權(quán)利要求
1.不銹鋼除塵灰煤基氫冶金回轉(zhuǎn)窯低溫處置工藝，其特征在于，包括以下步驟： 1）將不銹鋼除塵灰制成含水量8～10%、粒度3～8mm粒狀物料； 2）將所述粒狀物料與回轉(zhuǎn)窯返回的0～10mm殘?zhí)堪促|(zhì)量比100:15～20配料得到混合物料，將混合物料從回轉(zhuǎn)窯入料端加入到回轉(zhuǎn)窯內(nèi)； 3）回轉(zhuǎn)窯前期還原過程中：窯內(nèi)以冶金煤氣為燃料進(jìn)行供熱，采用從出料端燒嘴和粒煤噴槍噴入的空氣以及窯背風(fēng)機(jī)沿窯長方向吹入的空氣作為冶金煤氣的助燃空氣，通過彌散式燃燒控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)沿窯長方向的溫度分布； 回轉(zhuǎn)窯中后期還原過程中：從回轉(zhuǎn)窯出料端噴入物料總量15-20%高揮發(fā)分粒煤進(jìn)行煤基氫還原，粒煤熱解產(chǎn)生的H 2和CO及粒煤碳?xì)饣磻?yīng)產(chǎn)生的H 2和CO可提高混合物料還原反應(yīng)中后期還原氣氛濃度，從而提高除塵灰焙燒中后期的還原速度，并使除塵灰中的鐵氧化物得到充分的還原； 混合物料在回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱帶內(nèi)經(jīng)干燥和預(yù)熱后進(jìn)入到高溫還原帶，控制物料在窯時(shí)間為120～180min，高溫還原帶窯溫1100～1150℃，高溫還原帶局部火焰溫度達(dá)到或超過1200℃；還原后的金屬化物料粒度小于5mm，即為還原物料，并隨殘?zhí)繌幕剞D(zhuǎn)窯出料端排出； 4）溫度為750-850℃的還原物料從回轉(zhuǎn)窯出料端排出后進(jìn)入間接冷卻器中換熱冷卻，使還原物料溫度降低到150℃以下后從間接冷卻器中排出； 5）冷卻后的還原物料進(jìn)入干式磁選機(jī)干式磁選，分為磁性的金屬化物料和非磁物料，金屬化物料裝袋打包供不銹鋼電爐或礦熱爐進(jìn)行利用，非磁物料經(jīng)1mm振動(dòng)篩篩分后分為粒狀殘?zhí)亢兔夯?，粒狀殘?zhí)糠祷夭襟E2）作為不銹鋼除塵灰的還原劑進(jìn)行利用； 6）從回轉(zhuǎn)窯入料端排出的500～550℃高溫?zé)煔庖来谓?jīng)過重力沉降室、U型管狀空水冷卻器及布袋除塵器處理后，再經(jīng)抽煙機(jī)加壓進(jìn)行排放。
說明書
不銹鋼除塵灰煤基氫冶金回轉(zhuǎn)窯低溫處置工藝
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種不銹鋼除塵灰煤基氫冶金回轉(zhuǎn)窯低溫處置工藝。
背景技術(shù)
不銹鋼的生產(chǎn)中要產(chǎn)生約5%的粉塵，由于粉塵中含有鎳、鉻等貴金屬元素和微量六價(jià)鉻元素，如不經(jīng)處理直接排放或堆存，不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，而且造成極大的資源浪費(fèi)，且堆放過程中除塵灰中的Cr 3+會(huì)被緩慢氧化成Cr 6+，從而對(duì)周圍的水質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，Cr 6+浸入水體后會(huì)對(duì)周圍的動(dòng)植物產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用，如何處理這些粉塵已成為鋼鐵行業(yè)所面臨的世界性難題。
