專利名稱：一種轉底爐處理工業(yè)廢渣直接還原方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)廢渣的直接還原處理方法。具體說來是以廢棄的含鐵工業(yè)廢渣和碳質還原劑制成含碳球團，在轉底爐中進行還原得到金屬化球團的方法。
背景技術：
隨著我國鋼鐵產量迅猛發(fā)展，進口鐵礦石量也逐年增加。雖然鐵礦石進口價格一路飆漲，但是2010年依然進口了 6. 19億噸鐵礦石，對進口礦鐵礦石的依存度高達63%。因此，拓寬我國煉鐵原料來源已刻不容緩。化工工業(yè)的快速發(fā)展，在推動國家和地方社會經濟前進的同時，也隨之帶來一系列相關的負面問題。國內很多企業(yè)存在生產組織和管理粗放、環(huán)境污染嚴重以及資源消耗和浪費較大等問題。這一點突出表現(xiàn)沒有實現(xiàn)資源的有效回收和綜合利用。而這點與國外發(fā)達國家的企業(yè)相比有很大差距。我國是生產硫酸和消耗硫酸大國，每生產1噸硫酸排出0. 8^0. 9噸的硫酸渣。目前我國的硫酸渣年產量已超過1000萬噸。硫酸渣中含有豐富的鐵資源及其他可利用的金屬， 棄之不用會造成大量的資源浪費，并且自然堆存、挖坑掩埋或是棄之湖海，不僅占用大量的土地，還會酸化土地，污染水源，影響動植物生長，對環(huán)境造成巨大危害。因此，綜合開發(fā)利用硫酸渣具有十分重要的意義。日本、美國、加拿大和羅馬尼亞等國都有專門處理硫酸渣， 用來作為燒結配料的燒結廠。在我國，硫酸渣也多作為燒結配料來處理。雖然也有用硫酸渣作為造球配料，采用豎爐生產鐵礦球團的，但由于其工藝落后，產品質量不穩(wěn)定，多已停產或拆除。電解鋁廠的鋁電解槽在使用3飛年后就要進行大修，更換槽內襯，槽內襯中的廢舊陰極含有大量碳以及其它有價值的材料。很多鋁廠都將廢碳塊作為一般的工業(yè)垃圾處理，任意丟棄或堆放。廢塊中的有毒氟化物和氰化物溶解于水中，滲入地下，污染水質，或呈粉狀物在空中飛揚，對環(huán)境造成污染，并嚴重危害人身健康和農牧業(yè)生產。如果能變廢為寶，則會大大促進鋁工業(yè)發(fā)展。國內外對此做了大量的研究工作，美國愷撒鋁業(yè)公司、雷諾公司等利用堿液處理廢舊陽極材料來制取冰品石，從而節(jié)省了大量新鮮冰晶石。而我國對其的利用較少，仍有大量槽大修渣不能實現(xiàn)自身價值。鋼鐵生產工藝流程也在不斷向緊湊化、高效化及循環(huán)經濟型、環(huán)境友好型的方向發(fā)展。為了解決焦煤短缺以及傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝所存在的能耗高，環(huán)境污染嚴重等問題，世界上出現(xiàn)了多種新型非高爐煉鐵法，其中最重要的方法之一便是轉底爐工藝。采用轉底爐工藝處理硫酸渣等工業(yè)廢渣，不僅使得化工企業(yè)廢渣得到充分利用，而且能夠創(chuàng)造很高的經濟效益，實現(xiàn)循環(huán)經濟和環(huán)境保護。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種以含鐵工業(yè)廢渣為原料，配入還原劑粉制成含碳球團，以轉底爐法處理含鐵工業(yè)廢渣的方法。
