一种冶金含锌灰悬态熔融还原回收氧化锌的治理及利用装置和方法

技术领域

本发明涉及一种冶金含锌灰治理及利用的装置和方法，属于环保节能技术领域。

背景技术

随着钢铁冶炼和铅锌冶炼业的发展，造成需治理的含锌灰数量大幅增加，仅钢铁行业每年就有2000万吨，其中很大一部分还属于危险废物，为冶金行业增加了很大的固废治理环保压力。含锌除尘灰的治理利用方法很多，如回转窑技术、转底炉技术、小高炉技术、墨龙炉技术、直接湿法技术等。专利技术如中国专利ZL2016 1 0145017.5，中国专利ZL,2018 2 1915981.2等。这些专利或技术都存在或投资大、或脱锌不彻底、或流程长、或渣中铁不能充分回收利用等不同的缺陷。因此，提供一种投资省、流程短、脱锌彻底、渣中铁充分高效回收的新技术，是环境保护对冶金行业固废治理的需要。

发明内容

本发明旨在提供一种冶金含锌灰治理及利用的装置和方法，投资省、流程短、脱锌彻底、渣中铁充分高效回收，是环保发展的迫切需要。

本发明在提供了一种冶金行业含锌灰治理利用的装置和方法，特别关注了含锌灰治理的短流程和投资省、脱锌率高、高低含锌灰一步处理，符合国家产业政策，使低含锌灰实现了无害化治理和资源化利用，具有显著的新颖性、创造性和实用性。本发明治理利用冶金含锌灰，锌回收率大于95%，铁以铁水的形式回收，回收率大于95%， 回收回的次氧化锌的锌含量大于56%，实现了各种冶金含锌除尘灰的高效回收利用。本发明是一种创新的针对冶金行业各类含锌除尘灰彻底治理利用、渣中铁充分高效回收的装置和方法。

本发明提供了一种冶金含锌除尘灰治理及利用的装置，包括一个悬态熔融还原炉和含锌蒸气氧化回收、余热回收利用一体化成套装置。

所述的悬态熔融还原炉为内衬耐火材料带有水冷壁的立式筒状炉（圆形或方形或多边形），炉体顶部有含锌灰进口、还原剂进口、助燃剂热空气或氧气进口；炉体下部有熔池；有出渣口和铁水出口；熔池上侧有含锌蒸气和粉尘的高温气流出口。

所述的锌蒸气氧化回收装置为含锌蒸气和粉尘出口外依次相连的旋风除尘器、氧化室、余热利用装置、氧化锌粉尘收集装置，氧化锌粉尘收集装置分别连接湿法生产纳米氧化锌装置和尾气达标排放装置；

所述的氧化室有冷空气或氧气进口。

所述的冶金含锌灰治理及利用的装置，所述的悬态熔融还原炉有水冷壁装置。

所述的冶金含锌灰治理及利用的装置，所述熔融还原炉，在其铁水出口外连接有铁水脱硫槽。

所述的冶金含锌除尘灰治理及利用的装置，所述熔融还原炉中，耐火材料使用高密度SiAiON基耐火材料结合碳化硅基砖，砌筑使用高铝磷酸盐泥浆，以提高炉衬的抗锌侵蚀性。

本发明采用上述的冶金含锌除尘灰治理及利用的装置，提供了一种冶金含锌灰治理及利用的方法，包括以下步骤：

⑴ 将含锌灰（锌含量不限）和还原剂、热空气或氧气从炉体顶部的进口混合喷入炉内；

（2）含锌灰和还原剂、热空气或氧气等物料进入炉体后，以近似圆柱体自上往下以悬浮态弥散降落完成还原反应 ；

（3）含锌灰中的氧化铁还原为铁水落入下部的熔池，熔渣漂浮在铁水之上，含锌蒸气和其它粉尘从锌蒸汽和粉尘出口抽出 ：

（4）熔融还原炉下部的铁水出口定期排出铁水进入铁水脱硫槽脱硫，脱硫后的铁水去下一工序；其它不挥发性、不熔性残渣从熔融还原炉中部的出渣口定期排出。

所述的冶金含锌灰治理及利用的方法，熔融还原炉温度控制在1300-1550℃。

所述的冶金含锌除尘灰治理及利用的方法，所述的助燃剂氧气为纯氧，所述热空气温度为800--1200℃；所述还原剂为无烟煤、兰炭、焦炭、一氧化碳、氢气中的任一种或者一氧化碳和氢气的混合气体。