目前，國內(nèi)外處理不銹鋼除塵灰的方法大致有四種：（1）直接外排堆存。由于不銹鋼生產(chǎn)中除塵灰產(chǎn)出量較大，長期堆存不但占用土地、影響環(huán)境，而且其中大量的鐵、鉻、鎳等資源沒有回收利用，造成資源的浪費(fèi)；（2）返回?zé)Y(jié)或球團(tuán)配料直接利用，被國內(nèi)許多鋼鐵企業(yè)采用，但由于不銹鋼除塵灰的鐵品位只有35%左右，Cr、Ni、Zn等含量較高，配入燒結(jié)礦或球團(tuán)礦利用時(shí)，會(huì)使高爐利用系數(shù)降低，焦比升高，高爐壽命受到影響，同時(shí)會(huì)造成貴重元素Cr、Ni的損失；（3）加入轉(zhuǎn)爐進(jìn)行利用，不銹鋼除塵灰與粘結(jié)劑配料后進(jìn)行冷壓球，冷壓球加入轉(zhuǎn)爐進(jìn)行利用。由于冷壓球鐵品位低、金屬鐵含量很低，作為煉鋼輔助材料加入到轉(zhuǎn)爐中，雖可代替溶劑中的部分石灰、螢石及氧化鐵皮，直接從除塵灰中回收鐵等有用元素，降低生產(chǎn)成本，減少對(duì)環(huán)境的污染，但加入轉(zhuǎn)爐的除塵灰利用比例低、金屬收得率低、經(jīng)濟(jì)性差、環(huán)保不達(dá)標(biāo)，不能滿足除塵灰全部有效利用的需要；（4）綜合回收利用，采用直接還原方法從除塵灰中提取鐵及鉻、鎳等有價(jià)元素。
采用直接還原方法綜合利用除塵灰中有價(jià)元素的工藝主要有轉(zhuǎn)底爐工藝和常規(guī)的回轉(zhuǎn)窯工藝。（1）轉(zhuǎn)底爐工藝是目前國內(nèi)少數(shù)鋼鐵廠處理含鋅塵泥的成熟工藝技術(shù)，該直接還原工藝用于處理鋼鐵廠高爐瓦斯灰泥等含鋅鐵物料具有一定的優(yōu)勢(shì)。但也存在難以克服的缺點(diǎn)，如項(xiàng)目建設(shè)投資大、物料還原料層薄、產(chǎn)品金屬化率低、能源利用效率不高等，極大地限制了它在鋼鐵行業(yè)的推廣和應(yīng)用。（2）常規(guī)的回轉(zhuǎn)窯工藝是目前國內(nèi)多數(shù)鋼鐵廠（如武鋼、本鋼、萍鋼和新余鋼廠等）處理含鋅塵泥的成熟工藝技術(shù)，該直接還原方法具有工藝簡潔、項(xiàng)目投資小、生產(chǎn)運(yùn)行成本低（不需外購氣體燃料）等優(yōu)點(diǎn)，用于處理鋼鐵廠碳鋼除塵灰等含鋅鐵物料具有一定的優(yōu)勢(shì)，但運(yùn)行過程中存在產(chǎn)品金屬化率低、還原時(shí)間長及“結(jié)圈”等問題。此外，當(dāng)還原物料采用磨選工藝時(shí)，物料中含有的鉻氧化物和氧化鈣造成水處理相當(dāng)困難，使其推廣應(yīng)用受到一定的限制。
發(fā)明內(nèi)容
不銹鋼除塵灰煤基氫冶金回轉(zhuǎn)窯低溫處置工藝，其基本原理為：
（1）不銹鋼除塵灰中鎳的氧化物很容易還原，其次為鐵的氧化物，并在還原過程中伴隨有鉛、鋅氧化物的還原。因此，還原過程中，首先還原NiO，然后再還原鐵氧化物等。
（2）煤基氫冶金還原過程的關(guān)鍵在于，煤熱解氣中含有的H 2和CO，發(fā)生系列冶金反應(yīng)后，料層中產(chǎn)生H 2O和CO 2，以H 2O和CO 2為氣化劑氣化熾熱的碳繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)镠 2和CO，可實(shí)現(xiàn)氣體循環(huán)或自重整，通過化學(xué)還原反應(yīng)的選擇性，H 2優(yōu)先參與還原反應(yīng)，從而建立起以H 2還原為主的煤基氫冶金還原過程，提供了源源不斷的還原勢(shì)能。
