炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺
专利汇可以提供炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种炼 铁 和炼 钢 超低锌尘泥的回收处理工艺，利用 氧 化锌和氧化铁高温下的可还原性，且还原后的产物——铁和锌的物理特性(熔点、沸点)的差异很大的特性，在炼铁或炼钢过程中产生的超低锌(Zn＜10％)、含铁(Fe为30％～50％) 污泥 和粉尘中，添加足够的还原剂、催化剂和成球剂，充分混匀后，压制成具有一定强度的球团，利用一种“超低锌含铁尘泥烟化回收炉”将此球团由 燃料 直接加热还原，最终得到铁 水 和回收粗锌产品，回收铁和锌时的副产品——CO气体可作为高温还原气体循环利用，用这种方法对炼铁和炼钢产生的含低锌污泥进行处理，既有效地完成提锌，又可生产出铁品位很高的 生铁 产品，部分替代废钢，对减少环境污染，缓解废钢和锌资源紧缺问题，具有重要意义。，下面是炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺专利的具体信息内容。
1、炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工艺，包括污泥和粉 尘的收集，其特征是工艺步骤包括：在炼铁或炼钢过程中产生 的超低锌(Zn＜10％)、含铁(Fe为30％～50％)污泥和粉尘中，添 加足够的还原剂、催化剂和成球剂，充分混匀后，压制成具有 一定强度的球团，利用一种“超低锌含铁尘泥烟化回收炉”将 此球团由燃料直接加热还原，最终得到铁水和回收粗锌产品。
2、根据权利要求1所述的炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处 理工艺，其特征是所述的制球工艺具体为：①将含水90％以上 的高炉瓦斯泥水或转炉污泥水，通过板块压滤机压滤成含水小 于20％污泥，②将高炉瓦斯灰或电炉粉尘掺入，使泥料中的水 含量控制在12％～15％之间，在搅拌机[1]中搅拌混合，③然 后将此泥料输送到轮辗机[2]中边辗边加入其它相应的还原剂 C、催化剂CaO和成球絮凝剂等，还原剂C加入量为总量的 15-25％、催化剂CaO加入量为总量的7-14％，成球絮凝剂加入 量为总量的0.5-2％，轮辗时间不小于5分钟，待物料达到充分 混匀后，送至压球机[3]压制成球团，④将球团送入烘干炉[4] 中，在873K～973K温度范围内将球团水份烘干，再将烘干后的 球团放到保温缓冲仓[5]中待用。
3、根据权利要求1所述的炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处 理工艺，其特征是所述的球团加热还原工艺具体为：①通过皮 带输送将待用的中温球团送到“超低锌含铁尘泥烟化回收炉” [6]中加热还原，在炉子下部得到铁水和铁渣，铁、渣分离后， 通过铁水罐和水淬渣盘[7]将铁水浇铸成铁块，替代废钢炼钢， 渣子水淬后，可作水泥掺和剂用，②在炉子中下部，锌被完全还 原，以锌蒸气、CO、CO2等混合气体的形式向炉体上部流动，为 了保证锌蒸气不再被氧化，炉内气氛必须以还原性气氛为主， ③因此，料层是污泥制成的球团与焦碳间隔而置，至炉子烟气 回收处，④烟气温度需保持在1273K以上，炉顶采用高温密封 技术，⑤烟气回收系统中，烟气首先进入“石墨电极加热还原 室”[8]，使锌蒸气、CO、CO2混合气体经过进一步还原，当气 体通过“石墨电极加热还原室”〔8〕后，混合气体再通过由大 量循环的铅液所形成的飞溅的铅雨冷凝器[9]，将炉气急冷至 冷凝温度，利用锌在液铅中的一定溶解度，使冷凝下来的锌的 活度降低，从而保证锌不被炉气中的CO2所氧化，得到铅—— 锌混合物，通过蒸馏分离，制成纯锌，⑥而通过铅雨冷凝器〔9〕 洗涤后的气体，主要含CO高温气体，进入炉气回收洗涤系统 [10]，回收循环利用。