所述的冶金含锌灰治理及利用的方法，其特征在于：悬态熔融还原反应在2—6秒时间完成；

所述的冶金含锌灰治理及利用的方法，其特征在于：进入悬态熔融还原炉内的含锌灰及做为还原剂的无烟煤或兰炭或焦炭的粒度，小于300目；

所述的冶金含锌灰治理及利用的方法，从含锌蒸气和粉尘高温气体出口抽出的含锌蒸气及粉尘高温气流经过旋风除尘器除尘，含锌蒸气高温气流进入氧化室锌蒸气氧化为氧化锌，其它低温挥发金属蒸气氧化为其它氧化物，含氧化锌和其它氧化物高温气体进入余热利用装置回收余热，降温至200℃以下的含氧化锌及其它粉尘气流进入氧化锌收集装置收集氧化锌及其它粉尘，尾气达标排放；

所述的冶金含锌灰治理及利用的方法，从含锌蒸气和粉尘高温气体出口抽出的含锌蒸气及粉尘高温气流中，还原剂中一氧化碳或氢气或一氧化碳和氢气的混合气体含量，小于10%；

所述的冶金含锌灰治理及利用的方法，从氧化锌收集装置收集到的氧化锌及其它粉尘，进入湿法工段用氨浸法或酸浸法生产纳米氧化锌。

本发明的技术特点和有益效果在于：a、利用悬态熔融还原炉和锌蒸气氧化收集、余热回收利用一体化成套装置，一步法使含锌灰中的锌高脱除率的脱除，含锌灰治理利用流程显著缩短；b、对含锌0.1-10%及以上所有的含锌灰固废资源得以一步法彻底的资源化利用，含锌灰治理资源利用率大幅提高；c、悬态熔融还原炉和锌蒸气氧化收集、余热回收利用一体化成套装置全程负压操作，环境污染小；d、副产品铁还原为铁水并经脱硫成为低硫铁水，提高了副产品生铁品质。

附图说明

图1是本发明含锌灰治理利用装置工艺流程框图。

图2是本发明含锌灰悬态熔融还原及氧化锌回收成套装置示意图。

图中：1.悬态熔融还原区、2.渣层区、3.熔池、4.含锌灰进口、5.还原剂进口、6. 热空气或氧气进口、7.渣出口、8.铁水出口、9.铁水脱硫槽、10. 含锌蒸气、粉尘及高温气流出口、11.旋风除尘器、12.氧化室、13.冷空气或氧气进口、14.余热利用装置、15.氧化锌粉尘收集装置、16.湿法生产纳米氧化锌装置、17尾气达标排放装置。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

如图1~2所示，一种冶金含锌灰治理及利用的装置，包括悬态熔融还原炉和锌蒸气氧化收集、余热回收利用一体化成套装置；

一体化成套装置的悬态熔融还原炉包括：1.、悬态熔融还原区、2.渣层区、3.熔池、4.含锌灰进口、5.还原剂进口、6. 热空气或氧气进口、7.渣出口、8.铁水出口、9.铁水脱硫槽、10. 含锌蒸气、粉尘及高温气流出口；

一体化成套装置的含锌蒸气氧化收集、余热回收利用装置包括：11.旋风除尘器、12.氧化室、13.冷空气或氧气进口、14.余热利用装置、15.氧化锌粉尘收集装置、16.湿法生产纳米氧化锌装置、17尾气达标排放装置。

所述的悬态熔融还原炉有水冷壁装置。

所述悬态熔融还原炉，耐火材料使用高密度SiAiON基耐火材料结合碳化硅基砖，砌筑使用高铝磷酸盐泥浆，以提高炉衬的抗锌侵蚀性。

本发明提供了一种冶金含锌灰治理及利用的方法，采用上述装置，包括以下步骤：

⑴ 将含锌灰（锌含量不限）和还原剂、热空气或氧气从炉体顶部的进口混合喷入悬态熔融还原炉内；

（2）含锌灰和还原剂、热空气或氧气等物料进入炉体后，以近似圆柱体自上往下以悬浮态弥散降落完成还原反应 ；

（3）含锌灰中的氧化铁还原为铁水落入下部的熔池，熔渣漂浮在铁水之上，锌蒸气和其它粉尘从锌蒸气和粉尘及高温气流出口抽出 ：

（4）熔融还原炉下部的铁水出口定期排出铁水进入铁水脱硫槽脱硫，脱硫后的铁水去下一工序；其它不挥发性、不熔性残渣从悬态熔融还原炉中部的出渣口定期排出。

熔融还原炉温度控制在1300-1550℃。

助燃剂氧气为纯氧，或为热空气，热空气温度为800--1200℃；

还原剂为无烟煤、兰炭、焦炭、一氧化碳、氢气中的任一种或者一氧化碳和氢气的混合气体。

物料进入悬态熔融还原炉内的反应在2——6秒内完成；

进入悬态熔融还原炉内的含锌灰及做为还原剂的无烟煤或兰炭或焦炭的粒度，小于300目；

从含锌蒸气和粉尘高温气体出口抽出的含锌蒸气及粉尘高温气流经过旋风除尘器除尘，含锌蒸气高温气流进入氧化室锌蒸气氧化为氧化锌，其它低温挥发金属蒸气氧化为其它氧化物，含氧化锌和其它氧化物高温气体进入余热利用装置回收余热，降温至200℃以下的含氧化锌及其它粉尘气流进入氧化锌收集装置收集氧化锌及其它粉尘，尾气达标排放；