本發(fā)明方法是為了綜合回收利用含鐵工業(yè)廢渣中的有價元素，經濟獲取還原劑資源，解決工業(yè)廢渣綜合回收利用及其在利用過程中所遇到的問題，如制備的冷固含碳球團生球落下強度低、入爐后球團易爆裂造成還原困難等，特提出本發(fā)明以適應工業(yè)化操作的生產方法。在本發(fā)明目的中所提出的生產方法，是包括含鐵工業(yè)廢渣冷固結含碳球團的制備工藝、直接還原工藝兩部分組成。在本發(fā)明方法中所采用的含鐵工業(yè)廢渣冷固結含碳球團的配比為含鐵工業(yè)廢渣還原劑粉粘結劑=100 :15^21 廣3，其中，含鐵工業(yè)廢渣是指含鐵量在35%以上的工業(yè)廢渣，粒度-200目占50%以上，還原劑粉是指細磨的無煙煤、煙煤、焦粉或者其他含碳物質(如電解鋁廠的陰極碳塊)中的一種或者一種以上的組合；粘結劑是指無機或有機粘結劑或者兩者的組合，無機粘結劑如膨潤土、水玻璃等，有機粘結劑如玉米面粉、糖漿廢液、腐殖酸鈉、羧甲基纖維素鈉等。本發(fā)明所提出的適用于制備含鐵工業(yè)廢渣冷固結含碳球團、直接還原的生產方法，該方法是由含鐵工業(yè)廢渣制備冷固結含碳球團的制備工藝、直接還原工藝兩部分組成， 其特征在于將含鐵工業(yè)廢渣與還原劑粉和粘結劑經配料、混合、壓球制得冷固結含碳球團； 冷固結含碳球團經過烘干后進入鋪有墊底料的轉底爐中進行還原，在還原過程中可以向球團料層中加入還原劑保證還原過程的還原氣氛，并可防止還原后期被高溫煙氣再氧化，其具體工藝方法如下
(1)含鐵工業(yè)廢渣冷固結含碳球團的制備工藝中的成分配比為含鐵工業(yè)廢渣還原劑粉粘結劑=100 :15^21 廣3，其中，含鐵工業(yè)廢渣是指含鐵量在35%以上的工業(yè)廢渣或者鐵礦粉，粒度-200目占50%以上，還原劑粉是指細磨的無煙煤、煙煤、焦粉或者其他含碳物質(如電解鋁廠的陰極碳塊)中的一種或者一種以上的組合，粘結劑為無機或有機粘結劑或者兩者的組合，無機粘結劑如膨潤土、水玻璃等，有機粘結劑如玉米面粉、糖漿廢液、腐殖酸鈉、羧甲基纖維素鈉等。在上述的含鐵工業(yè)廢渣冷固結含碳球團成分中的其他特征是，還原劑粉是指細磨的無煙煤、煙煤、焦粉或者其他含碳物質(如電解鋁廠的陰極碳塊)中的一種或者一種以上的組合。粘結劑是為無機或有機粘結劑或者兩者的組合，無機粘結劑如膨潤土、水玻璃等， 有機粘結劑如玉米面粉、糖漿廢液、腐殖酸鈉、羧甲基纖維素鈉等。其他特征還根據含鐵工業(yè)廢渣中的鐵含量，配料時加入(Γ35%的普通鐵精礦(粒度-200目占50%以上)或者根據當地資源狀況加入釩鈦磁鐵礦等復雜礦物，取代部分含鐵物料以提高含碳球團中的鐵品位， 但含鐵工業(yè)廢渣、普通鐵精礦的總配比不變。在本發(fā)明方法中的含鐵工業(yè)廢渣冷固結含碳球團的壓球工藝中，其混料、壓球均為現(xiàn)有工藝技術。(2)含鐵工業(yè)廢渣冷固結含碳球團直接還原工藝是包括烘干、預熱和還原三段， 可以在廣3個設備中分段進行。烘干段采用溫度為20(T40(TC的轉底爐廢氣進行干燥，干燥時間為l、h，烘干后的冷固結含碳球團進入轉底爐的預熱段進行預熱，預熱的溫度為 90(Tll0(rC，預熱時間為l(T20min，預熱后的含碳球團隨著轉底爐的轉動進入還原段，球團在轉底爐中的還原溫度為120(Tl35(TC，還原時間為2(T40min，轉底爐旋轉一周后將球團卸出。還原得到的球團的金屬化率為80、7%。為了保證含鐵工業(yè)廢渣冷固結含碳球團在進入轉底爐后不爆裂及還原過程中球團不與爐底粘結，以保證直接還原工藝的效果，該方法的特征在于在轉底爐中鋪墊底料，該墊底料為煤渣或者無煙煤、煙煤、焦粉或者其他含碳物
