1.本發(fā)明屬于冶金固危廢處置技術領域，涉及一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝及裝置。

背景技術：

2.煉鋼過程或鉛、鋅冶煉過程通常會產生含多種金屬的高溫蒸氣，經常規(guī)冷卻除塵后會生成含pb、zn、cd等重金屬粉塵或污泥，依據發(fā)改委2021年1月公布的《國家危險廢物名錄》(2021年版)中，該類粉塵已正式被劃分為hw31危險廢棄物。同時，在鋁電解、鋁加工及再生鋁生產加工過程中，會產生諸多含鋁副產品，且隨著國內金屬鋁及鋁合金生產規(guī)模不斷擴大，工業(yè)鋁灰(含一次鋁灰和二次鋁灰)、電解浮渣、鍍鋅渣的產生量也成比例增長，并在《國家危險廢物名錄》(2019版)中明確將工業(yè)鋁灰列為hw48危險廢棄物。

3.針對上述冶金與加工過程產生的含鋅物料與廢鋁等現(xiàn)行火法處置工藝，多是采用碳基還原或熱解/燃燒處置方式，專利對比如下。

4.含鋅電爐粉塵的處理方法(公開號cn101092664a)、從電爐粉塵回收金屬的方法和裝置(公開號cn103069023a)等分別提出采用回轉爐、轉底爐或熔融電爐等裝置利用碳還原含鋅物料，鋅蒸氣經二次氧化最終收得氧化鋅；

5.一種用廢鋁-鋅-鐵-硅合金再生金屬鋁鋅的方法(公開號cn101629244)提出利用廢鋁作為發(fā)熱劑添加至合金中通過真空蒸餾回收zn與al等有價金屬；一種真空鋁熱還原法同時制取金屬鋰和金屬鎂的工藝(公開號cn110042240a)提出利用鋁粉作為發(fā)熱劑加速含鎂物料含碳球團的還原過程。

6.對比上述專利，本發(fā)明以鋁為還原劑采用真空低溫還原方式，將含鋅物料還原為金屬鋅、合金以及高氧化鋁原料，無co2排放，避免了鋅蒸氣的二次氧化，提高了產品市場價值。同時，原料中含有的氟化物被固化到熔渣中，氮化鋁經還原過程生成氮氣，避免了水解過程存在的氨氣污染問題，是一種綠色節(jié)能環(huán)保型冶金固危廢處置工藝。

技術實現(xiàn)要素：

7.有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝及裝置，解決現(xiàn)有技術中有co2和氨氣等氣體排放和鋅蒸汽容易遭到氧化的技術問題，實現(xiàn)了對冶金生產和加工過程產生的含鋅和含鋁固廢的綜合治理，是一種綠色節(jié)能環(huán)保型電爐灰處置工藝。

8.為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

9.一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝，包括如下步驟，

10.s1.配置原料，冶煉原料包括含鋅物料和含鋁物料，其中含鋁物料中的鋁為還原劑；

11.s2.熔解與還原，將含鋁物料和含鋅物料混勻，壓球，送入真空爐內；并將真空爐內溫度加熱至700℃～900℃，控制真空爐內真空度為30～100pa，將含鋁物料和含鋅物料熔解

并完成鋁熱還原反應；

12.s3.冷卻，將溶解與還原生成的蒸氣通入真空冷凝系統(tǒng)中冷卻成鋅液，并從真空冷凝系統(tǒng)的溢流口流出，未充分冷卻的蒸氣從真空冷凝系統(tǒng)上部流至水洗池內，冷卻沉降，形成鋅粉；

13.s4.熔渣處理，還原反應結束后，將真空爐中殘渣經底部排料口排出，經磁選得到合金與高氧化鋁爐渣。

14.進一步，步驟s1中所述的含鋁物料包括但不限于廢鋁、一次鋁灰、二次鋁灰、鍍鋅渣；含鋅物料包括但不限于煉鋼灰、含鋅浸出渣、鋅電池和鋰渣。

15.進一步，步驟s1中含鋅物料為電爐粉塵，含鋁物料為工業(yè)鋁灰時，需外配5％生石灰。

16.進一步，所述真空爐為真空感應爐或真空回轉爐。

17.進一步，步驟s2中所述的含鋁物料與含鋅物料al/o比為0.9～1.1，反應時間40～60min。

18.進一步，步驟s3中真空冷凝系統(tǒng)鋅液池溫度為450℃～550℃，真空冷凝系統(tǒng)頂部溫度《150℃，水洗池溫度《50℃。

19.進一步，步驟s2中將原料中的氟以11cao-7al2o

3-caf2相固化在爐渣，原料中的氮化鋁經熔融還原生成氮氣。

20.一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的裝置，包括底部設有排料口且頂部設有進料口的真空爐，位于真空爐進料口上方的壓球機，位于壓球機上并與壓球機相連的混合機、與混合機相連的物料倉、與真空爐通過管道密封連接的真空冷凝系統(tǒng)、與真空冷凝系統(tǒng)通過管道連接并密閉的水洗池和與水洗池連通的真空泵。

