一种钢铁烟尘的处理方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及一种钢铁烟尘的处理方法。

背景技术

钢铁生产企业因为种种原因，导致生产过程中产出的尘泥杂质含量升高，其中代表性杂质为元素锌和氯。高炉入炉物料中锌和氯含量达到一定程度时，将造成高炉烟气系统结瘤堵塞和耐火材料腐蚀。所以必须对物料中的锌和氯控制在一定范围。

目前常规钢铁尘泥的干法处理方法为回转窑还原挥发法、转底炉还原挥发法等。回转窑法处理物料的品种和杂质含量的适应范围较广，但存在窑渣中的铁元素金属化程度不高，不利于窑渣返回钢铁生产系统。而转底炉法处理物料要求相对严格，一旦物料中锌和氯元素含量较高时，会导致烟气系统不顺畅或崩溃。

CN108130422A公开了一种钢铁厂烟尘中提取有价金属的方法，该方法将冶炼钢铁回收的高炉瓦斯灰(泥)、炼钢烟尘灰(泥)混合或压球，得到混合料或球体，然后将混合料或球体装入真空还原蓄热炉，以小于100Pa的真空度于600～1300℃保温0.5～6h，得到还原后的混合物；将混合物进行磁选，获得精铁矿。但该方法无法回收钢铁烟尘中的锌元素，资源利用率欠佳，且还原后的混合物无法直接返回钢铁系统中。

CN106367600A公开了一种利用回转窑处理高锌含铁尘泥的方法，高炉瓦斯灰、转炉OG泥混合、造球；湿球团干燥预热，干燥预热热源为回转窑高温烟气经高低温复合空气换热器产生的热风；在回转窑窑头设置粒煤喷枪、残炭喷枪和粒矿喷枪，将高挥发份煤、残炭、高品位铁矿喷吹入窑；干燥后的球团送入回转窑，在回转窑内直接还原及高温固结后，得到高温金属化球团；金属化球团与过剩残炭等物料经冷却到常温后，磁选分离，得到金属化球团；出回转窑的高温烟气经脱除大颗粒粉尘，再进入高低温复合空气换热器冷却，然后进入布袋除尘器，回收氧化锌粉。但该方法中回转窑中的金属化球团中的铁元素金属化程度不高，不利于返回钢铁生产系统循环利用。

钢铁尘泥的湿法处理方法一般存在将产生废水的问题。

如CN106115768A公开了一种钢铁厂含锌烟尘灰生产氧化锌产品并回收铁炭返回冶炼的综合循环利用方法，该方法采用氨法浸取烟尘灰里面的锌，加入锌含量大于15％的含非硫化态锌物料提高溶液锌浓度，经净化除杂，蒸氨结晶，干燥煅烧制得氧化锌产品；烟尘灰尾渣直接或筛选后，或进入高炉冶炼，或采用传统火法工艺回收利用铁炭，收集的次级氧化锌烟尘灰用于前端浸取提高浸出液锌浓度，但该方法采用氨法浸取，将额外产生废水。

因此，需要开发一种资源利用率高，不额外产生废水的，适用范围广的钢铁烟尘的处理方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法既能够回收钢铁烟尘中的锌元素，又能够提高最终窑渣中铁元素的金属化程度，可直接返回至钢铁生产系统中，而且有效避免了锌和氯对转底炉的结瘤堵塞和耐火材料腐蚀，经济效益显著提高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法包括：

(1)钢铁烟尘经回转窑的处理回收锌产品，排出窑渣；

(2)步骤(1)所述窑渣经转底炉的处理，回收铁产品。

本发明首次将回转窑和转底炉的组合使用应用在钢铁烟尘处理中，通过二次还原的方式，相较于一次还原与其他步骤组合而言，具有纯干法处理，能耗利用率高等优势。

发明人发现，回转窑中回收锌产品后的窑渣的锌含量和氯含量能够满足转底炉的运行要求，不会出现转底炉系统结瘤堵塞和耐火材料腐蚀等情况，而且回转窑出料的窑渣仍然保持较高的温度，送入转底炉中实现了能量的充分利用，为第二次还原处理节约了能耗。而第一次还原采用回转窑进行，能够回收其中的锌元素，降低钢铁烟尘中的氯含量，可适用于组分含量广泛的钢铁烟尘。

本发明中未经特殊说明，“％”是指“wt％”。

优选地，步骤(1)所述处理为一次还原处理。

优选地，步骤(2)所述处理为二次还原处理。

本发明所述回转窑的处理过程中无需额外混入还原剂，其中钢铁烟尘中携带有碳源，可直接进行还原处理，步骤流程简单。

优选地，所述窑渣中锌含量≤2％，例如可以是0.01％、0.1％、0.4％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％或2％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选锌含量≤1％。

