專利名稱：從含鋅粉塵中回收鋅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從粉塵中回收鋅的方法，更具體地說，涉及一種從含有作為主要成分的鐵的粉塵中回收鋅的方法。
由于在煉鋼廠回收的粉塵具有高鐵含量，該粉塵能有效地用作鐵源。然而，一些粉塵含鋅。當(dāng)此類含鋅粉塵送入高爐時(shí)，則妨礙了高爐的正常操作。因此，含有過多量的鋅的粉塵不能用作高爐的原料。
例如，由高爐的粉塵接受器收集的高爐粉塵含有大約0.1～3wt%的來自鐵礦的鋅，以及由粉塵收集器收集的轉(zhuǎn)爐粉塵含有大約0.1～3wt%的來自鍍鋅鋼皮或類似物(它們作為碎渣送入轉(zhuǎn)爐中)的鋅。當(dāng)這些粉塵被送入高爐時(shí)，鋅組分被還原為金屬鋅，并且該金屬鋅將因其低沸點(diǎn)而被熔化汽化，金屬鋅的熔點(diǎn)是420℃和沸點(diǎn)920℃。
金屬鋅的蒸氣與還原氣一起在高爐中上升，并在上升的同時(shí)被冷卻。一部分金屬鋅蒸氣與高爐的氣體(還原氣)一起被排放到高爐之外。然而，剩余的金屬鋅蒸氣在到達(dá)爐頂之前以液體或固體的形式粘附在爐壁面上。如果金屬鋅粘附到爐壁面上并在壁面上增長(zhǎng)，那么爐內(nèi)的氣體滲透性下降和爐的操作條件變得不正常。為防止?fàn)t在如此糟糕的狀態(tài)下操作，通常送入高爐的爐料中鋅含量不超過0.2kg每噸熱金屬。因此，含鋅粉塵在除鋅之后才能使用。
從含鋅粉塵中提取和回收鋅的普通方法在未審查的日本專利號(hào)144437/1983中有公開。圖3說明了所公開的方法。參考編號(hào)40表示裝有含鋅粉塵的進(jìn)料斗，44表示裝有高溫?zé)峤饘?2的混料機(jī)車，48表示具有用來收集粉塵的水箱的濕分離器。參考編號(hào)41表示用來輸送粉塵的吹氧氣管，42表示粉塵轉(zhuǎn)移管，43表示頂吹氧管，45表示頂罩，46表示導(dǎo)管，和47表示風(fēng)扇。
粉塵進(jìn)料斗40中的粉塵由吹過吹氧氣管的氧氣轉(zhuǎn)移，并經(jīng)過頂吹氧管43注射入混料機(jī)車內(nèi)的熱金屬62中。被吹動(dòng)的粉塵由熱金屬62加熱并通過熱金屬中的碳還原。粉塵中的氧化鐵熔入熱金屬中，而粉塵中的氧化鋅蒸發(fā)汽化并與粉末化粉塵一起被吸收在混料機(jī)車中。汽化的鋅送入濕分離器48中，然后收集在水中。
但是，上述方法存在以下問題。由于粉末化粉塵被加入到熱金屬62中，熱金屬中產(chǎn)生的氣泡含有粉塵。當(dāng)上升的氣泡在熱金屬表面上破裂時(shí)，氣泡中存在的粉塵將隨所吸收的煙道氣飛料(carryover)懸浮在熱金屬的表面上。懸浮的粉塵很難熔入熱金屬中，其中一部分被飛料。結(jié)果是，濕分離器48接受已吹入熱金屬中的粉塵，該粉塵既不處在還原狀態(tài)也不處在汽化狀態(tài)。因而，所收集的粉塵顯示出很低的鋅含量和很高的鐵含量，熱金屬回收鐵的效率變低。
由于所吹氣體包括氧，由所吹氧氣新產(chǎn)生的氧化鐵細(xì)顆粒也被飛料，并且這些顆粒物也由濕分離器48收集。因此，在所收集的粉塵中的鋅含量進(jìn)一步降低，而且鋅含量將根據(jù)操作條件可能變得低于所供粉塵中的鋅含量。此外，新氧化鐵細(xì)顆粒的產(chǎn)生降低了鐵在熱金屬中的回收率。
當(dāng)氧氣包含在吹氣中時(shí)，在裝有熱金屬的容器中的大氣很可能變?yōu)檠趸詺怏w。因而，漂浮在熱金屬表面的粉塵很難還原。結(jié)果，被汽化的鋅量減少，鋅的回收率降低。同時(shí)，氧化鐵很可能與爐渣一起被排掉，熱金屬的鐵回收率降低。
本發(fā)明的目的是提供一種從含鋅粉塵中回收鋅的方法，其中粉塵中的鋅被有效地還原而汽化，而且粉塵中鋅和鋅以高回收率回收。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種從含鋅粉塵中回收鋅的方法，該方法包括以下步驟從含有鋅氧化物形式的鋅的粉塵制備含碳聚結(jié)塊將聚結(jié)塊加入到熱金屬中，聚結(jié)塊中的鋅氧化物被還原和汽化為汽化鋅;和用所產(chǎn)生的粉塵收集氧化鋅形式的汽化鋅。


圖1說明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例;
圖2說明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例;
圖3說明了從粉塵中回收鋅的普通方法;
圖4說明了本發(fā)明的小試(實(shí)驗(yàn)室規(guī)模)裝置;