4、根据权利要求3所述的炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处 理工艺，其特征是：焦碳在入炉前预热到1073K-1400K，鼓入 炉内的空气温度控制在1200K～1400K。
(一)技术领域
本发明涉及一种回收炼铁或炼钢过程中产生的含铁污泥和 粉尘中的铁和锌的工艺方法，特别涉及炼铁和炼钢超低锌尘泥 的回收处理工艺。
(二)背景技术
目前，炼铁和炼钢过程中产生的尘泥量是钢、铁产量的 1％～1.5％，据统计：2001年，我国钢、铁产量超过1.4亿吨， 产生的尘泥至少280万吨，再加上过去没有处理的污泥，如果 堆放不加处理，将占用大量的国有土地；同时，这些尘泥中含 有一些有害于人类健康的元素，在天气干燥多风季节里，尘泥 飞扬，造成空气污染，而在风雨交加季节，尘泥流入江河，会 造成水污染，因此采用各种方法处理钢铁产品的副产品——尘 泥，日益得到重视。
炼铁和炼钢产生的尘泥含锌一般在0.1％～5％范围内，即使 在高炉瓦斯泥返回烧结循环使用的情况下，瓦斯泥中的含锌量 一般也不超过10％，从炼铁和炼钢产生的尘泥含锌量上看，属超 低锌范畴。分析炼铁和炼钢产生的尘泥中锌、铁元素的物理化 学特性：
1)锌、铁主要以氧化物形式存在，其氧化物的比重有所 不同，但相差不大；
2)氧化锌粒度较氧化铁粒度小，多小于20μm，氧化铁 粒度多在30～60μm之间；
3)锌、铁氧化物具有磁性差异；
4)高炉瓦斯泥和炼钢污泥粘性大。
鉴于以上尘泥中锌、铁元素的物理化学特性，世界上分别 出现过磁选和湿法旋流器分选等物理法。但实践证明，用磁选 和湿法旋流器分选炼铁和炼钢产生的尘泥，除锌不彻底，返回 烧结，在高炉冶炼过程中，仍有锌富集结瘤的隐患存在；同时， 分选后产生的富含锌的污泥难以处理，甚至还需堆放，继续其 对环境的污染。目前，以上两种方法未能得以推广应用。
(三)发明内容
本发明需要解决的技术问题是：彻底除去污泥中的锌，消 除炼铁和炼钢产生的尘泥。
本发明的主要原理包括锌、铁还原和锌蒸气的冷凝。
1、锌、铁还原原理：
分析氧化物标准生成自由焓ΔG0 生成——T图来理解铁、锌 还原。金属与氧的亲和力，氧位越高就越弱，MO就越容易还 原；而氧位越低，亲和力越强，MO就越难还原。
锌是一种与氧亲和力大的重金属，Zn——ZnO的平衡氧位 较低(见图2)。但在锌的沸点(1180K)以后，液态锌变为气 体锌的熵增加很大，促使氧位随温度变化曲线上升很快，斜率 很大，使ZnO在高温下有可能被碳还原。
ZnO被碳还原，实际上是由CO还原：
ZnO(固)+CO(气)＝Zn(气)+CO2(气) (1)
ΔG0＝178020-111.67T
另一方面，还原消耗的CO可由碳的气化反应来补充，即：
C(固)+CO2(气)＝2CO(气) (2)
ΔΔG0＝170460-174.43T
将上述两反应式两边相加，便得到如下所示的以碳还原的
反应式：
ZnO(固)+C(固)＝Zn(气)+CO(气) (3)
