利用冶金廢料生產海綿鐵同時回收有色金屬的方法
2023-07-30 22:03:31
專利名稱：利用冶金廢料生產海綿鐵同時回收有色金屬的方法
技術領域：
本發明屬於鋼鐵冶金和粉末冶金領域。
背景技術：
海綿鐵也叫直接還原鐵，它既可作為冶煉優質鋼材的原料；也可作為粉末冶金的 原料。 目前，國外直接還原鐵廠大多數採用氧化球團礦為爐料生產直接還原鐵，其氧化 球團礦又均以鐵精礦粉為原料。這種方式得到的還原鐵雜質含量高，脫磷困難，產品品位較 低，原料成本較高。 氧化鐵皮是一種冶金廢料，其是在鋼材鍛造和熱軋熱加工時，由於鋼鐵和空氣中 氧的反應而形成的，其含有豐富的鐵，若不有效處理，會造成很大的資源浪費。目前在冶金 行業，普遍將氧化鐵皮做為燒結原料來利用，已形成大規模工業生產。 煉鋼除塵汙泥是在轉爐煉鋼過程中用溼法除塵方式收集的煉鋼粉塵。其含有20% 以上的金屬鐵。軋鋼除塵汙泥是在軋鋼生產過程中用溼法除塵方式收集的軋鋼粉塵，其含 有20%以上的金屬鐵。高爐除塵灰是高爐煉鐵過程中，用幹法、溼法除塵方式收集的高爐粉 塵，其含有40%以上的碳。為了有效利用資源，目前冶金行業中通常將上述冶金廢料用做為 燒結原料，已形成大規模工業生產。 以上對氧化鐵皮、煉鋼除塵汙泥、軋鋼除塵汙泥、高爐除塵灰的利用產生的附加值 不高，還存在未能物盡其用的不足。如將高爐除塵灰做為燒結原料利用，其就有40%左右的 高含碳的優勢沒有被充分利用。 而如果對這些資源合理利用，可以降低生產成本，同時可以起到環保節能作用。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術存在的上述不足，提出一種利用冶金廢料生產海 綿鐵同時回收有色金屬的方法，一方面降低海綿鐵的生產成本，另一方面又達到對冶金廢 料的充分有效利用。 為了實現上述目的，本發明提出以下技術方案 利用冶金廢料生產海綿鐵同時回收有色金屬的方法，所述方法包括以下步驟
(1)以氧化鐵皮和煉鋼除塵汙泥和/或軋鋼除塵汙泥和/或鐵精礦粉為原料，以高 爐除塵灰，或者另加煤粉和/或焦粉為還原劑，另加以球團礦用粘接劑，用強力攪拌器或輪 碾機混勻後，進入圓盤造球機或壓力制球機製成生球； 所述原料、還原劑、粘接劑的重量比例為40-60% :38-58% :1_2%，製得的生球直 徑5-30mm。 以上製作生球的具體過程為在三個料倉中分別裝上原料、粘接劑和粘接劑，用圓 盤給料機控制給料速度，按設計量勻速布料在皮帶機上。用皮帶機將原料送入強力攪拌機 攪拌，再經皮帶機送給壓力造球機造球。球核成型後，經皮帶機、振動篩後進入下一道工序(自然幹或烘乾)；振動篩下的細料返回、經破碎機後返回強力攪拌機攪拌。 (2)將生球採用堆放自然幹的方式放幹(3-6)天，或採用低溫烘乾50-250°C (1_3)
小時； (3)將自然幹或烘乾的生球送進海綿鐵生產設備中按海綿鐵的生產工藝進行生 產，燃料採用煤氣或煤粉或液化氣，直接還原得到海綿鐵。海綿鐵生產設備可採用氣基-豎 爐、煤基_迴轉窯或氣基_隧道窯。 將生球在直接還原鐵迴轉窯等海綿鐵生產設備中，採用現有的還原鐵生產工藝，
即對用複合粘結劑製備的球團礦低溫乾燥(150-25(TC )固結後即替代傳統的高溫氧化焙
燒球團，經一步高溫還原(1050-1100°C )就可得到直接還原鐵，該生產工藝流程短、投資