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的，在加入粒料之后鋅汽化率隨時(shí)間的變化。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的，在加入粒料前后的物料平衡;
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的，在碳含量，所回收粉塵中鋅含量，鋅回收率，鐵回收率和含碳物質(zhì)的單位消耗量之間的關(guān)系;
圖8示出了在涂料的碳含量，反應(yīng)起始時(shí)間和反應(yīng)完成時(shí)間之間的關(guān)系;
圖9示出了反應(yīng)起始時(shí)間和反應(yīng)完成時(shí)間的定義;
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的，所加粘結(jié)劑，回收粉塵中鋅含量，鋅回收率和鐵回收率的相互關(guān)系;
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的，在金屬鐵含量、反應(yīng)起始時(shí)間和反應(yīng)完成時(shí)間之間的關(guān)系;
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的，在加入聚結(jié)塊之后回收粉塵中鋅含量隨時(shí)間的變化;
圖13示出了在粉塵回收過程中的鋅含量和所回收粉塵的平均鋅含量之間的關(guān)系;和圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的，在所回收粉塵的循環(huán)數(shù)和所回收粉塵中鋅含量之間的關(guān)系。
在本發(fā)明中，含碳聚結(jié)塊是從含鋅粉塵制得的。該聚結(jié)塊加入到熱金屬中。在加入之后聚結(jié)塊與熱金屬接觸。聚結(jié)塊由熱金屬加熱，聚結(jié)塊中的碳燃燒產(chǎn)生CO氣。CO氣在聚結(jié)塊層的表面上燃燒變?yōu)镃O2氣體。這使得聚結(jié)塊被加熱至越來越高的溫度。聚結(jié)塊中氧化鋅被CO氣還原并汽化。汽化鋅因與空氣接觸而變?yōu)檠趸\。收集這些產(chǎn)生的氧化鋅粉塵。
當(dāng)粉塵含有足夠量的碳用作碳源時(shí)，無需添加含碳物質(zhì)就能由含鋅粉塵制得聚結(jié)塊。當(dāng)粉塵不含有足夠量的碳用作為碳源時(shí)，或者當(dāng)粉塵不含有足夠量的碳以確保所需量的碳時(shí)，將該含鋅粉與細(xì)的含碳物質(zhì)聚結(jié)，然后加入到熱金屬中。
根據(jù)本發(fā)明，含鋅粉塵在被加入熱金屬中之前聚結(jié)。因而，其中所加入粉塵以分散充填狀態(tài)被飛料的現(xiàn)象幾乎沒有，并回收了高鋅含量的粉塵。也改進(jìn)了熱金屬對(duì)鐵的回收。
還根據(jù)本發(fā)明，將碳添加到聚結(jié)塊中。添加到聚結(jié)塊中的碳源不同于將要處理的含鋅粉塵的類型。例如，當(dāng)含鋅粉塵是含大量碳的高爐粉塵時(shí)，所需量的碳由高爐粉塵提供，不必添加額外的碳源。在另一個(gè)實(shí)施例中，可能需要添加細(xì)炭粉或粉煤調(diào)節(jié)所需水平的碳含量。如果含鋅粉塵是含極低濃度的碳的轉(zhuǎn)爐粉塵，聚結(jié)作用是通過添加含碳物質(zhì)如炭粉和粉煤或高爐粉塵調(diào)節(jié)聚結(jié)塊碳含量來進(jìn)行的。在煉鋼過程中產(chǎn)生轉(zhuǎn)爐粉塵。
由于熱金屬處在高溫，聚結(jié)塊中碳的存在加速了聚結(jié)塊的還原。當(dāng)聚結(jié)塊加入到熱金屬中時(shí)，由于聚結(jié)塊的比重低于熱金屬的比重，聚結(jié)塊漂浮在熱金屬上。然后，聚結(jié)塊中的碳接觸空氣而燃燒，并產(chǎn)生一氧化碳，它則使聚結(jié)塊周圍的氣氛變?yōu)檫€原性氣氛。此外，在聚結(jié)塊顆粒內(nèi)部的微空隙中也有碳燃燒，因此燃燒也使得顆粒的內(nèi)部空隙變?yōu)檫€原性氣氛。碳的燃燒加熱了聚結(jié)塊，聚結(jié)塊的溫度迅速升高。在這種情況下，聚結(jié)塊中碳的存在使聚結(jié)塊顆粒處在還原性氣氛中，溫度上升速度增大，因而鋅組分和鐵組分的還原反應(yīng)明顯加快。
