硫酸渣生產鐵的方法
2023-09-23 03:21:10 2
硫酸渣生產鐵的方法
【專利摘要】一種硫酸渣生產鐵的方法，包括制球、包殼、還原焙燒、去殼四個步驟。本發明的目的是提供一種硫酸渣綜合利用新技術，通過特殊工藝將硫酸渣中的鋅、鎂進行回收，硫以硫酸鈣形式固定後脫除，產品為高品位還原鐵球，該鐵球可以直接應用於煉鐵、工業廢水處理和鐵合金冶煉原料，同時硫酸渣中的殘餘硫以硫酸鈣的形式固定下來。本發明實現對低品位硫酸渣進行綜合利用，一次性生產出高品位的還原鐵鐵球，應用於煉鐵、鐵合金原料和工業廢水處理等。
【專利說明】硫酸渣生產鐵的方法
[0001]【技術領域】:
本發明涉及冶煉【技術領域】，特別涉及一種硫酸渣生產鐵的方法。
[0002]【背景技術】:
硫酸渣是在製造硫酸過程中，產生的一種固體廢棄物。根據原料品位的高低不同，硫酸渣中鐵的含量從30%到65%不等，這種硫酸渣可以作為煉鐵的原料。因硫酸渣中含有一定數量的鎂、鋅和硫，而鋅、鎂和硫是對高爐煉鐵過程危害特別大的有害元素，因而限制了硫酸渣作為煉鐵原料的應用範圍和數量，現有技術硫酸渣添加量不能超過鐵礦石15%，另外由於含量低於40%的硫酸渣由於成本原因，煉鐵廠也不願意使用。
[0003]
【發明內容】
:
有鑑於此，有必要提供一種硫酸渣生產鐵的方法。本發明的目的是提供一種硫酸渣綜合利用新技術，通過特殊工藝將硫酸渣中的鋅、鎂進行回收，硫以硫酸鈣形式固定後脫除，產品為高品位還原鐵球，該鐵球可以直接應用於煉鐵、工業廢水處理和鐵合金冶煉原料，同時硫酸渣中的殘餘硫以硫酸鈣的形式固定下來。
[0004]一種硫酸渣生產鐵的方法，包括以下步驟:
步驟一，制球，將硫酸渣與添加劑混合，然後加水，攪拌製成直徑為20毫米至30毫米的球團，其中，添加劑由碳酸鈉、氟化鈣和固定碳組成；
步驟二，包殼，將步驟一中製成的球團包裹上一層包衣層，得到包殼球團，其中，包衣層由含碳材料、粘結劑、脫硫劑組成；
步驟三，還原焙燒，將包殼球團加入焙燒爐內進行還原焙燒；
步驟四，去殼，將焙燒後的包殼球團冷卻、去殼，去殼後得到還原鐵球團，還原鐵球團作為煉鐵原料即為鐵球團。
[0005]步驟一中，硫酸渣為粉狀，採用圓盤或圓筒造球機製作球團，添加劑中的碳酸鈉為所用硫酸渣的2%，添加劑中的氟化鈣為所用硫酸渣的1%，添加劑中的固定碳為所用硫酸渣的3% 。 [0006]步驟一中，固定碳為低灰固定碳。
[0007]步驟二中，採用圓筒包殼機進行包殼，包衣層的質量為球團質量的50%至70%，包衣層中的含碳材料、粘結劑、脫硫劑的質量比依次為6:3:1，含碳材料、粘結劑、脫硫劑分別破碎、磨粉、過篩製成200目的粉末，含碳材料為煙煤、褐煤、蘭炭、木炭或者秸杆碳，脫硫劑為石灰石或白雲石，粘結劑為無機物粘結劑。
[0008]步驟三中，焙燒爐為豎爐，豎爐包括乾燥段、預熱段、還原段和冷卻段，乾燥段溫度小於300攝氏度，包殼球團通過乾燥段脫去水分，預熱段溫度小於900攝氏度，還原段還原溫度為1000攝氏度至1250攝氏度，冷卻段溫度為280攝氏度至500攝氏度。