4質(如電解鋁廠的陰極碳塊)中的一種或者一種以上的組合。本發(fā)明的其他特征還在于將電解鋁廠廢棄的陰極碳塊磨細后作為還原劑以及轉底爐的墊底料。本發(fā)明對含鐵工業(yè)廢渣采用冷固結含碳球團轉底爐直接還原技術可實現(xiàn)對含鐵工業(yè)廢渣的綜合回收利用。與隧道窯、回轉窯、豎爐相比，采用轉底爐直接還原工藝處理含鐵工業(yè)廢渣顯得既簡單又經濟，主要表現(xiàn)在以下幾個方面(1)原料和能源的靈活性大，轉底爐可以處理各種含鐵廢料以及普通鐵礦石甚至是復雜礦物，可以以煤、焦炭或木炭為還原劑，以天然氣、煤氣、丙烷、燃油和煤粉等作供熱燃料，不受天然氣供應的限制，應用地域廣泛；(2)由于不需要對原料進行深加工，并且可以利用廉價的還原劑，從而使得生產成本較低；(3)設備和基建投資相對較低；由于轉底爐的各個環(huán)節(jié)的技術都比較成熟，因而設備運行穩(wěn)定，特別是轉底爐還原對含碳球團的機械強度要求不高，能夠在穩(wěn)定運轉的靜料層快速還原，并且可以避免回轉窯中的結圈等現(xiàn)象的發(fā)生；(5)爐體相對封閉，環(huán)保措施得力。采用本發(fā)明方法與將含鐵工業(yè)廢渣如硫酸渣用于燒結配料然后進高爐冶煉相比具有以下優(yōu)點(1)不使用冶金焦炭，可以使用無煙煤、煙煤、焦粉或者其他含碳物質(如電解鋁廠的陰極碳塊)中的一種或者一種以上的組合，易經濟獲取；( 用電解鋁廠廢棄的陰極碳塊作還原劑時，不僅可以廉價獲取，使用時也只需細磨便可，成本較低；(3)采用壓球工藝，對原料粒度要求較低，可以節(jié)省磨礦成本；(4)省去燒結、球團及焦化工序，可節(jié)省固定資產投資，并且大幅度減少水資源消耗和環(huán)境污染；(5)可充分利用工藝流程中產生的廢氣的物理熱進行球團的干燥和預熱，實現(xiàn)全流程節(jié)能。
具體實施例方式實施例1
本發(fā)明的工藝流程為配料一混料一球團一烘干一預熱一還原一金屬化球團； 配料選用鐵品位為51%的含鐵工業(yè)廢渣；選用的還原劑粉成分為固定碳79. 98%，灰分13. 94%，揮發(fā)份6. 08% ；選用的粘結劑為玉米面粉，并添加濃度為4%的氫氧化鈉溶液。按含鐵工業(yè)廢渣還原劑粉粘結劑=100 15 2. 5的比例混合，水分的加入量為18%，轉底爐中的墊底料為煤渣。混料造球將上述按比例配好的原料加入混料機中，混勻之后用對輥壓球機將其壓制成球團，球團尺寸為40X30X21mm
烘干將壓制好的球團在200°C的溫度下干燥池
預熱將干燥后的含碳球團裝入轉底爐中，在預熱段中950°C的溫度下預熱15min 還原在轉底爐中的還原階段進行還原，還原溫度為1200° C，還原時間20min，得到還
原產品一金屬化球團。本實例得到的金屬化球團中，球團的金屬化率為84%。實施例2
本發(fā)明的工藝流程為配料一混料一球團一烘干一預熱一還原一金屬化球團； 配料選用鐵品位為45%的含鐵工業(yè)廢渣，并配入30%鐵品位為63%的普通鐵精礦粉； 選用的還原劑粉成分為固定碳86. 47%，灰分4. 95%，揮發(fā)份8. 58% ；選用的粘結劑為膨潤土。按含鐵工業(yè)廢渣還原劑粉粘結劑=100 20 2. 5的比例混合，水分的加入量為20%，轉底爐中的墊底料為球團中配入的還原劑粉?；炝显烨驅⑸鲜霭幢壤浜玫脑霞尤牖炝蠙C中，混勻之后用對輥壓球機將其壓制成球團，球團尺寸為40X30X21mm
烘干將壓制好的球團在300°C的溫度下干燥1. 5h
預熱將干燥后的含碳球團裝入轉底爐中，在預熱段中1000°C的溫度下預熱IOmin 還原在轉底爐中的還原階段進行還原，還原溫度為1300° C，還原時間25min，得到還
