一种电弧炉处理赤泥的系统和方法

申请号 CN201710665539.2 申请日 2017-08-04 公开(公告)号 CN107385204A 公开(公告)日 2017-11-24
申请人 江苏省冶金设计院有限公司; 发明人 边妙莲; 马冬阳; 孙辉; 陈士朝; 吴道洪;
摘要 本 发明 涉及一种 电弧 炉处理赤泥的系统,包含脱 水 装置、混料装置、造球装置、皮带传送机、烘干装置、自动加料装置、 电弧炉 、测温装置、调质装置和离心装置。本发明还涉及电弧炉处理赤泥的方法。本发明的系统和方法没有二次污染,直接利用热态渣 显热 ,其运行成本低余热 回收利用 率高,将赤泥转化为 纤维 棉 和金属 铁 出售,利于赤泥的工业化应用,实现了真正的“无害化、减量化、资源化”。
权利要求

1.一种电弧炉处理赤泥的系统,其特征在于,包含:
装置,所述脱水装置用于对含水物料进行脱水,且具有第一物料进口、第一物料出口和出水口;
混料装置,所述混料装置用于将物料进行混合,且具有第二物料进口、第二填料进口和第二物料出口;所述混料装置的所述第二物料进口与所述脱水装置的所述第一物料出口相连;所述第二填料进口用于添加辅料;
造球装置,所述造球装置用于将物料进行造球,且具有第三物料进口和球团出口;所述造球装置的所述第三物料进口与所述混料装置的所述第二物料出口相连;
皮带传送机,所述皮带传送机包含上料口和出料口,所述造球装置的所述球团出口与所述皮带传送机的所述上料口相连;
烘干装置,所述烘干装置用于对物料进行烘干,且具有第四物料进口和第四物料出口,所述皮带传送机的所述出料口与所述烘干装置的所述第四物料进口相连;
自动加料装置,所述自动加料装置具有第五物料进口和第五物料出口,所述自动加料装置的所述第五物料进口与所述烘干装置的所述第四物料出口相连;
电弧炉,所述电弧炉具有第六物料进口和第六物料出口,所述电弧炉的所述第六物料进口与所述自动加料装置的所述第五物料出口相连;
测温装置,所述测温装置设置在所述电弧炉上且用于自动控制电弧炉的炉温;
调质装置,所述调质装置具有第七物料进口、调质剂入口和第七物料出口:所述调质装置的第七物料进口与所述电弧炉的所述第六物料出口相连;
离心装置,所述离心装置用于离心甩丝制取纤维,且具有第八物料进口和第八物料出口,所述离心装置具有第八物料进口与所述调质装置的所述第七物料出口相连;所述第八物料出口送出纤维。
2.如权利要求1所述的电弧炉处理赤泥的系统,其特征在于,所述电弧炉的顶部设置有除尘装置,底部设置有惰性气体喷吹口,前侧设置有用于排出水的除铁口。
3.如权利要求1所述的电弧炉处理赤泥的系统,其特征在于,所述电弧炉的炉衬采用耐酸耐高温材料。
4.如权利要求1所述的电弧炉处理赤泥的系统,其特征在于,所述离心装置还具有冷却系统,所述冷却系统的冷却剂为水;所述冷却系统与所述脱水装置的所述出水口相连。
5.如权利要求1所述的电弧炉处理赤泥的系统,其特征在于,所述调质装置具有用于对所述调质装置加热的加热器,底端设置有惰性气体喷吹口。
6.一种使用权利要求1-5任一项所述的系统处理赤泥的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将含水赤泥送入脱水装置中进行脱水,压出的水分输送至离心装置的冷却系统中作为冷却剂;
2)将脱水后的赤泥送入混料装置中,并加入电石渣和焦粉进行混合得到混合料;
3)混合料进入造球装置中进行造球,球团成型后通过皮带传送机进入烘干装置进行烘干,得到干燥球团;
4)将干燥球团送入至自动加料装置中,干燥球团经自动加料装置加入电弧炉中进行加热、还原并同时采用低活性气体搅拌,电弧炉继续加热使还原后的球团熔化,得到赤泥渣和铁水;其中,赤泥渣从电弧炉的第六物料出口排出,铁水从电弧炉的除铁口排出;