[0009]步驟四中，焙燒後的包殼球團經過冷卻、去殼後得到還原鐵球團，作為煉鐵原料和水處理用材料，包殼球團通過破碎、篩分，也可以通過球磨、篩分，將已經還原的鐵球團與包衣層分開。
[0010]硫酸渣生產鐵的方法中，還包括步驟五，收集次氧化鋅,硫酸渣中的鋅在焙燒爐內還原時，爐內的煙氣經過淨化處理，得到高鋅含量的塵灰，作為提取氧化鋅的原料。
[0011]本發明提供的硫酸渣生產鐵的方法，該方法通過還原焙燒使硫酸渣中的鐵變成還原鐵，在高爐煉鐵時，提高了高爐產量和效率，減少了冶金焦炭的消耗量。硫酸渣中的鋅進入窯爐煙氣，回收得到高鋅含量的除塵灰，作為提取氧化鋅的原料。既回收了寶貴的資源，又消除了鋅在高爐運行時的危害。硫酸渣中的硫，以硫酸鈣的形式固定下來，實現了徹底的無害化處理。本發明實現對低品位硫酸渣進行綜合利用，一次性生產出高品位的還原鐵鐵球，應用於煉鐵、鐵合金原料和工業廢水處理等。
[0012]【具體實施方式】:
硫酸渣生產鐵的方法，包括以下步驟:
步驟一，制球，將硫酸渣與添加劑混合，然後加水，攪拌製成直徑為20毫米至30毫米的球團，其中，添加劑由碳酸鈉、氟化鈣和固定碳組成；硫酸渣為粉狀，採用圓盤或圓筒造球機製作球團，添加劑中的碳酸鈉為所用硫酸渣的2%，添加劑中的氟化鈣為所用硫酸渣的1%，添加劑中的固定碳為所用硫酸洛的3%,固定碳為低灰固定碳；
步驟二，包殼，將步驟一中製成的球團包裹上一層包衣層，得到包殼球團，其中，包衣層由含碳材料、粘結劑、脫硫劑組成；採用圓筒包殼機進行包殼，包衣層的質量為球團質量的50%至70%，包衣層中的含碳材料、粘結劑、脫硫劑的質量比依次為6:3:1，含碳材料、粘結劑、脫硫劑分別破碎、磨粉、過篩製成200目的粉末，含碳材料為煙煤、褐煤、蘭炭、木炭或者秸杆碳，脫硫劑為石灰石或白雲石，粘結劑為無機物粘結劑。在本發明中，含碳材料具有兩個作用，一是提供還原需要的熱量，二是提供鐵礦直接還原需要的一氧化碳氣氛，脫硫劑的目的是使硫酸渣中殘餘的硫在還原焙燒時轉化為硫酸鈣，固定下來，避免二次汙染環境。粘結劑的作用是改善原料的成球性能，提高包殼球團強度。粘結劑有兩大類，一是無機物粘結劑，包括膨潤土、皂土、石灰等；另一類是有機物粘結劑，包括澱粉、糊精、腐植酸鹽、甲基纖維素等。
[0013]本發明採用無機粘結劑，可以使含鋁粘土礦物如高嶺石、葉蠟石、地開石、鋁英石、蒙脫石、伊利石、蛭石、皂石、一水軟鋁石、一水硬鋁石、三水鋁石、累託石、白雲母、絹雲母、金雲母、珍珠雲母等；也可以是上述含鋁粘土礦物的混合物如高嶺土、膨潤土、耐火粘土、漂白土、陶瓷粘土、紅粘土、皂土、矸土、鋁土礦和煤矸石等，根據本地生產經濟性原則選擇粘結劑。
[0014]球團外層的 包衣層具有足夠強度、很高的化學穩定性和很高的軟化溫度。組成包衣層的無機惰性材料在1100—1300攝氏度的高溫下不會形成低共熔物、而且具有一定的溼強度和乾燥強度滿足還原焙燒的要求。
