改進煉鋼廠粉塵的方法
2023-04-29 22:27:26 1
專利名稱：改進煉鋼廠粉塵的方法
技術領域：
本發明涉及煉鋼廠粉塵的利用方法。
鋼鐵工業生產中會產生粉塵形式的廢料。
在電爐煉鋼時，這種粉塵來自下述反應在沸騰的熔融液的上方，細鐵粒子彌散在汽相中並被進氣帶走，微顆粒在這股氣流中被冷卻並且在空氣中氧氣作用下變成高級氧化物。最易揮發的金屬在爐子工作溫度下變成汽相。在進氣作用下這些易揮發金屬被空氣氧化和冷卻並最後變成游離氧化物或與氧化鐵混合的結構。
煉鋼廠粉塵的成分取決於採用哪種煉鋼法。練鋼廠粉塵中含數量可變的多數元素，如鐵、鋅、鈣和以簡單氧化物或混合氧化物形式出現的矽，以及少數元素，如銅、錳、鉻、鎘、鉛和氧化物。
因此煉鋼廠粉塵中含有重金屬，它們對生物界有毒且不會隨時間而降解。
需知每產一噸鋼產生約20公斤的粉塵，這就是說歐洲每年粉塵產量達500,000噸。這種粉塵的處理成為生態和經濟上的一項現實任務。
迄今，煉鋼廠不得不將其生產活動產生的粉塵放到Ⅰ級垃圾處理場，使其作穩定化處理。這樣人為地轉移到垃圾處理場給鋼鐵工業帶來的開支不是小數。
本發明打算以一種在生態和經濟上有利的辦法提供給有關廠家選擇。
這是因為本發明旨在以一種使不同成分分開的方法對鋼鐵工業的粉塵加以利用，以達到消除這種廢料的目的。所述成分的純度足夠使其變成在其它工業部門，如礦物性顏料行業可以使用的原料。
專利申請PCT/FR96/01202及PCT/FR99/00813構成本發明的先有技術。
專利申請PCT/FR96/01202列舉一種由煉鋼廠粉塵製備礦物性顏料的方法，該方法包括以下幾步；a)將粉塵分離成二部分，磁的和非磁性的；b)非磁性部分進行鹼性浸濾反應；c)衝洗、中和固液相分離；d)進料在450℃-650℃之間煅燒；e)煅燒過的進料用硫酸+催化劑作處理；f)回收礦物性顏料；g)由步驟c)和e)產生的溶液再利用，以便使其它顏料沉澱。
就專利申請PCT/FR99/00813而言，它列舉一種處理煉鋼廠粉塵的方法，可回收可利用元素。此方法包括以下步驟-在水中磨碎；-進料的水力分類；-衝洗；-加熱處理-在240℃-800℃溫度下熱處理；-用濃度為5％-8％的硫酸進行處理。
上面二項專利申請所述的方法構成本發明的先有技術，它所提供的礦物性顏料或可利用元素的純度是使用這類產品廠家所不能接受的。
因此本發明旨在提供一種煉鋼廠粉塵的利用方法來求得解決，使所獲得的礦物性顏料或可利用元素的純度能將產品推向市場。
本發明的目標是煉鋼廠粉塵的一種利用方法，可回收工業上可利用的化合物。該方法具有一磨碎和稀釋步驟，固液分離和固體衝洗步驟，酸性浸濾步驟，酸性淨化步驟，其包括粘固反應或粘固與脫鈣反應，所述方法的特徵在於，它包括氧化/中和步驟，該步驟包括鐵氧化成氫氧化鐵及/或氧化鐵的反應，和反應介質的中和反應。
根據本方法的一個實施例，用碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氨或別的溶液進行中和反應，以便做反應介質，PH值保持在2.5-5左右。
根據本方法的一個實施例，氧化/中和反應的反應溫度在10℃-100℃之間。
