高爐爐塵回轉(zhuǎn)窯還原煙化工藝試驗(yàn)研究

高爐爐塵回轉(zhuǎn)窯還原煙化工藝試驗(yàn)研究

長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)沒(méi)有解決高粱爐回收率問(wèn)題，其中w（zn）6%的返回燃燒周期被中斷。當(dāng)w（zn）6%時(shí)，將單獨(dú)堆放，年產(chǎn)量約為2.2.03萬(wàn)噸。該高爐爐塵有色金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,若再循環(huán)返回高爐煉鐵,鋅、鉛等在爐內(nèi)會(huì)揮發(fā)上升并滲入爐體,影響高爐作業(yè)及爐體壽命。這一部分爐塵長(zhǎng)期堆放,造成一定環(huán)境危害,急需1種先進(jìn)、適用的處理工藝。紅河鋅聯(lián)公司開(kāi)發(fā)了一套回轉(zhuǎn)窯還原煙化處理爐塵的新工藝,對(duì)華東某廠送來(lái)的104t高爐爐塵進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn),歷經(jīng)21.5h,處理完全部試料,生產(chǎn)工藝順行,試驗(yàn)正常,產(chǎn)出次氧化鋅粉和富鐵窯渣,獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),達(dá)到了預(yù)期試驗(yàn)?zāi)康摹?試驗(yàn)材料和燃料1.1c、鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)試料為某鋼廠提供的高爐爐塵,合計(jì)104t,含水分為13%,其化學(xué)成分如表1所示。該試料的特點(diǎn)是:粒度較細(xì),100%通過(guò)0.2mm,其中0.074mm(200目)占75%以上;化學(xué)成分復(fù)雜,碳和鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,C與Fe2O3二者質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和達(dá)68%,還含有品位低但具可回收價(jià)值的鋅、鉛、銦等有色及稀有金屬。此外物料含鹵族元素較高,元素鋅與氯之比高達(dá)約1.8倍。1.2學(xué)成分及測(cè)量方法燃料為焦粉,云南省瀘西縣產(chǎn)出,其化學(xué)成分見(jiàn)表2。焦粉粒度為(3～8)mm的占15%,(1～3)mm的占60%,<1mm的占25%。2工藝原理、工藝和主要設(shè)備2.1工藝技術(shù)應(yīng)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力根據(jù)物料特性和國(guó)家有關(guān)政策導(dǎo)向,對(duì)高爐爐塵的回收利用,基于如下出發(fā)點(diǎn):1)對(duì)其所含有價(jià)成分Fe、C、Zn、Pb、In等應(yīng)考慮以適當(dāng)形態(tài)全面綜合回收利用,并實(shí)現(xiàn)高爐灰的再資源化;2)由于物料的有色金屬含量低、成分復(fù)雜,必須考慮多工序富集,聯(lián)合使用多種冶金、選礦工藝技術(shù),產(chǎn)出多種產(chǎn)品;3)鐵和有色金屬應(yīng)能有效分離,并使鐵以適宜產(chǎn)品形態(tài)產(chǎn)出,同時(shí)合理利用物料中碳成分;4)所采用的工藝技術(shù)應(yīng)易于工業(yè)化,具有良好經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。從含鋅的角度出發(fā),該高爐灰可以視為一低度含鋅物料,應(yīng)先予以富集。而低度含鋅物料的富集產(chǎn)出氧化鋅,目前比較經(jīng)濟(jì)且流行的方法是回轉(zhuǎn)窯還原煙化法(也叫回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法),即“威爾茲”法。1926年波蘭人首先將之用于處理低含量鋅氧化礦及采礦廢石,后來(lái)人們廣泛用此法處理濕法煉鋅浸出渣、煉鉛鼓風(fēng)爐的高鋅水淬渣、涂料立德粉生產(chǎn)的含鋅渣、煉鋼灰、難選低度鋅礦以及其它含鋅廢物料等。該技術(shù)方法已在工業(yè)上使用近百年,不斷改進(jìn)、完善,十分成熟可靠,設(shè)備及操作較簡(jiǎn)單,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較先進(jìn)。本試驗(yàn)即選用此方法。