CN111748686A - 一种有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,为充分利用有色冶炼渣生产金属化炉料,采取的生产工艺为:将有色冶炼渣干磨至粒度300目以下占85%以上,将有色冶炼渣、高挥发分煤、粘结剂、聚焦剂、液相调质剂按比例100:20~28:1~5:5~13:1~2进行配料、混匀后造球,球团在转底炉内加热升温过程中,通过煤充分热解产生的H2和以H2O做气化剂的碳气化反应产生H2对铁氧化物进行还原,并控制炉膛温度为1250~1280℃、焙烧时间28~35min,可使有色冶炼渣得到充分还原。本发明可使有色冶炼渣内的金属得到高效还原,该工艺具有传热效率高、还原速度快、产能高、减少排放的优点。
Description
技术领域
本发明属于冶金和矿物工程技术领域,具体涉及一种有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺。
背景技术
在有色冶炼过程中,会产出大量的镍冶炼渣和铜冶炼渣,镍冶炼***会产出镍闪速炉渣、镍沉降炉渣和镍贫化炉渣,铜冶炼***产出合成炉渣。
在火法炼铜生产中,铜渣是铜冶炼中经选铜后抛弃的尾渣,铜冶炼炉渣属于FeO-Fe304-SiO2三元渣系,其主要的矿物组成是2FeO.SiO2。铜渣中的铁主要以铁橄榄石(Fe2SiO4)的形式存在,其回收难度极大。当采用直接选矿或氧化改性方法提铁时,因铜渣的磁性较低造成铁回收率很低,而当铜渣采用熔融还原方法提铁时,其生产能耗和生产成本较高。为使铜渣得到处置,一些企业将铜渣销售给水泥厂作掺加料,也有企业采用直接堆存的方式。导致大量铜尾渣的长期堆存,不仅占用土地,而且造成铜渣中铁、锌等有价资源的浪费和流失,同时还对地下水、土壤和大气造成了严重污染。
在镍冶炼炉渣中,镍冶炼炉渣属于FeO-MgO-SiO2三元渣系,其主要的矿物组成是2FeO.SiO2、FeO.SiO2和MgO.SiO2。
下表为铜镍冶炼炉渣的化学成分(单位:%)
名称 | Ni | Cu | Fe | Co | S | CaO | MgO | SiO<sub>2</sub> |
镍渣 | 0.21 | 0.24 | 42.24 | 0.09 | 0.78 | 2.10 | 8.85 | 32.81 |
铜渣 | 0.04 | 0.79 | 44.17 | 0.00 | 0.83 | 2.14 | 1.67 | 35.71 |
有色冶炼采用直接还原工艺处置时,由于从熔炼炉排出的高温铜镍渣在自然冷却、喷淋冷却过程中,其氧化程度不够,导致有色冶炼渣中铁主要以硅酸铁的形式存在,较细的铁化合物颗粒之间夹杂大量SiO2颗粒,其中的Fe3O4含量很低。由于硅酸铁的熔点较低,在有色冶炼渣高温还原过程中物料表面容易产生液相,导致有色冶炼渣难以通过高温还原。
在有色冶炼渣中,铁品位约为40%左右,但对其进行综合利用难度较大。首先,这种人造硅酸盐矿物很难通过磁选等选矿方法进行富集,还原后的金属化球团采用磨选工艺生产铁粉时,需要将金属化球团的粒度磨到很小,才能实现铁与脉石矿物的分离,而较细的磨矿粒度为磁选工艺带来较大困难。其次铁在渣中主要以硅酸铁的形式存在,渣中所含Si是炼钢过程中的有害元素,渣中所含Cu在还原过程会随Ni、Co一起进入到铁水中,给后续产品的选用带来困难。
