CO
直接还原主要是指直接消耗固体碳。它的另一特点是强烈吸热，热效应高达2717KJ/kgFe。直接还原时消耗的还原碳量恒等于0.214kgC/kgFe。但反应所需的热量要由碳素的燃烧来提供。已知焦炭中碳与O2在0℃条件下燃烧生成CO的热效应为9800KJ/kgC，则供应2717kJ热量的耗碳量为0.277kgC/kgFe。则每直接还原1kgFe共耗碳0.214+0.277＝0.491(kg)。而间接还原的耗碳量为0.7135kgC/kgFe，实践证明直接还原与间接还原之间有一个最佳比例为直接还原度rd＝0.76、间接还原度ri＝0.24。
在直接还原法中，铁氧化物的还原是在固体状态下完成而不产生熔化的状态，其最高温度是在熔化温度，甚至在烧结温度之下，所以，反应速度是较慢的。
还原工艺参数：还原温度1025-1050℃；还原时间大于80分钟；碳铁比0.45(包括还原和加热)。
(4)在海绵铁生产的过程中，同时用布袋集尘方式收集生产过程中产生的含有氧化锌及其它有色金属(如铟、铅)，从收集得到的烟尘中分离回收获得氧化锌。
在海绵铁生产线上，都安装有除尘器。由于本方法中使用的还原剂高炉除尘灰中含有5-13％的氧化锌及其它有色金属，锌的熔点419.5℃、沸点907℃；在还原温度1025-1050℃的海绵铁生产线上，锌会以单质锌的形式进入烟气中，当烟气温度下降至200-419.5℃范围内时，又被氧化成氧化锌，同时由于共生的原因，还有铟、铅等有价元素混合在氧化锌中。因此通过在生产线上同时收集含有这些金属的灰尘，再将其作为冶炼金属锌的原料，可以有效回收金属锌，同时在冶炼金属锌时，可有效分离出铟、铅等有价金属。
本方法中，对原料有如下要求：所述氧化铁皮铁的铁品位TFe68-72％，粒度-200目≥60％。所述炼钢除尘污泥的铁品位TFe55-65％，粒度-200目≥60％，所述轧钢除尘污泥的铁品位TFe60-70％，粒度-200目≥60％，所述高炉除尘灰含碳36-40％，含铁35-45％，粒度-200目≥60％。
对原料水分的要求：要求原料水分≤5％；达不到要求的必须经过烘干，使其达到水分≤5％。
对原料有害杂质的要求：S≤0.3；P≤0.03-0.12；Pb≤0.1；Zn0.1-0.2；As≤0.07；Cu≤0.02；钠、钾越少越好。
对原料脉石成分的要求：脉石包括SiO2、Al2O3、CaO及MgO等，在高炉条件下，这些氧化物不能或很难被还原为金属，最终以炉渣的形式与铁分离。前两项低些好，后前两项高些好。
对配煤的要求：固定碳高、灰分低、硫分磷分低、水分在6-7％。
综上所述，本发明以冶金企业的含铁废料作为原料和还原剂，并且利用现行的直接还原铁生产设施进行海绵铁生产，同时回收氧化锌及其它有色金属，具有如下明显的优点：
(1)大幅降低海绵铁生产成本。铁精矿粉1100-1200元/吨，而氧化铁皮只有600-700元/吨，炼钢除尘污泥、轧钢除尘污泥等冶金废料仅有200元/吨，可见，采用氧化铁皮、炼钢除尘污泥、轧钢除尘污泥等位原料，海绵铁的生产成本就可以得到降低。
(2)数倍提高冶金废料附加值；高炉除尘灰50元/吨；其中含铁35-45％，含碳30-40％；3吨高炉除尘灰可选1吨焦粉，价值900-1000元/吨；剩余的含铁品位上升到60％以上，价值600-700元/吨；
(3)同时回收其它有价元素，使有限的资源得到了充分循环再生利用。高炉除尘灰里面含有锌6-13％；锌的沸点为907℃，在海绵铁生产炉中1100-1200℃的温度下，锌全部以单质锌的形式沸腾进入烟道灰中，在到达布袋集成器时，温度下降至200℃左右，锌被氧化为氧化锌被收集；由于铟、铅为锌的伴生物，它们与氧化锌一起被收集；可在锌的深加工时被分离；
采用本发明方法生产的海绵铁，铁品位可达TFe86-98％，得到的氧化锌的品位Zn40-80％。
具体实施方式
实施例1：
实验室试验例：混合料总重量1公斤，其中原料采用氧化铁皮60％，含铁品位70％；还原剂采用高炉除尘灰48％，含铁品位40％，含碳38％；粘结剂为腐植酸2％。
在三个料仓中分别装入氧化铁皮、高炉除尘灰、腐植酸，用圆盘给料机控制给料速度，按设计量匀速布料在皮带机上。皮带机将原料送入强力搅拌机搅拌，再经皮带机送给压力造球机造球。球核成型后，经皮带机、振动筛后，得到直径10mm的生球。另外振动筛下的细料返回，经破碎机后返回强力搅拌机搅拌可以重新被利用。
在试验炉内进行焙烧试验；试验用液化气作燃料，生球置于炉内；升温至200℃，保温1小时，烘干水分；然后缓慢升温1小时到1050℃；恒温90分钟；再缓慢降温150分钟；取出粗产品经冷却后，进行多级破碎、筛分、磁选，经检测：TFe为93.2％，达到技术要求.