21.進一步，所述物料倉由含鋅物料倉和含鋁物料倉兩個倉室組成。

22.進一步，所述真空爐為真空感應爐或真空回轉爐。

23.本發(fā)明的有益效果在于：

24.1、本技術使用鋁為還原劑，并采用真空低溫還原方式，將含鋅物料還原為金屬鋅、合金以及高氧化鋁原料，無co2排放，避免了鋅蒸氣的二次氧化，提高了產品質量和市場價值。同時，氟化物中的氟以11cao-7al2o

3-caf2相固化在爐渣；氮化鋁經還原過程生成氮氣，避免了水解過程存在的氨氣污染問題，實現(xiàn)了對含鋁、鋅等冶金固危廢的無害化與資源化利用，并獲得顯著的經濟效益和社會效益，是一種綠色節(jié)能環(huán)保型冶金固危廢處置工藝。

25.2、熔渣中得到的高氧化鋁可以作為原料供電解鋁廠或高鋁磚、耐材廠使用，使資源的到了循環(huán)利用，增加了整個工廠的效益。

26.本發(fā)明的其他優(yōu)點在于避免了在城市道路表面圍欄施工的情況，提升了市容市貌；節(jié)約了施工過程中人力、物力的成本損耗。加快施工進度，對工程的有效性、時效性有著明顯的推動作用，流水線作業(yè)，降低了不熟練技術人員的培養(yǎng)成本，降低了在適用傳統(tǒng)方式中出現(xiàn)的安全隱患，以及避免了不規(guī)范施工所造成的所有安全隱患。

附圖說明

27.為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作優(yōu)選的詳細描述，其中：

28.圖1為種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的裝置示意圖。

29.附圖標記：含鋅物料倉1、含鋁物料倉2、混合機3、壓球機4、進料口5、真空爐6、反應料層7、排料口8、蒸汽出口9、真空冷凝系統(tǒng)10、鋅液池11、溢流口12、水洗池13、真空泵14。

具體實施方式

30.以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構想，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。

31.請參閱圖1，一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的裝置，包括底部設有排料口8且頂部設有進料口5的真空爐6，位于真空爐6的進料口5上方的壓球機4，位于壓球機4上并與壓球機4相連的混合機3、與混合機3相連的含鋅物料倉1和含鋁物料倉2、與真空爐6上的蒸汽出口9通過管道密封連接的真空冷凝系統(tǒng)10、與真空冷凝系統(tǒng)10通過管道連接并密閉的水洗池13和與水洗池13連通的真空泵14。真空冷凝系統(tǒng)10下部設有儲存鋅液的鋅液池11和溢流口12。真空爐6可選用真空感應爐或真空回轉爐。

32.通過混合機3和壓球機4對原料進行混勻和壓球處理，減少了粉塵，保證了真空爐6下部形成的反應料層7的均勻加熱，使鋁熱還原反應充分進行。

33.實施例1，一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝，包括如下步驟，

34.s1.配置原料，將電爐粉塵加入含鋅物料倉1，工業(yè)鋁灰作為還原劑加入含鋁物料倉2，并外配5％生石灰；

35.s2.熔解與還原，通過混合機3和壓球機4將電爐粉塵和工業(yè)鋁灰按照al/o0.9比例混勻，壓球，送入真空爐內6內；并將真空爐內6溫度加熱至700℃～900℃，通過真空泵14控制真空爐內6真空度到30～100pa，維持反應時間40～60min；

36.s3.冷卻，將溶解與還原生成的鋅蒸氣通過蒸汽出口9和管道進入真空冷凝系統(tǒng)10中，控制真空冷凝系統(tǒng)10頂部溫度《150℃，使鋅蒸汽冷卻成鋅液，收集與下部的鋅液池11中，并保持鋅液池11的溫度為450℃～550℃，使鋅液可從位于鋅液池11下部的溢流口12流出，未充分冷卻的鋅蒸氣從冷卻真空系統(tǒng)10上部流至水洗池13內，控制水洗池溫度《50℃，使鋅蒸汽冷卻沉降，形成鋅粉；

37.s4.熔渣處理，還原反應結束后，將真空爐6中殘渣經底部排料口8排出，經磁選得到合金與高氧化鋁爐渣，并將收集的高氧化鋁爐渣供電解鋁廠或高鋁磚、耐材廠使用。此時，鋁灰中的f以11cao-7al2o

3-caf2相固化在爐渣中，原料中氮化鋁經還原過程生成氮氣，可以有效避免了水解過程存在的氨氣污染問題。

38.實施例2

39.實施例2與實施1的區(qū)別在于，

40.在步驟s1中，用不銹鋼廠除塵灰和鋰渣做含鋅物料，工業(yè)鋁灰作為還原劑和發(fā)熱劑；

41.在步驟s2中，將不銹鋼廠除塵灰和鋰渣與工業(yè)鋁灰按照al/o為1.0比例混均、壓

球；

42.在步驟s3中，鋅蒸氣經真空冷卻系統(tǒng)10形成鋅液，并從溢流口排出，而鋰蒸氣在真空冷卻系統(tǒng)10頂部的水冷罩上冷卻為固態(tài)金屬鋰。