目前,利用有色冶炼渣提铁方法主要有以下四种:有色冶炼渣磁选提铁、有色冶炼渣氧化改性提铁、有色冶炼渣熔融还原提铁及有色冶炼渣直接还原提铁等。(1)有色冶炼渣磁选提铁。由于有色冶炼渣中磁性氧化铁含量较低,仅占5~15%,主要含铁物相为非磁性铁橄榄石等硅酸盐相,这些硅酸盐相在磁选和浮选过程中全部进入尾矿,可产生大量的选矿尾矿,造成磁选的金属回收率很低。(2)有色冶炼渣氧化改性提铁。有色冶炼渣中铁橄榄石的含量较高,对从闪速熔炼炉排出的高温熔渣在空气中自然氧化,使部分铁橄榄石氧化为Fe3O4和SiO2。由于有色冶炼渣中铁橄榄石呈致密的液相,出炉后熔渣的自然氧化效果较差,造成有色冶炼渣的磁选特性较差。(3)有色冶炼渣熔融还原提铁。熔融还原工艺是将有色冶炼渣和煤炭进行混合造块,块料加入到矿热炉中进行熔化还原,并加石灰调整碱度,可冶炼出还原铁水。该工艺由于原料渣中铁品位较低,有色冶炼渣熔融还原提铁成本较高,还原剂和熔剂的消耗量较大,生产能耗较高。(4)有色冶炼渣直接还原提铁。在有色冶炼渣的煤基直接还原中,以碳为还原剂进行有色冶炼渣的还原,由于煤中碳气化温度点在1300℃以上,造成有色冶炼渣的还原温度较高,并达到了铁橄榄石的软熔温度,使有色冶炼渣表面产生液相,从而使铁化合物的还原反应反难以持续下去,造成还原物料的金属化率低、磨选产品的铁品位低及金属回收率低。
碳冶金是钢铁工业传统发展方式的典型工艺,还原剂是碳,最终产物是二氧化碳。氢冶金还原剂为氢气,最终产物是水,二氧化碳为零排放。传统的直接还原工艺主要是利用CO作还原剂,使用CO去除铁矿石中的氧。由于CO的分子较大,难以渗透到铁矿石内部。而H2的分子量最小,分子直径也最小,能够很容易渗透到铁矿石内部。正常情况下,在矿石中H2的渗透速度是CO的5倍,H2的还原潜能是CO的11倍。因此,相比与传统碳还原剂,使用氢气作为还原剂可使冶金还原效率成倍增长。
氢冶金就是在铁矿石冶炼过程中主要使用H2作还原剂,H2作为一种较活泼的还原剂,在炉内参与铁氧化物的气-固还原反应时,其主要产物是金属铁和水蒸气,还原后的尾气不会对环境造成污染。因此,大力开发氢冶金,可以大大提高铁矿石还原效率,减少冶炼过程中碳还原剂的消耗,同时降低对环境的污染。
冶金过程中需要消耗大量的氢气,需事先制造出H2,然后再将H2经储存和输送,因此能够规模经济地供给H2是氢冶金工艺发展的前提和基础。目前,大规模制氢的方法有4种:煤气化制氢、天然气裂解制氢、石油气化和裂化制氢和水电解制氢。另外,焦炉煤气也是廉价大量制取氢气的选择气体。由于受生产成本的限制,以上的各种氢冶金工艺都只是停留在试验室试验和机理研究基础上,没有产业化方面的应用示例。
发明内容
根据以上情况,本发明为解决有色冶炼渣直接还原过程中存在的还原温度高、还原时间长、还原物料金属化率低、磨选产品铁品位低及金属回收率低的问题,安全经济地制造出H2,并将H2用于有色冶炼渣的直接还原之中,本发明提供了一种有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺。
为此,本发明采用如下技术方案:
一种有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,包括以下步骤:
S1原料选用:原料采用品位38~44%、SiO2含量30~40%、粒度10mm以下的有色冶炼渣,燃料及还原剂采用高挥发分煤;
S2物料干燥:对所述有色冶炼渣和高挥发分煤分别进行干燥,除去物料中夹带的水分;
S3物料磨细:将有色冶炼渣磨细至300目以下占85%以上,将高挥发分煤磨细至200目以下占80%以上;