用碳还原挥发提炼锌，与氧化锌还原相竞争的氧化物是铁 的氧化物，氧化铁的还原平衡：
Fe2O3(固)+3CO(气)＝2Fe(γ)+3CO2(气) (4)
Fe3O4(α)+4CO(气)＝3Fe(γ)+4CO2(气) (5)
Fe3O4(α)+CO(气)＝3FeO(固)+CO(气) (6)
FeO(固)+CO(气)＝Fe(γ)+CO2(气) (7)
ZnO的还原反应为吸热反应，温度越高，即使PCO2/PCO很 大，即还原性虽然很弱，但ZnO仍能还原，要在大气压下还原 ZnO，温度至少需要1170K。同时，由于炼铁和炼钢尘泥中含 有一定的CaO，提高了ZnO的活度，有利于ZnO更好地还原。
2、锌蒸气的冷凝原理：
锌蒸气的冷凝是含锌炉气体从反应温度进行冷却来完成 的，由于碳的气化反应 C(固)+CO2(气)＝2CO(气) 的逆反应速度 很小，因此离开料面后的反应气体中，PCO2/PCO比值无多大变 化。当含锌炉气冷却时，其中的CO2将完全与当量的锌蒸气作 用，造成锌蒸气的再氧化。所生成的ZnO对冷凝过程起着有害 的作用，使锌液滴被一层ZnO裹住，阻碍液滴进一步汇合成大 滴，减小锌蒸气冷凝为液体锌的冷凝效果。
本发明的技术方案：炼铁和炼钢超低锌尘泥的回收处理工 艺，包括污泥和粉尘的收集，其特征是工艺步骤包括：在炼铁 或炼钢过程中产生的超低锌(Zn＜10％)、含铁(Fe为30％～50％) 污泥和粉尘中，添加足够的还原剂、催化剂和成球剂，充分混 匀后，压制成具有一定强度的球团，利用一种高温回收炉将此 球团由燃料直接加热还原，最终得到铁水和回收粗锌产品。
为了补充所需的热量，使超低锌含铁尘泥中的铁、锌在高 温回收炉中完全还原，达到锌烟化回收和炼出铁水的工艺目的， 在用尘泥造球时，就有意配入过量的还原剂；另外，尘泥造球 后需在873K～973K下烘干待用；同时，将炉料用的焦碳在入炉 前预热到1073K-1400K左右；并尽可能提高鼓入炉内的空气温 度到1200K～1400K，使粉煤在高温压缩空气输送下，喷入炉内 熔池中，由于气泡通过熔池上升时，造成一种“熔体柱”的移 动，在气泡受热膨胀时，因熔体静压力的作用，气泡被压破变 小，因而，在熔池内部形成大量的夹带有粉煤的气泡，气泡被 高温炉料急剧加热，悬浮其内的碳粒迅速燃烧，放出大量的热 量，维持熔池内温度1400～1600K的高温，并产生大量的CO气体。
为了防止CO2对锌蒸气冷凝产生不利的影响，本发明的工 艺需注意在“超低锌含铁尘泥烟化回收炉”中布料的控制，料 层是污泥制成的球团与焦碳间隔而置，使炉内气氛保持还原性， 烟气温度需保持在1273K以上，炉顶采用高温密封技术；同时， 在烟气回收系统中，烟气首先进入“石墨电极加热还原室”，使 锌蒸气、CO、CO2混合气体或表面包裹了ZnO的锌烟尘再进一 步地还原，尽可能在高温下直接将蒸气导入铅雨冷凝器中，实 现对含锌低的炉气的锌的冷凝收集。
本发明的具体工艺步骤是：
1、将含水90％以上的高炉瓦斯泥水或转炉污泥水，通过板 块压滤机压滤成含水小于20％污泥，将高炉瓦斯灰或电炉粉尘 掺入，使泥料中的水含量控制在12％～15％之间，在搅拌机中搅 拌混合，然后将此泥料输送到轮辗机中边辗边加入其它相应的 还原剂C、催化剂CaO和成球絮凝剂等，还原剂C加入量为总 量的15-25％、催化剂CaO加入量为总量的7-14％，成球絮凝剂 加入量为总量的0.5-2％，轮辗时间不小于5分钟，待物料达到 充分混匀后，送至压球机压制成球团，将球团送入烘干炉中， 在873K～973K温度范围内将球团水份烘干，再将烘干后的球团 放到保温缓冲仓中待用。
