CN116814952B

CN116814952B - 一种电炉冶炼固废协同处理的方法

Info

Publication number: CN116814952B
Application number: CN202310763997.5A
Authority: CN
Inventors: 古明远; 尹尤豪; 郭俊祥; 杨志强; 赛音巴特尔; 王金花; 时朝昆
Original assignee: Shougang Group Co Ltd
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2023-06-27
Filing date: 2023-06-27
Publication date: 2025-10-24
Anticipated expiration: 2043-06-27
Also published as: CN116814952A

Abstract

本申请涉及高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种电炉冶炼固废协同处理的方法。所述方法包括：对电炉氧化渣进行预处理，得到电炉氧化渣微粉；对所述电炉氧化渣微粉和电炉除尘灰与水进行第一混合，并控制所述电炉氧化渣微粉和所述电炉除尘灰的配比，后进行静置，得到第一物料；对所述第一物料与低阶煤和废石墨电极进行第二混合，并控制所述第一物料、所述低阶煤以及所述废石墨电极的配比，后进行造球处理，得到内配碳球团；对所述内配碳球团进行还原处理，并控制所述还原处理的工艺参数，得到金属化球团和氧化锌粉；对所述金属化球团进行磨矿磁选，得到金属铁粉和活性尾渣。本申请解决了现有电炉渣Fe回收率以及电炉除尘灰中Zn元素回收率低的的技术问题。

Description

一种电炉冶炼固废协同处理的方法

技术领域

本申请涉及高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种电炉冶炼固废协同处理的方法。

背景技术

电炉冶炼过程中，产生了大量的电炉渣和电炉除尘灰，电炉氧化渣中的铁含量高达30％，据资料介绍，电炉渣产生量为吨钢产量的10～15％，分为氧化渣和还原渣。其中，氧化渣约占电炉渣总量的90％，含有较高的FeO和CaO，TFe含量～30％，CaO含量30～50％。目前，电炉渣处理的主要途径为选铁。通过破碎、磁选和筛分等分选技术，回收其中各粒级的渣钢，一般钢渣破碎的粒度越细，回收率越高，磁选出的渣钢一般含铁在55％以上，其中大部分含铁品位高的渣钢可直接作炼钢、炼铁原料。

目前，通过选矿工艺只能回收渣中少量的渣钢以及部分磁性铁，电炉尾渣中铁含量仍高达25％以上，这部分尾渣大部分直接堆存，很难经济有效的进行处理。另一方面，电炉除尘灰产生量为～20kg/t钢，除含有较高的Fe元素外，还含有5～20％的Zn元素，具有很高的回收利用价值。电炉除尘灰通常采用高温还原挥发方式，存在物料易熔化和粉化的生产问题，进而造成Zn脱除率低、铁金属化率低等问题。因此，目前缺少这两种典型电炉固废还原提铁协同脱锌的方法。

发明内容

本申请提供了一种电炉冶炼固废协同处理的方法，以解决现有现有电炉渣Fe回收率以及电炉除尘灰中Zn元素回收率低的的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种电炉冶炼固废协同处理的方法，所述方法包括：