5)从电弧炉的第六物料出口排出的赤泥渣进入调质装置中,再将调质剂加入调质装置中,经过加热和采用低活性气体搅拌得到熔融态物料送入至离心装置中进行离心甩丝,得到纤维;
6)步骤5)中离心装置离心甩丝得到的废料可以返回造球机中作为原料。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤2)中脱水后的赤泥、电石渣和焦粉的质量配比为脱水后的赤泥∶电石渣∶焦粉=100∶6-8∶10-12。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤2)中混合料进入造球装置中造球10-
15min,球团粒径控制在 为8-10mm,球团成型后在60-80℃的温度下烘1~1.5h。
9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤4)中干燥球团的还原温度为1150-
1300℃,还原时间为30-40min;还原后的球团10℃/s的速率升温至1500-1600℃。
10.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤5)中赤泥渣占纤维总质量的80-
90%,调质剂占纤维总质量的10-20%。

说明书全文

一种电弧炉处理赤泥的系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及固体废弃物资源化处理领域,具体地,涉及一种电弧炉处理赤泥的系统和方法。

背景技术

[0002] 2015年,我国产量为5898万吨,产生赤泥约7000万吨。至2015年底,赤泥累计堆存量约3.8亿吨,赤泥利用率不到5%。每生产1吨Al2O3,可产生1.0~1.8吨赤泥。赤泥大量堆积既占用土地又污染环境,更是资源的浪费。
[0003] 赤泥的利用主要包括提取有价金属、制备建筑材料和环境吸附材料等三方面。现有技术中赤泥采用还原焙烧-磁选工艺,研究了将赤泥、酸钠和1%的添加剂在造球盘中混合制粒,制得的生球烘干然后置于还原炉中进行还原焙烧得到铁。
[0004] 另一种工艺采用具有酸性的工业废渣磷石膏作赤泥的改性剂,以降低泥的含量,在750-800℃焙烧赤泥,使赤泥中活性低的γ型酸二转变为活性高的β型硅酸二钙。
[0005] 赤泥在重金属污染治理中也具有一定的应用进展,用赤泥与硬石膏混合加水制成环境集料,其在水中稳定性能好,可以对重金属离子具有吸附性能。
[0006] 目前对赤泥的利用除了直接使用外,部分研究将赤泥提铁,渣铁分离后产生的赤泥渣仍无法大量利用。

发明内容

[0007] 本发明针对上述问题,目的在于提供一种电弧炉处理赤泥的系统和方法。
[0008] 为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0009] 根据本发明,提供一种电弧炉处理赤泥的系统,包含:
[0010] 脱水装置,所述脱水装置用于对含水物料进行脱水,且具有第一物料进口、第一物料出口和出水口;
[0011] 混料装置,所述混料装置用于将物料进行混合,且具有第二物料进口、第二填料进口和第二物料出口;所述混料装置的所述第二物料进口与所述脱水装置的所述第一物料出口相连;所述第二填料进口用于添加辅料;
[0012] 造球装置,所述造球装置用于将物料进行造球,且具有第三物料进口和球团出口;所述造球装置的所述第三物料进口与所述混料装置的所述第二物料出口相连;
[0013] 皮带传送机,所述皮带传送机包含上料口和出料口,所述造球装置的所述球团出口与所述皮带传送机的所述上料口相连;
[0014] 烘干装置,所述烘干装置用于对物料进行烘干,且具有第四物料进口和第四物料出口,所述皮带传送机的所述出料口与所述烘干装置的所述第四物料进口相连;
[0015] 自动加料装置,所述自动加料装置具有第五物料进口和第五物料出口,所述自动加料装置的所述第五物料进口与所述烘干装置的所述第四物料出口相连;