优选地，所述窑渣中氯含量≤0.1％，例如可以是0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.1％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选为氯含量≤0.1％。

优选地，步骤(1)中所述窑渣的温度为900～1000℃，例如可以是900℃、912℃、923℃、934℃、945℃、956℃、967℃、978℃、989℃或1000℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述回转窑的窑内温度为1150～1250℃，例如可以是1150℃、1162℃、1173℃、1184℃、1195℃、1206℃、1217℃、1228℃、1239℃或1250℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述回转窑的窑内压力为0～-50Pa，例如可以是0Pa、-10Pa、-15Pa、-20Pa、-25Pa、-30Pa、-35Pa、-40Pa、-45Pa或-50Pa等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)中所述窑渣的粒度为1～10mm，例如可以是1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明回转窑对钢铁烟尘进行处理，不仅解决了氯和锌对转底炉的堵塞和腐蚀问题，而且提高了铁元素的金属化程度，同时能够将粒径为400～600目的钢铁烟尘在回转窑中转化为粒径为1～10mm的窑渣，在回转窑中进行了微烧结的过程，二氧化硅和金属氧化物等物质形成了硅酸盐等液相组织，而这些液相组织能够将不粘结的物质和颗粒粘结在一起，从而显著提高了窑渣的粒径，与此同时，“微烧结”形成的颗粒耐磨、耐压强度远高于制粒机制成的颗粒，在后续转底炉运行过程中，透气性非常高，节约了造粒工序，节省了步骤和成本。

优选地，步骤(1)所述钢铁烟尘的氯含量≤4％，例如可以是1％、1.4％、1.7％、2％、2.4％、2.7％、3％、3.4％、3.7％或4％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选为≤2.4％。

钢铁烟尘中氯的存在对设备运行的影响显著，如何去除其中的氯是钢铁烟尘处理的难题，尤其严重影响转底炉的运行，本发明通过先采用回转窑的方式去除大部分氯，再送入转底炉中进行二次还原，既减少了氯和锌对转底炉设备运行的影响，又显著提高了铁产品中金属化程度，经济效益高。

优选地，所述钢铁烟尘的锌含量为3～12％，例如可以是3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％或12％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本法明所述处理方法的适用范围广泛，可适用于锌含量低至3％的钢铁烟尘。钢铁烟尘中锌含量越低，其回收的难度越大，本发明通过采用回转窑的方式将其中的锌转化为次氧化锌，显著提高了锌的回收率。

优选地，所述钢铁烟尘的碳含量为10～30％，例如可以是10％、12％、13％、14％、15％、18％、20％、21％、22％、25％、28％或30％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述钢铁烟尘的铁含量为15～75％，例如可以是15％、18％、19％、20％、21％、22％、24％、25％、28％、30％、32％、35％、40％、50％、60％、67％、70％或75％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述锌产品包括次氧化锌。

优选地，步骤(2)所述转底炉的处理温度为1200～1300℃，例如可以是1200℃、1212℃、1223℃、1234℃、1245℃、1256℃、1267℃、1278℃、1289℃或1300℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述转底炉的处理时间为35～50min，例如可以是35min、37min、39min、40min、42min、44min、45min、47min、49min或50min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述转底炉的处理中加入碳源。

本发明根据窑渣中还原剂的含量选择加入碳源，补充二次还原中的还原剂，显著提高铁产品中的金属化率。

优选地，所述碳源包括兰炭和/或煤。

优选地，步骤(2)所述碳源与窑渣的质量比为1～10:100，例如可以是1:100、2:100、3:100、4:100、5:100、6:100、7:100、8:100、9:100或10:100等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述铁产品返回钢铁生产系统。

优选地，所述铁产品中铁的金属化程度≥90％，例如可以是90％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或99.9％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述处理方法包括如下步骤：

(1)氯含量≤2.4％，锌含量为3～12％的钢铁烟尘经回转窑的处理回收锌产品，窑内温度为1150～1250℃，排出温度为900～1000℃，粒度为1～10mm的窑渣；

(2)步骤(1)所述窑渣经转底炉的处理，转底炉的处理温度为1200～1300℃，处理时间为35～50min，回收铁产品，所述铁产品返回钢铁生产系统；

可选地，所述转底炉的处理中加入碳源，所述碳源与窑渣的质量比为1～10:100。

本发明对所述回转窑中的压力要求没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于回转窑的还原压力。

本发明对所述转底炉中的压力也没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于转底炉的还原压力。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的钢铁烟尘的处理方法通过将钢铁烟尘依次经回转窑和转底炉进行还原处理，既能够回收其中的锌元素，锌元素回收率在88％以上，又能够提高最终窑渣中铁元素的金属化程度，铁金属含量在40％以上，铁金属化程度≥90％；

