一種高爐除塵灰的再生利用方法與流程

2023-09-21 23:21:06 2

本發明涉及一種高爐除塵灰的再生利用方法 ，屬於固體廢棄物資源化技術領域。

背景技術：

目前各鋼鐵企業處理高爐除塵灰主要有兩種方法，一是將除塵灰配加到燒結工序中，但由於其有害元素含量較高，對高爐生產不利，因此嚴格控制其使用量；二是將除塵灰外賣，但出現了賣出的除塵灰又被摻入到鐵礦粉中，重新應用到高爐的現象。如何有效處理高爐除塵灰已成為當前煉鐵廠的棘手問題。高爐除塵灰中除了含有Zn等有害元素外，還包括對高爐生產有益的Fe、Ca等元素。脫除除塵灰中的有害元素，同時回收利用其中的有益元素具有較大的研究意義。

研究表明Fe、Ca元素可對焦炭氣化反應起催化作用，焦炭反應性升高，起始反應溫度降低，可降低高爐熱儲備區溫度，提高爐身還原效率，降低焦比。

技術實現要素：

本發明提供一種高爐除塵灰的再生利用方法 ，在不增加設備的情況下，將高爐除塵灰與煉焦煤按一定比例混合煉焦，脫除除塵灰大部分的Zn等有害元素，解決了除塵灰難以資源化的難題，生產成本低，且工藝簡單，易於實現。

本發明所採取的技術方案是：

一種高爐除塵灰的再生利用方法 ，將高爐除塵灰與煉焦煤均勻混合後，在焦爐中進行煉焦生產；除塵灰與煉焦煤的質量比為5～50:95～50。

優選的，所用除塵灰包含下述化學成分：C：10～50%，Fe：10～50%，SiO2:5～20%，CaO：5～20%，MgO：5～20%，Al2O3：5～20%，ZnO：5～20%，K2O＜10%，Na2O＜10%，以上為質量百分數。

優選的，所用煉焦煤含固定碳60～80%，其性能指標為：灰分：5～15%，揮發分：10～40%，粘結性G值：50～100，膠質層厚度Y值：5～30mm。

優選的，除塵灰粒度小於1mm，煉焦煤粒度中小於3mm的比例大於80%。

優選的，通過搗固方法將均勻混合的除塵灰與煉焦煤壓製成煤餅後，在焦爐中進行煉焦生產。

進一步優選的，搗固後除塵灰和煉焦煤堆積密度為0.9-1.3t/m3。

所得焦炭反應性指標CRI隨除塵灰配比增加而不斷提高。焦炭應用在高爐生產中，代替焦丁和大塊焦炭，提高高爐生產效率。

通過對高爐除塵灰進行XRD分析可知高爐除塵灰各物相存在形式，XRD分析結果見圖1，由圖1可以看出，高爐除塵灰中主要存在碳和鐵、鋅、鎂、鈣的氧化物，其中鐵主要以Fe2O3和Fe3O4的形式存在，同時存在部分ZnFe2O4。

對不同除塵灰配比煉焦煤得到的焦炭進行XRD分析，XRD分析結果見圖2，由圖2可以看出，所得焦炭成分以碳元素為主，鐵含量次之，隨除塵灰配比增加，焦炭石墨化程度降低，因此使得反應性指標CRI不斷提高。圖2中從下往上添加除塵灰比例依次為0%、5%、10%、15%、20%。

對未加除塵灰得到的焦炭和添加除塵灰後得到的焦炭產品進行微觀形貌檢測，見圖3和圖4，圖4中亮白色部分為鐵顆粒。

所得焦炭中Fe元素含量大於0.1%，Zn元素的脫除率為50～100%。本發明的脫鋅原理：

在焦爐中配入除塵灰,煉焦過程中，碳會與鋅氧化物發生反應，反應式如下：

C(s)+ZnO(s)=CO(g)+Zn(s)

CO(g)+ZnO(s)=CO2(g)+Zn(s)

C(s)+CO2(g)=2CO(g)

根據熱力學計算可以得出，ZnO被C還原的溫度為952℃。圖5為Zn-CO體系平衡氣相組成圖，由圖5可以看出，當溫度達到952℃時，ZnO開始與C發生直接還原反應。由於單質Zn的沸點僅為908℃，被還原的Zn會以氣態的形式被脫除。因此，除塵灰中的ZnO在焦爐內基本會全部被還原成單質Zn，並以氣態形式排出，最終焦炭中Zn含量很低。

