一種處理含鋅粉塵的方法及其系統與流程
2023-10-04 05:54:59 1
本發明涉及一種處理含鋅粉塵的系統，本發明進一步涉及應用該系統處理含鋅粉塵的方法，屬於含鋅粉塵的綜合利用領域。
背景技術：
隨著鋼鐵工業的迅猛發展，含鋅粉塵每年排放量十分巨大。目前，該類粉塵由於長期得不到有效處理，在許多鋼廠附近堆積如山，不僅佔據了大量的土地，也汙染了環境，對人身體造成了危害，又浪費了其中鐵、鋅、鉛、碳等有價資源。
鋼鐵廠含鋅粉塵中富含鐵、碳、鋅、鉛等物質，綜合利用價值較高。如能回收利用，則鐵、碳可以節約部分煤炭和鐵礦資源，鉛鋅可用來製作電池、導電材料，也可用來做各種鋅合金。因此，如何高效利用鋼鐵廠含鋅鉛粉塵並提高其綜合附加值，減少環境汙染，成為冶金企業面臨的重大課題。目前國內很多鋼鐵企業將含鋅、鉛粉塵作為原料直接配入燒結、球團料，該方法最為簡單，能一定程度上實現了鐵資源的回收利用，具有投入少，見效快，無需改變原有工藝等優點，但存在配料、混合困難等問題，且會造成有害元素的循環和富集，給高爐帶來危害，屬於含鐵塵泥的粗放型利用，不能徹底解決含鐵塵泥高效資源化利用的問題，嚴重製約了鋼鐵廠的可持續發展。
中國專利申請號為201310599292.0的發明專利公開了一種鋼鐵廠含鋅粉塵磁化焙燒方法及其裝置與應用，它包括備料、焙燒步驟，具體包括篩分破碎置入焙燒容器中，焙燒容器放入加熱爐，加熱爐升溫至800～1000℃，控溫3～5h後降溫至200℃以下出爐冷卻得到磁化焙燒鐵精礦。該方法所存在的主要缺陷是：磁化焙燒後的鐵精礦，鐵主要為氧化態，品位低；磁化焙燒後需降溫冷卻，浪費球團顯熱，所用生產設備為隧道窯爐，焙燒時間長，能耗高、汙染大。
中國專利申請號為200610069619.3的發明專利公開了一種褐鐵礦和鋼鐵廠含鋅粉塵生產鐵精粉的方法及還原焙燒爐，採用褐鐵礦和鋼鐵廠含鋅粉塵或鏡鐵礦、赤鐵礦、硫酸渣為原料，使用傾斜旋轉式還原焙燒爐，爐腔壓力為250-350Pa，在還原氣氛條件下，礦料由低溫旋轉移動到650-900℃，並冷卻磁化，最後經磁選成分鐵精粉。該方法的主要缺陷是採用一端加熱，爐體溫度分布不均勻，物料在爐體內不斷翻滾、摩擦易粉化，粉料容易發生結圈，爐內比爐體外的氣壓大250Pa-350Pa，煤氣和空氣可能將粉料吹出爐外，生產效率低。
綜合以上可見，現有的處理鋼鐵廠含鋅粉塵的方法或設備中，不同程度的存在不能實現鐵、碳和鋅等元素的綜合回收利用，工序流程長、燃料消耗高、環境汙染嚴重等系列問題，有待改進。
技術實現要素：
本發明的目的之一是提供一種處理含鋅粉塵的專用系統；
本發明的目的之二是提供一種應用所述專用系統處理含鋅粉塵的方法；
本發明所提供的處理鋼鐵廠含鋅粉塵的方法和系統可實現鋼鐵廠含鋅粉塵中鐵、碳、鋅等有價元素的回收利用，提高其綜合附加值，減少環境汙染。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：
一種處理含鋅粉塵的系統，包括：原料預處理系統，環形焙燒爐，鋅回收系統以及鐵渣分離系統；其中，原料預處理系統的出料口與環形焙燒爐的進料口相連；鋅回收系統的進口與環形焙燒爐的煙道出口相連，鐵渣分離分離系統的進料口與環形焙燒爐的出料口相連。