省、能耗少、成本低。 本方法的還原機理 還原劑為氣態的0)或112、產物為0)2或1120的還原反應稱為間接還原反應。還原
劑為固態碳，產物為CO稱為直接還原反應。 鐵氧化物的間接還原反應 3Fe203+C0 = 2Fe304+C02 Fe304+C0 = 3FeO+C02 FeO+CO = Fe+C02 鐵氧化物的直接還原反應 3Fe203+C = 2Fe304+C0 Fe304+C = 3Fe0+C0 FeO+C = Fe+CO 直接還原主要是指直接消耗固體碳。它的另一特點是強烈吸熱，熱效應高達 2717KJ/kgFe。直接還原時消耗的還原碳量恆等於0. 214kgC/kgFe。但反應所需的熱量要由 碳素的燃燒來提供。已知焦炭中碳與02在(TC條件下燃燒生成CO的熱效應為9800KJ/kgC， 則供應2717kJ熱量的耗碳量為0. 277kgC/kgFe。則每直接還原IkgFe共耗碳0. 214+0. 277 =0. 491 (kg)。而間接還原的耗碳量為0. 7135kgC/kgFe，實踐證明直接還原與間接還原之 間有一個最佳比例為直接還原度rd = 0. 76、間接還原度ri = 0. 24。 在直接還原法中，鐵氧化物的還原是在固體狀態下完成而不產生熔化的狀態，其 最高溫度是在熔化溫度，甚至在燒結溫度之下，所以，反應速度是較慢的。
還原工藝參數還原溫度1025-105(TC;還原時間大於80分鐘；碳鐵比0.45(包括 還原和加熱)。 (4)在海綿鐵生產的過程中，同時用布袋集塵方式收集生產過程中產生的含有氧 化鋅及其它有色金屬(如銦、鉛)，從收集得到的煙塵中分離回收穫得氧化鋅。
在海綿鐵生產線上，都安裝有除塵器。由於本方法中使用的還原劑高爐除塵 灰中含有5 -13 %的氧化鋅及其它有色金屬，鋅的熔點419. 5 °C 、沸點90 7 °C ;在還原溫 度1025-105(TC的海綿鐵生產線上，鋅會以單質鋅的形式進入煙氣中，當煙氣溫度下降至 200-419. 5t:範圍內時，又被氧化成氧化鋅，同時由於共生的原因，還有銦、鉛等有價元素混 合在氧化鋅中。因此通過在生產線上同時收集含有這些金屬的灰塵，再將其作為冶鍊金屬 鋅的原料，可以有效回收金屬鋅，同時在冶鍊金屬鋅時，可有效分離出銦、鉛等有價金屬。
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本方法中，對原料有如下要求所述氧化鐵皮鐵的鐵品位TFe68-72X，粒度-200 目> 60 % 。所述煉鋼除塵汙泥的鐵品位TFe55-65 % ，粒度-200目> 60 % ，所述軋鋼除 塵汙泥的鐵品位TFe60-70 % ，粒度-200目> 60 % ，所述高爐除塵灰含碳36-40 % ，含鐵 35-45 % ，粒度-200目> 60 % 。 對原料水分的要求要求原料水分《5% ;達不到要求的必須經過烘乾，使其達到 水分《5%。 對原料有害雜質的要求S《0. 3 ;P《0. 03-0. 12 ;Pb《0. 1 ;ZnO. 1-0. 2 ; As《0. 07 ;Cu《0. 02 ;鈉、鉀越少越好。 對原料脈石成分的要求脈石包括Si02、 A1203、 CaO及MgO等，在高爐條件下，這 些氧化物不能或很難被還原為金屬，最終以爐渣的形式與鐵分離。