2.2堿土金屬o2往高爐灰物料中配入一定比例的燃料(焦粉),經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)通過(guò)下料溜子,由窯尾加入到回轉(zhuǎn)窯內(nèi),在1100～1300℃高溫下處理。物料中的有色金屬化合物與碳質(zhì)燃料充分接觸,被C和CO還原為金屬而揮發(fā)而進(jìn)入氣相,在氣相中又被氧化成氧化物(ZnO、PbO、In2O3等),爐氣經(jīng)冷卻后導(dǎo)入收塵系統(tǒng),使富集氧化物產(chǎn)品被收集。窯內(nèi)所發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下。料層內(nèi):C+O2=CO2C+O2=2COZnO+CO=Zn+CO2ZnO+C=Zn+COFe2O3+CO=2FeO+CO2FeO+CO=Fe+CO2ZnO+Fe=Zn+FeO物料上部:Zn+1/2O2=ZnOCO+1/2O2=CO2物料中所含有的Pb、In等其它有色金屬,其所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與Zn相類(lèi)似。此外,由于物料中有相當(dāng)量的鹵族元素氯的存在,它會(huì)幫助和促進(jìn)還原揮發(fā)的進(jìn)行,使反應(yīng)在較低溫度下即可進(jìn)行得較徹底,促使反應(yīng)后的窯渣含有色金屬低,揮發(fā)率較高。但同時(shí)所得到的產(chǎn)物氧化鋅粉含氯亦很高,即有相當(dāng)部分Zn、Pb、Fe在氧化鋅粉中呈ZnCl2、PbCl2、FeCl2形態(tài)存在。還原氯化揮發(fā)反應(yīng)的反應(yīng)式如下:ZnO+2NaCl+2C+O2=ZnCl2+Na2O+2CO2.3工藝物料生產(chǎn)試驗(yàn)的工藝流程見(jiàn)圖1。主要設(shè)備連接圖見(jiàn)圖2。3試驗(yàn)結(jié)果3.1窯渣含鋅情況窯渣含鋅是衡量鋅揮發(fā)脫除率的重要數(shù)據(jù),試驗(yàn)中間隔1～2h取樣1次,分析得窯渣含鋅數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。數(shù)據(jù)表明,試料中的鋅揮發(fā)脫除效果佳,大部分窯渣的鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%～0.8%,但在18∶00以后,由于燃料比降低,給料速度加快,導(dǎo)致渣含鋅上升,結(jié)果不正常。3.2金屬鋅的提取產(chǎn)物化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)果表明,產(chǎn)物表冷粉及布袋粉的鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均達(dá)到了有色金屬行業(yè)“副產(chǎn)品氧化鋅”的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(ys/T73-1994),可供作提取金屬鋅,并綜合回收鉛、錫、銦的原料,但其含Cl高達(dá)9%～12%,應(yīng)予考慮。3.3其他消耗11電耗平均43kWh/h或1032kWh/d;2水循環(huán)使用,有蒸發(fā)損失,未予考核;4試驗(yàn)結(jié)果的分析與討論4.1回收有色原料的表征產(chǎn)品布袋次氧化鋅粉中w(Zn)為50.27%、w(Cl)為12.5%,與試料中含w(Zn)為5.0%、w(Cl)為2.68%相比,分別富集10.1倍和4.7倍,同時(shí)Sn、In等亦相應(yīng)得到富集,而Fe、C和脈石成分CaO、SiO2等則極少進(jìn)入粉中,從而使該鋅氧粉成為了可供作回收有色金屬的原料,也驗(yàn)證了采用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行高爐爐塵還原煙化的技術(shù)有效性。4.2出率:4.2%,比選布袋粉產(chǎn)出率為入窯高爐爐塵(干基)的8.25%、表冷粉產(chǎn)出率為1.14%,合計(jì)9.39%;布袋粉產(chǎn)率與表冷粉產(chǎn)率之比約為0.88∶0.12。當(dāng)然,該產(chǎn)率與高爐灰含鋅品位密切相關(guān),隨高爐灰Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高,產(chǎn)出率值亦會(huì)隨之增升。4.3回轉(zhuǎn)窯2.2m32m根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),混合料(高爐灰加焦粉)的平均加料速率可確定為約6t/h。據(jù)此,該回轉(zhuǎn)窯(Φ2.5m×38m)的日處理量為144t/d。此時(shí),回轉(zhuǎn)窯的容積利用系數(shù)為1.1t/(m3·d)。