其中，所述的原料預處理系統實現所有物料的配料、混合、成型和乾燥，以便獲得滿足入爐要求的幹球團，包括依次連接的混合物料設備、潤磨設備、造球團設備和球團乾燥設備；
所述環形焙燒爐包括殼體，爐床以及驅動裝置；所述殼體形成環形爐腔，爐床可轉動且位於環形爐腔的下部，驅動裝置與爐床相連；其中，環形爐腔由多個徑向的擋牆分隔為首尾依次相連的烘乾爐腔、預還原爐腔、終還原爐腔和冷卻爐腔；在烘乾爐腔設有入料口，在冷卻爐腔設有出料口；
所述擋牆從殼體的頂壁和側壁向下方延伸並與爐床保持間隔，優選的，所述的間隔是10-20cm；設置擋牆以減少相鄰區域的氣流的擾動，進而減少對各區域的溫度和氣氛產生影響；同時，對區域按角度進行劃分，以合理控制球團在各個區域停留時間，獲得良好的渣鐵分離效果。
其中，在預還原爐腔內設有多個輻射管；終還原爐腔裝有火焰加熱裝置；在冷卻爐腔的頂壁設有水冷裝置；對應於預還原爐腔外部的爐牆中部設置煙道，煙道的另一端與所述的鋅回收系統的入口連接。將煙道設置在預還原爐腔，儘量減少煙氣帶走的熱量，待煙氣溫度降至200℃以下時，採用布袋除塵，收集揮發出的鉛、鋅等有價金屬粉塵。所述鋅回收系統設置在環形焙燒爐的預還原區，實現含ZnO粉塵的收集，還原出的金屬鋅揮發進入煙道，在煙道中溫度降低，金屬鋅再次氧化成ZnO粉而被布袋除塵器收集，煙氣經處理達標後排出。
設置在終還原爐腔和烘乾爐腔之間的熱交換裝置將終還原爐腔的高溫廢氣傳輸至烘乾區，用作生球烘乾的熱源，溫度控制通過參入冷風量調節。
作為本發明的一種優選的結構，烘乾爐腔的入料口和冷卻爐腔的出料口按照最小間距的方式進行設置；所述烘乾爐腔佔環形爐腔的角度為45°-90°，預還原爐腔佔環形爐腔的角度為150°-210°，終還原爐腔佔環形爐腔的角度為45°-90°，冷卻爐腔佔環形爐腔的角度為30°-45°。
所述的鐵渣分離系統包括磨礦設備和磁選設備。
本發明進一步提供了一種應用所述的專用系統處理含鋅粉塵的方法，包括：
(1)將含鋅粉塵、還原劑和粘結劑在原料預處理系統中依次進行混合、潤磨、造球和烘乾處理得到烘乾的球團；
(2)將烘乾的球團通過環形焙燒爐的進料口布到爐床上，開啟驅動裝置，驅動爐床上的球團依次經過烘乾爐腔、預還原爐腔、終還原爐腔和冷卻爐腔，最後通過冷卻爐腔的出料口排出；
(3)排出的球團冷卻後進入鐵渣分離系統依次進行磨礦處理和磁選處理，獲得金屬鐵粉和磁選尾渣；在預還原爐腔中產生的高溫煙氣從煙道的出口最終進入鋅回收系統，收集得到揮發出的有價金屬粉塵。
步驟(1)中將含鋅粉塵、還原劑和粘結劑按照100:16～24:1～5的質量比例在原料預處理系統(S100)中進行混合；所述的還原劑選自冶金焦、蘭炭、石油焦、煤、半焦中的一種或幾種的混合物，其中，還原劑的配比為：(還原劑中的固定碳摩爾數+含鋅粉塵中的碳摩爾數)/(含鋅粉塵中鐵氧化物中氧摩爾數+含鋅粉塵中鉛鋅氧化物中氧摩爾數)為1.1-2.1。
所述的粘結劑是膨潤土或澱粉溶液。
步驟(1)中所述的潤磨是控制潤磨處理後的混合物料中粒度小於0.074mm的物料佔到80％以上；將含鋅粉塵、還原劑和粘結劑在原料預處理系統中進行造球時，控制球團的直徑優選在6～12mm之間；所述生球團中的水份佔球團總質量的6-10％。