採用上述技術方案所產生的有益效果在於：

在不增加設備的情況下，將高爐除塵灰與煉焦煤按一定比例混合煉焦，脫除除塵灰大部分的Zn等有害元素，解決了除塵灰難以資源化的難題，生產成本低，且工藝簡單，易於實現。

本發明得到的焦炭反應性能高，可以代替焦丁和大塊焦炭，利用其高反應性可提高高爐生產效率，降低成本。

附圖說明：

圖1為高爐除塵灰XRD分析圖；

圖2為不同除塵灰配比焦炭XRD分析圖；

圖3為未添加除塵灰得到焦炭的微觀形貌；

圖4為添加除塵灰得到焦炭微觀形貌；

圖5 Zn-CO體系平衡氣相組成。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步地說明；

實施例1：

本實施例中，所用高爐除塵灰的化學成分為：C：20%，Fe：20%，SiO2:8%，CaO：8%，MgO：5%，Al2O3：7%，ZnO：7%，K2O：0.3%，Na2O：0.5%。所用煉焦煤的成分和性能指標為：固定碳：66%，灰分：9%，揮發分：25%，粘結性G值：80，膠質層厚度Y值：15mm。

將高爐除塵灰與煉焦煤按5:50的質量比均勻混合，搗固後煤餅堆積密度為1.1t/m3，在焦爐中進行煉焦生產。

所得焦炭的反應性指標CRI為23%，反應後強度指標CSR為65%。

所得焦炭可全部應用於高爐生產。

實施例2：

本實施例中，所用高爐除塵灰的化學成分為：C：20%，Fe：20%，SiO2:8%，CaO：8%，MgO：5%，Al2O3：7%，ZnO：7%，K2O：0.3%，Na2O：0.5%。所用煉焦煤的成分和性能指標為：固定碳：66%，灰分：9%，揮發分：25%，粘結性G值：80，膠質層厚度Y值：15mm。除塵灰粒度小於1mm，煉焦煤粒度中小於3mm的比例為90%。

將高爐除塵灰與煉焦煤按5:95的質量比均勻混合，搗固後煤餅堆積密度為1.0t/m3，在焦爐中進行煉焦生產。

所得焦炭中Fe元素含量為1.5%，Zn元素的脫除率為70%。

所得焦炭的反應性指標CRI為32%，反應後強度指標CSR為55%。

所得焦炭應用於高爐生產，可代替焦丁50kg/t-Fe，代替大塊焦炭50kg/t-Fe，同時高爐爐身還原效率提高。

實施例3：

本實施例中，所用高爐除塵灰的化學成分為：C：20%，Fe：20%，SiO2:8%，CaO：8%，MgO：5%，Al2O3：7%，ZnO：7%，K2O：0.3%，Na2O：0.5%。所用煉焦煤的成分和性能指標為：固定碳：66%，灰分：9%，揮發分：25%，粘結性G值：80，膠質層厚度Y值：15mm。除塵灰粒度小於1mm，煉焦煤粒度中小於3mm的比例為86%。

將高爐除塵灰與煉焦煤按20:80的質量比均勻混合，搗固後煤餅堆積密度為0.9t/m3，在焦爐中進行煉焦生產。

所得焦炭中Fe元素含量為8%，Zn元素的脫除率為90%。

所得焦炭的反應性指標CRI為42%，反應後強度指標CSR為35%。

所得焦炭應用於高爐生產，可代替焦丁50kg/t-Fe，代替大塊焦炭10kg/t-Fe，同時高爐爐身還原效率提高。

實施例4：

本實施例中，所用高爐除塵灰的化學成分為：C：20%，Fe：20%，SiO2:8%，CaO：8%，MgO：5%，Al2O3：7%，ZnO：7%，K2O：0.3%，Na2O：0.5%。所用煉焦煤的成分和性能指標為：固定碳：66%，灰分：9%，揮發分：25%，粘結性G值：80，膠質層厚度Y值：15mm。除塵灰粒度小於1mm，煉焦煤粒度中小於3mm的比例為92%。

將高爐除塵灰與煉焦煤按50:50的質量比均勻混合，搗固後煤餅堆積密度為1.2t/m3，在焦爐中進行煉焦生產。

所得焦炭中Fe元素含量為15%，Zn元素的脫除率為95%。

所得焦炭的反應性指標CRI為50%，反應後強度指標CSR為20%。

所得焦炭應用於高爐生產，可代替焦丁30kg/t-Fe，同時高爐爐身還原效率提高。

實施例5：

本實施例中，所用高爐除塵灰的化學成分為：C：20%，Fe：20%，SiO2:8%，CaO：8%，MgO：5%，Al2O3：7%，ZnO：7%，K2O：0.3%，Na2O：0.5%。所用煉焦煤的成分和性能指標為：固定碳：65%，灰分：10%，揮發分：25%，粘結性G值：60，膠質層厚度Y值：10mm。除塵灰粒度小於1mm，煉焦煤粒度中小於3mm的比例為82%。

將高爐除塵灰與煉焦煤按50:95的質量比均勻混合，搗固後煤餅堆積密度為1.3t/m3，在焦爐中進行煉焦生產。

所得焦炭中Fe元素含量為3%，Zn元素的脫除率為80%。

所得焦炭的反應性指標CRI為40%，反應後強度指標CSR為35%。

所得焦炭應用於高爐生產，可代替焦丁50kg/t-Fe，代替大塊焦炭10kg/t-Fe，同時高爐爐身還原效率提高。