聚結(jié)塊中優(yōu)選的碳含量是在5～40%范圍內(nèi)。當(dāng)碳含量變成低于5%時(shí)，鋅的回收率突然下降。當(dāng)碳含量變成高于40%時(shí)，鋅回收率達(dá)到飽和而且含碳物質(zhì)對(duì)鋅回收量的單位消耗量突然增大。20～40%的碳含量是更優(yōu)選的。
當(dāng)含碳物質(zhì)包含在聚結(jié)塊上的涂層中時(shí)，含碳物質(zhì)的燃燒很快開始，這加速了聚結(jié)塊的溫度上升。因此，縮短了至還原反應(yīng)開始為止的等待時(shí)間。在這種情況下，稍少量的含碳物質(zhì)涂料會(huì)誘發(fā)縮短等待時(shí)間的作用。甚至當(dāng)涂層含有占聚結(jié)塊總量的0.2%的量的碳時(shí)，等待時(shí)間的縮短變得很明顯。然而，當(dāng)涂料中碳超過聚結(jié)塊的總量的40%時(shí)，縮短等待時(shí)間的幅度變低，碳物質(zhì)的單位消耗量增高，因而過多添加碳物質(zhì)不太理想。
如上所述，聚結(jié)塊中碳物質(zhì)的包含會(huì)加速聚結(jié)塊的升溫。還有另一個(gè)加速升溫的方式，其中高熱傳導(dǎo)性的金屬鐵在含鋅粉塵過程中被加入到該粉塵中。在聚結(jié)塊中混合的金屬鐵提高了加熱聚結(jié)塊顆粒的速度并縮短了至還原反應(yīng)開始時(shí)為止的等待時(shí)間。根據(jù)測(cè)定使聚結(jié)塊顆粒快速加熱至其內(nèi)部所需金屬鐵的量的實(shí)驗(yàn)，金屬鐵優(yōu)選的含量是1-90%。當(dāng)金屬鐵含量低于1%時(shí)，延長(zhǎng)了讓還原反應(yīng)開始的等待時(shí)間而且也延長(zhǎng)了還原反應(yīng)所需時(shí)間。因而，低于1%的金屬鐵含量是不太理想的。甚至當(dāng)金屬鐵的含量超過90%時(shí)，縮短等待時(shí)間的幅度變低，因而金屬鐵的添加量超過90%是不必要的。50-75%的金屬鐵含量是更優(yōu)選的。金屬鐵可被氧化鐵代替，后者也能給出類似的效果。
如上所述，本發(fā)明通過將含鋅粉的粉塵聚結(jié)阻止了含鋅粉塵的飛料。然而，如果聚結(jié)塊顆粒的強(qiáng)度太差，該顆粒在被排放到熱金屬上時(shí)因聚結(jié)塊中水的突然蒸發(fā)而破裂，一部分顆粒產(chǎn)生裂紋并被粉末化。粉化聚結(jié)塊被飛料后降低了回收粉塵中鋅含量，并減少將要熔入熱金屬浴中的粉塵，從而減少了熱金屬對(duì)鐵的回收。
針對(duì)這一現(xiàn)象，本發(fā)明通過添加粘結(jié)劑如水泥至1-20%的份額(如果需要時(shí))與含鋅粉塵進(jìn)行聚結(jié)而提高了聚結(jié)塊顆粒的強(qiáng)度。如果加入約1%的粘結(jié)劑，則抑制了回收粉塵中的鋅含量。然而，添加20%以上的粉結(jié)劑使構(gòu)成聚結(jié)塊的粉塵細(xì)顆粒出現(xiàn)了相互的、強(qiáng)烈的和高密度的粘結(jié)作用，形成了顆粒內(nèi)部空間被封閉的狀態(tài)。因此，氣體滲透通過聚結(jié)塊顆粒的內(nèi)部空間的能力變?nèi)酰娱L(zhǎng)了還原反應(yīng)所需時(shí)間。結(jié)果，過了一定的時(shí)間仍沒有結(jié)束反應(yīng)，未反應(yīng)的聚結(jié)塊的排料量增加，鋅和鐵回收率降低。
優(yōu)選的聚結(jié)塊具有料徑分布為1mm或1mm以下的粒徑占10%或10%以下以及40mm或40mm以上的粒徑占20%或20%以下。確定粒徑分布(對(duì)于1mm或1mm以下的粒徑則少于10%)的下限，以防止已加進(jìn)去的聚結(jié)塊被飛料。如果1mm或更低粒徑的顆粒含量超過該下限，加進(jìn)去的聚結(jié)塊的飛料率迅速增高。如果粒徑分布超過上限(對(duì)于40mm或400mm以上的粒徑占20%或20%%以下)和如果粗顆粒的部分增加，那么使已加到熱金屬上的聚結(jié)塊升溫所需加熱時(shí)間延長(zhǎng)，還原反應(yīng)速率降低。結(jié)果是，鋅回收率迅速降低。
鋅汽化飛料是在將聚結(jié)塊加進(jìn)熱金屬之后開始的，經(jīng)過使鋅加熱、還原和熔化的一段時(shí)間，然后汽化，并終止在還原反應(yīng)結(jié)束之后。在開始反應(yīng)之后，汽化鋅量在某一點(diǎn)突然增大，并當(dāng)反應(yīng)接近終點(diǎn)時(shí)它迅速減少。因而，如果在汽化大量鋅的過程中為回收鋅而收集粉塵，則能回收含大量鋅的粉塵。在這方面，對(duì)所產(chǎn)生的粉塵以及煙道氣中鋅含量的連續(xù)分析可確定拐點(diǎn)，在拐點(diǎn)處鋅含量顯示出突增和突降。因此，如果預(yù)先設(shè)定所需要的鋅含量值，如果當(dāng)鋅含量超過設(shè)定值時(shí)收集粉塵以回收鋅，和如果當(dāng)鋅含量變得低于設(shè)定值只得進(jìn)行分級(jí)收集時(shí)完成回收鋅的粉塵收集程序，那么以高效率回收僅僅含高濃度鋅的粉塵。