原產品一金屬化球團。本實例得到的金屬化球團中，球團的金屬化率為95%。綜合以上實例可見，根據本發(fā)明的方法，以含鐵工業(yè)廢渣和還原劑粉制成含碳球團，利用轉底爐法處理含鐵工業(yè)廢渣的工藝，具有如下優(yōu)點(1)含鐵工業(yè)廢渣屬于閑置廢棄物，原料價格低廉，生產成本低；( 所用的還原劑為煤粉或電解鋁廠的陰極碳塊，取代了傳統(tǒng)煉鐵所需的焦炭，進一步降低了成本，并且使用陰極碳塊也是對廢棄物的回收再利用；(3)所用的粘結劑容易獲得，并且用量較少，原料條件很容易滿足；(4)整體流程較配入燒結進行高爐冶煉流程更為節(jié)能也更加環(huán)保；(5)所采用的轉底爐技術技術成熟，操作簡單，工藝條件容易控制，設備投資較少；(6)本方法可以綜合回收利用工業(yè)廢棄物，減少污染，節(jié)能環(huán)保。
權利要求
1.一種轉底爐處理工業(yè)廢渣直接還原方法，其特征在于原料質量比為含鐵工業(yè)廢渣還原劑粉粘結劑=100 :15^21 :Γ3 ；其中含鐵工業(yè)廢渣是含鐵量在35%以上的工業(yè)廢渣或者鐵礦粉，粒度-200目占50%以上；還原劑粉為含碳物質；粘結劑為無機或有機粘結劑或者兩者的組合；將各種原料按比例配好混勻后進行壓球，水分加入量為原料混合后質量的1廣20% ；將含碳球團采用溫度為20(T40(TC的轉底爐廢氣進行干燥，干燥時間為廣4h ； 將烘干后的冷固結含碳球團裝入轉底爐中的預熱段進行預熱，預熱的溫度為90(Tll0(rC， 預熱時間為l(T20min ；預熱后的含碳球團進入轉底爐中的還原段進行還原，還原溫度為 120(Tl350°C，還原時間為2(T40min ；還原結束得到成品金屬化球團。
2.如權利要求1所述的一種轉底爐處理工業(yè)廢渣直接還原方法，其特征在于所述的含碳物質為細磨的無煙煤、煙煤或焦粉中的一種或多種的混合物。
3.如權利要求1所述的一種轉底爐處理工業(yè)廢渣直接還原方法，其特征在于所述的含碳物質為電解鋁廠廢棄的陰極碳塊磨細后的產物，其粒度為-200目占50%以上。
4.如權利要求1所述的一種轉底爐處理工業(yè)廢渣直接還原方法，其特征在于所述的轉底爐中鋪墊底料，該墊底料為含碳物質。
5.如權利要求4所述的一種轉底爐處理工業(yè)廢渣直接還原方法，其特征在于所述的含碳物質為細磨的無煙煤、煙煤或焦粉中的一種或多種的混合物。
6.如權利要求4所述的一種轉底爐處理工業(yè)廢渣直接還原方法，其特征在于所述的含碳物質為電解鋁廠廢棄的陰極碳塊磨細后的產物，其粒度為3mm以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種轉底爐處理工業(yè)廢渣直接還原方法，屬于冶金行業(yè)中直接還原煉鐵新工藝。主要流程是配料—混料—球團—烘干—預熱—還原—金屬化球團。在轉底爐中還原后可得到金屬化率在80%以上的金屬化球團。本發(fā)明綜合回收利用了含鐵工業(yè)廢渣中的有價元素，經濟獲取還原劑資源，并且解決了工業(yè)廢渣綜合回收利用過程中制備的冷固含碳球團生球落下強度低、入爐后球團易爆裂而造成還原困難等問題，具有金屬化率高、操作簡單、工藝條件容易控制、設備投資較少、生產成本低、原料條件易滿足等優(yōu)點，并且整體流程較高爐冶煉流程更為節(jié)能也更加環(huán)保，更為重要的是本方法可以綜合回收利用工業(yè)廢棄物，減少其對環(huán)境的污染，節(jié)能環(huán)保。
文檔編號C21B13/00GK102277461SQ20111023575
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權日2011年8月17日
發(fā)明者劉征建, 孔德文, 張建良, 楊廣慶, 王廣偉, 王春龍, 蘇步新, 邢相棟 申請人:北京科技大學