4.4煙化效果的驗(yàn)證E揮=92.70%,E回=91.40%。此二指標(biāo)值均較高,證明了煙化效果的有效性;回收率比揮發(fā)率僅低1.3%,證明煙氣收塵效果佳。4.5焦粉配比對(duì)焦渣含鋅的影響回轉(zhuǎn)窯還原煙化工藝過(guò)程的必要充分條件是:保持窯內(nèi)有一定的高溫和足夠的還原氣氛、物料與焦粉充分接觸和窯尾呈微負(fù)壓。因此,焦粉的配比及其粒度、加料速率對(duì)工藝指標(biāo)影響甚大。焦粉配比過(guò)高,則造成燃料浪費(fèi),且易導(dǎo)致作業(yè)結(jié)窯及煙氣溫度過(guò)高而引起的一系列不利影響;焦粉配比過(guò)低,則滿(mǎn)足不了溫度與氣氛的要求,指標(biāo)惡化、渣含鋅上升、粉產(chǎn)率降低。表3的數(shù)據(jù)即顯示焦配比由15%降至10%時(shí),渣鋅由0.33%急劇升至1.21%、1.6%。因此,可以確定,針對(duì)含水分為13%左右的高爐爐塵,焦粉配比應(yīng)以12%～15%為宜。同時(shí),焦粉應(yīng)保持有一定的粗粒比例,本試驗(yàn)中大于1mm級(jí)別的焦粉占85%(其中3～8mm占15%),是較恰宜的。加料速率過(guò)快、窯斜度過(guò)大,則物料在窯內(nèi)停留時(shí)間減短,還原反應(yīng)時(shí)間不足,亦會(huì)導(dǎo)致窯渣含鋅升高。故認(rèn)為混合料的加料速率不應(yīng)超過(guò)6t/h(144t/d),同時(shí)窯斜度應(yīng)以5/100或稍低為宜。4.6磁選、浮選過(guò)程與渣體磁選窯渣產(chǎn)率為高爐爐塵(干基)的57.5%,窯渣中的鐵與高爐塵中的鐵相比,已富集達(dá)33.5/22.02=1.5倍。同時(shí),渣還含殘?zhí)?.76%,二者可通過(guò)磁選和浮選的聯(lián)合選礦方式而產(chǎn)出鐵精礦和炭精粉,予以再回收利用。為考察窯渣鐵的磁選可選性,對(duì)渣樣進(jìn)行了鐵化學(xué)物相的分析,其結(jié)果見(jiàn)表5所示。結(jié)果表明:呈金屬鐵和磁性鐵(Fe3O4)形態(tài)存在的鐵占了63.45%,它們極易經(jīng)弱磁場(chǎng)磁選機(jī)而予以選別富集。窯渣聯(lián)合選礦小型試驗(yàn)的指標(biāo)如表6所示。4.7煙氣顯熱回收利用試驗(yàn)過(guò)程中煙氣各段的溫度分布及壓力變化較正常,適應(yīng)生產(chǎn)作業(yè)順行。布袋收塵器采用公司擁有的專(zhuān)利型分室吸氣抖動(dòng)反吹清灰袋式收塵器,布袋材質(zhì)使用針刺滌綸氈,作業(yè)性能優(yōu)異,工作正常,試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)任何阻塞現(xiàn)象產(chǎn)生。煙氣成分未予測(cè)定,其含SO2、MeCl2成分的影響在設(shè)計(jì)及生產(chǎn)中應(yīng)予重視。入抽風(fēng)機(jī)的煙氣量約為25000～28000m3/h(風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝有變頻器),該煙氣的顯熱應(yīng)考慮回收利用。經(jīng)測(cè)算,出窯煙氣進(jìn)入膜式壁水冷沉降室后進(jìn)入膜式水冷壁臥式廢熱鍋爐,將可產(chǎn)生7t/h蒸汽(0.8MPa)。該蒸汽可用于其它工藝,或經(jīng)增壓后用于發(fā)電,發(fā)電能力1000～1200kW。4.8加工費(fèi)表7列出了日處理144t(濕基)混合料的估算加工費(fèi),估算結(jié)果為12600元/d,折算為高爐灰加工費(fèi)為112.70元/t干灰。5對(duì)鐵窯渣的節(jié)能減排作用1)采用Φ2.5m×38m的回轉(zhuǎn)窯對(duì)某鋼廠高爐爐塵進(jìn)行還原煙化生產(chǎn)性試驗(yàn),經(jīng)21.5h作業(yè),成功處理完所提供的104t高爐灰試料(濕基),窯況順行,作業(yè)正常,產(chǎn)出較高品級(jí)的產(chǎn)品次鋅氧粉(布袋粉和表冷粉)和可供再回收利用的富鐵窯渣,取得一系列作業(yè)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),為設(shè)計(jì)和制訂生產(chǎn)操作規(guī)程提供依據(jù)。試驗(yàn)的成功證明了該高爐灰采用回轉(zhuǎn)窯還原煙化工藝是適宜的,再配以對(duì)窯渣和煙氣的進(jìn)一步利用,將能做到高爐灰的再資源化,對(duì)節(jié)能減排作出貢獻(xiàn)。2)紅河鋅聯(lián)公司常年處理的云南鋼鐵廠高鐵灰,w(Zn)為8%～13%,比試驗(yàn)灰(w(