實(shí)施例圖1說明本發(fā)明的實(shí)施例。參考符號(hào)A表示聚結(jié)含鋅粉塵的工藝。參考符號(hào)B表示回收鋅的工藝。
在聚結(jié)工藝A中，編號(hào)30表示分別裝有高爐粉塵和轉(zhuǎn)爐粉塵(它們是回收的含鋅物質(zhì))的原料進(jìn)料斗和每一種用于聚結(jié)的原料。編號(hào)31表示混合器，33表示固化設(shè)備，以及34表示干燥器。編號(hào)35表示涂敷用的含碳物質(zhì)進(jìn)料斗，和36表示涂敷用的造粒機(jī)。編號(hào)61表示比如高爐粉塵和轉(zhuǎn)爐粉塵(它們是回收的含鋅粉塵)的聚結(jié)塊狀物。
在鋅回收工藝B中，編號(hào)1表示高爐，2表示流槽，3表示移動(dòng)式鐵小槽，4表示接受熱金屬6的熱金屬(鐵)水包。編號(hào)10表示聚結(jié)塊狀物加料斗。編號(hào)11表示粉塵收集頂罩，12表示煙道氣管，13表示連續(xù)分析儀，14表示回收鋅的粉塵收集器，15表示一般用途的粉塵收集器，16表示鼓風(fēng)機(jī)，17a和17b表示煙道氣開關(guān)擋板。編號(hào)18表示輸送帶，19表示用于循環(huán)粉塵的回收粉塵進(jìn)料斗，20表示回收粉塵料斗，21a、21b、21c用來添加粉塵，以及22表示回收粉塵開關(guān)擋板，23表示一般用途的粉塵料斗。
按以下程序制備聚結(jié)塊。該程序是依據(jù)聚結(jié)工藝A進(jìn)行敘述的。含鋅粉塵，如高爐粉塵和轉(zhuǎn)爐粉塵以及含碳物質(zhì)如細(xì)炭粉和粉煤(它們裝在原料進(jìn)料斗30中)以一定的流速進(jìn)料并被導(dǎo)入混合器31中。如果需要，可同時(shí)將粘結(jié)劑如水泥、生石灰和膨潤(rùn)土以及熱轉(zhuǎn)移助劑如煒爐粗粉塵加入到混合器中。粉塵和其它組分的混合物被加入到聚結(jié)設(shè)備32如盤式造粒機(jī)和團(tuán)塊制造機(jī)。在聚結(jié)設(shè)備32中，混合物造粒成足夠的尺寸。粒化產(chǎn)物經(jīng)過篩后具有一定的粒徑分布。
篩分過的顆粒物在固化設(shè)備33中固化，該設(shè)備保持在120℃或更高的蒸汽氣氛中，然后在150℃或更高的干燥器中干燥為聚結(jié)塊狀物61。如果需要，在篩分過的顆粒物被固化和干燥之前，可將它涂敷上含碳物質(zhì)。在這種情況下，顆粒物被加入到涂敷用的造粒機(jī)36如盤式造粒機(jī)或鼓式造粒機(jī)中，細(xì)炭粉從涂敷用的含碳物質(zhì)粒斗排出然后加入到涂敷用的造粒機(jī)36中。另外還向涂敷用的造粒機(jī)36中添加一定量的水，然后聚結(jié)塊表面涂有細(xì)炭粉。
按以下程序從聚結(jié)塊中回收鋅。該程序是依據(jù)聚結(jié)工藝B進(jìn)行敘述的。從聚結(jié)塊加料斗10中排出一定量的聚結(jié)塊狀物61，加入到由熱金屬(鐵)水包4接受的熱金屬62中。由于聚結(jié)塊61的比重低于熱金屬的比重，該聚結(jié)塊會(huì)漂浮在生鐵表面上。聚結(jié)塊由溫度在約1500℃的熱金屬加熱，然后聚結(jié)塊中的碳燃燒。然后，聚結(jié)塊中的氧化鋅和氧化鐵被通過燃燒產(chǎn)生的一氧化碳還原，它們變?yōu)榻饘黉\和金屬鐵。由還原反應(yīng)產(chǎn)生的金屬鋅被熔化和汽化，并通過與空氣接觸轉(zhuǎn)化為氧化鋅，存在于所產(chǎn)生的粉塵中。所產(chǎn)生的含氧化鋅粉塵與煙道氣一起被抽吸，然后煙道氣通過煙道氣管12，進(jìn)入粉塵收集器被收集。
另一方面，金屬鐵在吸收碳的同時(shí)降低了其熔點(diǎn)，它在1150℃下熔化而回收在熱金屬中。
對(duì)于所產(chǎn)生粉塵的收集，連續(xù)分析儀13連續(xù)地測(cè)定在流經(jīng)煙道氣管12的煙道氣中所含的該粉塵的鋅含量。如果鋅含量高于某一定值，煙道氣開關(guān)擋板17a開通，粉塵收集在回收鋅的粉塵收集器14中。如果鋅含量低于某一定值，煙道氣開關(guān)擋板17b開通，粉塵收集在一般用途的粉塵收集器15中，所收集的粉塵被送入燒結(jié)車間作為燒結(jié)原料。