2、通过皮带输送将待用的中温球团送到“超低锌含铁尘泥 烟化回收炉”中加热还原，在炉子下部得到铁水和铁渣，铁、 渣分离后，通过铁水罐和水淬渣盘将铁水浇铸成铁块，替代废 钢炼钢，渣子水淬后，可作水泥掺和剂用，在炉子中下部，锌被完 全还原，以锌蒸气、CO、CO2等混合气体的形式向炉体上部流动， 为了保证锌蒸气不再被氧化，炉内气氛必须以还原性气氛为主， 因此，料层是污泥制成的球团与焦碳间隔而置，至炉子烟气回 收处，烟气温度需保持在1273K以上，炉顶采用高温密封技术， 烟气回收系统中，烟气首先进入“石墨电极加热还原室”，使锌 蒸气、CO、CO2混合气体经过进一步还原，当气体通过“石墨电 极加热还原室”后，混合气体再通过由大量循环的铅液所形成 的飞溅的铅雨冷凝器，将炉气急冷至冷凝温度，利用锌在液铅 中的一定溶解度，使冷凝下来的锌的活度降低，从而保证锌不 被炉气中的CO2所氧化，得到铅——锌混合物，通过蒸馏分离， 制成纯锌，而通过铅雨冷凝器洗涤后的气体，主要含CO高温气 体，进入炉气回收洗涤系统，回收循环利用。
本发明的有益效果是：能耗低，可实现炼铁和炼钢尘泥的 零排放，彻底解决炼铁和炼钢尘泥对环境污染的问题。
(四)附图说明
附图为本发明的工艺流程示意图：
图中：1-搅拌机，2-轮辗机，3-压球机，4-烘干炉，5 -保温缓冲仓，6-高温回收炉，7-铁水罐和水淬渣盘，8-石 墨电极加热还原室，9-铅雨冷凝器，10-炉气回收洗涤系统。
(五)具体实施方式
实施例：参照附图，现场取含水90％以上的高炉瓦斯泥水或 转炉污泥水，含锌3.10％、TFe为42.77％、C为18.44％，通过板 块压滤机压滤成含水小于20％污泥，将高炉瓦斯灰或电炉粉尘 掺入，使泥料中的水含量控制在12％～15％之间，在搅拌机1中 搅拌混合，然后将此泥料输送到轮辗机2中边辗边加入其它相 应的催化剂CaO和成球絮凝剂等，催化剂加入量为总量的6％， 成球絮凝剂加入量为总量的0.5％，由于污泥中含有18.44％的C， 所以不加入还原剂，轮辗时间10分钟后送至压球机3压制成球 团，将球团送入烘干炉4中，在873K～973K温度范围内将球团 水份烘干，再将烘干后的球团放到保温缓冲仓5中待用。通过 皮带输送将待用的中温球团送到高温回收炉6中加热还原，在 炉子下部得到铁水和铁渣，铁、渣分离后，将铁水浇铸成铁块 7，替代废钢炼钢，渣子水淬后，可作水泥掺和剂用，在炉子中下 部，锌被完全还原，以锌蒸气、CO、CO2等混合气体的形式向炉 体上部流动，为了保证锌蒸气不再被氧化，炉内气氛必须以还 原性气氛为主，因此，料层是污泥制成的球团与焦碳间隔而置， 至炉子烟气回收处，烟气温度需保持在1273K以上，炉顶采用 高温密封技术，烟气回收系统中，烟气首先进入“石墨电极加 热还原室”8，使锌蒸气、CO、CO2混合气体经过进一步还原， 当气体通过“石墨电极加热还原室”后，混合气体再通过由大 量循环的铅液所形成的飞溅的铅雨冷凝器9，将炉气急冷至冷 凝温度，利用锌在液铅中的一定溶解度，使冷凝下来的锌的活 度降低，从而保证锌不被炉气中的CO2所氧化，得到铅——锌 混合物，待蒸馏分离，而通过飞溅铅雨9洗涤后的气体，约含 20％CO，是低热值的煤气，通过炉气回收洗涤系统10回收作预 热鼓风。经过处理后的球团，含锌0.04％、除锌率达95.3％。
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