对电炉氧化渣进行预处理，得到电炉氧化渣微粉；其中，所述电炉氧化渣微粉具有目标比表面积；

对所述电炉氧化渣微粉和电炉除尘灰与水进行第一混合，并控制所述电炉氧化渣微粉和所述电炉除尘灰的配比，后进行静置，得到第一物料；

对所述第一物料与低阶煤和废石墨电极进行第二混合，并控制所述第一物料、所述低阶煤以及所述废石墨电极的配比，后进行造球处理，得到内配碳球团；

对所述内配碳球团进行还原处理，并控制所述还原处理的工艺参数，得到金属化球团和氧化锌粉；

对所述金属化球团进行磨矿磁选，得到金属铁粉和活性尾渣。

可选的，所述目标比表面积为200～600m²/kg。

可选的，所述目标比表面积为400～600m²/kg。

可选的，所述第一物料中的水含量为8～20重量％。

可选的，所述静置的时间为>8h。

可选的，所述第一物料、所述低阶煤以及所述废石墨电极的配比为1：0.05～0.3：0.1～0.3。

可选的，所述所述第一物料、所述低阶煤以及所述废石墨电极的配比为1：0.05～0.1：0.15～0.25。

可选的，所述内配碳球团的直径尺寸为6～12mm。

可选的，所述还原处理的工艺参数包括：还原温度为1150～1350℃。

可选的，所述还原处理的工艺参数包括：还原时间为15～40min。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的该电炉冶炼固废协同处理的方法，将电炉氧化渣和电炉除尘灰进行还原处理，并且根据电炉生产过程中两种固废排放比例进行配料与组分调整，以实现协同消纳。既可以回收电炉氧化渣中的铁，又可附加回收电炉除尘灰中的Zn、Pb、K、Na、Fe元素，增加整体的经济效益，还可以得到活性尾渣用于胶凝材料制备，实现了这两种电炉固废的消纳；将高熔点的电炉氧化渣与电炉除尘灰进行混合配料后，可显著提高球团的熔点，有效缓解了单独还原电炉除尘灰时发生的熔化粘结现象，提高了Zn的挥发率，有利于工业化还原炉的生产运行；采用低阶煤和电炉冶炼的废石墨电极作为还原剂，以废治废，降低还原的成本。在该方法中，球团的金属化率可达到85％以上，Zn的脱除率可达到90％以上。上述磨矿磁选过程中，金属铁粉的铁品位可达到75％以上，活性尾渣中TFe<14％，MFe含量<1.2％，可用作水泥混合材生产固废胶凝材料。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电炉冶炼固废协同处理的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

第一方面，本申请提供了一种电炉冶炼固废协同处理的方法，请参见图1，所述方法包括：

S1、对电炉氧化渣进行预处理，得到电炉氧化渣微粉；其中，所述电炉氧化渣微粉具有目标粒度以及目标比表面积；

在一些实施方式中，所述目标比表面积为200～600m²/kg。

在一些实施方式中，所述目标比表面积为400～600m²/kg。

将电炉氧化渣分级破碎，选出渣钢，选完渣钢后的电炉渣进一步磨细，以便得到电炉氧化渣微粉。电炉氧化渣微粉的比表面积为200～600m^2/kg的积极效果：可以显著提高含铁、锌矿物与活性氧化钙等其它脉石组分的解离，一方面可以促进微细粒氧化铁相的还原，另一方面有利于在低水耗、短时间内实现氧化渣中活性氧化钙的快速消解。若比表面积过小，在一定程度上不利于不利于渣中微细粒氧化铁的还原，也不利于后面的造球的成球率；若比表面积过大，在一定程度上会增加电炉氧化渣的粉磨能耗。具体地，该电炉氧化渣微粉的比表面积可以为200m²/kg、400m²/kg、600m²/kg等，优选地，该比表面积为400～600m²/kg。上述电炉氧化渣微粉中粒度为0.15mm的电炉氧化渣微粉的含量占比大于50％。

S2、对所述电炉氧化渣微粉和电炉除尘灰与水进行第一混合，并控制所述电炉氧化渣微粉和所述电炉除尘灰的配比，后进行静置，得到第一物料；

在一些实施方式中，所述第一物料中的水含量为8～20重量％。

控制第一物料中的水含量为8～20重量％的积极效果：有利于减少球团粉化，提高还原过程的金属化率。若水分过低，在一定程度上会使得物料中活性氧化钙消解不彻底，影响球团的强度；若水分过高，在一定程度上需要增加额外的烘干装置。具体地，该第一物料中的水含量可以为8重量％、12重量％、16重量％、20重量％等。

在一些实施方式中，所述静置的时间为8h。

控制静置的时间为>8h的积极效果：可以使电炉除尘灰和电炉氧化渣微粉中的游离活性氧化钙得到充分消解，避免后续造球过程中游离钙体积膨胀造成球团粉化的效果。若静置时间过短，在一定程度上会降低游离氧化钙的消解程度，造成球团粉化。具体地，该静置时间可以为9h、10h、12h等。