在回收鋅的粉塵收集器14中所收集的粉塵通過輸送帶18轉(zhuǎn)移并貯存在回收粉塵料斗中。
由于在回收鋅的粉塵收集器中所收集的粉塵含有氧化鐵，鋅含量低，這種水平的鋅含量不經(jīng)過處理不足以有效地將該粉塵用作鋅源。因此，所收集的粉塵被再次聚結(jié)、汽化和循環(huán)，提高所產(chǎn)生的粉塵中鋅含量。例如，對(duì)于在從高爐粉塵和轉(zhuǎn)爐粉塵制得的聚結(jié)塊的第一次汽化時(shí)所產(chǎn)生的粉塵被回收的情況，回收粉塵開關(guān)擋板21a開通，由輸送帶18輸送的粉塵被貯存在用于循環(huán)粉塵的回收粉塵料斗19a中。然后將該粉塵加入到聚結(jié)工藝A的混合器31中，在這里，粉塵被再次聚結(jié)。在第二級(jí)聚結(jié)產(chǎn)物的汽化時(shí)產(chǎn)生的粉塵被貯存在用于循環(huán)粉塵的回收粉塵料斗19b中。在重復(fù)這些循環(huán)處理之后，粉塵中鋅含量達(dá)到一定的水平。然后，所收集的粉塵被貯存在用來添加粉塵的回收粉塵料斗20中，并將它作為鋅源利用。
圖2說明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案。圖2中對(duì)應(yīng)于與圖1相同的組成部分的編號(hào)相互之間具有同一數(shù)字，這里不再進(jìn)行敘述。根據(jù)本實(shí)施例，聚結(jié)塊61排放到從高爐排出的經(jīng)撇渣器5脫除爐渣的熱金屬流上，或排放到在高溫下流經(jīng)鐵水槽2的熱金屬上。排入熱金屬(鐵水包)4中的聚結(jié)塊將因比重的不同漂浮在熱金屬之上。然后，發(fā)生的反應(yīng)類似于當(dāng)聚結(jié)物排放到已預(yù)先裝填于熱金屬(鐵)水包4中的熱金屬之上時(shí)所發(fā)生的反應(yīng)。在這種情形下，當(dāng)聚結(jié)塊61在被排入熱金屬4之前被排放到高溫下的熱金屬流上時(shí)，聚結(jié)塊61在到達(dá)熱金屬(鐵)水包4之前已被加熱，縮短了聚結(jié)塊在熱金屬(鐵)水包4中的加熱時(shí)間。結(jié)果，鋅的汽化很快開始。
下面是最好的結(jié)果。表1例出了構(gòu)成聚結(jié)塊的原粉的粉塵原料組成分的重量百分?jǐn)?shù)。

實(shí)施例-1使用圖4所說明的測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試。編號(hào)50表示感應(yīng)爐，11表示粉塵收集頂罩，12表示煙道氣管，13表示連續(xù)分析儀，61表示聚結(jié)塊，62表示熱金屬。
表1中所示的高爐粉塵(鋅含量2.34%)與波特蘭(普通硅酸鹽)水泥和細(xì)炭粉混合后聚結(jié)得到一種所謂的冷粘結(jié)粒料(聚結(jié)塊)。水泥和細(xì)炭粉的混入量均為混合物總量的10%。所得粒料經(jīng)篩分為3～10mm范圍內(nèi)的粒徑。
以20kg/噸熱金屬的速率將制得的粒料排放到保持在1500℃的熱金屬上。觀測(cè)還原和熔化粒料的狀態(tài)。連續(xù)分析儀用來測(cè)定通過抽吸取樣的煙道氣所包含的粉塵中的鋅含量，以檢測(cè)鋅的汽化量隨時(shí)間的變化。還通過從煙道氣中粉塵，完成反應(yīng)后的熱金屬，和爐渣中取樣品進(jìn)行組分的質(zhì)量分析。從這些獲得的數(shù)據(jù)，得出加入粒料前后的物料平衡。
圖5示出了在加入粒料后鋅汽化量隨時(shí)間的變化。在加入粒料之后約3分鐘，開始了鋅的還原和汽化。汽化速率在約7分鐘達(dá)到最大值。然后在約12分鐘時(shí)汽化結(jié)束。
圖6示出了加入粒料前后鋅的物料平衡。所加入粒料中約90%的鋅檢測(cè)在所產(chǎn)生的粉塵中，約8%檢測(cè)在熱金屬中，約2%檢測(cè)在爐渣中。因此，所加入粒料的鋅回收率是90%，鐵回收率是90%。
對(duì)比實(shí)施例-1
與實(shí)施例1相同的轉(zhuǎn)爐粉塵以不經(jīng)聚結(jié)的粉末形式加入。所用裝置與實(shí)施例1中的相同。所加入轉(zhuǎn)爐粉塵的鋅回收率是70%。鐵回收率是20%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)施例1中的鐵回收率。此外，50%的所加入轉(zhuǎn)爐粉塵被飛料進(jìn)入所產(chǎn)生的粉塵中，這樣，所產(chǎn)生粉塵中鋅含量低至0.55%。