S4含碳球团制备:按照重量份,选取有色冶炼渣100份,高挥发分煤20~28份,粘结剂1~5份,聚焦剂5~13份,液相调质剂1~2份,进行配料、混匀后,加水制备成粒度15~25mm的湿球团,然后对湿球团进行干燥;
S5转底炉布料:将干燥后的球团铺设至转底炉炉底,铺设厚度50~70mm;
S6焙烧:控制炉膛温度为1250~1280℃、焙烧时间28~35min,使有色冶炼渣在炉内进行还原;
S7卸料:球团到达转底炉出料区,通过出料装置连续排出,获得高温金属化球团,其金属化率92~95%,碳含量为1~3%,冷态强度1500N以上,高温金属化球团经无氧冷却后再进行干磨和干选,抛除尾矿后产出铁粉。
进一步地,所述步骤S2中使用蓄热式换热器干燥物料,控制蓄热式换热器排出烟气的温度为300~400℃。
进一步地,所述步骤S4中使用蓄热式换热器干燥湿球团,控制蓄热式换热器热气温度为300~400℃。
进一步地,所述转底炉排出900~1000℃烟气进入到蓄热式换热器中,置换出800~900℃的高温热风通入转底炉用作助燃空气。
进一步地,所述步骤S7中得到的铁粉经冷压形成铁粉冷压块进行使用。
进一步地,所述铁粉冷压块可供电炉、高炉或化铁炉炼制钢水,或直接作为产品使用。
进一步地,所述步高挥发分煤为挥发分45~50%、固定碳含量43~48%、粒度10mm以下的褐煤或泥煤。
进一步地,所述有色冶炼渣为铜冶炼尾渣或镍冶炼尾渣。
本发明中:粘结剂采用膨润土,其主要成份是蒙脱石,是一种非金属矿物;金属聚集剂采用高品位铁精矿,铁品位为62%以上、SiO2含量6-8%;液相调质剂采用碳酸钠,呈白色粉末或细粒结晶,是一种冶炼助熔剂。
本发明的反应原理如下:
本发明中,在有色冶炼渣中配入了一定比例的高挥发分煤,高挥发分煤在高温下热解产出H2及碳的水煤气反应产出H2,其还原的化学反应方程式:
C+H2O→CO+ H2
H2在高温下可还原有色冶炼渣中Fe2SiO4,其还原的化学反应方程式:
Fe2SiO4+2H2→SiO2+2Fe+2H2O
球团在转底炉内被加热时,其表层温度首先开始升高,当温度升高到350~400℃时,表层还原煤中的焦油、苯、萘及烷、烯、烃、H2等挥发分开始析出,并随热气流上升并进入炉膛高温燃烧空间内充分热解最后转化成燃料燃烬。当球团表层温度升高至900℃左右时,表层的铁氧化物达到还原温度,球团芯部的煤也由浅层到深层逐渐开始热解,热解产生的焦油、苯、萘及烷、烯、烃等在经过球团表层或浅层的高温环境时会发生充分热解,最终生成活性颗粒碳和H2,活性颗粒碳沉积在球团表层及浅层,而H2会渗入球团内与达到还原温度的铁氧化物发生还原反应,从而还原铁氧化物。
球团在转底炉内的煤热解氢还原过程:在褐煤等高挥发分煤中,氢元素含量一般为4~5%,通过煤的充分热解获得的H2中70%左右作用于铁矿石还原,这部分H2可将球团中铁氧化物的氧元素脱掉40%左右,这一过程也被称为“煤热解氢还原过程”。
球团在转底炉内的碳气化氢还原过程:煤热解产生的H2还原铁氧化物产生了H2O,H2O又与新生成的活性颗粒碳或呆滞碳进行碳气化反应生成H2和CO,H2再作为还原剂还原铁氧化物,再生成的H2O又会气化碳生成新的H2和CO,如此往复循环产生剧烈的耦合效应,源源不断产生H2。由于H2还原性强于CO,根据化学反应的选择性,这个过程所生成的CO只有少部分参加还原铁氧化物的反应,大部分将排出料层进入炉膛作为燃料使用,通过这一过程可以将球团中剩余铁氧化物的氧元素再脱掉50%左右,这一过程称为“碳气化氢还原过程”。