包衣層在還原過程中起的作用有三個:一是包衣層將球團與球團隔開，阻止球團相互粘接；二是包衣層在包殼球團內部形成還原氣氛，阻擋了窯爐煙氣中的氧化性氣體向包殼球團內部擴散；三是包衣層保證包殼球團在窯內碰撞、摩擦作用下不發生破碎，組成球團的硫酸渣不會外洩；而且從包殼球團上脫落的細粒粉末是無機惰性材料，不含鐵物料，不會在還原時出現溶融，結塊。
[0015]步驟三，還原焙燒，將包殼球團加入焙燒爐內進行還原焙燒；焙燒爐為豎爐，豎爐包括乾燥段、預熱段、還原段和冷卻段，乾燥段溫度小於300攝氏度，包殼球團通過乾燥段脫去水分，預熱段溫度小於900攝氏度，還原段的溫度為1000攝氏度至1250攝氏度，冷卻段溫度為280攝氏度至500攝氏度；
本發明採用球團豎爐作為還原焙燒的反應器。豎爐與其他窯爐設備比如迴轉窯相比，具有佔地少，建設費用低，運行成本低，能耗低等優點。
[0016]包殼球團不需要乾燥，直接加入豎爐。
[0017]根據溫度不同，從上到下將球團豎爐分為乾燥段、預熱段、還原段和冷卻段。
[0018]乾燥段，溫度小於300攝氏度，包殼球團乾燥，脫去吸附水；
預熱段，溫度小於900攝氏度，包殼球團中含碳材料的揮發性物質揮發，無機惰性材料的結晶水蒸發，礦物重金屬結晶，脫硫劑分解；
還原段，溫度大於900攝氏度，包殼球團中的一氧化碳還原硫酸渣中四氧化三鐵和氧化亞鐵，變成二氧化碳，二氧化碳向外擴散，與包衣層中的碳反應再次生成一氧化碳，一氧化碳分為兩部分，一部分向外擴散進入梁式豎爐，與供風中的氧氣反應生成二氧化碳，放出熱量，維持還原段的還原溫度，一部分向內擴散進入球團，繼續還原四氧化三鐵和氧化亞鐵，變成二氧化碳，如此反覆，直至完成還原過程。
[0019]硫酸渣中的鋅和鎂，在還原段與一氧化碳反應，還原成金屬鋅和金屬鎂，金屬鋅和鎂蒸發，通過包殼球團的包衣層，進入豎爐的煙氣中，與煙氣中的氧化性氣體反應，再次變成氧化鋅，隨著煙氣排出爐外。
[0020]硫酸渣中的硫，在還原段，與一氧化碳反應，形成羰基硫，羰基硫擴散至包衣層，與固硫劑反應，生成硫酸 鈣，固定在包衣層中，助燃所需的空氣通過配風裝置的風機從還原段的下部給入；
冷卻段，溫度從900攝氏度到室溫，直接還原鐵具有很高的化學活性，在比較高的溫度下很容易與氧氣和二氧化碳反應，重新氧化為氧化亞鐵，本發明採用水淬急冷的方式冷卻。
[0021]步驟四，去殼，將焙燒後的包殼球團冷卻、去殼，去殼後得到還原鐵球團，還原球團作為煉鐵原料即為鐵球團；焙燒後的包殼球團經過冷卻、去殼後得到還原鐵球團，作為煉鐵原料和水處理用材料，包殼球團通過破碎、篩分，也可以通過球磨、篩分，將已經還原的球團與包衣層分開。包殼球團經過還原後，內部球團金屬化，強度非常大，外部的包衣層有一定程度的燒結，密度增大，變硬變脆。這樣的包衣層在破碎時，變成小塊，球團不碎，通過篩分就可以將雜質與球團分開，同樣這樣的包殼球團在球磨機中球磨時，包殼球團互相撞擊、磨蝕，包衣層從包殼球團上脫落，變成細粒粉末，通過篩分，將球團分離出來。
[0022]硫酸渣生產鐵的方法中，還包括步驟五，收集次氧化鋅,硫酸渣中的鋅在焙燒爐內還原時，爐內的煙氣經過淨化處理，得到高鋅含量的塵灰，作為提取氧化鋅的原料。