實(shí)施例-2不同粒徑的聚結(jié)塊(由表2列出的組成制得)分別在出料過程中在4000m3高爐的撇渣器出口處加到熱金屬流上，進(jìn)行各種測(cè)試。熱金屬在出料口的溫度是約1500℃，聚結(jié)塊的加料速率是20Kg/噸熱金屬。試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)在表2。
從表2中可看出，當(dāng)100%的所加入聚結(jié)塊的粒度在1mm或更低時(shí)(測(cè)試水準(zhǔn)A)，所產(chǎn)生粉塵中鋅含量低于1%，盡管鋅回收率極高。低鋅含量是由于大量所加入原料被飛料和由于將既沒有被還原也沒有被汽化的所加入原料混入所產(chǎn)生粉塵中引起的。當(dāng)25%或更高的聚結(jié)塊的粒度為40mm或40mm以上時(shí)(測(cè)試水準(zhǔn)B)，鋅回收率迅速下降。因而，聚結(jié)塊優(yōu)選的粒徑分布是1mm或1mm以下約10%，和40mm和40mm以上約20%或更低。

實(shí)施例-3如表3所示，通過將用來調(diào)節(jié)碳含量的細(xì)炭粉混入轉(zhuǎn)爐粉塵中和通過將用來調(diào)節(jié)碳含量的細(xì)鐵礦混入高爐粉塵中制得了不同水準(zhǔn)的碳含量的降結(jié)塊。這些聚結(jié)塊通過在撇渣器出口處排放到熱金屬流上而進(jìn)行各種測(cè)試。結(jié)果總結(jié)在圖7。含碳物質(zhì)的單位消耗量由通式“含碳物質(zhì)/回收鋅量”表示。
在圖7中，黑心圓圈表示細(xì)鐵礦混入高爐粉塵的情況。空心圓圈表示細(xì)鐵礦混入高爐粉塵的情況。根據(jù)圖7，當(dāng)碳含量變?yōu)?0%或更高時(shí)，所收集粉塵中鋅含量，鋅回收率和鐵回收率迅速提高。然而，40%或更高的碳含量是不太理想的，因?yàn)樘嫉膯挝幌牧垦杆僭黾印?br>
實(shí)施例-4用表4中給出的組成制備中間聚結(jié)塊。然后由細(xì)碳粉分別以不同的用量涂敷該中間聚結(jié)塊。在這種情況下，聚結(jié)塊顆粒之間細(xì)炭粉和涂敷在顆粒上的細(xì)炭分的總量保持為聚結(jié)塊總量的40%。這些聚結(jié)塊通過在撇渣器的出口處排放到熱金屬之上進(jìn)行各種測(cè)試。結(jié)果總結(jié)在表8。
圖8示出了在所涂敷碳含量、反應(yīng)起始時(shí)間(開始還原反應(yīng)的等待時(shí)間)和反應(yīng)完成時(shí)間之間的相互關(guān)系。從該圖可看出，低至0.2%碳當(dāng)量的細(xì)炭粉涂層將反應(yīng)起始時(shí)間縮短至未涂敷的聚結(jié)塊的一半(從約6分鐘至3分鐘)，反應(yīng)完成時(shí)間也縮至約2/3(從約30分鐘至20分鐘)。然而，甚至當(dāng)細(xì)炭粉涂敷了40%的碳當(dāng)時(shí)，縮短反應(yīng)時(shí)間的幅度很小。
如圖9所示，術(shù)語(yǔ)“反應(yīng)起始時(shí)間”定義“所回收粉塵中鋅含量增至2%所需要的時(shí)間”。術(shù)語(yǔ)“反應(yīng)完成時(shí)間”定義為“所回收粉塵中鋅含量在反應(yīng)起始之后變?yōu)?%以下所需要的時(shí)間”。
實(shí)施例5如表5中所示，細(xì)炭粉被混入轉(zhuǎn)爐粉塵中，此外，將粘結(jié)劑如波特蘭水泥、生石灰或膨潤(rùn)土加入到氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐粉塵中使其聚結(jié)，同時(shí)變化粘結(jié)劑添加量以進(jìn)行測(cè)試。在這種情況下，制得的聚結(jié)塊排放到從高爐接受到熱金屬(鐵)水包中的熱金屬之上。結(jié)果總結(jié)在圖10中。
在圖10中，符號(hào)黑心圓圈表示水泥用作粘結(jié)劑的情況，符號(hào)空心圓圈表示生石灰用作粘結(jié)劑的情況，和符號(hào)空心三角表示膨潤(rùn)土用作粘結(jié)劑的情況。在圖中可看出，任何類型的已試驗(yàn)粘結(jié)劑都表明所收集粉塵中鋅含量，鋅回收率和鐵回收率激劇提高，只要添加量是1%或1%以上。然而，粘結(jié)劑添加量高于20%則不太理想，因?yàn)殇\和鐵回收率降低。


實(shí)施例-6采用表6給出的組成，制備含有熱傳遞促進(jìn)劑的聚結(jié)塊。轉(zhuǎn)爐粉塵用作熱傳遞促進(jìn)劑，改變熱傳遞促進(jìn)劑的含量來制備不同金屬鐵含量的聚結(jié)塊。這些聚結(jié)塊被排放到自高爐排出的并已傾入熱金屬(鐵)水包中的熱金屬上。結(jié)果總結(jié)在圖11中。