S3、对所述第一物料与低阶煤和废石墨电极进行第二混合，并控制所述第一物料、所述低阶煤以及所述废石墨电极的配比，后进行造球处理，得到内配碳球团；

在一些实施方式中，所述第一物料、所述低阶煤以及所述废石墨电极的配比为1：0.05～0.3：0.1～0.3。

在一些实施方式中，所述所述第一物料、所述低阶煤以及所述废石墨电极的配比为1：0.05～0.1：0.15～0.25。

在圆盘造球机上进行造球处理，控制第一物料、所述低阶煤以及所述废石墨电极的配比为1：0.05～0.3：0.1～0.3的积极效果：可同时起到提高球团的孔隙率、改善透气性以及保证持续的还原性气氛的作用。保证低阶煤的用量，可以显著增加球团内的孔隙率和透气性，改变球团内金属铁颗粒的团聚行为，促进电炉除尘灰中Zn、Pb、K、Na等元素的挥发，若低阶煤的含量过多，在一定程度上会容易造成球团粉化；若低阶煤的含量过低，在一定程度上会起不到促进挥发的作用。若废石墨电极的含量过多，在一定程度上会阻碍还原铁相的聚集，影响磁选铁粉品位；若废石墨电极的含量过低，在一定程度上会造成还原气氛不足。上述低阶煤和废石墨电极的粒度介于0.074mm～0.15mm之间，有利于成球。具体地，该第一物料、低阶煤以及废石墨电极的配比可以为1：0.05：0.1、1：0.1：0.2、1：0.3：0.3等，优选地，该配比为1：0.05～0.1：0.15～0.25。

在一些实施方式中，所述内配碳球团的直径尺寸为6～12mm。

控制内配碳球团的直径尺寸为6～12mm的积极效果：通过制备目标范围的球团粒度，可以控制碳的烧损，使球团内的碳更多地作用于还原反应，为球团提供持续的还原性气氛，提高金属化率和脱锌率。若内配碳球团的直径尺寸过大，在一定程度上会不利于Zn、Pb、K、Na等元素的挥发；若内配碳球团的直径尺寸过小，在一定程度上会造成碳烧损过大，造成还原剂不足，降低还原率。具体地，该内配碳球团的直径范围可以通过筛分控制为6～8mm、8～10mm、10～12mm等。上述内配碳球团中含水率为12～14重量％。

S4、对所述内配碳球团进行还原处理，并控制所述还原处理的工艺参数，得到金属化球团和氧化锌粉；

在一些实施方式中，所述还原处理的工艺参数包括：还原温度为1150～1350℃。

在一些实施方式中，所述还原处理的工艺参数包括：还原时间为15～40min。

控制还原温度为1150～1350℃，和或还原时间为15～40min的积极效果：保证球团充分还原。若该还原温度过高或还原时间过长，在一定程度上会导致球团二次氧化还会增加能耗；若该还原温度过低或还原时间过短，在一定程度上会降低金属化率、磁选铁品位以及Zn的挥发率。具体地，该还原温度可以为1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃等，该还原时间可以为15min、20min、25min、30min、40min等。由此，球团的金属化率可达到85％以上，Zn的脱除率可以达到90％以上。

S5、对所述金属化球团进行磨矿磁选，得到金属铁粉和活性尾渣。

将还原后的金属化球团水淬冷却后破碎，进行磨矿磁选，其中磁选分离的强度为800～2500Oe。磁选后得到金属铁粉和活性尾渣。金属铁粉的铁品位可达到75重量％以上，经过压块后可返回电炉炼钢；活性尾渣中TFe<14％，MFe含量<1.2％，可用作水泥混合材生产固废胶凝材料。