球团在转底炉内的碳还原过程:当球团中挥发分煤析出达到一定程度后,球团中的铁氧化物会与煤热解产生的呆滞碳发生还原反应,该还原反应以CO2为气化剂,这一过程对球团中剩余铁氧化物的还原率在10%左右,这一过程称为“碳还原过程”。
本发明改变了传统的直接还原思路:
在有色冶炼渣传统的直接还原中,业界普遍认为,为使渣中的硅酸铁得到还原,需在有色冶炼渣中添加一定比例的石灰石作为助熔剂,由于石灰石高温下发生分解生成CaO,CaO再与硅酸铁结合,可把硅酸铁中的FeO游离出来,从而便于FeO被还原气体进行还原。在上述观点指导下,通过把有色冶炼渣、石灰石和还原煤炭磨细至一定粒度后,按比例进行配料、混合和造球,球团加入到还原炉内进行高温还原。这种还原工艺由于在球团中配入了石灰石,石灰石在炉内高温下分解放出CO2,CO2与碳进行碳气化反应产出CO,CO作为还原剂还原铁氧化物。由于含碳球团中还原气体CO浓度的提高,提高了有色冶炼渣的还原速度和还原质量,其还原的化学反应式为:
Fe2SiO4(s)+2C(s)→2Fe(s)+SiO2(s)+2CO(g)
为促进有色冶炼渣中硅酸铁的还原反应,添加了石灰石作为助熔剂,其化学反应式为:
Fe2SiO4(s)+2CaO(s)+2C(s)→CaSiO4(s)+2Fe(s)+2CO(g)
本发明通过对有色冶炼渣直接还原工艺研究认为,在传统有色冶炼渣处置工艺中,配入石灰石、还原煤炭、粘结剂、调质剂后,石灰石在高温下分解生成CaO并放出增氧剂CO2,CO2与碳发生碳气化反应生成CO,CO作为还原剂还原铁氧化物。由于球团中煤炭体积占比较大,CaO与铜镍渣中Fe2SiO4的接触面积较小,此外CaO与铜镍渣中Fe2SiO4的反应属于固-固反应,导致反应很难持续进行下去。同时,通过在有色冶炼渣直接还原中不配加石灰石,改用通入CO2进行添加增氧剂的方法,也可达到在有色冶炼渣中配入石灰石实现硅酸铁被还原的目的。
根据以上情况,本发明首次提出了有色冶炼渣中Fe2SiO4可被H2进行直接还原的冶金机理。因Fe2SiO4直接被H2还原的温度范围一般为900~1000℃,此温度下有色冶炼渣表面没有液相产生,可达到有色冶炼渣中铁化合物在固态下直接还原成金属铁的效果。
金属氧化物在炉内的加热反应过程如下:
炉膛内部通过上部烧嘴燃料燃烧进行供热,炉内温度可达1250℃以上。在转底炉炉体转动过程中,球团先后经历装入区预热、加热区升温、还原区还原以及卸料区的出料过程,可使球团得到还原。转底炉内产生的烟气在炉料上方与物料旋转方向逆向流动过程中,依靠炉壁和火焰的辐射传热,将燃料燃烧产生的热量传递给焙烧球团,当含碳球团加热到还原温度后,球团内部的金属氧化物颗粒与碳颗粒及还原气体发生反应,最终生成铁含量较高的金属化球团。金属化球团到达出料口时,用出料机将还原完成的金属化球团排出。由于转底炉内温度高达1250~1300℃,在炉底转动一周期间内,可根据球团的还原情况,调节球团在炉内的停留时间,使球团中的金属氧化物几乎全部还原,还原中未消耗的碳仍留在海绵铁中。由于含碳球团中的碳在整个球团内均匀分布,当球团达到一定温度时,分布在球团内的无数碳粒及还原气体与铁、锌等氧化物发生还原反应,因此球团内部的还原可称为“自还原”。
相比于传统的回转炉,本工艺具有以下优点:
(1)通过球团内配煤工艺,将有色冶炼渣与高挥发分煤按一定的比例混合,再添加一定比例的粘结剂后进行造球,球团再在转底炉内进行高温还原反应,实现金属氧化物的还原。