圖11示出了在金屬鐵含量、反應(yīng)起始時(shí)間和反應(yīng)完成時(shí)間之間的關(guān)系。從圖中可看出，低至1%的金屬鐵將反應(yīng)起始時(shí)間縮短至非添加型轉(zhuǎn)爐粗粉塵聚結(jié)塊的2/3(從6分鐘至4分鐘)，反應(yīng)完成時(shí)間也被縮短至約2/3(從30分鐘至20分鐘)。然而，當(dāng)金屬鐵含量超過90%時(shí)，縮短反應(yīng)時(shí)間的程度很低。

實(shí)施例-7通過混合100份高爐粉塵、15份細(xì)炭粉和10份水泥制備聚結(jié)塊。制得的聚結(jié)塊被排放到已接受在熱金屬(鐵)水包中的熱金屬之上。所產(chǎn)生粉塵中鋅含量與煙道氣的連續(xù)分析得到了鋅含量隨時(shí)間的變化結(jié)果，如圖12所示。與該趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)，所產(chǎn)生粉塵中鋅含量被分級(jí)為特定的范圍進(jìn)行回收。在具體的條件下，在聚結(jié)塊排放之后立即回收所產(chǎn)生的粉塵，粉塵收集在鋅含量為1%、2%、3%、6%和10%的各點(diǎn)開始進(jìn)行以回收鋅，并在鋅含量降至最初收集水平時(shí)結(jié)束粉塵的收集。結(jié)果總結(jié)在圖13。
圖13示出了在最初收集粉塵時(shí)的鋅含量和回收粉塵中平均鋅含量之間的關(guān)系。如圖中所示，當(dāng)所產(chǎn)生粉塵中鋅含量變?yōu)?%時(shí)當(dāng)作回收的起始時(shí)，所得回收粉塵中平均鋅含量迅速增加，能有效地進(jìn)行鋅的回收。
實(shí)施例-8通過混合100份高爐粉塵、15份粉末化炭和10份水泥制備聚結(jié)塊。制備的聚結(jié)塊在撇渣器出口處排放到金屬上?；厥辗蹓m中鋅含量是17%?；厥盏姆蹓m代替上述高爐粉塵用來聚結(jié)。得到聚結(jié)塊再次排放到熱金屬流上。在第二循環(huán)中回收粉塵的鋅含量是59%。在這種情況下，回收的粉塵連續(xù)不斷地循環(huán)以濃縮鋅。結(jié)果總結(jié)在圖14中。
如圖中所示，回收粉塵的兩次循環(huán)能得到60%鋅含量的回收粉塵。當(dāng)回收粉塵被循環(huán)兩次時(shí)，鋅含量變?yōu)?0%或更高，這一水平可用作鋅源。因而，汽化的所產(chǎn)生粉塵的簡(jiǎn)單循環(huán)就能得到鋅源。
根據(jù)本發(fā)明，含鋅粉塵(回收的含鋅物質(zhì))被加入熱金屬中，含鋅粉塵中的氧化鋅被還原，然后汽化。在這種情況下，所加入的含鋅粉塵的轉(zhuǎn)移。結(jié)果是，回收了高鋅含量的粉塵，以高回收率回收鋅和鐵。
由于碳包含在聚結(jié)塊中，碳在聚結(jié)塊顆粒的附近和內(nèi)部燃燒。因此，顆粒周圍和內(nèi)部的氣氛變?yōu)檫€原性的氣氛，它被加熱后顯著地促進(jìn)還原反應(yīng)。
當(dāng)碳源在涂敷到聚結(jié)塊顆粒上的狀態(tài)下添加入聚結(jié)塊時(shí)，熱金屬的熱量使碳源在顆粒表面上迅速燃燒。結(jié)果，加速了聚結(jié)塊溫度的上升，縮短了還原反應(yīng)的時(shí)間。
當(dāng)通過添加粘結(jié)劑制造聚結(jié)塊時(shí)，聚結(jié)塊顆粒的強(qiáng)度增大，抑制了由于顆粒的破碎或粉化引起的飛料作用。因而，回收到高鋅含量粉塵，并以高回收率回收鋅和鐵。
此外，當(dāng)聚結(jié)塊含金屬鐵時(shí)，聚結(jié)塊顆粒的熱傳導(dǎo)性增強(qiáng)，顆粒內(nèi)部的加熱速率提高。結(jié)果，縮短了還原反應(yīng)的時(shí)間。
在收集和回收汽化鋅的過程中，所產(chǎn)生的含鋅粉塵與煙道氣一起被抽吸，并連續(xù)測(cè)定所產(chǎn)生粉塵的鋅含量。確定所觀測(cè)鋅含量顯示出突增加和突降的拐點(diǎn)，收集在該拐點(diǎn)處或之上的所產(chǎn)生粉塵。然后，有效地收集只含在量鋅的粉塵，并回收高鋅含量的粉塵。
權(quán)利要求
1.一種從含鋅粉塵回收鋅的方法，包括以下步驟從含有鋅氧化物形式的鋅的粉塵制備含碳聚結(jié)塊；將聚結(jié)塊加入到熱金屬中，聚結(jié)塊中的鋅氧化物被還原和汽化成汽化鋅；和用所產(chǎn)生粉塵收集氧化鋅形式的汽化鋅。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該聚結(jié)塊是通過將含鋅粉塵和碳聚結(jié)而制得的。
