一种含重金属除尘灰的处理方法

摘要

本发明属于钢铁冶炼废弃物回收处理技术领域，具体涉及一种含重金属除尘灰的处理方法，该方法包括：(1)将待处理的含重金属除尘灰与还原剂混合，得到待处理料；(2)在未密闭的空间内，将所述待处理料加热至1800℃以上，得到液态的铁水、无害渣和含铅与锌的混合气态物，所述含铅与锌的混合气态物遇氧气氧化后分离得到氧化锌和氧化铅的混合粉料。该方法可以处理各类除尘灰，具有原料适应性强，生产能力大，处理效率和产品附加值高的优点。本发明的方法可有效去除钢铁冶炼除尘灰等废弃物中的重金属，避免重金属随除尘灰的传播扩散污染以及铅、锌等重金属在高炉中的富集，有利于高炉操作的稳定与长寿；同时回收了铁、氧化铅和氧化锌，无害渣可以用作建材等多种材料，提高了冶金除尘灰的资源综合利用水平，具有非常显著的经济效益和环境效益。

权利要求

1.一种含重金属除尘灰的处理方法，包括如下步骤：

(1)将待处理的含重金属除尘灰与含碳还原剂、造粒剂和水混合均匀，造粒成球，得到待处理料；其中，所述含重金属除尘灰中铁的含量与还原剂中碳的含量比为(3～4)：1；所述造粒剂为石灰粉；

(2)在敞口的电弧炉内，将所述待处理料加热至1800℃以上，得到液态的铁水、无害渣和含铅与锌的混合气态物，所述液态的铁水和无害渣从电弧炉底部分别排出；所述含铅与锌的混合气态物挥发进入所述电弧炉炉顶设置的口径逐渐缩小的收集装置内并遇氧气氧化后得到氧化锌、氧化铅，一次除尘，经过降温，二次除尘后，分离得到氧化锌和氧化铅的混合粉料；

其中，所述含重金属除尘灰为含有铅与锌的除尘灰，所述加热为高温电弧加热。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述含碳还原剂为瓦斯灰、无烟煤、焦粉、焦炭或兰碳中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含重金属除尘灰为电炉除尘灰、高炉干法除尘灰、转炉除尘灰、烧结机头除尘灰中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述一次除尘为重力除尘，所述二次除尘包括旋风除尘和布袋除尘。

5.根据权利要求1-4任一项所述的处理方法，其特征在于，所述球的直径为8～20mm。

说明书

一种含重金属除尘灰的处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于钢铁冶炼废弃物回收处理技术领域，具体涉及一种含重金属除尘灰的处理方法。

背景技术

[0002] 在钢铁冶炼过程中会产生很多除尘灰，如烧结机机头灰、高炉除尘灰、高炉瓦斯灰、转炉除尘灰、电炉除尘灰等，这些除尘灰中都含有大量重金属，如锌、铅等。

[0003] 目前，钢铁企业处理这类除尘灰的主要方法有两种，一种是作为内燃原料，另一种则是直接进入钢铁生产流程中。然而，在常规的高炉冶炼条件下，氧化锌与氧化铅易被还原成锌、铅，侵蚀炉喉及炉身部位砖衬，形成炉瘤。同时，炉内的锌、铅蒸汽还会阻塞铁矿石与焦炭空隙，影响高炉透气性，对生产不利。在高炉上升管、下降管以及风口处也会因锌、铅的富集而造成管路阻塞和风口上翘。因此，如何解决好这类除尘灰的高效回收利用问题便成了当务之急。

[0004] 部分企业开发了处理钢铁厂含锌除尘灰的工艺，如：(1)转底炉或回转窑工艺。该技术较为成熟，能回收含锌除尘灰中的锌、铁等资源，但该工艺的燃烧和还原在一个反应器内，导致气氛的还原性不高，铁的金属化率和脱锌率不高。此外，转底炉工艺只能处理锌含量较低和铁含量较高的除尘灰，而回转窑工艺中因物料随回转窑转动易被粉碎，产生的粉末与煤灰粘在一起易“结圈”，进而损坏炉衬，频发操作事故，影响作业率。另外，受“结圈”的影响，窑内的还原反应温度偏低，还原反应得到的铁为磁性四氧化三铁，其还需要进一步磨细磁选，增加了生产成本。同时，现有的还原反应得到的锌、铅等重金属不能完全从回转窑中得到高效的分离，导致磁选后的铁渣中还含有重金属，没有从根本上解决企业的环保问题。(2)酸(碱)浸工艺。该工艺只能对中、高锌除尘灰进行处理，且锌的浸出率低，浸渣中剩余的锌含量较高，钢厂难以对浸渣进行循环使用，生产中大量消耗浸出剂，设备腐蚀严重，生产成本高，且工艺中硫、氯的引入会造成新的环境污染。