从含锌蒸气和粉尘高温气体出口抽出的含锌蒸气及粉尘高温气流中，还原剂中一氧化碳或氢气或一氧化碳和氢气的混合气体含量，小于10%；

从氧化锌收集装置收集到的氧化锌及其它粉尘，进入湿法工段用氨浸法或酸浸法生产纳米氧化锌。

悬态熔融还原炉和锌蒸气氧化收集、余热回收利用一体化成套装置全程负压操作。

上述百分含量均为重量百分含量。

下面通过具体的实施过程，详述上述成套装置进行冶金含锌灰治理利用的的方法。

实施例一：

将含锌灰和还原剂CO+H

实施例二：

将含锌灰和还原剂无烟煤及助燃剂氧气送入悬态熔融还原炉内，控制炉温在1450℃，反应时间5秒，完成含锌灰的全部熔融还原反应，含锌灰中的铁熔融还原为铁水进入熔池，定期从铁水出口排出，不挥发性、不熔性残渣定期从渣出口排出。含锌蒸气和粉尘混合高温气体从含锌蒸气和粉尘高温气体出口排出进入旋风除尘器除尘，除尘后的含锌蒸气高温气流进入氧化室氧化为氧化锌，之后含氧化锌高温气流进入余热利用装置副产蒸汽和电，之后降温至200℃以下的含氧化锌及其它粉尘气流进入氧化锌收集装置收集氧化锌，收集氧化锌粉尘后的气体处理达标排放。收集到的次氧化锌进入湿法工段用酸浸法工艺生产纳米氧化锌。

实施例三：

将含锌灰和还原剂兰炭及助燃剂1200℃的热空气送入悬态熔融还原炉内，控制炉温在1300℃，反应时间6秒，完成含锌灰的全部熔融还原反应，含锌灰中的铁熔融还原为铁水进入熔池，定期从铁水出口排出，不挥发性、不熔性残渣定期从渣出口排出。含锌蒸气和粉尘混合高温气体从含锌蒸气和粉尘高温气体出口排出进入旋风除尘器除尘，除尘后的含锌蒸气高温气流进入氧化室氧化为氧化锌，之后含氧化锌高温气流进入余热利用装置副产蒸汽和电，之后降温至200℃以下的含氧化锌及其它粉尘气流进入氧化锌收集装置收集氧化锌，收集氧化锌粉尘后的气体处理达标排放。收集到的次氧化锌进入湿法工段用酸浸法工艺生产纳米氧化锌。

实施例四：

将含锌灰和还原剂CO及助燃剂800℃的热空气送入悬态熔融还原炉内，控制炉温在1400℃，反应时间4秒，完成含锌灰的全部熔融还原反应，含锌灰中的铁熔融还原为铁水进入熔池，定期从铁水出口排出，不挥发性、不熔性残渣定期从渣出口排出。含锌蒸气和粉尘混合高温气体从含锌蒸气和粉尘高温气体出口排出进入旋风除尘器除尘，除尘后的含锌蒸气高温气流进入氧化室氧化为氧化锌，之后含氧化锌高温气流进入余热利用装置副产蒸汽和电，之后降温至200℃以下的含氧化锌及其它粉尘气流进入氧化锌收集装置收集氧化锌，收集氧化锌粉尘后的气体处理达标排放。收集到的次氧化锌进入湿法工段用氨浸法工艺生产纳米氧化锌。

实施例五：

将含锌灰和还原剂H

实施例六：

将含锌灰和还原剂焦炭及助燃剂氧气送入悬态熔融还原炉内，控制炉温在1450℃，反应时间4秒，完成含锌灰的全部熔融还原反应，含锌灰中的铁熔融还原为铁水进入熔池，定期从铁水出口排出，不挥发性、不熔性残渣定期从渣出口排出。含锌蒸气和粉尘混合高温气体从含锌蒸气和粉尘高温气体出口排出进入旋风除尘器除尘，除尘后的含锌蒸气高温气流进入氧化室氧化为氧化锌，之后含氧化锌高温气流进入余热利用装置副产蒸汽和电，之后降温至200℃以下的含氧化锌及其它粉尘气流进入氧化锌收集装置收集氧化锌，收集氧化锌粉尘后的气体处理达标排放。收集到的次氧化锌进入湿法工段用氨浸法工艺生产纳米氧化锌。