根據本方法的一個實施例，酸性浸濾步驟採用硫酸溶液完成，該溶液的滴定法測定的酸度在8％-25％之間，溫度在50℃-100℃之間。
根據本方法的一個實施例，酸性淨化是在PH值為2-4，溫度在20℃-100℃之間進行的。
根據本方法的一個實施例，水力分類步驟是在磨碎和稀釋步驟之後、固液分離及固體衝冼步驟之前進行的。
根據本方法的一個實施例，所述方法包括接在固液分離和固體衝洗步驟之後的鹼性浸濾步驟。
根據本方法的一個實施例。金屬鋅、氧化鋅及/或鐵酸鋅都是從氧化/中和步驟產生的液相中回收的。
根據本方法的一個實施例，所述方法包括由氧化/中和步驟產生的固相的乾燥及/或熱處理步驟，以便獲得氧化鐵及/或氫氧化鐵。
根據本方法的一個實施例，所述方法包括對氧化/中和步驟得到的液相進行電解的步驟，以便獲得金屬鋅。
根據本方法的一個實施例，來自鹼性浸濾步驟的固相轉入酸性浸濾步驟。
根據本方法的一個實施例，來自鹼性浸濾步驟的液相轉入鹼性淨化步驟。
根據本方法的一個實施例，鹼性淨化步驟包括粘固反應或粘固與脫甲矽基反應。
根據本方法的一個實施例，電解步驟後接鹼性淨化步驟，以便使金屬鋅及/或氧化鋅分離。
本發明的其它目的和優點將在參照附圖所作的說明過程中顯示，圖中
圖1是一示意圖，描述煉鋼廠粉塵利用方法按其實施順序的主要步驟；圖2是一示意圖，描述本方法一個實施例的步驟。
圖1示意性地描述本發明方法按其實施順序的主要步驟。
煉鋼廠粉塵(可能包括Zn，Fe，Pb，Cd，Cr，Ca，Si及鹽類)的處理方法首先包括在水中磨碎粉塵原料的步驟。
在水中磨損使得有形成傾向的大塊粉塵被打碎，這一步驟有利於以後將進料分離成二部分。
-顆粒尺寸大於40微米的粉塵；-顆粒尺寸小於40微米的粉塵；這一溼相處理步驟在本方法中起重要作用，因此它本身是一重要步驟，因為它能做到；-加速可容性鹽類的溶解；-使吸附在表面上的氧化物所掩蓋的金屬成分暴露出來，這樣獲得的進料接上來便在水中稀釋，稀釋所起的作用是使鹽類，如氧化物及/或硫酸鹽全部或部分增溶溶解。隨後完成固液相分離的步驟，並伴有對固相的衝洗，衝洗的目的是儘量清除在磨碎和稀釋步驟中尚未溶解的固相鹽，最後，固相與洗液分離。
該除鹽步驟是重要的，因為它可部分地調節以後要分離的元素或化合物的純度。
固相接著轉入酸性浸濾步驟，為此，固體用酸性溶液，如硫酸溶液來處理，以便使諸如鐵、鋅、鉛、鎘、鎳和鉻那樣的金屬全部或局部溶解。含有被溶解金屬的液相與固相分離。
矽是不可溶元素，含在固相中，因此，酸性浸濾步驟能使矽與要利用的其它元素或化合物分離。
呈酸性的液相接下來淨化處理，以便必要時將諸如鉛、鎘、鎳及鉻和鈣等金屬，全部或部分地清除。
此酸性淨化步驟包括用氟化鈉加到PH值在2-4之間的酸性液相中，以便必要時使鈣沉澱；並加入鋅粉及/或鐵粉，使鉛、鎘、鎳和鉻粘固。
本淨化步驟中使用的鋅粉可由本發明方法獲取。
粘固意味著沉積物減少，在粘固過程中，氧化的或溶解的情性物通過向溶液中加入粉未狀其它金屬物而減少。
酸性淨化步驟中產生的液相隨後被回收，它包括金屬鐵和金屬鋅。在特別含有鐵的液相中進行同時發生的氧化反應和中和反應。
這一步驟的目的是使鐵以氫氧化鐵及/或氧化鐵沉澱，同時鋅仍然保持在反應介質的溶液中。