3.權(quán)利要求2的方法，其中該粉塵是來自高爐的細(xì)粉塵。
4.權(quán)利要求2的方法，其中該聚結(jié)塊含有5～40wt%的碳。
5.權(quán)利要求4的方法，其中碳含量是10～30wt%。
6.權(quán)利要求1的方法，其中該聚結(jié)塊是通過混合含鋅粉塵和含碳細(xì)物質(zhì)形成混合物以及將該混合物聚結(jié)而制得的。
7.權(quán)利要求7的方法，其中含鋅粉塵是來自轉(zhuǎn)爐的細(xì)粉塵。
8.權(quán)利要求6的方法，其中該聚結(jié)塊含有5～40wt%的碳。
9.權(quán)利要求8的方法，其中碳含量是10～30wt%
10.權(quán)利要求6的方法，其中該細(xì)物質(zhì)是至少選自細(xì)炭粉、粉煤和來自高爐的細(xì)粉塵的一種。
11.權(quán)利要求1的方法，其中聚結(jié)塊是通過以下步驟制成的將含鋅粉塵聚結(jié)成中間聚結(jié)塊;和用含碳的細(xì)物質(zhì)涂敷該中間聚結(jié)塊，在該中間聚結(jié)塊上形成涂層。
12.權(quán)利要求11的方法，其中涂層碳含量占聚結(jié)塊重量的0.2～40wt%，聚結(jié)塊的碳含量占聚結(jié)塊重量的5～40wt%。
13.權(quán)利要求1的方法，其中制備聚結(jié)塊的步驟包括從含鋅粉塵和含金屬鐵細(xì)物質(zhì)制備聚結(jié)塊，從而制成含碳聚結(jié)塊。
14.權(quán)利要求13的方法，其中聚結(jié)塊含有1～90wt%的金屬鐵。
15.權(quán)利要求14的方法，其中聚結(jié)塊中金屬鐵的含量是50～75wt%。
16.權(quán)利要求1的方法，其中制備聚結(jié)塊的步驟包括;通過以1-20wt%的量向含鋅粉塵中添加粘結(jié)劑制得的聚結(jié)塊。
17.權(quán)利要求16的方法，其中加入到含鋅粉塵中的粘結(jié)劑的量是5～15wt%。
18.權(quán)利要求16的方法，其中粘結(jié)劑是至少選自水泥、生石灰和膨潤(rùn)土的一種。
19.權(quán)利要求1的方法，其中聚結(jié)塊具有以下的粒徑分布1mm或1mm以下10wt%或更低，40mm或40mm以下20wt%或更低，和在1mm以上和40mm以下剩余部分
20.權(quán)利要求1的方法，其中收集汽化鋅的步驟包括以下幾步抽吸煙道氣中的粉塵;連續(xù)分析所產(chǎn)生粉塵中的鋅濃度;和根據(jù)鋅濃度將所產(chǎn)生的粉塵分成兩組。
21.權(quán)利要求1的方法，其中該聚結(jié)塊是由盤式造粒機(jī)制造的粒料。
22.權(quán)利要求1的方法，其中該聚結(jié)塊是由團(tuán)塊制造機(jī)制造的團(tuán)塊料。
23.權(quán)利要求1的方法，其中聚結(jié)塊是通過以下各步制造的將含鋅粉塵聚結(jié)成聚結(jié)塊;在蒸汽氣氛中固化該聚結(jié)塊;和干燥所固化的聚結(jié)塊。
24.權(quán)利要求1的方法，其中聚結(jié)塊是通過以下各步制造的將含鋅粉塵聚結(jié)成聚結(jié)塊;在蒸汽氣氛中固化該聚結(jié)塊;用含碳物質(zhì)涂敷所固化的聚結(jié)塊;和干燥已涂敷所固化的聚結(jié)塊。
25.權(quán)利要求1的方法，其中加入聚結(jié)塊的步驟包括將聚結(jié)塊加入到熱金屬中，該熱金屬自高爐放出并在高爐的澆鑄工場(chǎng)處的鐵水槽上流動(dòng)。
26.權(quán)利要求1的方法，其中加入聚結(jié)塊的步驟包括將聚結(jié)塊加入已導(dǎo)入熱金屬(鐵)水包的熱金屬中。
全文摘要
一種從含鋅粉塵回收鋅的方法，該方法包括以下步驟從含有鋅氧化物形式的鋅的粉塵制備含碳聚結(jié)塊；將聚結(jié)塊加入到熔化金屬中，聚結(jié)塊中的鋅氧化物被還原和汽化為汽化鋅；和用所產(chǎn)生的粉塵收集氧化鋅的形式的汽化鋅。
文檔編號(hào)C22B7/02GK1107184SQ94112940
公開日1995年8月23日 申請(qǐng)日期1994年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月10日
發(fā)明者山本直樹, 竹元克寬, 坂本登, 巖田嘉人 申請(qǐng)人:日本鋼管株式會(huì)社