[0016] 电弧炉,所述电弧炉具有第六物料进口和第六物料出口,所述电弧炉的所述第六物料进口与所述自动加料装置的所述第五物料出口相连;
[0017] 测温装置,所述测温装置设置在所述电弧炉上且用于自动控制电弧炉的炉温;
[0018] 调质装置,所述调质装置具有第七物料进口、调质剂入口和第七物料出口:所述调质装置的第七物料进口与所述电弧炉的所述第六物料出口相连;
[0019] 离心装置,所述离心装置用于离心甩丝制取纤维,且具有第八物料进口和第八物料出口,所述离心装置具有第八物料进口与所述调质装置的所述第七物料出口相连;所述第八物料出口送出纤维。
[0020] 进一步地,所述电弧炉的顶部设置有除尘装置,底部设置有惰性气体喷吹口,前侧设置有用于排出铁水的除铁口。
[0021] 进一步地,所述电弧炉的炉衬采用耐酸耐高温材料。
[0022] 进一步地,所述耐酸耐高温材料为铬刚玉砖。
[0023] 进一步地,所述离心装置还具有冷却系统,所述冷却系统的冷却剂为水;所述冷却系统与所述脱水装置的所述出水口相连,脱水装置脱除的物料中的水分直接进入冷却系统,用来冷却熔化的物料。
[0024] 进一步地,所述调质装置具有用于对所述调质装置加热的加热器,底端设置有惰性气体喷吹口。
[0025] 根据本发明,提供一种使用如上所述的系统处理赤泥的方法,包括以下步骤:
[0026] 1)将含水赤泥送入脱水装置中进行脱水,压出的水分输送至离心装置的冷却系统中作为冷却剂;
[0027] 2)将脱水后的赤泥送入混料装置中,并加入电石渣和焦粉进行混合得到混合料;
[0028] 3)混合料进入造球装置中进行造球,球团成型后通过皮带传送机进入烘干装置进行烘干,得到干燥球团;
[0029] 4)将干燥球团送入至自动加料装置中,干燥球团经自动加料装置加入电弧炉中进行加热、还原并同时采用低活性气体搅拌以改善还原动学条件,电弧炉继续加热使还原后的球团熔化,得到赤泥渣和铁水;其中,赤泥渣从电弧炉的第六物料出口排出,铁水从电弧炉的除铁口排出;产生的废气接入电弧炉顶端除尘系统进行除尘处理。
[0030] 5)熔化后的赤泥渣的主要化学成分为SiO2,Al2O3、CaO、另有少量的MgO、FeO,NaO,是制备纤维的主要原料。从电弧炉的第六物料出口排出的赤泥渣进入调质装置中,再将调质剂加入调质装置中,经过加热和采用低活性气体搅拌得到熔融态物料送入至离心装置中进行离心甩丝,得到纤维;
[0031] 6)步骤5)中离心装置离心甩丝得到的废料可以返回造球机中作为原料。
[0032] 进一步地,步骤1)中含水赤泥的含水量为30-40%,脱水后的赤泥含水量为10-12%。
[0033] 进一步地,步骤2)中脱水后的赤泥、电石渣和焦粉的质量配比为脱水后的赤泥∶电石渣∶焦粉=100∶6-8∶10-12,其中电石渣占赤泥的6-8%,配碳量满足碳氧比满足2-2.5。
[0034] 进一步地,步骤2)中混合料进入造球装置中造球10-15min,球团粒径控制在 为8-10mm,球团成型后在60-80℃的温度下烘1~1.Sh。
[0035] 进一步地,步骤3)的干燥球团的含水量在2%以内。
[0036] 进一步地,步骤4)中干燥球团的还原温度为1150-1300℃,还原时间为30-40min;还原后的球团10℃/s的速率升温至1500-1600℃。
[0037] 进一步地,步骤4)中还原时搅拌通入的惰性气体可以是氮气或氦气。
[0038] 进一步地,步骤5)中加热时搅拌通入的惰性气体可以是氮气或氦气。
[0039] 进一步地,步骤5)中赤泥渣占纤维总质量的80-90%,调质剂占纤维总质量的10-20%。
[0040] 进一步地,步骤5)中加入调质剂后将调质装置加热到1500-1600℃