在海绵铁生产的过程中，同时用布袋集尘方式收集生产过程中产生的含有氧化锌及其它有色金属的，从收集得到的烟尘中直接分离回收获得氧化锌。
实施例2：气基-竖炉
混合料重量20吨，其中氧化铁皮30％，含铁品位70％；炼钢除尘污泥30％，含铁品位60％，还原剂高炉除尘灰38％，含铁品位35％，含碳36％，粘结剂为复合粘接剂GY-3-8型(开封煤炭研究所研制并销售)2％。
制球过程：压力成球(直径25mm)
在四个料仓中分别装入氧化铁皮、炼钢除尘污泥、高炉除尘灰、复合粘接剂GY-3-8型，用圆盘给料机控制给料速度，按设计量匀速布料在皮带机上。皮带机将原料送入强力搅拌机搅拌，再经皮带机送给压力造球机造球。球核成型后，经皮带机、振动筛后，得到直径25mm的生球。另外振动筛下的细料返回，经破碎机后返回强力搅拌机搅拌可以重新被利用。
焙烧：采用气基-竖炉为生产设备，用煤气作燃料，将生球送入竖炉进行焙烧：将生球通过布料机均匀的布料到竖炉顶部的烘干床上，用570℃的热风加热，使生球在烘干床上被逐渐烘干、预热，生球在炉中缓慢下降，并逐渐升温，耗时1小时左右；再将生球在导风墙均热段的焙烧带被加热到1050℃，耗时1.5小时左右，逐渐进入冷却区，被两次风冷后缓慢出炉，出炉时的温度为200℃左右，全程共耗时6小时左右。
取出粗产品经冷却后，进行多级破碎、筛分、磁选，对产品进行检测；TFe为90.6％，达到技术要求。
在海绵铁生产的过程中，同时用布袋集尘方式收集生产过程中产生的含有氧化锌及其它有色金属的，从收集得到的烟尘中直接分离回收获得氧化锌，氧化锌Zn品位56％。
实施例3：煤基-回转窑
混合料总量50吨，其中氧化铁皮40％，含铁品位71.3％；还原剂高炉除尘灰58％，含铁品位45％，含碳38％，粘结剂复合粘结剂GY-3-8型(开封煤炭研究所研制并销售)2％。
制球过程：
在三个料仓中分别装入氧化铁皮、高炉除尘灰、复合粘结剂GY-3-8，用圆盘给料机控制给料速度，按设计量匀速布料在皮带机上。皮带机将原料送入强力搅拌机搅拌，再经皮带机送给压力造球机造球。球核成型后，经皮带机、振动筛后，得到直径25mm的生球，堆放3天自然干。另外振动筛下的细料返回，经破碎机后返回强力搅拌机搅拌可以重新被利用。
焙烧：采用回转窑，加入燃料煤粉10吨，将生球送入回转窑内进行焙烧；经过回转窑5-6小时、900-1100℃的烧制，取出粗产品经冷却后，进行多级破碎、筛分、磁选，对产品进行检测；TFe为95.1％，达到技术要求。
在海绵铁生产的过程中，同时用布袋集尘方式收集生产过程中产生的含有氧化锌及其它有色金属的，从收集得到的烟尘中直接分离回收获得氧化锌，氧化锌Zn品位63％。
实施例4：气基-竖炉
混合料总量25吨，其中氧化铁皮30％，轧钢除尘污泥20％，含铁品位65％，还原剂高炉除尘灰38％，含铁品位38％，含碳39％，另加煤粉10％也作为还原剂，粘结剂采用复合粘接剂GY-3-8型2％。
制球过程：在五个料仓中分别装入氧化铁皮、轧钢除尘污泥、高炉除尘灰、煤粉、复合粘接剂GY-3-8型，用圆盘给料机控制给料速度，按设计量匀速布料在皮带机上。皮带机将原料送入强力搅拌机搅拌，再经皮带机送给压力造球机造球。球核成型后，经皮带机、振动筛后，得到直径25mm的生球，堆放3天自然干。另外振动筛下的细料返回，经破碎机后返回强力搅拌机搅拌可以重新被利用。