43.實施例2與實施例1相比，不僅可以處理含鋅的固危廢材料，還同時治理了含鋰的固危廢材料，并利用高溫鋰蒸氣的冷凝結晶溫度為150℃～200℃的特性，將蒸氣中的金屬鋅與鋰在真空冷卻系統(tǒng)10中分離捕集，完成了多種固危廢的綜合治理，并提升了工藝流程的效率，提升了產品的市場價值。

44.本技術中的原料不僅僅是實施例1和實施例2中的物料，其含鋁物料可包括廢鋁、一次鋁灰、二次鋁灰、鍍鋅渣等其他含鋁固危廢材料；含鋅物料可包括煉鋼灰、含鋅浸出渣、鋅電池等其他含鋅固危廢材料。

45.最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。技術特征：

1.一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝，其特征在于：包括如下步驟，s1.配置原料，冶煉原料包括含鋅物料和含鋁物料，其中含鋁物料中的鋁為還原劑；s2.熔解與還原，將含鋁物料和含鋅物料混勻，壓球，送入真空爐內；并將真空爐內溫度加熱至700℃～900℃，控制真空爐內真空度為30～100pa，將含鋁物料和含鋅物料熔解并完成鋁熱還原反應；s3.冷卻，將溶解與還原生成的蒸氣通入真空冷凝系統(tǒng)中冷卻成鋅液，并從真空冷凝系統(tǒng)的溢流口流出，未充分冷卻的蒸氣從真空冷凝系統(tǒng)上部流至水洗池內，冷卻沉降，形成鋅粉；s4.熔渣處理，還原反應結束后，將真空爐中殘渣經底部排料口排出，經磁選得到合金與高氧化鋁爐渣。2.根據權利要求1所述的一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝，其特征在于：步驟s1中所述的含鋁物料包括但不限于廢鋁、一次鋁灰、二次鋁灰、鍍鋅渣；含鋅物料包括但不限于煉鋼灰、含鋅浸出渣、鋅電池和鋰渣。3.根據權利要求2所述的一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝，其特征在于：步驟s1中含鋅物料為電爐粉塵，含鋁物料為工業(yè)鋁灰時，需外配5％生石灰。4.根據權利要求1所述的一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝，其特征在于：所述真空爐為真空感應爐或真空回轉爐。5.根據權利要求1所述的一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝，其特征在于：步驟s2中所述的含鋁物料與含鋅物料al/o比為0.9～1.1，反應時間40～60min。6.根據權利要求1所述的一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝，其特征在于：步驟s3中真空冷凝系統(tǒng)鋅液池溫度為450℃～550℃，真空冷凝系統(tǒng)頂部溫度<150℃，水洗池溫度<50℃。7.根據權利要求1所述的一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝，其特征在于：步驟s2中將原料中的氟以11cao-7al2o

3-caf2相固化在爐渣，原料中的氮化鋁經熔融還原生成氮氣。8.一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的裝置，其特征在于：包括底部設有排料口且頂部設有進料口的真空爐，位于真空爐進料口上方的壓球機，位于壓球機上并與壓球機相連的混合機、與混合機相連的物料倉、與真空爐通過管道密封連接的真空冷凝系統(tǒng)、與真空冷凝系統(tǒng)通過管道連接并密閉的水洗池和與水洗池連通的真空泵。9.根據權利要求8所述的一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的裝置，其特征在于：所述物料倉由含鋅物料倉和含鋁物料倉兩個倉室組成。10.根據權利要求8所述的一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的裝置，其特征在于：所述真空爐為真空感應爐或真空回轉爐。

技術總結

本發(fā)明涉及一種真空低溫鋁熱法還原含鋅物料的工藝及裝置，屬于冶金固危廢處置技術領域。通過將含鋅物料料與含鋁物料混勻、壓球后，在真空爐內完成熔解與還原，鋅蒸氣經真空冷凝系統(tǒng)得到鋅液，反應殘渣沿真空爐底部排料口排出后，經磁選分別得到合金與高氧化鋁爐渣。該工藝及及裝置解決現(xiàn)有技術中有CO2和氨氣等氣體排放和鋅蒸汽容易遭到氧化的技術問題，實現(xiàn)了對冶金生產和加工過程產生的含鋅和含鋁固廢的綜合治理，是一種綠色節(jié)能環(huán)保型電爐灰處置工藝。置工藝。置工藝。

技術研發(fā)人員：趙忠宇 郭秀鍵 田文杰 倪曉明 雍海泉 羅磊 羅寶龍

受保護的技術使用者：中冶賽迪技術研究中心有限公司

技術研發(fā)日：2022.01.05

技術公布日：2022/4/12