本發(fā)明為解決不銹鋼除塵灰在回轉(zhuǎn)窯直接還原中存在的上述問題，生產(chǎn)滿足不銹鋼電爐或鐵合金礦熱爐需要的含鐵、鎳、鉻的爐料，根據(jù)除塵灰低溫還原機(jī)理，采用的生產(chǎn)工藝為：（1）將不銹鋼除塵灰在制粒機(jī)中經(jīng)打水制成含水量8～10%、粒度3～8mm粒狀物料；（2）粒狀物料與回轉(zhuǎn)窯返回的粒度0～10mm殘?zhí)堪促|(zhì)量比100:15～20比例經(jīng)配料后從回轉(zhuǎn)窯入料端加入到回轉(zhuǎn)窯內(nèi)；（3）混合物料在回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱帶內(nèi)經(jīng)干燥和預(yù)熱后進(jìn)入到高溫還原帶，物料在窯時(shí)間控制在120～180min，高溫還原帶窯溫控制在1050～1150℃，高溫還原帶局部火焰溫度達(dá)到1200℃，并在除塵灰還原中后期從回轉(zhuǎn)窯出料端向窯內(nèi)噴入物料總量15～20%高揮發(fā)分粒煤進(jìn)行煤基氫還原，可使不銹鋼除塵灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)前期進(jìn)行碳冶金、后期進(jìn)行氫冶金，從而使物料在出窯前得到充分還原；（4）溫度為800℃左右的還原物料從回轉(zhuǎn)窯出料端排出后進(jìn)入到間接冷卻器中換熱冷卻，使還原物料溫度降至150℃以下排出；（5）冷卻物料再經(jīng)干式磁選機(jī)干式磁選后，分為磁性的金屬化物料和非磁物料，金屬化物料裝袋打包可供不銹鋼電爐或礦熱爐進(jìn)行利用，非磁物料經(jīng)1mm振動(dòng)篩篩分后可分為粒狀殘?zhí)亢兔夯遥顨執(zhí)靠煞盗献鳛椴讳P鋼除塵灰的還原劑進(jìn)行利用；（6）從回轉(zhuǎn)窯入料端排出的500～550℃煙氣進(jìn)入到重力沉降室中，隨著煙氣流速的降低，煙氣中大顆粒粉塵在重力作用下沉降聚集，可使大部分礦物顆粒沉積在重力沉降室底部；從重力沉降室出來的含有粉塵的高溫?zé)煔馑腿氲経型管狀空水冷卻器中，在U形盤管多次擾流及空氣和水的間接冷卻作用下，煙氣中粉塵顆粒通過碰撞及吸附開始長大，粘結(jié)形成的大顆粒物料在重力作用下沉積在U型管狀空水冷卻器底部，溫度降低到180℃以下的煙氣從U型管狀空水冷卻器排出；降溫后的低溫?zé)煔饨?jīng)布袋除塵器除塵后，再經(jīng)抽煙機(jī)加壓進(jìn)行排放。
本發(fā)明為提高金屬化物料的金屬化率，采取在不銹鋼除塵灰還原中后期向回轉(zhuǎn)窯內(nèi)噴入高揮發(fā)性粒煤。當(dāng)不銹鋼除塵灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)碳還原進(jìn)行到中后期時(shí)，混合物料中碳含量及鐵氧化物含氧量減少，還原氣體與鐵氧化物接觸面積減小，物料內(nèi)部還原氣氛濃度較低，使不銹鋼除塵灰的還原反應(yīng)速度降低。為提高混合物料還原反應(yīng)中后期的還原氣氛濃度，采取從回轉(zhuǎn)窯出窯端噴入5～20mm的高揮發(fā)分粒煤，粒煤熱解產(chǎn)生的H 2和CO及粒煤碳?xì)饣磻?yīng)產(chǎn)生的H 2和CO可提高混合物料還原反應(yīng)中后期還原氣氛濃度，從而建立起以H 2還原為主的煤基氫冶金還原過程，即減少了CO 2排放，也提高了除塵灰焙燒中后期的還原速度，使除塵灰中的鐵氧化物得到充分的還原。
本發(fā)明不銹鋼除塵灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)還原過程中，高溫還原帶窯溫控制在1050～1150℃，高溫還原帶局部火焰溫度達(dá)到1200℃，還原后的金屬化物料基本以細(xì)小粉粒存在粒度絕大部分在小于5mm。