焙烧：采用球团竖炉，用煤气作燃料，将生球通过布料机均匀布料到竖炉顶部的烘干床上，被570℃的热风加热。生球在烘干床上被逐渐烘干、预热，生球在炉内缓慢下降，逐渐升温，耗时1小时左右；在导风墙均热段的焙烧带被加热到1050℃，耗时1.5小时左右，逐渐进入冷却区，被两次风冷后缓慢出炉，出炉时的温度为200℃左右，全程共耗时6小时左右。取出粗产品经冷却后，进行多级破碎、筛分、磁选，对产品进行检测；TFe为95.6％达到技术要求。
在海绵铁生产的过程中，同时用布袋集尘方式收集生产过程中产生的含有氧化锌及其它有色金属的，从收集得到的烟尘中直接分离回收获得氧化锌，氧化锌Zn品位59％。
实施例5：气基-竖炉
混合料重量20吨，其中氧化铁皮60％，含铁品位70％，还原剂高炉除尘灰26％，含铁品位45％，含碳40％，另加煤粉12％也作为还原剂，粘结剂为复合粘接剂GY-3-8型2％。
压力成球：在四个料仓中分别装入氧化铁皮、高炉除尘灰、煤粉、复合粘接剂GY-3-8型，用圆盘给料机控制给料速度，按设计量匀速布料在皮带机上。皮带机将原料送入强力搅拌机搅拌，再经皮带机送给压力造球机造球。球核成型后，经皮带机、振动筛后，得到直径25mm的生球，堆放3天自然干。另外振动筛下的细料返回，经破碎机后返回强力搅拌机搅拌可以重新被利用。
焙烧：采用球团竖炉，用煤气作燃料，将生球通过布料机均匀布料到竖炉顶部的烘干床上，被570℃的热风加热。生球在烘干床上被逐渐烘干、预热，生球在炉内缓慢下降，逐渐升温，耗时1小时左右；在导风墙均热段的焙烧带被加热到1050℃，耗时1.5小时左右，逐渐进入冷却区，被两次风冷后缓慢出炉，出炉时的温度为200℃左右，全程共耗时6小时左右。取出粗产品经冷却后，进行多级破碎、筛分、磁选，对产品进行检测；TFe为96.8％，达到技术要求。
在海绵铁生产的过程中，同时用布袋集尘方式收集生产过程中产生的含有氧化锌及其它有色金属的，从收集得到的烟尘中直接分离回收获得氧化锌，氧化锌Zn品位61％。
实施例6：煤基-回转窑
混合料重量50吨，其中氧化铁皮30％，含铁品位71.6％，轧钢除尘污泥30％，含铁品位67％，还原剂高炉除尘灰38％，含铁品位45％，含碳38％，粘结剂为复合粘结剂CF(中南大学研制并生产)，用量2％。
压力成球：在四个料仓中分别装入氧化铁皮、轧钢除尘污泥、高炉除尘灰、复合粘接剂CF，用圆盘给料机控制给料速度，按设计量匀速布料在皮带机上。皮带机将原料送入强力搅拌机搅拌，再经皮带机送给压力造球机造球。球核成型后，经皮带机、振动筛后，得到直径25mm的生球，堆放3天自然干。另外振动筛下的细料返回，经破碎机后返回强力搅拌机搅拌可以重新被利用。
焙烧：采用回转窑，加人燃料煤粉14吨，将生球送入回转窑内进行焙烧；经过回转窑5-6小时、900-1100℃的烧制，取出粗产品经冷却后，进行多级破碎、筛分、磁选，对产品进行检测；TFe为96.6％，达到技术要求.
