高爐爐塵回轉(zhuǎn)窯還原煙化工藝試驗研究

高爐爐塵回轉(zhuǎn)窯還原煙化工藝試驗研究

長期以來，中國沒有解決高粱爐回收率問題，其中w（zn）6%的返回燃燒周期被中斷。當w（zn）6%時，將單獨堆放，年產(chǎn)量約為2.2.03萬噸。該高爐爐塵有色金屬質(zhì)量分數(shù)較高,若再循環(huán)返回高爐煉鐵,鋅、鉛等在爐內(nèi)會揮發(fā)上升并滲入爐體,影響高爐作業(yè)及爐體壽命。這一部分爐塵長期堆放,造成一定環(huán)境危害,急需1種先進、適用的處理工藝。紅河鋅聯(lián)公司開發(fā)了一套回轉(zhuǎn)窯還原煙化處理爐塵的新工藝,對華東某廠送來的104t高爐爐塵進行了工業(yè)試驗,歷經(jīng)21.5h,處理完全部試料,生產(chǎn)工藝順行,試驗正常,產(chǎn)出次氧化鋅粉和富鐵窯渣,獲得較好的技術經(jīng)濟指標,達到了預期試驗目的。1試驗材料和燃料1.1c、鐵質(zhì)量分數(shù)試料為某鋼廠提供的高爐爐塵,合計104t,含水分為13%,其化學成分如表1所示。該試料的特點是:粒度較細,100%通過0.2mm,其中0.074mm(200目)占75%以上;化學成分復雜,碳和鐵質(zhì)量分數(shù)最高,C與Fe2O3二者質(zhì)量分數(shù)之和達68%,還含有品位低但具可回收價值的鋅、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約1.8倍。1.2學成分及測量方法燃料為焦粉,云南省瀘西縣產(chǎn)出,其化學成分見表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、工藝和主要設備2.1工藝技術應具有國際競爭力根據(jù)物料特性和國家有關政策導向,對高爐爐塵的回收利用,基于如下出發(fā)點:1)對其所含有價成分Fe、C、Zn、Pb、In等應考慮以適當形態(tài)全面綜合回收利用,并實現(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,產(chǎn)出多種產(chǎn)品;3)鐵和有色金屬應能有效分離,并使鐵以適宜產(chǎn)品形態(tài)產(chǎn)出,同時合理利用物料中碳成分;4)所采用的工藝技術應易于工業(yè)化,具有良好經(jīng)濟效益及社會效益。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,后來人們廣泛用此法處理濕法煉鋅浸出渣、煉鉛鼓風爐的高鋅水淬渣、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。該技術方法已在工業(yè)上使用近百年,不斷改進、完善,十分成熟可靠,設備及操作較簡單,技術經(jīng)濟指標較先進。本試驗即選用此方法。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)皮帶運輸機通過下料溜子,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)生的主要化學反應如下。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)生的化學反應與Zn相類似。此外,由于物料中有相當量的鹵族元素氯的存在,它會幫助和促進還原揮發(fā)的進行,使反應在較低溫度下即可進行得較徹底,促使反應后的窯渣含有色金屬低,揮發(fā)率較高。但同時所得到的產(chǎn)物氧化鋅粉含氯亦很高,即有相當部分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)反應的反應式如下:ZnO+2NaCl+2C+O2=ZnCl2+Na2O+2CO2.3工藝物料生產(chǎn)試驗的工藝流程見圖1。主要設備連接圖見圖2。3試驗結(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),試驗中間隔1～2h取樣1次,分析得窯渣含鋅數(shù)據(jù)見表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)量分數(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)物化學成分分析結(jié)果見表4。結(jié)果表明,產(chǎn)物表冷粉及布袋粉的鋅的質(zhì)量分數(shù)均達到了有色金屬行業(yè)“副產(chǎn)品氧化鋅”的產(chǎn)品質(zhì)量標準(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9%～12%,應予考慮。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Sn、In等亦相應得到富集,而Fe、C和脈石成分CaO、SiO2等則極少進入粉中,從而使該鋅氧粉成為了可供作回收有色金屬的原料,也驗證了采用回轉(zhuǎn)窯進行高爐爐塵還原煙化的技術有效性。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9.39%;布袋粉產(chǎn)率與表冷粉產(chǎn)率之比約為0.88∶0.12。當然,該產(chǎn)率與高爐灰含鋅品位密切相關,隨高爐灰Zn質(zhì)量分數(shù)的提高,產(chǎn)出率值亦會隨之增升。4.3回轉(zhuǎn)窯2.2m32m根據(jù)試驗數(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,回轉(zhuǎn)窯的容積利用系數(shù)為1.1t/(m3·d)。4.4煙化效果的驗證E揮=92.70%,E回=91.40%。此二指標值均較高,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焦粉配比對焦渣含鋅的影響回轉(zhuǎn)窯還原煙化工藝過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壓。因此,焦粉的配比及其粒度、加料速率對工藝指標影響甚大。焦粉配比過高,則造成燃料浪費,且易導致作業(yè)結(jié)窯及煙氣溫度過高而引起的一系列不利影響;焦粉配比過低,則滿足不了溫度與氣氛的要求,指標惡化、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,渣鋅由0.33%急劇升至1.21%、1.6%。因此,可以確定,針對含水分為13%左右的高爐爐塵,焦粉配比應以12%～15%為宜。同時,焦粉應保持有一定的粗粒比例,本試驗中大于1mm級別的焦粉占85%(其中3～8mm占15%),是較恰宜的。加料速率過快、窯斜度過大,則物料在窯內(nèi)停留時間減短,還原反應時間不足,亦會導致窯渣含鋅升高。故認為混合料的加料速率不應超過6t/h(144t/d),同時窯斜度應以5/100或稍低為宜。4.6磁選、浮選過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33.5/22.02=1.5倍。同時,渣還含殘?zhí)?.76%,二者可通過磁選和浮選的聯(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,對渣樣進行了鐵化學物相的分析,其結(jié)果見表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)弱磁場磁選機而予以選別富集。窯渣聯(lián)合選礦小型試驗的指標如表6所示。4.7煙氣顯熱回收利用試驗過程中煙氣各段的溫度分布及壓力變化較正常,適應生產(chǎn)作業(yè)順行。布袋收塵器采用公司擁有的專利型分室吸氣抖動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,試驗過程中無任何阻塞現(xiàn)象產(chǎn)生。煙氣成分未予測定,其含SO2、MeCl2成分的影響在設計及生產(chǎn)中應予重視。入抽風機的煙氣量約為25000～28000m3/h(風機驅(qū)動電機裝有變頻器),該煙氣的顯熱應考慮回收利用。經(jīng)測算,出窯煙氣進入膜式壁水冷沉降室后進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加工費表7列出了日處理144t(濕基)混合料的估算加工費,估算結(jié)果為12600元/d,折算為高爐灰加工費為112.70元/t干灰。5對鐵窯渣的節(jié)能減排作用1)采用Φ2.5m×38m的回轉(zhuǎn)窯對某鋼廠高爐爐塵進行還原煙化生產(chǎn)性試驗,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)和技術經(jīng)濟指標,為設計和制訂生產(chǎn)操作規(guī)程提供依據(jù)。試驗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,再配以對窯渣和煙氣的進一步利用,將能做到高爐灰的再資源化,對節(jié)能減排作出貢獻。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%,比試驗灰(w(