(2)金属氧化物在转底炉内的高温还原速度快,粉尘中许多有害元素和物质能够在高温下挥发或分解,可燃物作为燃料燃烧。
(3)转底炉为封闭***,炉内微负压操作,生产过程中基本上无污染排放,最终的固体产物和经过净化的烟气均符合环保要求,而且烟气余热得到充分利用。
(4)回转窑在还原含铁物料过程中,回转窑内温度过高容易出现结圈,因此回转窑的温度控制在1100~1200℃;而本工艺采不存在炉内结圈问题,可将炉内温度提高至1250~1280℃,使炉温处于物料的软熔点温度以下,可提高炉内火焰向物料的传热温差,从而提高转底炉的产能和还原质量。
本发明的有益效果在于:
1.有色冶炼渣采用直接还原工艺实现高效还原
本发明在有色冶炼渣还原过程中使用H2作还原剂。氢是最活泼的还原剂,在有色冶炼渣的气-固还原过程中,提高气体还原剂中H2比例,可明显提高铁化合物的还原速率和还原效率。与CO的还原潜能相比,H2的还原潜能大大高于CO,可使有色冶炼渣中Fe2SiO4得到高效还原。
2.有色冶炼渣还原以H2为主且易获取
球团中高挥发分煤充分热解后产生大量H2,H2还原铁氧化物后生成气态H2O,H2O气化碳又产生新的H2和CO;由于化学反应的选择性,在整个铁氧化物还原过程中以H2还原为主,H2容易获取即产即用,实现了煤充分热解与铁氧化物还原过程的热态交集。
3.有色冶炼渣直接还原传热效率高,还原速度快,产能高
氢冶金的反应温度点低,同样的炉膛温度下,可传入料层更多的热量,从而加快球团的还原速度,降低工艺能耗,在同样传热量的前提下,产能可大幅提升。
4.降低CO2排放
本发明对有色冶炼渣采用的煤基直接还原工艺,还原剂使用高挥发分煤,其固定碳含量低,氢元素含量高,冶金还原过程以H2为主,排放的烟气中CO2含量与传统“铁烧焦”工艺相比大幅降低。
附图说明
图1是本发明的工艺过程图。
具体实施方式
本工艺中使用的主要设备有:干式磨煤机、干式磨矿机、配料机、混合机、造球机、湿球干燥机、有色渣干燥机、煤干燥机、氢冶金转底炉、蓄热式换热器、鼓风机、无氧冷却装置、干磨干选机、铁粉冷压机、电炉、高炉或化铁炉、除尘***、抽烟机。该工艺的核心为将有色冶炼渣、煤干式磨细后,按一定重量比例混入粘结剂、聚焦剂、液相调质剂,然后混匀并造球,球团在转底炉内加热升温过程中,通过煤充分热解产生的H2以及H2O做气化剂的碳气化反应产生H2对铁矿石进行还原,并通过控制炉膛温度为1250~1280℃、焙烧时间28~35min,可使有色冶炼渣得到充分还原。
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明:
实施例1:
一种有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,包括以下步骤:
S1原料选用:原料采用品位38~44%、SiO2含量30~40%、粒度10mm以下的铜冶炼渣,燃料及还原剂采用挥发分45~50%、固定碳含量43~48%、粒度10mm以下的高挥发分煤,如褐煤;
S2物料干燥:将含水量较高的铜冶炼渣、褐煤分别加入到有色渣干燥机、煤干燥机中,采用蓄热式换热器排出的温度为300~400℃烟气作为干燥热源,分别对物料进行干燥,除去物料中夹带的水分;
S3物料磨细:使用干式磨煤机将铜冶炼渣磨细至300以下目占85%以上,使用干式磨矿机将褐煤磨细至200目以下占80%以上;
S4含碳球团制备:按照重量份,选取铜冶炼渣100份,褐煤20份,粘结剂3份,聚焦剂13份,液相调质剂2份,进行配料、混匀后,加水制备成粒度15mm的湿球团;