(2)本发明提供的钢铁烟尘的处理方法有效避免了锌和氯对转底炉的结瘤堵塞和耐火材料腐蚀，进入转底炉的窑渣中氯含量≤0.1％，经济效益显著提高；

(3)本发明提供的钢铁烟尘的处理方法得到的铁产品直接返回至钢铁生产系统中，无需经磁选等步骤，步骤简单易工业化操作。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

一、实施例

实施例1

本实施例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法包括如下步骤：

(1)氯含量为2.4％，锌含量为3.5％，碳含量为23.8％，铁含量为27.5％的钢铁烟尘经回转窑的处理回收次氧化锌，窑内温度为1150℃，压力为0～-50Pa，排出温度为900℃，调节回转窑转速，得到粒度范围为1～9mm的窑渣；

(2)步骤(1)所述窑渣经转底炉的处理，转底炉的处理温度为1250℃，处理时间为40min，回收铁产品，所述铁产品返回钢铁生产系统。

实施例2

本实施例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法包括如下步骤：

(1)氯含量为4％，锌含量为12％，碳含量为18.4％，铁含量为19.6％的钢铁烟尘经回转窑的处理回收次氧化锌，窑内温度为1250℃，压力为-10～-50Pa，排出温度为1000℃，调节回转窑转速，得到粒度为3～8mm的窑渣；

(2)步骤(1)所述窑渣经转底炉的处理，转底炉的处理温度为1300℃，处理时间为35min，回收铁产品，所述铁产品返回钢铁生产系统。

实施例3

本实施例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法包括如下步骤：

(1)氯含量为1.5％，锌含量为3％，碳含量为29.3％，铁含量为61.3％的钢铁烟尘经回转窑的处理回收次氧化锌，窑内温度为1200℃，压力为0～-50Pa，排出温度为950℃，调节回转窑转速，得到粒度范围为1～10mm的窑渣；

(2)步骤(1)所述窑渣经转底炉的处理，转底炉的处理温度为1200℃，处理时间为50min，回收铁产品，所述铁产品返回钢铁生产系统。

实施例4

本实施例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法除步骤(1)中调节回转窑转速，得到窑渣的粒度范围为3～8mm外，其余均与实施例1相同。

实施例5

本实施例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法除步骤(1)中调节回转窑转速，得到窑渣的粒度范围为5～10mm外，其余均与实施例1相同。

实施例6

本实施例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法除步骤(2)的转底炉中加入兰炭，所述兰炭与窑渣的质量比为1:100外，其余均与实施例1相同。

实施例7

本实施例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法除步骤(2)的转底炉中加入煤粉，所述煤粉与窑渣的质量比为10:100外，其余均与实施例1相同。

实施例8

本实施例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法除步骤(2)的转底炉中加入粉煤灰，所述粉煤灰与窑渣的质量比为5:100外，其余均与实施例1相同。

二、对比例

对比例1

本对比例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法除不进行步骤(1)外，其余均与实施例1相同。

本对比例中由于未进行步骤(1)的回转窑处理，后续转底炉难以正常连续运行，生产效率低，且对转底炉的腐蚀严重，转底炉炉壁堵塞严重。

对比例2

本对比例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法除不进行步骤(2)外，其余均与实施例1相同。

对比例2不进行步骤(2)处理，铁金属含量仅为35％，难以直接返回钢铁生产系统中。

对比例3

本对比例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法除不进行步骤(2)，并采用磁选对窑渣进行选择外，其余均与实施例1相同。

对比例2采用磁选的方式，操作更加复杂。

对比例4

本对比例提供一种钢铁烟尘的处理方法，所述处理方法采用CN105293564A中的实施例4进行。

对比例4中采用氨法浸取，还需要加入SDS等有机盐，将产生废水等二次污染物，而且后续还原煅烧的能耗高，且该方法处理的钢铁烟尘中的锌含量较高，锌更容易回收。

三、测试及结果

采用GB/T8151.1-2000中的方法法测试物料中的锌含量。

采用GB/T176-2017中的方法测试物料中的氯含量。

采用GB/T6730.65-2009中的方法测试物料中的铁金属含量。

采用GB/T212-2008中的方法测试物料中的碳含量。

并根据测试得到的数据，计算次氧化锌的纯度以及锌的回收率。

以上实施例和对比例的测试及计算结果如表1所示。

表1

从表1可以看出：本发明提供的钢铁烟尘的处理方法通过将钢铁烟尘依次经回转窑和转底炉进行还原处理，既能够回收其中的锌元素，锌元素回收率在88％以上，又能够提高最终窑渣中铁元素的金属化程度，铁金属含量在40％以上，铁金属化程度在90％以上，可直接返回至钢铁生产系统中。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。