CN110373546A - 一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法 - Google Patents

一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，该方法是将高钙垃圾焚烧飞灰进行水洗预处理后，与富铁冶金尘泥及碳质还原剂混合，压制成团，干燥，得到团块；在转底炉底部先布料碳基底料，再在碳基底料表层布料团块，熔融还原，得到粒铁和CaO‑SiO2‑MgO‑FeO渣，且从烟气中回收富锌原料。该方法通过富铁冶金尘泥与高钙垃圾焚烧飞灰的协同处理，无害化处理了垃圾焚烧飞灰，同时实现了冶金尘泥的有价利用。

Description

一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法
技术领域
本发明涉及一种二次金属资源再利用方法，具体涉及一种通过熔融法协同处理富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰综合回收其中铁、锌等金属资源以及获得耐火材料原料的方法，属于冶金固废及垃圾焚烧飞灰无害化处理、资源化利用的技术领域。
背景技术
冶金行业，尤其是钢铁行业的快速发展给国民经济的增长做出了巨大贡献，但是冶炼生产过程产生的大量固体废弃物却也对生态环境造成了污染，据统计，2018年我国钢铁行业的含铁尘泥产量超过了8000万吨。含铁尘泥中通常含有铁、氧化钙、氧化镁、碳等资源，结合其产量的特点，其具备相当的经济价值，值得进行二次资源化利用。
垃圾焚烧发电法是有效处理城市固体废弃物的方法，但是垃圾焚烧过程中产生的危险废弃物—垃圾焚烧飞灰(HW18类)的处理也需引起重视。目前应用较为广泛的水泥固化-填埋法虽将含有重金属和二噁英的垃圾焚烧飞灰稳定固化，实现了垃圾焚烧飞灰的无害化处理，但是增容较大，与垃圾焚烧减容的初衷相悖，此外，从长远看，填埋体依旧存在污染物二次释放的风险，因此，要实现垃圾焚烧飞灰的彻底无害化处理，尤其是二噁英的降解，还需借助高温处理技术。单独兴建垃圾焚烧飞灰高温处理***不具备经济性，难以推广应用，因此，利用现有工业体系中的高温工序是合理的。值得注意的是，垃圾焚烧飞灰中除了含有有害重金属和二噁英外，其同时还含有CaO、MgO、C等有价组分，在对其进行无害化处理的基础上实现资源化的利用也是极有意义的。
目前，对于垃圾焚烧飞灰和冶金粉尘的协同资源化已有相关研究开展，发明专利一种垃圾飞灰与冶金粉尘协同资源化处理的方法(CN107413816A)采用类似于氯化焙烧的方式进行氯化挥发，对有价金属的选择性回收，同时生成烧结用的铁酸钙类物质，但是并没有对二次资源得到充分利用。
发明内容
针对目前冶金行业有价冶金尘泥产量大、难大规模二次资源化利用和垃圾焚烧飞灰需经济、高效地高温无害化处理和资源化利用的问题，本发明的目的是在于提供一种通过熔融法协同处理富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的方法，该方法基于富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的化学组成特性，将两者搭配制成球团，并利用转底炉还原工艺，获得高质量粒铁，同步获得可以作耐火材料原料的熔融渣，以及回收有价含锌粉尘等有色冶金原料，实现了富铁含锌尘泥和垃圾焚烧飞灰的无害化处理、资源化利用，达到了固体废弃物综合利用的目的。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，该方法包括以下步骤：
1)将高钙垃圾焚烧飞灰进行水洗预处理；
2)将水洗预处理后的高钙垃圾焚烧飞灰与富铁冶金尘泥及碳质还原剂混合，压制成团，干燥，得到团块；
3)在转底炉底部先布料碳基底料，再在碳基底料表层布料团块，熔融还原，得到粒铁和CaO-SiO2-MgO-FeO渣，且从烟气中回收富锌原料。