[0023]本發明提供的硫酸渣生產鐵的方法，該方法通過還原焙燒使硫酸渣中的鐵變成還原鐵，在高爐煉鐵時，提高了高爐產量和效率，減少了冶金焦炭的消耗量。硫酸渣中的鋅進入窯爐煙氣，回收得到高鋅含量的除塵灰，作為提取氧化鋅的原料。既回收了寶貴的資源，又消除了鋅在高爐運行時的危害。硫酸渣中的硫，以硫酸鈣的形式固定下來，實現了徹底的無害化處理。
[0024]以下結合試驗數據對本發明作進一步說明:
所有的試驗顯示，在還原溫度1000-1250攝氏度、還原時間1-3小時的條件下，球團的金屬化率都大於95%，鋅脫除率大於90%，硫固定率大於98%。
【權利要求】
1.一種硫酸渣生產鐵的方法，其特徵在於:硫酸渣生產鐵的方法，包括以下步驟: 步驟一，制球，將硫酸渣與添加劑混合，然後加水，攪拌製成直徑為20毫米至30毫米的球團，其中，添加劑由碳酸鈉、氟化鈣和固定碳組成； 步驟二，包殼，將步驟一中製成的球團包裹上一層包衣層，得到包殼球團，其中，包衣層由含碳材料、粘結劑、脫硫劑組成； 步驟三，還原焙燒，將包殼球團加入焙燒爐內進行還原焙燒； 步驟四，去殼，將焙燒後的包殼球團冷卻、去殼，去殼後得到還原鐵球團，還原鐵球團作為煉鐵原料即為鐵球團。
2.如權利要求1所述的硫酸渣生產鐵的方法，其特徵在於:步驟一中，硫酸渣為粉狀，採用圓盤或圓筒造球機製作球團，添加劑中的碳酸鈉為所用硫酸渣的2%，添加劑中的氟化鈣為所用硫酸渣的1%，添加劑中的固定碳為所用硫酸渣的3%。
3.如權利要求1所述的硫酸渣生產鐵的方法，其特徵在於:步驟一中，固定碳為低灰固定碳。
4.如權利要求1所述的硫酸渣生產鐵的方法，其特徵在於:步驟二中，採用圓筒包殼機進行包殼，包衣層的質量為球團質量的50%至70%，包衣層中的含碳材料、粘結劑、脫硫劑的質量比依次為6:3:1，含碳材料、粘結劑、脫硫劑分別破碎、磨粉、過篩製成200目的粉末，含碳材料為煙煤、 褐煤、蘭炭、木炭或者秸杆碳，脫硫劑為石灰石或白雲石，粘結劑為無機物粘結劑。
5.如權利要求1所述的硫酸渣生產鐵的方法，其特徵在於:步驟三中，焙燒爐為豎爐，豎爐包括乾燥段、預熱段、還原段和冷卻段，乾燥段溫度小於300攝氏度，包殼球團通過乾燥段脫去水分，預熱段溫度小於900攝氏度，還原段溫度為1000攝氏度至1250攝氏度，冷卻段溫度為280攝氏度至500攝氏度。
6.如權利要求1所述的硫酸渣生產鐵的方法，其特徵在於:步驟四中，焙燒後的包殼球團經過冷卻、去殼後得到還原鐵球團，作為煉鐵原料和水處理用材料，包殼球團通過破碎、篩分，也可以通過球磨、篩分，將已經還原的鐵球團與包衣層分開。
7.如權利要求1所述的硫酸渣生產鐵的方法，其特徵在於:硫酸渣生產鐵的方法中，還包括步驟五,收集次氧化鋅,硫酸渣中的鋅在焙燒爐內還原時,爐內的煙氣經過淨化處理，得到高鋅含量的塵灰，作為提取氧化鋅的原料。
【文檔編號】C22B1/14GK103805771SQ201410062806
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月25日 優先權日:2014年2月25日
【發明者】郭世宏, 郭民 申請人:郭世宏