所述的預還原區溫度為900-1100℃，採用輻射管加熱方式以儘量減少空氣進入和碳燒損，促進球團中金屬氧化物盡大程度的的還原，避免還原出的金屬單質氧化。鋼鐵廠含鋅粉塵中的鐵氧化物C直接還原開始溫度在705℃以下，ZnO的C直接還原開始溫度約為944～947℃，因此，鐵氧化物和鋅氧化物的還原基本上可以在預還原區900～1100℃的溫度區間內完成。所述的預還原區設置煙道及粉塵收集系統，還原出來的金屬鐵留在球團中，還原出的金屬鋅揮發進入煙氣，在煙道中冷凝氧化成ZnO二次粉塵而被粉塵收集系統收集；終還原區溫度1200～1300℃，角度為45～90°，採用火焰加熱方式，提升溫度到1200℃～1350℃，球團在此區域進行鐵氧化物的終還原，球團金屬化程度進一步提高，生成的金屬鐵晶粒長大形成連晶，有利於後續鐵和脈石成分的分離；冷卻區至出料口間的角度為30～45°，冷卻區爐頂採用水冷方式，將球團溫度降低至900℃～1150℃，提高球團自身的強度，以便於出料。
本發明的主要有益效果：
(1)球團乾燥、預熱、還原在同一系統中完成，冶煉時間短、生產效率高，設備成本低；
(2)根據不同反應需要的溫度不同設置不同的反應區域，提高熱量利用率；
(3)利用終還原區的熱廢氣烘乾溼球團，實現餘熱利用，降低能耗；
(4)高效利用鋼鐵廠含鋅粉塵並提高其綜合附加值，減少環境汙染。
附圖說明
圖1本發明的處理鋅粉塵的專用系統示意圖；
圖2本發明環形焙燒爐的結構示意圖；
附圖標記說明：1-烘乾爐腔，2-預還原爐腔，3-終還原爐爐腔，4-冷卻爐腔，5-進料口，6-出料口，7-擋牆，8-火焰加熱裝置，9-熱交換裝置，10-輻射管。
具體實施方式
下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而更為清楚。但是應理解所述實施例僅是範例性的，不對本發明的範圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和範圍下可以對本發明技術方案的細節和形式進行修改或替換，但這些修改或替換均落入本發明的保護範圍。
具體實數方式一
參考圖1-圖2，本發明所提供的處理含鋅粉塵的系統，包括：原料預處理系統S100，環形焙燒爐S200，鋅回收系統S300以及鐵渣分離系統S400；其中，原料預處理系統S100的出料口與環形焙燒爐的進料口5相連；鋅回收系統S300的進口與環形焙燒爐S200的煙道出口相連，鐵渣分離分離系統S400的進料口與環形焙燒爐S200的出料口6相連；所述的原料預處理系統S100包括依次連接的混合物料設備、潤磨設備、造球團設備和球團乾燥設備；所述的鋅回收系統S300是布袋除塵裝置；所述的鐵渣分離系統S400包括磨礦設備和磁選設備。
所述環形焙燒爐S200包括殼體，爐床以及驅動裝置；所述殼體形成環形爐腔，爐床可轉動且位於環形爐腔的下部，驅動裝置與爐床相連；其中，環形爐腔由多個徑向的擋牆7分隔為首尾依次相連的烘乾爐腔1、預還原爐腔2、終還原爐腔3和冷卻爐腔4；在乾燥爐腔1設有入料口5，在冷卻爐腔4設有出料口6；所述擋牆7從殼體的頂壁和側壁向下方延伸並與爐床保持間隔，所述的間隔是15cm。