优选的方案，将高钙垃圾焚烧飞灰在固液比1kg：5L～8L的条件下进行水洗，压滤，控制滤渣含水量为13～16％。通过优化水洗条件可以脱除大部分水溶性金属离子和卤素。而通过控制滤渣水含量的目的在于通过后续与富铁冶金尘泥、还原剂的混合即可调控混合料水分至适宜制粒水分，避免了额外的水分添加，简化工艺。压滤过程一般采用隔膜压滤机。
优选的方案，所述高钙垃圾焚烧飞灰一般为钙的质量百分比含量不低于20％的垃圾焚烧飞灰。如高钙垃圾焚烧飞灰主要来自炉排炉焚烧炉或流化床焚烧炉产生的飞灰。
优选的方案，所述富铁冶金尘泥主要为TFe含量不低于40％的冶金尘泥。如富铁冶金尘泥来自钢铁冶金行业的高炉瓦斯灰或高炉瓦斯泥、转炉泥、转炉灰、氧化铁皮中至少一种。
优选的方案，水洗预处理后的高钙垃圾焚烧飞灰与富铁冶金尘泥及碳质还原剂配料满足：TFe≥45％，nC/nO＝1.0～1.2，(CaO+MgO)/SiO2＝1.0～1.4。本发明将高钙垃圾焚烧飞灰与富铁冶金尘泥搭配处理过程中通过控制物料元素比，达到最佳的熔融过程，通过控制TFe含量以确保获得的粒铁产品中的铁品位，使其有更高的经济价值，而控制适宜的碳氧摩尔比保障了铁氧化物的还原成单质铁，通过调控三元碱度来实现熔融体系的还原温度，以达到减少能耗的目的，同时调控渣系组成以利于熔融渣的有价利用，即获得耐火材料的原料。
本发明通过高钙垃圾焚烧飞灰与富铁含锌冶金尘泥按适当配比进行搭配，形成了在相对较低温度下即可实现粒铁与熔融态渣分离的熔融体系，粒铁用作炼钢原料，CaO-SiO2-MgO-FeO渣用作耐火材料；同时高钙垃圾焚烧飞灰中的碱性物质可对含铁冶金尘泥中铁酸锌类物质的锌进行置换，使锌与体系中的氯结合在相对较低温度下即可进行脱除，或者被还原脱除，实现锌的有效回收。
优选的方案，所述碳质还原剂包括焦粉、生物质炭、废弃活性炭中至少一种。
优选的方案，所述团块为直径在15mm～25mm范围内的扁平状团块，水分含量低于0.5％。
优选的方案，所述干燥过程在200℃～300℃烘干20min～30min。
优选的方案，所述碳基底料为低硫高碳燃料和镁渣混合物。所述的低硫高碳燃料硫含量不高于0.5％，固定碳不低于75％，如生物质炭和无烟煤的混合燃料。其。低硫高碳燃料和镁渣的质量比例为8～10:1，优选为9:1。相较于已有的碳基底料布置，通过引入镁渣，改善了熔渣流动性，使熔融渣和铁更容易分离，同时调节了熔融渣中的镁含量，利于耐火材料的制备。所述镁渣是炼镁过程中产生的固体废弃物。
优选的方案，所述熔融还原的条件：温度为1250℃～1350℃，时间为20min～40min，该温度较垃圾飞灰单独进行熔融处理(1400℃以上)、冶金尘泥单独熔融还原(1400℃以上)时的温度低。
与已有技术比较，本发明技术方案的优点体现在：
1)本发明根据基于垃圾焚烧飞灰的化学组成特性，进行了水洗预处理，有效洗脱了垃圾焚烧飞灰中的可溶性氯化物，降低了Cl含量过高时，可能对设备造成的腐蚀等负面影响，同时使得垃圾焚烧飞灰中的氧化钙类物质得以消化，可用作粘结剂，避免了压团过程粘结剂的添加，保证了铁品位，减少了生产成本。
2)本发明通过化学组成的调控，有效利用了富铁冶金尘泥中的Fe、C组分，垃圾焚烧飞灰中的CaO、SiO2、非水溶性氯盐组分，镁渣中的MgO、CaO、SiO2组分，通过控制各种组分中的成分比例，实现不同物料不同组分在高温熔融过程中的耦合作用，促进了Zn等有害元素的挥发，降低了熔融还原温度，减少了能耗，同时改善了渣相粘度，利于渣铁的分离，且熔融渣可用于制备耐火材料。
3)本发明通过利用尘泥和垃圾焚烧飞灰中自带的碳，减少了还原剂的用量，同时生物质炭等低硫还原剂有效减少了还原过程渣相脱硫的负荷。
4)本发明借助转底炉还原的高温过程有效降解了垃圾焚烧飞灰中的二噁英，避免了单独对其进行高温处理所产生的高成本和高能耗。
5)本发明通过在转底炉中铺设底料，加快铁液渗碳的同时也避免了炉底耐火材料的腐蚀。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