前兩項低些好，後前兩項 高些好。 對配煤的要求固定碳高、灰分低、硫分磷分低、水分在6-7%。 綜上所述，本發明以冶金企業的含鐵廢料作為原料和還原劑，並且利用現行的直 接還原鐵生產設施進行海綿鐵生產，同時回收氧化鋅及其它有色金屬，具有如下明顯的優 點 (1)大幅降低海綿鐵生產成本。鐵精礦粉1100-1200元/噸，而氧化鐵皮只有 600-700元/噸，煉鋼除塵汙泥、軋鋼除塵汙泥等冶金廢料僅有200元/噸，可見，採用氧化 鐵皮、煉鋼除塵汙泥、軋鋼除塵汙泥等位原料，海綿鐵的生產成本就可以得到降低。
(2)數倍提高冶金廢料附加值；高爐除塵灰50元/噸；其中含鐵35_45%，含碳 30-40% ;3噸高爐除塵灰可選l噸焦粉，價值900-1000元/噸；剩餘的含鐵品位上升到60% 以上，價值600-700元/噸； (3)同時回收其它有價元素，使有限的資源得到了充分循環再生利用。高爐除塵灰 裡面含有鋅6-13% ;鋅的沸點為907t:，在海綿鐵生產爐中1100-120(TC的溫度下，鋅全部 以單質鋅的形式沸騰進入煙道灰中，在到達布袋集成器時，溫度下降至20(TC左右，鋅被氧 化為氧化鋅被收集；由於銦、鉛為鋅的伴生物，它們與氧化鋅一起被收集；可在鋅的深加工 時被分離； 採用本發明方法生產的海綿鐵，鐵品位可達TFe86-98 % ，得到的氧化鋅的品位 Zn40-80%。
具體實施方式
實施例1 : 實驗室試驗例混合料總重量1公斤，其中原料採用氧化鐵皮60%，含鐵品位 70% ;還原劑採用高爐除塵灰48%，含鐵品位40%，含碳38% ;粘結劑為腐植酸2%。
在三個料倉中分別裝入氧化鐵皮、高爐除塵灰、腐植酸，用圓盤給料機控制給料速 度，按設計量勻速布料在皮帶機上。皮帶機將原料送入強力攪拌機攪拌，再經皮帶機送給壓 力造球機造球。球核成型後，經皮帶機、振動篩後，得到直徑10mm的生球。另外振動篩下的 細料返回，經破碎機後返回強力攪拌機攪拌可以重新被利用。 在試驗爐內進行焙燒試驗；試驗用液化氣作燃料，生球置於爐內；升溫至200°C ， 保溫1小時，烘乾水分；然後緩慢升溫1小時到1Q5(TC ;恆溫90分鐘；再緩慢降溫150分鐘；
5CN 101705325 A 取出粗產品經冷卻後，進行多級破碎、篩分、磁選，經檢測TFe為93. 2%，達到技術要求。
在海綿鐵生產的過程中，同時用布袋集塵方式收集生產過程中產生的含有氧化鋅 及其它有色金屬的，從收集得到的煙塵中直接分離回收穫得氧化鋅。
實施例2 :氣基_豎爐 混合料重量20噸，其中氧化鐵皮30 % ，含鐵品位70 % ;煉鋼除塵汙泥30 % ，含鐵 品位60 % ，還原劑高爐除塵灰38 % ，含鐵品位35 % ，含碳36 % ，粘結劑為複合粘接劑GY-3-8 型(開封煤炭研究所研製並銷售)2% 。
制球過程壓力成球(直徑25mm) 在四個料倉中分別裝入氧化鐵皮、煉鋼除塵汙泥、高爐除塵灰、複合粘接劑GY-3-8 型，用圓盤給料機控制給料速度，按設計量勻速布料在皮帶機上。皮帶機將原料送入強力攪 拌機攪拌，再經皮帶機送給壓力造球機造球。球核成型後，經皮帶機、振動篩後，得到直徑 25mm的生球。另外振動篩下的細料返回，經破碎機後返回強力攪拌機攪拌可以重新被利用。