下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

实施例1

将电炉氧化渣破碎，分选出渣钢后磨细至比表面积400m²/kg，将电炉氧化渣微粉与电炉除尘灰按照100：20进行混合，加水至水分15％、静置12h，得到消解后的第一物料，第一物料中Fe₂O₃：36.33％；CaO：28.2％；ZnO：2.1％。然后将第一物料、废石墨电极、低阶煤按照100：15：5进行混合、造球，球团尺寸10～12mm，得到内配碳球团，并将球团烘干至水分小于5％；烘干后的球团在还原炉内进行还原，还原温度为1350℃，还原时间20min，电炉除尘灰中锌、铅、钾、钠化合物通过还原挥发进入气相中，通过布袋除尘收集二次粉尘，脱锌后的球团金属化率为91％，锌脱除率96％。经过一段磁选可得到铁品位78％的金属铁粉。尾矿中TFe为8.8％，MFe含量0.3％，可配入粉煤灰、脱硫石膏、膨润土等硅钙质物料用于生产固废胶凝材料。

实施例2

将电炉氧化渣破碎，分选出渣钢后磨细至比表面积500m²/kg，将电炉氧化渣微粉与电炉除尘灰按照100：30进行混合，加水至水分15％、静置12h，得到消解后的第一物料，第一物料中Fe₂O₃：38.9％；CaO：26.4％；ZnO：2.6％。然后将第一物料、废石墨电极、低阶煤按照100：15：10进行混合、造球，球团尺寸6～8mm，得到内配碳球团，并将球团烘干至水分小于5％；烘干后的球团在还原炉内进行还原，还原温度为1250℃，还原时间25min，电炉除尘灰中锌、铅、钾、钠化合物通过还原挥发进入气相中，通过布袋除尘收集二次粉尘，脱锌后的球团金属化率为87％，锌脱除率97％。经过一段磁选可得到铁品位76.2％的金属铁粉。尾矿中TFe为10.3％，MFe含量0.5％，可配入粉煤灰、脱硫石膏、膨润土等硅钙质物料用于生产固废胶凝材料。

实施例3

将电炉氧化渣破碎，分选出渣钢后磨细至比表面积500m²/kg，将电炉氧化渣微粉与电炉除尘灰按照100：30进行混合，加水至水分15％、静置12h，得到消解后的第一物料，第一物料中Fe₂O₃：38.9％；CaO：26.4％；ZnO：2.6％。然后将第一物料、废石墨电极、低阶煤按照100：10：15进行混合、造球，球团尺寸6～8mm，得到内配碳球团，并将球团烘干至水分小于5％；烘干后的球团在还原炉内进行还原，还原温度为1200℃，还原时间30min，电炉除尘灰中锌、铅、钾、钠化合物通过还原挥发进入气相中，通过布袋除尘收集二次粉尘，脱锌后的球团金属化率为80％，锌脱除率93％。经过一段磁选可得到铁品位75％的金属铁粉。尾矿中TFe为11.5％，MFe含量0.5％，可配入粉煤灰、脱硫石膏、膨润土等硅钙质物料用于生产固废胶凝材料。

实施例4

将电炉氧化渣破碎，分选出渣钢后磨细至比表面积200m²/kg，将电炉氧化渣微粉与电炉除尘灰按照100：30进行混合，加水至水分15％、静置12h，得到消解后的第一物料，第一物料中Fe₂O₃：38.9％；CaO：26.4％；ZnO：2.6％。然后将第一物料、废石墨电极、低阶煤按照100：15：10进行混合、造球，球团尺寸6～8mm，得到内配碳球团，并将球团烘干至水分小于5％；烘干后的球团在还原炉内进行还原，还原温度为1250℃，还原时间25min，电炉除尘灰中锌、铅、钾、钠化合物通过还原挥发进入气相中，通过布袋除尘收集二次粉尘，脱锌后的球团金属化率为72％，锌脱除率89％。经过一段磁选可得到铁品位70.2％的金属铁粉。尾矿中TFe为14％，MFe含量1.2％，可配入粉煤灰、脱硫石膏、膨润土等硅钙质物料用于生产固废胶凝材料。