用液體氧化劑，如過氧化氫，或氣體氧化劑，如空氣和氧氣進行氧化反應，用鹼性溶液，如碳酸納或其它溶液使其PH值保持在2.5-5，此PH值是重要的，可避免在鐵沉澱的同時發生鋅沉澱。
此氧化/中和步驟結束時可得到以下產品—直接的，是可上市的產品，如氫氧化鐵及/或氧化鐵；和—間接的，是對反應介質作處理後可上市的產品，如氧化鋅，鐵酸鋅及金屬鋅。
圖2描述本發明一實施例的煉鋼廠粉塵利用方法；圖2所示方法在以下通過實例說明並附有數值，這裡數值絕非限制性的。
本說明書下面內容是假定以1噸煉鋼廠粉塵用下述方法經過的流程。本煉鋼廠粉塵利用方法的第一步是磨碎步驟，這一溼相處理步驟是在有水的磨碎裝置中完成的。
比值R1＝煉鋼廠粉塵乾燥物質(公斤)/水的體積(立升)必須加以選擇，使固體顆粒之間有合適的磨擦力，同時又有足夠的液體容積，使可溶於水的部分，如鹽能被溶解。
比值R1的值在2.2-2.7之間，這一步驟進行20分鐘。由煉鋼廠粉塵與水相混的磨碎的進料所構成的淤漿，它在一定程度上可以做到—完成鹽的溶解，特別是氯化物和硫酸鹽；—將極細顆粒放入懸浮液中；—提供的密度適合於水力分類。
淤漿稀釋後應使乾燥質量濃度達到4％-15％。
經如此稀釋的淤漿接下來轉入水力分類步驟，水力分類是在切割點式水力旋流器中進行的，該旋流器可測量入內粉塵粒度。
淤漿穿過截流尺寸為30-100微米的水力旋流器，其差壓為0.6巴-1巴，比值R2＝進入的淤漿流率/水的反流速率的大小在100-200之間。
旋流分離結束時應區別二種情況一底流，富含四氧化三鐵，可解包括碳和鐵，及一溢流，富含重金屬，位於水力旋流器直筒上部；一噸被處理煉鋼廠粉塵可從底流中回收100-200kg的乾燥物質而溢流可回收800-900kg的乾燥物質。
底流加料經傾析，旋轉和乾燥之後，可以成為電爐補充材料，或成為磁鐵礦部分分離後的利用材料。
稀釋的淤槳，或在稀釋的淤槳經水力分離的溢流，接下來便成為固液分離步驟的材料。此分離可用壓濾機的過濾實現。固相便在過濾器中回收，同時，固相作衝洗以便去除在前面的磨碎和稀釋步驟中未溶於稀釋水中的鹽分。
固液分離和衝洗步驟結束時，固體氫化物和硫酸鹽的濃度各低於1000ppm。
固液分離和衝洗步驟結束時獲得的固體可轉入鹼性浸濾步驟，該步驟可使游離金屬(如鋅、鉛、鎘、鎳及鉻)以及矽增溶。另一方面，鐵不增溶。
經過鹼性浸濾步驟的固體，隨著粉塵來源不同，其重量的10％-50％被增溶。
可以選用的鹼有碳酸鈉、碳酸鉀、和碳酸氫鈉。其他鹼也可用。
如果是碳酸鈉，其濃度液在240g/L-450g/L之間比值R3＝乾燥物質(Kg)/反應容積(L)可以是0.1-0.3.。鹼性浸濾反應的溫度為70℃-120℃該步驟的持續時間是增溶化物物質量的函數。
此步驟結束時，溶液的過濾可使固相和液相分離，富含鐵的固相便轉入酸性浸濾步驟而富含非鐵金屬的液相(可能含矽)轉入鹼性淨化步驟，稍後加以說明一般來說，酸性浸濾可使所有金屬增溶，如鐵、鋅、鉛和鎘，但不能溶解矽。
經酸性浸濾步驟的固體重量的80％-95％可增溶。
當繞過鹼性浸濾步驟時，由固液分離及衝洗步驟產生的固體轉入酸性浸濾步驟，導致所含的鐵、鋅、鉛、鎳、鉻和鈣的增溶，而矽不可溶。
當進行鹼性浸濾步驟時，此鹼性浸濾步驟結束時所獲固相中含的鐵被增溶，以鐵酸鹽形式被束縛的鋅也如此。