在預低溫還原爐腔2內設有多個輻射管10；終還原爐腔3裝有火焰加熱裝置8；在冷卻爐腔4的頂壁設有水冷裝置；對應於預還原爐腔2外部的爐牆中部設置煙道，煙道的另一端與所述的鋅回收系統S300的入口連接。
所述幹烘乾爐腔1的入料口5和冷卻爐腔4的出料口6按照最小間距的方式進行設置；烘乾爐腔1佔環形爐腔的角度為45°，預還原爐腔2佔環形爐腔的角度為195°，終還原爐腔3佔環形爐腔的角度為75°，冷卻爐腔4佔環形爐腔的角度為45°。
在終還原爐腔和烘乾爐腔之間設置有熱交換裝置9，熱交換裝置9，將終還原爐腔的高溫廢氣傳輸至烘乾區，用作生球烘乾的熱源，溫度控制通過參入冷風量調節。
具體實數方式二
參考圖1-圖2，本發明所提供的處理含鋅粉塵的系統，包括：原料預處理系統S100，環形焙燒爐S200，鋅回收系統S300以及鐵渣分離系統S400；其中，原料預處理系統S100的出料口與環形焙燒爐的進料口5相連；鋅回收系統S300的進口與環形焙燒爐S200的煙道出口相連，鐵渣分離分離系統S400的進料口與環形焙燒爐S200的出料口6相連；所述的原料預處理系統S100包括依次連接的混合物料設備、潤磨設備、造球團設備和球團乾燥設備；所述的鋅回收系統S300是布袋除塵裝置；所述的鐵渣分離系統S400包括磨礦設備和磁選設備。
所述環形焙燒爐S200包括殼體，爐床以及驅動裝置；所述殼體形成環形爐腔，爐床可轉動且位於環形爐腔的下部，驅動裝置與爐床相連；其中，環形爐腔由多個徑向的擋牆7分隔為首尾依次相連的烘乾爐腔1、預還原爐腔2、終還原爐腔3和冷卻爐腔4；在乾燥爐腔1設有入料口5，在冷卻爐腔4設有出料口6；所述擋牆7從殼體的頂壁和側壁向下方延伸並與爐床保持間隔，所述的間隔是10cm。
在預低溫還原爐腔2內設有多個輻射管10；終還原爐腔3裝有火焰加熱裝置8；在冷卻爐腔4的頂壁設有水冷裝置；對應於預還原爐腔2外部的爐牆中部設置煙道，煙道的另一端與所述的鋅回收系統S300的入口連接。
所述幹烘乾爐腔1的入料口5和冷卻爐腔4的出料口6按照最小間距的方式進行設置；烘乾爐腔1佔環形爐腔的角度為90°，預還原爐腔2佔環形爐腔的角度為180°，終還原爐腔3佔環形爐腔的角度為60°，冷卻爐腔4佔環形爐腔的角度為30°。
在終還原爐腔和烘乾爐腔之間設置有熱交換裝置9，熱交換裝置9，將終還原爐腔的高溫廢氣傳輸至烘乾區，用作生球烘乾的熱源，溫度控制通過參入冷風量調節。
具體實數方式三
參考圖1-圖2，本發明所提供的處理含鋅粉塵的系統，包括：原料預處理系統S100，環形焙燒爐S200，鋅回收系統S300以及鐵渣分離系統S400；其中，原料預處理系統S100的出料口與環形焙燒爐的進料口5相連；鋅回收系統S300的進口與環形焙燒爐S200的煙道出口相連，鐵渣分離分離系統S400的進料口與環形焙燒爐S200的出料口6相連；所述的原料預處理系統S100包括依次連接的混合物料設備、潤磨設備、造球團設備和球團乾燥設備；所述的鋅回收系統S300是布袋除塵裝置；所述的鐵渣分離系統S400包括磨礦設備和磁選設備。