[0005] 现有技术中，中国专利文献CN103468961A公开了一种密闭冲天炉处理钢铁厂含锌、铅粉尘工艺方法，该方法是以钢铁厂含锌、铅粉尘为主要原料，配加一定量的还原剂、粘结剂、溶剂和水，充分混合后经压球机压制成球，经烘干或养护后送入密闭冲天炉进行冶炼，最终得到粗锌、粗铅和铁水。由于粉尘土中以氧化物形式存在的锌、铅需要经过还原才能转化为锌、铅，为降低炉渣及铁水中锌和铅的含量，提高分离效果，需要采用密闭的炉体来营造良好的还原环境，还原得到的锌蒸气由炉顶进入锌雨冷凝器，得到粗锌、含锌污泥和煤气，锌蒸气的冷凝使得锌雨冷凝器需要定期清理，不利于连续化生产。更重要的是，由于铁和铅均以液体的形态沉积于炉底，分离得到的铁液中不可避免还含有铅成分。

发明内容

[0006] 因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的含锌、铅粉尘工艺方法操作复杂、成本高且金属间分离效果差的问题，从而提供一种工艺简单且冶金除尘灰中的锌、铅与铁能分别回收利用的方法。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种含重金属除尘灰的处理方法，包括如下步骤：

[0008] (1)将待处理的含重金属除尘灰与还原剂混合，得到待处理料；

[0009] (2)在未密闭的空间内，将所述待处理料加热至1800℃以上，得到液态的铁水、无害渣和含铅与锌的混合气态物，所述含铅与锌的混合气态物遇氧气氧化后分离得到氧化锌和氧化铅的混合粉料。

[0010] 进一步地，步骤(2)中，所述加热为高温电弧加热。

[0011] 进一步地，步骤(1)中，所述还原剂为含碳还原剂。

[0012] 进一步地，所述含碳还原剂为瓦斯灰、无烟煤、焦粉、焦炭或兰碳中的一种或几种。

[0013] 进一步地，步骤(1)中，所述含重金属除尘灰中铁的含量与还原剂中碳的含量比为(3～4)：1。

[0014] 进一步地，步骤(1)中，所述含重金属除尘灰为电炉除尘灰、高炉干法除尘灰、转炉除尘灰、烧结机头除尘灰中的一种或多种。

[0015] 进一步地，步骤(2)中，所述含铅与锌的混合气态物遇氧气氧化后得到氧化锌、氧化铅，一次除尘，经过降温，二次除尘后，得到氧化锌和氧化铅混合粉料。

[0016] 进一步地，所述一次除尘为重力除尘，所述二次除尘包括旋风除尘和布袋除尘。

[0017] 进一步地，步骤(1)中，还包括对待处理的含重金属除尘灰与还原剂混合后造粒成球处理，所述球的直径为8～20mm。

[0018] 本发明的技术方案，具有如下优点：

[0019] (1)本发明提供的一种含重金属除尘灰的处理方法，该方法可以处理各类除尘灰，具有原料适应性强，生产能力大，处理效率和产品附加值高的优点。采用1800℃以上的电弧加热还原含重金属除尘灰直接得到铁水、炉渣、及锌与铅的高温气态物，其中得到的铁水纯度高，杂质含量少，锌与铅的高温气态混合物中的锌蒸汽和铅蒸汽随烟气挥发逸出被氧气，氧化得到氧化锌、氧化铅颗粒，氧化锌、氧化铅颗粒可在收尘系统收集，实现彻底分离，提高产品的附加值；铁水经预处理后熔铸成锭，对外销售；炉渣经处理后可作为建筑材料或作为水泥等生产原料。本发明的方法可有效去除钢铁冶炼除尘灰等废弃物中的重金属，避免重金属随除尘灰的传播扩散污染以及铅、锌等重金属在高炉中的富集，有利于高炉操作的稳定与长寿；同时回收了铁、氧化铅和氧化锌，无害渣可以用作建材等多种材料，提高了冶金除尘灰的资源综合利用水平，具有非常显著的经济效益和环境效益。