本發(fā)明不銹鋼除塵灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)還原過程中，窯內(nèi)供熱以物料還原過程中產(chǎn)出的冶金煤氣為燃料，采用從出料端燒嘴和粒煤噴槍噴入的空氣以及窯背風(fēng)機(jī)沿窯長方向吹入的空氣作為冶金煤氣的助燃空氣，通過彌散式燃燒技術(shù)控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)沿窯長方向的溫度分布，且在較低的溫度下進(jìn)行物料還原焙燒，避免局部過高溫導(dǎo)致的回轉(zhuǎn)窯的“結(jié)圈”問題。
本發(fā)明為降低不銹鋼除塵灰回轉(zhuǎn)窯還原過程中產(chǎn)生的粉塵量，采取的方法有：（1）對(duì)不銹鋼除塵灰焙燒前進(jìn)行制粒；（2）采用重力沉降室和U型管狀空水冷卻器，延長了煙氣的流動(dòng)距離，增強(qiáng)了煙氣流動(dòng)過程中的擾動(dòng)，可使煙氣中微小顆粒得到充分的碰撞并使其粘結(jié)吸附和團(tuán)聚長大。
本發(fā)明在回轉(zhuǎn)窯烘窯及升溫過程中，采用從出窯端通入的煤氣（或煤粉）與鼓風(fēng)機(jī)鼓入的助燃空氣進(jìn)行燃燒提供熱量。當(dāng)回轉(zhuǎn)窯溫度升高到700℃以上時(shí)，混合物料中的炭及噴入的粒煤開始進(jìn)行碳?xì)饣磻?yīng)，并向回轉(zhuǎn)窯內(nèi)提供一部分可燃?xì)怏w，這部分可燃?xì)怏w與從出料端鼓入的空氣混合后進(jìn)行燃燒，可向窯內(nèi)提供一部分熱量。當(dāng)回轉(zhuǎn)窯溫度升高到800℃以上時(shí)，混合物料中炭及噴入的粒煤進(jìn)行激烈的碳?xì)饣磻?yīng)，碳?xì)饣磻?yīng)放出大量的可燃?xì)怏w，作為高溫氣體燃料供回轉(zhuǎn)窯使用，整個(gè)過程無需再外供燃料，從而達(dá)到自熱平衡。
本發(fā)明根據(jù)窯內(nèi)物料情況，將窯體分成三個(gè)帶，從加料端算起，第一帶：粒狀物料的干燥和還原，以及還原過程中的粉化；第二帶：粉化物料的造粒，在這—帶對(duì)粉化物料進(jìn)行高溫造粒，造粒粒度一般為≥1mm占95%以上；第三帶：造粒物料的固結(jié)。造粒物料在焙燒過程中，晶粒進(jìn)一步長大并連結(jié)成片，同時(shí)物料內(nèi)部產(chǎn)生少量液相，使其強(qiáng)度得到提高。
本發(fā)明的有益效果在于：
1.對(duì)不銹鋼除塵灰采用氫冶金工藝生產(chǎn)出金屬化率較高的金屬化物料，還原金屬物料打包再返回不銹鋼電爐或礦熱爐進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)不銹鋼除塵灰的高效利用及有價(jià)金屬的高效回收；
2.不銹鋼除塵灰在回轉(zhuǎn)窯還原過程中，通過煤基氫冶金技術(shù)，控制溫度較低，減少了過程碳排放量，降低了冶金還原反應(yīng)所需的能耗；
3.從不銹鋼除塵灰去危廢化處理來看，依據(jù)“危廢鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別GB5058.3-2007”對(duì)浸出液中危害成分總鉻、六價(jià)鉻濃度限值（總鉻15mg/L、六價(jià)鉻5mg/L）的規(guī)定，該工藝技術(shù)，無論是金屬化物料（總鉻0.50～1.12mg/L、六價(jià)鉻0.38～1.05mg/L），還是煙氣除塵收集需外排的系統(tǒng)內(nèi)除塵灰（總鉻0.63～0.0.98mg/L、六價(jià)鉻0.47～0.78mg/L），或是循環(huán)過程需轉(zhuǎn)運(yùn)的殘?zhí)浚傘t0.45～0.82mg/L、六價(jià)鉻0.22～0.56mg/L），其浸出液中危害成分總鉻、六價(jià)鉻濃度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于危廢鑒定標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別之規(guī)定，實(shí)現(xiàn)了完全無害化處理。