所述環形焙燒爐S200包括殼體，爐床以及驅動裝置；所述殼體形成環形爐腔，爐床可轉動且位於環形爐腔的下部，驅動裝置與爐床相連；其中，環形爐腔由多個徑向的擋牆7分隔為首尾依次相連的烘乾爐腔1、預還原爐腔2、終還原爐腔3和冷卻爐腔4；在乾燥爐腔1設有入料口5，在冷卻爐腔4設有出料口6；所述擋牆7從殼體的頂壁和側壁向下方延伸並與爐床保持間隔，所述的間隔是20cm。
在預低溫還原爐腔2內設有多個輻射管10；終還原爐腔3裝有火焰加熱裝置8；在冷卻爐腔4的頂壁設有水冷裝置；對應於預還原爐腔2外部的爐牆中部設置煙道，煙道的另一端與所述的鋅回收系統S300的入口連接。
所述幹烘乾爐腔1的入料口5和冷卻爐腔4的出料口6按照最小間距的方式進行設置；烘乾爐腔1佔環形爐腔的角度為75°，預還原爐腔2佔環形爐腔的角度為165°，終還原爐腔3佔環形爐腔的角度為75°，冷卻爐腔4佔環形爐腔的角度為45°。
在終還原爐腔和烘乾爐腔之間設置有熱交換裝置9，熱交換裝置9，將終還原爐腔的高溫廢氣傳輸至烘乾區，用作生球烘乾的熱源，溫度控制通過參入冷風量調節。
以下結合具體的實施例對本發明的方法和系統進行詳細的說明
實施例一
將某鋼鐵廠含鋅粉塵(粒度小於0.074mm佔86.7％)100份，蘭炭18份、膨潤土3份混勻後造球(球團粒徑8～12mm)，球團從環形焙燒爐S200入料口5進入，依次經過環形焙燒爐S200的烘乾爐腔1、預還原爐腔2和終還原爐腔3；烘乾爐腔1溫度400℃，弧度45°；預還原爐腔2溫度控制1000℃，弧度為195°；終還原爐腔3溫度控制1250℃，弧度75°；冷卻爐腔4弧度45°。爐底旋轉一周時間為120分鐘，球團中的ZnO在預還原爐腔被還原成金屬鋅進入煙氣，脫鋅後的球團在終還原爐腔被還原成金屬化球團產品從出料口排出。金屬化球團鐵金屬化率91％，鋅脫除率97％，粉塵中Zn品位71％。
實施例二
將某鋼鐵廠含鋅粉塵(粒度小於0.074mm佔82.3％)100份，蘭炭20份、澱粉溶液5份混勻後造球(球團粒徑12～14mm)，球團從環形焙燒爐S200的入料口5進入，依次經過環形焙燒爐S200的烘乾爐腔1、預還原爐腔2和終還原爐腔3。烘乾爐腔1的溫度300℃，弧度90°；預還原爐腔2的溫度控制1050℃，弧度為180°；終還原爐腔3的溫度控制1270℃，弧度60°；冷卻爐腔4的弧度30°。爐底旋轉一周時間為150分鐘，球團中的ZnO在預還原爐腔被還原成金屬鋅進入煙氣，脫鋅後的球團在終還原爐腔被還原成金屬化球團產品從出料口排出。金屬化球團鐵金屬化率89％，鋅脫除率94％，粉塵中Zn品位66％。
實施例三
將某鋼鐵廠含鋅粉塵(粒度小於0.074mm佔76.6％)100份，蘭炭23份、膨潤土4份混勻後造球(球團粒徑14-16mm)，球團從環形焙燒爐S200的入料口5進入，依次經過環形焙燒爐S200的烘乾爐腔1、預還原爐腔2和終還原爐腔3；烘乾爐腔1的溫度350℃，弧度75°；預還原爐腔2的溫度控制1100℃，弧度為165°；終還原爐腔3的溫度控制1230℃，弧度75°；冷卻爐腔4的弧度45°。爐底旋轉一周時間為180分鐘，球團中的ZnO在預還原爐腔被還原成金屬鋅進入煙氣，脫鋅後的球團在終還原爐腔被還原成金屬化球團產品從出料口排出。金屬化球團鐵金屬化率93％，鋅脫除率90％，粉塵中Zn品位67％。