在海绵铁生产的过程中，同时用布袋集尘方式收集生产过程中产生的含有氧化锌及其它有色金属的，从收集得到的烟尘中直接分离回收获得氧化锌，氧化锌Zn品位54％。
实施例7：煤基-回转窑
混合料重量50吨，其中氧化铁皮40％，含铁品位72.3％；炼钢除尘污泥15％，含铁品位63％；还原剂高炉除尘灰28％，含铁品位45％，含碳40％；另加煤粉15％也作为还原剂；粘结剂为复合粘结剂NB-1((中南大学研制并生产)，用量2％。
压力成球：在五个料仓中分别装入氧化铁皮、炼钢除尘污泥、高炉除尘灰、煤粉、复合粘接剂NB-1，用圆盘给料机控制给料速度，按设计量匀速布料在皮带机上。皮带机将原料送入强力搅拌机搅拌，再经皮带机送给压力造球机造球。球核成型后，经皮带机、振动筛后，得到直径25mm的生球，堆放3天自然干。另外振动筛下的细料返回，经破碎机后返回强力搅拌机搅拌可以重新被利用。
焙烧：采用回转窑，加人燃料煤粉10吨，将生球送入回转窑内进行焙烧；经过回转窑5-6小时、900-1100℃的烧制，取出粗产品经冷却后，进行多级破碎、筛分、磁选，对产品进行检测；TFe为97.1％，达到技术要求。
在海绵铁生产的过程中，同时用布袋集尘方式收集生产过程中产生的含有氧化锌及其它有色金属的，从收集得到的烟尘中直接分离回收获得氧化锌，氧化锌Zn品位53％。
Claims (5)
1.利用冶金废料生产海绵铁同时回收有色金属的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)以氧化铁皮和炼钢除尘污泥和/或轧钢除尘污泥和/或铁精矿粉为原料，以高炉除尘灰，或者另加煤粉和/或焦粉为还原剂，另加以球团矿用粘接剂，混匀后，进入圆盘造球机或压力制球机制成生球；
所述原料、还原剂、粘接剂的重量比例为40-60％∶38-58％∶1-2％，制得的小球直径5-30mm；
(2)将生球自然干或烘干；
(3)将自然干或烘干的生球送进海绵铁生产设备中按海绵铁的生产工艺进行生产，燃料采用煤气或煤粉或液化气，直接还原得到海绵铁；
(4)在海绵铁生产的过程中，同时用布袋集尘方式收集生产过程中产生的含有氧化锌及其它有色金属，从收集得到的烟尘中分离回收获得氧化锌。
2.根据权利要求1所述的利用冶金废料生产海绵铁同时回收有色金属的工艺方法，其特征在于：所述海绵铁生产设备为气基-竖炉、煤基-回转窑或气基-隧道窑。
3.根据权利要求1或2所述的利用冶金废料生产海绵铁同时回收有色金属的方法，其特征在于：所述粘接剂采用球团矿用复合粘接剂或腐植酸。
4.根据权利要求3所述的利用冶金废料生产海绵铁同时回收有色金属的方法，其特征在于：所述复合粘接剂选用GY-3-8、CF或NB-1。
5.根据权利要求1或2所述的利用冶金废料生产海绵铁同时回收有色金属的方法，其特征在于：所述氧化铁皮铁的铁品位TFe68-72％，粒度-200目≥60％。
所述炼钢除尘污泥的铁品位TFe55-65％，粒度-200目≥60％；
所述轧钢除尘污泥的铁品位TFe60-70％、粒度-200目≥60％；
所述高炉除尘灰含碳36-40％，含铁35-45％，粒度-200目≥60％。
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