[0020] (2)本发明提供的一种含重金属除尘灰的处理方法，采用电弧加热产生高温环境，操作简便且温度易控制，为含重金属除尘灰的高温还原提供了有利的保障。

[0021] (3)本发明提供的一种含重金属除尘灰的处理方法，所述含重金属除尘灰为电炉除尘灰、高炉干法除尘灰、转炉除尘灰、烧结机头除尘灰中的一种或多种，原料的适应范围广。本发明进一步限定了还原剂中碳与所述含重金属除尘灰中铁的含量比，一方面保证了还原反应的充分进行，另一方面，特定配比的还原剂与含重金属除尘灰还避免了造粒成型过程中粘结剂的使用，无粘结剂的造粒工艺既降低了生产成本，也避免了因使用粘结剂而产生的杂质，同时还降低了电耗，节约了能源。

[0022] (4)本发明提供的一种含重金属除尘灰的处理方法，对含锌及铅的高温气态物进行氧化、降温、多级收尘，保证了高温烟气中氧化锌、氧化铅有效收集。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0024] 图1是本发明实施例1的含重金属除尘灰处理方法的工艺流程图。

具体实施方式

[0025] 下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0026] 实施例1

[0027] 本实施例提供了一种重金属除尘灰的处理方法，具体包括以下步骤：

[0028] (1)原料准备

[0029] 将干燥后储存于灰仓中的电炉除尘灰作为原料，其主要成分为：Fe35％，Zn 15％，Pb3％；选用焦粉作为还原剂，其固定碳含量为70％；选用石灰粉作为造粒剂。按电炉除尘灰：焦粉：石灰粉：水＝96:12:5:15的比例送入卧式搅拌机充分混匀后送入圆盘造粒机造粒成球，送入堆场。本实施例中电炉除尘灰中Fe的含量与焦粉中C的含量比为4：1。

[0030] (2)将步骤(1)中的原料送入敞口的电弧炉中，电弧炉内温度为1800℃以上，原料中的各组分发生反应产生铁水、无害渣和锌、铅高温气态物，其中：铁水和无害渣分别从电弧炉底部分别排出。高温条件下，锌和铅以气态形式挥发至电弧炉炉顶，所述电弧炉炉顶设置有口径逐渐缩小的收集装置，将炉顶气体吸出所述电弧炉，同时吸入空气，将炉顶气体中的锌和铅的高温气态物氧化成氧化锌和氧化铅粉体并降温。

[0031] 对铁水进行取样检测，检测结果均显示铁水中不含铅、锌成分。

[0032] (3)冷凝富集

[0033] 氧化锌和氧化铅粉体随炉顶气体进入重力除尘器，首先分离得到含碳粉尘，锌、铅氧化物混合气态物随烟气再通过水雾降温成雾状，依次经过旋风除尘器和布袋除尘器，分离得到富氧化锌和氧化铅的颗粒粉料，颗粒粉料中氧化锌和氧化铅总量约为45％以上，作为有色冶炼的原料。

[0034] 实施例2

[0035] 本实施例提供了一种重金属除尘灰的处理方法，具体包括以下步骤：

[0036] 原料准备

[0037] 将干燥后储存于灰仓中的高炉干法除尘灰和电炉除尘灰作为原料，高炉干法除尘灰的主要成分为：Fe 30％，Zn 10％，Pb 3％，C 28％；电炉除尘灰的主要成分为：Fe 35％，Zn 15％，Pb3％。选用无烟煤作为还原剂，其固定碳含量为80％；选用凹凸棒为造粒剂。按高炉除尘灰：电炉除尘灰：无烟煤：凹凸棒：水＝35:65:1.6:5:10的比例送入卧式搅拌机充分混匀后送入圆盘造粒机造粒成球，送入堆场。本实施例中电炉除尘灰中Fe的含量与无烟煤中C的含量比为3：1。

[0038] 本实施例中充分利用高炉除尘灰中的碳，只需要额外加入少量的还原剂即可。

[0039] 还原分离及冷凝富集过程与实施例1相同。经过布袋除尘器后粉尘中氧化锌含量及氧化铅总量约为42％以上，作为有色冶炼的原料。

[0040] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。