焙燒採用氣基-豎爐為生產設備，用煤氣作燃料，將生球送入豎爐進行焙燒將 生球通過布料機均勻的布料到豎爐頂部的烘乾床上，用57(TC的熱風加熱，使生球在烘乾床 上被逐漸烘乾、預熱，生球在爐中緩慢下降，並逐漸升溫，耗時1小時左右；再將生球在導風 牆均熱段的焙燒帶被加熱到105(TC，耗時1. 5小時左右，逐漸進入冷卻區，被兩次風冷後緩 慢出爐，出爐時的溫度為20(TC左右，全程共耗時6小時左右。 取出粗產品經冷卻後，進行多級破碎、篩分、磁選，對產品進行檢測；TFe為 90.6%，達到技術要求。 在海綿鐵生產的過程中，同時用布袋集塵方式收集生產過程中產生的含有氧化鋅 及其它有色金屬的，從收集得到的煙塵中直接分離回收穫得氧化鋅，氧化鋅Zn品位56 % 。
實施例3 :煤基-迴轉窯 混合料總量50噸，其中氧化鐵皮40%，含鐵品位71.3% ;還原劑高爐除塵灰 58%，含鐵品位45%，含碳38%，粘結劑複合粘結劑GY-3-8型(開封煤炭研究所研製並銷 售)2%。
制球過程 在三個料倉中分別裝入氧化鐵皮、高爐除塵灰、複合粘結劑GY-3-8，用圓盤給料機 控制給料速度，按設計量勻速布料在皮帶機上。皮帶機將原料送入強力攪拌機攪拌，再經皮 帶機送給壓力造球機造球。球核成型後，經皮帶機、振動篩後，得到直徑25mm的生球，堆放 3天自然幹。另外振動篩下的細料返回，經破碎機後返回強力攪拌機攪拌可以重新被利用。
焙燒採用迴轉窯，加入燃料煤粉10噸，將生球送入迴轉窯內進行焙燒；經過迴轉 窯5-6小時、900-1 IO(TC的燒制，取出粗產品經冷卻後，進行多級破碎、篩分、磁選，對產品 進行檢測；TFe為95. 1%，達到技術要求。 在海綿鐵生產的過程中，同時用布袋集塵方式收集生產過程中產生的含有氧化鋅 及其它有色金屬的，從收集得到的煙塵中直接分離回收穫得氧化鋅，氧化鋅Zn品位63 % 。
實施例4 :氣基-豎爐 混合料總量25噸，其中氧化鐵皮30% ，軋鋼除塵汙泥20% ，含鐵品位65% ，還原劑 高爐除塵灰38%，含鐵品位38%，含碳39%，另加煤粉10%也作為還原劑，粘結劑採用複合 粘接劑GY-3-8型2X。
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制球過程在五個料倉中分別裝入氧化鐵皮、軋鋼除塵汙泥、高爐除塵灰、煤粉、復 合粘接劑GY-3-8型，用圓盤給料機控制給料速度，按設計量勻速布料在皮帶機上。皮帶機 將原料送入強力攪拌機攪拌，再經皮帶機送給壓力造球機造球。球核成型後，經皮帶機、振 動篩後，得到直徑25mm的生球，堆放3天自然幹。另外振動篩下的細料返回，經破碎機後返 回強力攪拌機攪拌可以重新被利用。 焙燒採用球團豎爐，用煤氣作燃料，將生球通過布料機均勻布料到豎爐頂部的烘 幹床上，被57(TC的熱風加熱。生球在烘乾床上被逐漸烘乾、預熱，生球在爐內緩慢下降，逐 漸升溫，耗時1小時左右；在導風牆均熱段的焙燒帶被加熱到105(TC，耗時1. 5小時左右， 逐漸進入冷卻區，被兩次風冷後緩慢出爐，出爐時的溫度為20(TC左右，全程共耗時6小時 左右。取出粗產品經冷卻後，進行多級破碎、篩分、磁選，對產品進行檢測；TFe為95. 6%達 到技術要求。 在海綿鐵生產的過程中，同時用布袋集塵方式收集生產過程中產生的含有氧化鋅 及其它有色金屬的，從收集得到的煙塵中直接分離回收穫得氧化鋅，氧化鋅Zn品位59 % 。