附圖說明
圖1為本發(fā)明低溫處置工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
1.物料的選擇與制粒
不銹鋼除塵灰：鐵品位為35～41%、SiO 2含量6～9%、Cr 2O 3含量10～17%、Ni含量1～2%；
高揮發(fā)分粒煤：固定碳含量為44～46%、灰分含量為7～9%、揮發(fā)分含量為47～49%、粒度為5～20mm；
將不銹鋼除塵灰在制粒機(jī)中經(jīng)打水制成含水量8～10%、粒度3～8mm粒狀物料。
2.入窯物料的制粒
粒狀物料與回轉(zhuǎn)窯返回的粒度1～10mm殘?zhí)堪促|(zhì)量比100:15～20比例經(jīng)配料后從回轉(zhuǎn)窯入料端加入到回轉(zhuǎn)窯內(nèi).
3.物料還原
混合物料在回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱帶內(nèi)經(jīng)干燥和預(yù)熱后進(jìn)入到高溫還原帶，再經(jīng)溫度1050-1150℃、時(shí)間120-180min的還原，并在除塵灰還原中后期從回轉(zhuǎn)窯出料端向回轉(zhuǎn)窯內(nèi)噴入物料總量15-20%高揮發(fā)分粒煤進(jìn)行煤基氫還原，可使不銹鋼除塵灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)前期進(jìn)行碳冶金、后期進(jìn)行氫冶金，從而使物料在出窯前得到充分還原。
4.還原物料冷卻
溫度為800℃左右的還原物料從回轉(zhuǎn)窯出料端排出后進(jìn)入到無氧冷卻器中，在高溫還原物料與常溫水間接換熱過程中，可使還原物料溫度降低到150℃以下后從無氧冷卻器中排出。
5.物料干式磁選
焙燒物料經(jīng)干式磁選機(jī)磁選后，分為帶磁性的金屬化物料和不帶磁性的非磁物料，金屬化物料可供不銹鋼電爐或轉(zhuǎn)爐進(jìn)行利用；非磁物料經(jīng)1mm振動(dòng)篩篩分后可分為粒狀殘?zhí)亢兔夯?，粒狀殘?zhí)靠煞盗献鳛椴讳P鋼除塵灰的還原劑進(jìn)行利用。
6.煙氣粗除塵
從回轉(zhuǎn)窯入料端排出的500～550℃高溫?zé)煔膺M(jìn)入到重力沉降室中，隨著煙氣流速的降低，煙氣中大顆粒粉塵在重力作用下沉降聚集，可使大部分礦物顆粒沉積在重力沉降室底部；
從重力沉降室出來的含有粉塵的高溫?zé)煔馑腿氲経型管狀空水冷卻器中，在U形盤管多次擾流及空氣和水的間接冷卻作用下，煙氣中粉塵顆粒通過碰撞及吸附開始長大，粘結(jié)形成的大顆粒物料在重力作用下沉積在U型管狀空水冷卻器底部，溫度降低到200℃以下的煙氣從U型管狀空水冷卻器排出；
降溫后的低溫?zé)煔饨?jīng)布袋除塵器除塵后，再經(jīng)抽煙機(jī)加壓進(jìn)行排放。
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“不銹鋼除塵灰煤基氫冶金回轉(zhuǎn)窯低溫處置工藝” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：酒泉鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
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