酸性浸濾步驟所用的酸是用滴定法測定濃度8％-25％的硫酸。此酸性浸濾步驟在溫度為50℃-100℃之間進行，進行的持續時間取決於增溶化合物的數量。
比值R4＝乾燥物質(公斤)/反應容積(立升)的大小為0.05-0.15。
酸性浸濾步驟結束時，反應介質在壓濾機上過濾，從而將含不溶性化合物(如矽)的固相與酸性水相或含鐵的濾液和可能含增溶元素(如鋅、鉛、鎘、鎳及鉻)的濾液分開。
鐵的濃度為30g/L-60g/L，，鋅的濃度為5g/L-20g/L。
酸性淨化步驟在酸性浸濾步驟之後，此淨化步驟包括粘固反應，還可能包括脫鈣反應。
酸性浸濾步驟出來的濾液通過對某些金屬(如鉛、鎘、鎳和鉻)再加上鋅及/或鐵的粘固作用得到淨化。加入的鋅及/或鐵的量是粘固化合物數量的函數。
就一噸原始煉鋼廠粉塵而言，必須有多達200Kg左右的鋅。
粘固作用發生條件是PH值為2-4，溫度為20℃-100℃，如有必要，可在酸性淨化步驟的同時進行脫鈣或在無粘固反應時進行脫鈣，為了對來自酸性浸濾反應的濾液進行脫鈣處理，可以向濾液加入氟化鈉，使鈣析出。酸性淨化步驟結算時，反應介質在壓濾機上過濾，以便使固液分離。
酸性淨化步驟產生的濾液中鉛、鎘、鎳、鉻、鈣的總濃度小於5mg/L，另一方面它還含一定濃度的鐵和鋅。
酸性淨化步驟產生的固相可作中和及衝洗；使PH值在6.5-7之間，該固相以後有用，因為它含不少重金屬，如鉛、鋅等。
酸性淨化步驟後面是所謂的氧化中和步驟，這一步驟的目的是使氧化後鐵以氫氧化鐵及/或氧化鐵及/或氧化鐵形式沉澱。為了進行氧化反應，可利用液體氧化劑過氧化氫，其濃度為5-35％，或利用氣體氧化劑，如空氣或氧氣。
該氧化/中和步驟必須在PH值為2.5-5時進行，PH值調節到這個範圍是和加入鹼，如濃度為100g/L-200g/L的碳酸鈉同時進行，反應發生溫度是10℃-100℃。
隨著氧化/中和反應的完成，反應介質在壓濾機上過濾，使含氫氧化鐵及/或氧化鐵的固相與濃度達50g/L的含鋅濾液分離。
過濾器上回收的固相作衝洗處理並在80℃-150℃溫度下乾燥後再在400℃-850℃溫度下進行熱處理，乾燥及/或熱處理後得到的氧化鐵及氫氧化鐵成為顏料市場可銷售產品。
氧化/中和步驟產生的濾液主要含鋅，為了利用它可有三種辦法—對濾液電解處理，使金屬鋅離析；—合成鐵酸鋅；—獲取氧化鋅這三種產品都是可銷售產品；如上所述，從鹼性浸濾步驟產生的鹼性液相可轉入鹼性淨化步驟。淨化作用包括粘固反應，必要時也許有脫甲矽基反應。
富含非鐵金屬的鹼性液相通過加入足量的鋅使所含金屬粘固，便可消除這些金屬如鉛、鎳和鉻。
此粘固反方在20℃-100℃時進行。
脫甲矽基反應使矽沉澱，該反應與加熟石灰到介質的粘固反應是同時進行的。
例如一定成分時必須為一噸處理的煉鋼廠粉塵準備9kg熱石灰。鹼性淨化步驟結束時，反應介質在壓濾機上過濾，使鹼性固相與鹼性液相，即鹼性溶液分離。
鹼性固相可含諸如鉛、鎘、鎳、鉻等金屬，也可含矽，鹼性固相進行中和及衝冼處理，它將成為後續處理利用所含金屬的材料。富含鋅的鹼性濾液可作電解處理。電解後收集的並具有一定法拉第效率的產品以鋅粉出現，經衝洗和乾燥便可獲得粉未狀金屬鋅及/或氧化鋅，是可銷售產品。
除去了鋅的鹼性電解濾液可在鹼性浸濾步驟中再次使用。