實施例5 :氣基-豎爐 混合料重量20噸，其中氧化鐵皮60% ，含鐵品位70% ，還原劑高爐除塵灰26% ，含 鐵品位45% ，含碳40% ，另加煤粉12%也作為還原劑，粘結劑為複合粘接劑GY-3-8型2% 。
壓力成球在四個料倉中分別裝入氧化鐵皮、高爐除塵灰、煤粉、複合粘接劑 GY-3-8型，用圓盤給料機控制給料速度，按設計量勻速布料在皮帶機上。皮帶機將原料送入 強力攪拌機攪拌，再經皮帶機送給壓力造球機造球。球核成型後，經皮帶機、振動篩後，得到 直徑25mm的生球，堆放3天自然幹。另外振動篩下的細料返回，經破碎機後返回強力攪拌 機攪拌可以重新被利用。 焙燒採用球團豎爐，用煤氣作燃料，將生球通過布料機均勻布料到豎爐頂部的烘 幹床上，被57(TC的熱風加熱。生球在烘乾床上被逐漸烘乾、預熱，生球在爐內緩慢下降，逐 漸升溫，耗時1小時左右；在導風牆均熱段的焙燒帶被加熱到105(TC，耗時1. 5小時左右， 逐漸進入冷卻區，被兩次風冷後緩慢出爐，出爐時的溫度為20(TC左右，全程共耗時6小時 左右。取出粗產品經冷卻後，進行多級破碎、篩分、磁選，對產品進行檢測；TFe為96. 8%，達 到技術要求。 在海綿鐵生產的過程中，同時用布袋集塵方式收集生產過程中產生的含有氧化鋅 及其它有色金屬的，從收集得到的煙塵中直接分離回收穫得氧化鋅，氧化鋅Zn品位61 % 。
實施例6 :煤基-迴轉窯 混合料重量50噸，其中氧化鐵皮30% ，含鐵品位71.6%，軋鋼除塵汙泥30% ，含鐵 品位67% ，還原劑高爐除塵灰38% ，含鐵品位45% ，含碳38% ，粘結劑為複合粘結劑CF (中 南大學研製並生產)，用量2%。 壓力成球在四個料倉中分別裝入氧化鐵皮、軋鋼除塵汙泥、高爐除塵灰、複合粘 接劑CF，用圓盤給料機控制給料速度，按設計量勻速布料在皮帶機上。皮帶機將原料送入強 力攪拌機攪拌，再經皮帶機送給壓力造球機造球。球核成型後，經皮帶機、振動篩後，得到直 徑25mm的生球，堆放3天自然幹。另外振動篩下的細料返回，經破碎機後返回強力攪拌機 攪拌可以重新被利用。
焙燒採用迴轉窯，加人燃料煤粉14噸，將生球送入迴轉窯內進行焙燒；經過迴轉
7窯5-6小時、900-1 IO(TC的燒制，取出粗產品經冷卻後，進行多級破碎、篩分、磁選，對產品 進行檢測；TFe為96. 6%，達到技術要求。 在海綿鐵生產的過程中，同時用布袋集塵方式收集生產過程中產生的含有氧化鋅 及其它有色金屬的，從收集得到的煙塵中直接分離回收穫得氧化鋅，氧化鋅Zn品位54 % 。
實施例7:煤基-迴轉窯 混合料重量50噸，其中氧化鐵皮40%，含鐵品位72. 3% ;煉鋼除塵汙泥15%，含 鐵品位63% ;還原劑高爐除塵灰28%，含鐵品位45%，含碳40% ;另加煤粉15%也作為還 原劑；粘結劑為複合粘結劑NB-1 ((中南大學研製並生產)，用量2%。 壓力成球在五個料倉中分別裝入氧化鐵皮、煉鋼除塵汙泥、高爐除塵灰、煤粉、復 合粘接劑NB-1 ，用圓盤給料機控制給料速度，按設計量勻速布料在皮帶機上。皮帶機將原料 送入強力攪拌機攪拌，再經皮帶機送給壓力造球機造球。球核成型後，經皮帶機、振動篩後， 得到直徑25mm的生球，堆放3天自然幹。另外振動篩下的細料返回，經破碎機後返回強力 攪拌機攪拌可以重新被利用。 焙燒採用迴轉窯，加人燃料煤粉10噸，將生球送入迴轉窯內進行焙燒；經過迴轉 窯5-6小時、900-1 IO(TC的燒制，取出粗產品經冷卻後，進行多級破碎、篩分、磁選，對產品 進行檢測；TFe為97. 1%，達到技術要求。 在海綿鐵生產的過程中，同時用布袋集塵方式收集生產過程中產生的含有氧化鋅 及其它有色金屬的，從收集得到的煙塵中直接分離回收穫得氧化鋅，氧化鋅Zn品位53 % 。