[0041] 进一步地,步骤5)中为了防止熔融态混合料过熔造成甩丝过程液态流动性太好纤维太短,在离心装置上设置冷却系统。熔融态物料滴落在转速10000r/s的四辊离心辊上在离心力作用下形成纤维产品。
[0042] 本发明的有益效果是:
[0043] 本发明主要以还原提铁后的赤泥渣为主料,掺和一定配比的辅料制备性能良好的纤维,实现对赤泥的完全回收利用,并产生高额的附加值。
[0044] 本发明的方法工艺流程短,利用一步法实现还原-熔分工艺,熔融态尾渣直接甩丝,节能70%左右,生产出的产品性能优良,既有效利用废弃物又能产生很高的经济价值。
[0045] 本发明将赤泥在电弧炉中还原后直接熔分,熔分渣中配入调质剂直接投料生产纤维,充分利用了熔分渣的热量,不仅生产工艺简单,而且原料成本低可以带来可观的经济效益,同时解决了固废堆放的问题。
[0046] 本发明工业流程紧凑,降低了整个工序的能耗,生产出的纤维产品质量满足国标要求。附图说明
[0047] 图1是按照本发明的实施例的电弧炉处理赤泥的系统的示意图;
[0048] 图2是按照本发明的实施例的电弧炉处理赤泥的方法示意图;
[0049] 图3是按照本发明的实施例的离心装置工作原理的示意图。
[0050] 附图标记
[0051] 1脱水装置、2混料装置、3造球装置、4烘干装置、5电弧炉、51测温装置、52除尘装置、6调质装置、7离心装置。

具体实施方式

[0052] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0053] 如图1所示,根据本发明的电弧炉处理赤泥的系统包含:脱水装置1、混料装置2、造球装置3、皮带传送机、烘干装置4、自动加料装置、电弧炉5、测温装置、调质装置6和离心装置7。
[0054] 脱水装置1用于对含水物料进行脱水,且具有第一物料进口、第一物料出口和出水口;混料装置2用于将物料进行混合,且具有第二物料进口、第二填料进口和第二物料出口;混料装置2的第二物料进口与脱水装置的第一物料出口相连;第二填料进口用于添加辅料;
造球装置3用于将物料进行造球,且具有第三物料进口和球团出口;造球装置3的第三物料进口与混料装置的第二物料出口相连;皮带传送机包含上料口和出料口,造球装置的球团出口与皮带传送机的上料口相连;烘干装置4用于对物料进行烘干,且具有第四物料进口和第四物料出口,皮带传送机的出料口与烘干装置的第四物料进口相连;自动加料装置具有第五物料进口和第五物料出口,自动加料装置的第五物料进口与烘干装置的第四物料出口相连。电弧炉5具有第六物料进口和第六物料出口,电弧炉的第六物料进口与自动加料装置的第五物料出口相连;电弧炉的顶部设置有除尘装置,底部设置有惰性气体喷吹口,前侧设置有用于排出铁水的除铁口。电弧炉的炉衬采用耐酸耐高温材料,例如铬刚玉砖。测温装置设置在电弧炉左上侧且用于自动控制电弧炉的炉温。
[0055] 调质装置6具有第七物料进口、调质剂入口和第七物料出口:调质装置的第七物料进口与电弧炉的第六物料出口相连;调质装置具有用于对所述调质装置加热的加热器,底端设置有惰性气体喷吹口。离心装置7用于离心甩丝制取纤维,且具有第八物料进口和第八物料出口,离心装置具有第八物料进口与调质装置的第七物料出口相连;第八物料出口送出纤维。离心装置还具有冷却系统,所述冷却系统的冷却剂为水;所述冷却系统与所述脱水装置的所述出水口相连,脱水装置脱除的物料中的水分直接进入冷却系统,用来冷却熔化的物料。
[0056] 如图3所示,为离心装置7制备纤维的原理图,赤泥渣熔体进入离心装置后,随着离心辊的离心力作用下形成纤维产品。
[0057] 本发明的实施例中电石渣占赤泥的6-8%,配碳量满足碳氧比满足2-2.5。
[0058] 实施例1
[0059] 如图2所示,本实施例采用上述系统进行处理赤泥,采用碱铝厂赤泥为原料,含水赤泥含水率38%,其主要元素化学成分分析如下表1。