通過實例，以一噸煉鋼廠粉塵的原料，未耗盡就可獲得以下產品—在乾燥及/或熱處理結束時有600Kg的氫氧化鐵及/或氧化鐵，—300kg的聯產品本方法的伏點—全面，因為它的目的是利用煉鋼廠粉塵中所有金屬；—與將這樣廢料放置在Ⅰ級廢料堆放場相比，經濟且合乎生態要求。—用本方法比先有技術的產品純度高—這些被利用起來的產品有銷路。
權利要求
1.一種改進煉鋼廠粉塵的方法，其目的在於回收工業上可重複利用的化合物，該方法有磨碎和稀釋步驟，固液分離和固體衝洗步驟，酸性浸濾步驟，酸性淨化步驟(包括粘固反應或粘固和脫鈣反應)，該方法的特徵在於它包括氧化/中和步驟，此氧化/中和步驟包括鐵的氧化成氫氧化鐵及/或氧化鐵的反應和反應介質的中和反應。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於；氧化反應是用選自過氧化氫、氧氣或空氣的一種氧化劑進行的。
3.按照權利要求1或2的方法，其特徵在於中和反應用碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氨等的溶液完成，目的是使反應介質的PH值保持在2.5-5之間。
4.按照前面任一權利要求的方法，其特徵在於氧化和中和步驟在10℃-100℃溫度下完成。
5.按照前面任一權利要求的方法，其特徵在於酸性浸濾步驟用其滴定法測得的酸濃度為8％-25％硫酸溶液進行，溫度在50℃-100℃之間。
6.按照前面任一權利要求的方法，其特徵在於酸性淨化在PH值為2-4，溫度為20℃-100℃時進行。
7.按照前面任一權利要求的方法，其特徵在於水力分類步驟是在磨碎和稀釋步驟之後，固液分離和固體衝洗步驟之前進行的。
8.按照前面任一權利要求的方法，其特徵在於它包括鹼性浸濾步驟，該步驟發生在固液分離和固體衝洗步驟之後。
9.按照前面任一權利要求的方法，其特徵在於從氧化/中和步驟產生的液相中可回收金屬鋅、氧化鋅及/或鐵酸鋅。
10.按照前面任一權利要求的方法，其特徵在於它包括對從氧化/中和步驟產生的固相進行乾燥和熱處理的步驟，以獲取氧化鐵及/或氫氧化鐵。
11.按照前面任一權利要求的方法，其特徵在於，它包括對氧化/中和步驟產生的液相進行電解的步驟，以獲得金屬鋅。
12.按照權利要求8的方法，其特徵在於鹼性浸濾步驟產生的固相轉入酸性浸濾步驟。
13.按照權利要求8/的方法，其特徵在於鹼性浸濾步驟產出的液相轉入鹼性淨化步驟。
14.按照權利要求13的方法，其特徵在於鹼性淨化步驟包括粘固反應或粘固及脫甲矽基反應。
15.按照權利要求13或14的方法，其特徵在於電解步驟在鹼性淨化步驟後面，使金屬鋅及/或氧化鋅析出。
全文摘要
本發明涉及一種改進煉鋼廠粉塵，而工業回收可利用的化合物的方法，所述的方法包括一磨碎和稀釋步驟，一固液分離和固體衝洗步驟，酸性瀝濾步驟，酸性淨化步驟，其包括一滲碳反應或一滲碳和脫鈣反應。所述方法的特徵在於它包括氧化/中和步驟，此氧化/中和步驟包括鐵的氧化成氫氧化鐵及/或氧化鐵的反應和反應介質的中和反應。
文檔編號B03B5/32GK1404529SQ0180530
公開日2003年3月19日 申請日期2001年2月9日 優先權日2000年2月23日
發明者法魯克·特查, 弗雷德裡克·朱夫 申請人:李庫帕克公司