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權利要求
利用冶金廢料生產海綿鐵同時回收有色金屬的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟(1)以氧化鐵皮和煉鋼除塵汙泥和/或軋鋼除塵汙泥和/或鐵精礦粉為原料，以高爐除塵灰，或者另加煤粉和/或焦粉為還原劑，另加以球團礦用粘接劑，混勻後，進入圓盤造球機或壓力制球機製成生球；所述原料、還原劑、粘接劑的重量比例為40-60％∶38-58％∶1-2％，製得的小球直徑5-30mm；(2)將生球自然幹或烘乾；(3)將自然幹或烘乾的生球送進海綿鐵生產設備中按海綿鐵的生產工藝進行生產，燃料採用煤氣或煤粉或液化氣，直接還原得到海綿鐵；(4)在海綿鐵生產的過程中，同時用布袋集塵方式收集生產過程中產生的含有氧化鋅及其它有色金屬，從收集得到的煙塵中分離回收穫得氧化鋅。
2. 根據權利要求1所述的利用冶金廢料生產海綿鐵同時回收有色金屬的工藝方法，其 特徵在於所述海綿鐵生產設備為氣基_豎爐、煤基_迴轉窯或氣基_隧道窯。
3. 根據權利要求1或2所述的利用冶金廢料生產海綿鐵同時回收有色金屬的方法，其 特徵在於所述粘接劑採用球團礦用複合粘接劑或腐植酸。
4. 根據權利要求3所述的利用冶金廢料生產海綿鐵同時回收有色金屬的方法，其特徵 在於所述複合粘接劑選用GY-3-8、 CF或NB-1。
5. 根據權利要求1或2所述的利用冶金廢料生產海綿鐵同時回收有色金屬的方法，其 特徵在於所述氧化鐵皮鐵的鐵品位TFe68-72% ，粒度-200目> 60% 。所述煉鋼除塵汙泥的鐵品位TFe55-65X，粒度-200目> 60% ; 所述軋鋼除塵汙泥的鐵品位TFe60-70X、粒度-200目> 60% ; 所述高爐除塵灰含碳36-40 %，含鐵35-45 %，粒度-200目> 60%。
全文摘要
本發明提出一種利用冶金廢料生產海綿鐵同時回收有色金屬的方法，它是以氧化鐵皮和煉鋼除塵汙泥和/或軋鋼除塵汙泥和/或鐵精礦粉為原料，以高爐除塵灰，或者另加煤粉和/或焦粉為還原劑，另加以球團礦用粘接劑，混勻後製成生球，然後送進海綿鐵生產設備中按海綿鐵的生產工藝進行生產，直接還原得到海綿鐵，並在海綿鐵生產的過程中，同時用布袋集塵方式收集生產過程中產生的含有氧化鋅及其它有色金屬，從收集得到的煙塵中分離回收穫得氧化鋅。本發明一方面可以降低海綿鐵的生產成本，另一方面又能達到對冶金廢料的充分有效利用，並有效回收氧化鋅等有色金屬。
文檔編號C21B13/00GK101705325SQ200910191850
公開日2010年5月12日 申請日期2009年12月10日 優先權日2009年12月10日
發明者李秉正, 楊龍, 鄧勇 申請人:重慶瑞源環境工程有限公司