实施例1
将垃圾焚烧飞灰(钙含量高于20％的炉排炉焚烧炉飞灰)在固液比1kg：8L条件下进行水洗预处理，脱除其中可溶性的氯盐，压滤脱除水分至16％；将富铁冶金尘泥(TFe含量高于40％的高炉瓦斯灰)、焦粉与经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰混合，使混合料组成满足TFe＝54.7％，nC/nO＝1.2，(CaO+MgO)/SiO2＝1.4，利用对辊压球机将其压制成直径为25mm的扁平状团块，团块在300℃烘干20min，使水分低于0.5％；将干燥的团块布入已铺有碳基底料(硫含量0.3％，固定碳80％的生物质炭和无烟煤的混合碳基燃料，与镁渣按质量比9:1的混合)的转底炉中，在1350℃进行还原，还原时间20min。最终所得粒铁指标如下：TFe＝94.3％、S＝0.02％，铁回收率96.1％；获得富锌原料，锌的回收率达到90.3％；渣相主要为CaO-SiO2-MgO-FeO，直接用作制备耐火材料的原料。
实施例2
将垃圾焚烧飞灰(钙含量高于20％的炉排炉焚烧炉飞灰)在固液比1kg：5L条件下进行水洗预处理，脱除其中可溶性的氯盐，压滤脱除水分至13％；将富铁冶金尘泥(TFe含量高于40％的转炉泥)、生物质炭与经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰混合，使混合料组成满足TFe＝49.6％，nC/nO＝1.1，(CaO+MgO)/SiO2＝1.2，利用对辊压球机将其压制成直径为压团，利用对辊压球机将其压制成直径为15mm的扁平状团块，团块在200℃烘干30min，使水分低于0.5％；将干燥的团块布入已铺有碳基底料(硫含量0.4％，固定碳78％的生物质炭和无烟煤的混合碳基燃料，与镁渣按质量比8:1的混合)的转底炉中，在1300℃进行还原，还原时间30min。最终所得粒铁指标如下：TFe＝92.2％、S＝0.04％，铁回收率94.8％；获得富锌原料，锌的回收率达到91.7％；渣相主要为CaO-SiO2-MgO-FeO，直接用作制备耐火材料的原料。
实施例3
将垃圾焚烧飞灰(钙含量高于20％的流化床焚烧炉飞灰)在固液比1kg：5L条件下进行水洗预处理，脱除其中可溶性的氯盐，压滤脱除水分至13％；将富铁冶金尘泥(TFe含量高于40％氧化铁皮)、焦粉与经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰混合，使混合料组成满足TFe＝47.3％，nC/nO＝1.0，(CaO+MgO)/SiO2＝1.1，利用对辊压球机将其压制成直径为压团，利用对辊压球机将其压制成直径为20mm的扁平状团块，团块在200℃烘干30min，使水分低于0.5％；将干燥的团块布入已铺有碳基底料(硫含量0.3％，固定碳80％的生物质炭和无烟煤的混合碳基燃料，与镁渣按质量比10:1的混合)的转底炉中，在1250℃进行还原，还原时间40min。最终所得粒铁指标如下：TFe＝90.5％、S＝0.04％，铁回收率93.7％；获得富锌原料，锌的回收率达到90.8％；渣相主要为CaO-SiO2-MgO-FeO，直接用作制备耐火材料的原料。
对比例1
将富铁冶金尘泥(TFe含量高于40％的高炉瓦斯灰)、焦粉混合，使混合料组成满足nC/nO＝1.2，(CaO+MgO)/SiO2＝0.73利用对辊压球机将其压制成直径为25mm的扁平状团块，团块在300℃烘干20min，使水分低于0.5％；将干燥的团块布入已铺有碳基底料(硫含量0.3％，固定碳80％的生物质炭和无烟煤的混合碳基燃料，与镁渣按质量比9:1的混合)的转底炉中，在1350℃进行还原，体系渣相熔点升高，使得熔融渣与铁的分离过程变难，还原过程需进行70min，最终所得粒铁指标如下：TFe＝80.2％、S＝0.06％，铁回收率仅为81.4％；获得富锌原料，但锌的回收率只有78.5％。
对比例2