[0060] 表1赤泥主要化学成分 wt.%
[0061]
[0062] R2O为碱性氧化物,例如Na2O和K2O的一种或两种混合,由于元素不定,故采用此表示。
[0063] 将含水率38%的赤泥送入脱水装置脱水,预脱水后的赤泥含水率降至10%。然后脱水后的赤泥经过皮带传送装置进入混料装置,并且将一定量焦粉和电石渣经下料斗进入混料装置成混合料。其中焦粉和电石渣磨细至200目以下的比例为60%以上,赤泥、电石渣和焦粉的质量配比为赤泥∶焦粉∶电石渣=100∶12∶6。将混合料在造球机上造球10min,球团粒径 成型的球团经皮带传送机输送入烘干装置,在70℃的温度下烘1h后,干燥球团水分为1.8%。干燥球团经自动加料装置送入电弧炉还原,还原过程通入高纯氮气改善还原动力学条件,在1250℃还原30min,然后10℃/s的速率升温至1550℃熔化,得到赤泥渣和铁水。
[0064] 分离后的赤泥渣进入调质装置,将石英砂和电石渣作为调质剂按比例加入装有熔融赤泥渣的保温炉中,以调整纤维的配方要求。其中,热态的赤泥渣占纤维的原材料总重的85%,石英砂和电石渣占纤维的原材料总量的15%。加入调质剂后将调质装置加热到1500℃,调质装置底端通入高纯氮气搅拌,待均质后将熔融态物料经溜槽流出,为了防止熔融态混合料过熔造成甩丝过程液态流动性太好纤维太短,在离心装置上设置冷却循环系统。熔融态物料滴落在转速10000r/s的四辊离心辊上在离心力作用下形成纤维产品,收集到的废料返回造球机中,实现循环利用。赤泥渣和加入调质剂的赤泥渣的化学成分如表2所示。
[0065] 表2赤泥渣和调质渣的化学成分 wt.%
[0066]
[0067] 实施例2
[0068] 如图2所示,本实施例采用上述系统进行处理赤泥,采用碱铝厂赤泥为原料,含水赤泥含水率32%,其主要元素化学成分分析如下表3。
[0069] 表3赤泥主要化学成分 wt.%
[0070]
[0071] R2O为碱性氧化物,例如Na2O和K2O的一种或两种混合,由于元素不定,故采用此表示。
[0072] 将含水率32%的赤泥送入脱水装置脱水,预脱水后的赤泥含水率降至10%。然后脱水后的赤泥经过皮带传送装置进入混料装置,并且将一定量焦粉和电石渣经下料斗进入混料装置成混合料。其中焦粉和电石渣磨细至200目以下的比例为60%以上,赤泥、电石渣和焦粉的质量配比为赤泥∶焦粉∶电石渣=100∶10∶8。将混合料在造球机上造球10min,球团粒径 成型的球团经皮带传送机输送入烘干装置,在75℃的温度下烘1.25h后,干燥球团水分为1.5%。干燥球团经自动加料装置送入电弧炉还原,还原过程通入高纯氮气改善还原动力学条件,在1200℃还原40min,然后10℃/s的速率升温至1500℃熔化,得到赤泥渣和铁水。
[0073] 分离后的赤泥渣进入调质装置,将石英砂和电石渣作为调质剂按比例加入装有熔融赤泥渣的保温炉中,以调整纤维的配方要求。其中,热态的赤泥渣占纤维的原材料总重的85%,石英砂和电石渣占纤维的原材料总量的15%。加入调质剂后将调质装置加热到1500℃,调质装置底端通入高纯氮气搅拌,待均质后将熔融态物料经溜槽流出,为了防止熔融态混合料过熔造成甩丝过程液态流动性太好纤维太短,在离心装置上设置冷却循环系统。熔融态物料滴落在转速10000r/s的四辊离心辊上在离心力作用下形成纤维产品,收集到的废料返回造球机中,实现循环利用。赤泥渣和加入调质剂的赤泥渣的化学成分如表4所示。
[0074] 表4赤泥渣和调质渣的化学成分 wt.%
[0075]
[0076] 实施例3
[0077] 如图2所示,本实施例采用上述系统进行处理赤泥,采用碱铝厂赤泥为原料,含水赤泥含水率30%,其主要元素化学成分分析如下表5。
[0078] 表5赤泥主要化学成分 wt.%
[0079]
[0080] R2O为碱性氧化物,例如Na2O和K2O的一种或两种混合,由于元素不定,故采用此表示。