实施例5

将电炉氧化渣破碎，分选出渣钢后磨细至比表面积300m²/kg，将电炉氧化渣微粉与电炉除尘灰按照100：30进行混合，加水至水分20％、静置9h，得到消解后的第一物料，第一物料中Fe₂O₃：38.9％；CaO：26.4％；ZnO：2.6％。然后将第一物料、废石墨电极、低阶煤按照100：15：10进行混合、造球，球团尺寸10～12mm，得到内配碳球团，并将球团烘干至水分小于5％；烘干后的球团在还原炉内进行还原，还原温度为1350℃，还原时间15min，电炉除尘灰中锌、铅、钾、钠化合物通过还原挥发进入气相中，通过布袋除尘收集二次粉尘，脱锌后的球团金属化率为78％，锌脱除率93％。经过一段磁选可得到铁品位75％的金属铁粉。尾矿中TFe为12.5％，MFe含量0.7％，可配入粉煤灰、脱硫石膏、膨润土等硅钙质物料用于生产固废胶凝材料。

实施例6

将电炉氧化渣破碎，分选出渣钢后磨细至比表面积600m²/kg，将电炉氧化渣微粉与电炉除尘灰按照100：20进行混合，加水至水分15％、静置12h，得到消解后的第一物料，第一物料中Fe₂O₃：36.33％；CaO：28.2％；ZnO：2.1％。然后将第一物料、废石墨电极、低阶煤按照100：20：10进行混合、造球，球团尺寸10～12mm，得到内配碳球团，并将球团烘干至水分小于5％；烘干后的球团在还原炉内进行还原，还原温度为1150℃，还原时间40min，电炉除尘灰中锌、铅、钾、钠化合物通过还原挥发进入气相中，通过布袋除尘收集二次粉尘，脱锌后的球团金属化率为79％，锌脱除率95％。经过一段磁选可得到铁品位73％的金属铁粉。尾矿中TFe为9.8％，MFe含量0.4％，可配入粉煤灰、脱硫石膏、膨润土等硅钙质物料用于生产固废胶凝材料。

对比例1

将电炉氧化渣破碎，分选出渣钢后磨细至比表面积100m²/kg，将电炉氧化渣微粉与电炉除尘灰按照100：20进行混合，加水至水分15％、静置12h，得到消解后的第一物料，第一物料中Fe₂O₃：36.33％；CaO：28.2％；ZnO：2.1％。然后将第一物料、废石墨电极按照100：30进行混合、造球，球团尺寸12～16mm，得到内配碳球团，并将球团烘干至水分小于5％；烘干后的球团在还原炉内进行还原，还原温度为1200℃，还原时间30min，电炉除尘灰中锌、铅、钾、钠化合物通过还原挥发进入气相中，通过布袋除尘收集二次粉尘，脱锌后的球团金属化率为69％，锌脱除率87％。经过一段磁选可得到铁品位70％的金属铁粉。尾矿中TFe为17.5％，MFe含量3.6％，可配入粉煤灰、脱硫石膏、膨润土等硅钙质物料用于生产固废胶凝材料。

通过上述实施例1-6以及对比例1，可得知，采用本申请实施例方法，将电炉氧化渣、电炉除尘灰进行同步还原、磁选，综合回收Fe、Zn等组分，有效降低了电炉氧化渣中TFe含量，并协同处理了电炉除尘灰、废石墨电极等电炉冶炼固体废弃物。而对比例未采用本申请实施例的工艺参数，回收Fe、Zn等组分效果较差。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种电炉冶炼固废协同处理的方法，其特征在于，所述方法包括：

对电炉氧化渣进行预处理，得到电炉氧化渣微粉；其中，所述电炉氧化渣微粉具有目标比表面积为200～600m²/kg；

对所述电炉氧化渣微粉和电炉除尘灰与水进行第一混合，并控制所述电炉氧化渣微粉和所述电炉除尘灰的配比，后进行静置>8h，得到第一物料；

对所述金属化球团进行磨矿磁选，得到金属铁粉和活性尾渣；

所述第一物料、所述低阶煤以及所述废石墨电极的配比为1：0.05～0.3：0.1～0.3；

所述内配碳球团的直径尺寸为6～12mm；还原温度为1150～1350℃，还原时间为15～40min；

低阶煤和废石墨电极的粒度为0.074mm～0.15mm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标比表面积为400～600m²/kg。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一物料中的水含量为8～20重量％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一物料、所述低阶煤以及所述废石墨电极的配比为1：0.05～0.1：0.15～0.25。