将垃圾焚烧飞灰(钙含量高于20％的炉排炉焚烧炉飞灰)在固液比1kg：8L条件下进行水洗预处理，脱除其中可溶性的氯盐，压滤脱除水分至16％；将富铁冶金尘泥(TFe含量高于40％的高炉瓦斯灰)、焦粉与经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰混合，使混合料组成满足TFe＝54.7％，nC/nO＝1.2，(CaO+MgO)/SiO2＝0.8，利用对辊压球机将其压制成直径为25mm的扁平状团块，团块在300℃烘干20min，使水分低于0.5％；将干燥的团块布入已铺有碳基底料(硫含量0.3％，固定碳80％的生物质炭和无烟煤的混合碳基燃料，与镁渣按质量比9:1的混合)的转底炉中，在1350℃进行还原，还原过程需进行45min，最终所得粒铁指标如下：TFe＝85.2％、S＝0.05％，铁回收率仅为86.3％；获得富锌原料，但锌的回收率只有80.1％。

Claims (10)

1.一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将高钙垃圾焚烧飞灰进行水洗预处理；
2)将水洗预处理后的高钙垃圾焚烧飞灰与富铁冶金尘泥及碳质还原剂混合，压制成团，干燥，得到团块；
3)在转底炉底部先布料碳基底料，再在碳基底料表层布料团块，熔融还原，得到粒铁和CaO-SiO2-MgO-FeO渣，且从烟气中回收富锌原料。
2.根据权利要求1所述的一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，其特征在于：将高钙垃圾焚烧飞灰在固液比1kg：5L～8L的条件下进行水洗，压滤，控制滤渣含水量为13～16％。
3.根据权利要求2所述的一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，其特征在于：所述高钙垃圾焚烧飞灰中钙的质量百分比含量不低于20％；所述高钙垃圾焚烧飞灰包括来自炉排炉焚烧炉或流化床焚烧炉产生的飞灰。
4.根据权利要求1所述的一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，其特征在于：所述富铁冶金尘泥中TFe含量不低于40％；所述富铁冶金尘泥包括来自钢铁冶金行业的高炉瓦斯灰或高炉瓦斯泥、转炉泥、转炉灰、氧化铁皮中至少一种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，其特征在于：水洗预处理后的高钙垃圾焚烧飞灰与富铁冶金尘泥及碳质还原剂配料满足：TFe≥45％，nC/nO＝1.0～1.2，(CaO+MgO)/SiO2＝1.0～1.4。
6.根据权利要求1～4任一项所述的一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，其特征在于：所述碳质还原剂包括焦粉、生物质炭、废弃活性炭中至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，其特征在于：所述团块为直径在15mm～25mm范围内的扁平状团块，水分含量低于0.5％。
8.根据权利要求1所述的一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，其特征在于：所述碳基底料为低硫高碳燃料和镁渣混合物。
9.根据权利要求8所述的一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，其特征在于：所述碳基底料由低硫高碳燃料和镁渣按质量比8～10:1组成；所述低硫高碳燃料的硫含量不高于0.5％，固定碳不低于75％。
10.根据权利要求1所述的一种富铁冶金尘泥和高钙垃圾焚烧飞灰的协同熔融处理方法，其特征在于：所述熔融还原的条件：温度为1250℃～1350℃，时间为20min～40min。
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