[0081] 将含水率30%的赤泥送入脱水装置脱水,预脱水后的赤泥含水率降至10%。然后脱水后的赤泥经过皮带传送装置进入混料装置,并且将一定量焦粉和电石渣经下料斗进入混料装置成混合料。其中焦粉和电石渣磨细至200目以下的比例为60%以上,赤泥、电石渣和焦粉的质量配比为赤泥∶焦粉∶电石渣=100∶11∶7。将混合料在造球机上造球15min,球团粒径 成型的球团经皮带传送机输送入烘干装置,在60℃的温度下烘1.5h后,干燥球团水分为2%。干燥球团经自动加料装置送入电弧炉还原,还原过程通入高纯氮气改善还原动力学条件,在1150℃还原40min,然后10℃/s的速率升温至1600℃熔化,得到赤泥渣和铁水。
[0082] 分离后的赤泥渣进入调质装置,将石英砂和电石渣作为调质剂按比例加入装有熔融赤泥渣的保温炉中,以调整纤维的配方要求。其中,热态的赤泥渣占纤维的原材料总重的90%,石英砂和电石渣占纤维的原材料总量的10%。加入调质剂后将调质装置加热到1500℃,调质装置底端通入高纯氮气搅拌,待均质后将熔融态物料经溜槽流出,为了防止熔融态混合料过熔造成甩丝过程液态流动性太好纤维太短,在离心装置上设置冷却循环系统。熔融态物料滴落在转速10000r/s的四辊离心辊上在离心力作用下形成纤维产品,收集到的废料返回造球机中,实现循环利用。赤泥渣和加入调质剂的赤泥渣的化学成分如表6所示。
[0083] 表6赤泥渣和调质渣的化学成分 wt.%
[0084]
[0085] 实施例4
[0086] 如图2所示,本实施例采用上述系统进行处理赤泥,采用碱铝厂赤泥为原料,含水赤泥含水率40%,其主要元素化学成分分析如下表7。
[0087] 表7赤泥主要化学成分 wt.%
[0088]
[0089] R2O为碱性氧化物,例如Na2O和K2O的一种或两种混合,由于元素不定,故采用此表示。
[0090] 将含水率40%的赤泥送入脱水装置脱水,预脱水后的赤泥含水率降至12%。然后脱水后的赤泥经过皮带传送装置进入混料装置,并且将一定量焦粉和电石渣经下料斗进入混料装置成混合料。其中焦粉和电石渣磨细至200目以下的比例为60%以上,赤泥、电石渣和焦粉的质量配比为赤泥∶焦粉∶电石渣=100∶10∶8。将混合料在造球机上造球15min,球团粒径 成型的球团经皮带传送机输送入烘干装置,在60℃的温度下烘1.5h后,干燥球团水分为1.7%。干燥球团经自动加料装置送入电弧炉还原,还原过程通入高纯氦气改善还原动力学条件,在1300℃还原40min,然后10℃/s的速率升温至1500℃熔化,得到赤泥渣和铁水。
[0091] 分离后的赤泥渣进入调质装置,将石英砂和电石渣作为调质剂按比例加入装有熔融赤泥渣的保温炉中,以调整纤维的配方要求。其中,热态的赤泥渣占纤维的原材料总重的90%,石英砂和电石渣占纤维的原材料总量的10%。加入调质剂后将调质装置加热到1600℃,调质装置底端通入高纯氦气搅拌,待均质后将熔融态物料经溜槽流出,为了防止熔融态混合料过熔造成甩丝过程液态流动性太好纤维太短,在离心装置上设置冷却循环系统。熔融态物料滴落在转速10000r/s的四辊离心辊上在离心力作用下形成纤维产品,收集到的废料返回造球机中,实现循环利用。赤泥渣和加入调质剂的赤泥渣的化学成分如表8所示。
[0092] 表8赤泥渣和调质渣的化学成分 wt.%
[0093]
[0094] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,并非用来限定本发明的实施范围;如果不脱离本发明的精神和范围,对本发明进行修改或者等同替换,均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
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