将湿球团铺设到湿球干燥机料床上,采用从蓄热式换热器排出的温度为300~400℃的烟气作为热源进行干燥,物料干燥后排出的150~180℃烟气经除尘***净化后,由抽烟机加压排放;
S5转底炉布料:将干燥后的球团输送至转底炉入料端,使用布料器将其均匀铺设到转底炉的炉底上,铺设厚度控制50~70mm;
S6焙烧:控制炉膛温度为1250~1260℃、焙烧时间28~31min,使铜冶炼渣在炉内进行还原;
S7卸料:球团到达转底炉出料区,通过螺旋出料装置连续排出,获得高温金属化球团,其金属化率92~95%,碳含量为1~3%,冷态强度1500N以上;经无氧冷却后送至干磨干选机,抛除尾矿后产出铁粉,得到的铁粉经冷压形成铁粉冷压块,铁粉冷压块可供电炉、高炉或化铁炉炼制钢水,或直接作为产品使用。
实施例2:
一种有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,包括以下步骤:
S1原料选用:原料采用品位38~44%、SiO2含量30~40%、粒度10mm以下的镍冶炼渣,燃料及还原剂采用挥发分45~50%、固定碳含量43~48%、粒度10mm以下的高挥发分煤,如褐煤;
S2物料干燥:将含水量较高的镍冶炼渣、褐煤分别加入到有色渣干燥机、煤干燥机中,采用蓄热式换热器排出的温度为300~400℃烟气作为干燥热源,分别对物料进行干燥,除去物料中夹带的水分;
S3物料磨细:使用干式磨煤机将镍冶炼渣磨细至300目以下占85%以上,使用干式磨矿机将褐煤磨细至200目以下占80%以上;
S4含碳球团制备:按照重量份,选取镍冶炼渣100份,褐煤28份,粘结剂1份,聚焦剂9份,液相调质剂1份,进行配料、混匀后,加水制备成粒度20mm的湿球团;
将湿球团铺设到湿球干燥机料床上,采用从蓄热式换热器排出的温度为300~400℃的烟气作为热源进行干燥,物料干燥后排出的150~180℃烟气经除尘***净化后,由抽烟机加压排放;
S5转底炉布料:将干燥后的球团输送至转底炉入料端,使用布料器将其均匀铺设到转底炉的炉底上,铺设厚度控制50~70mm;
S6焙烧:控制炉膛温度为1270~1280℃、焙烧时间30~33min,使镍冶炼渣在炉内进行还原;
S7卸料:球团到达转底炉出料区,通过螺旋出料装置连续排出,获得高温金属化球团,其金属化率92~95%,碳含量为1~3%,冷态强度1500N以上;经无氧冷却后送至干磨干选机,抛除尾矿后产出铁粉,得到的铁粉经冷压形成铁粉冷压块,铁粉冷压块可供电炉、高炉或化铁炉炼制钢水,或直接作为产品使用。
实施例3:
一种有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,包括以下步骤:
S1原料选用:原料采用品位38~44%、SiO2含量30~40%、粒度10mm以下的有色冶炼渣,燃料及还原剂采用挥发分45~50%、固定碳含量43~48%、粒度10mm以下的高挥发分煤,如褐煤;
S2物料干燥:将含水量较高的铜冶炼渣、褐煤分别加入到有色渣干燥机、煤干燥机中,采用蓄热式换热器排出的温度为300~400℃烟气作为干燥热源,分别对物料进行干燥,除去物料中夹带的水分;
S3物料磨细:使用干式磨煤机将铜冶炼渣磨细至300目以下占85%以上,使用干式磨矿机将褐煤磨细至200目以下占80%以上;
S4含碳球团制备:按照重量份,选取铜冶炼渣100份,褐煤24份,粘结剂5份,聚焦剂5份,液相调质剂2份,进行配料、混匀后,加水制备成粒度25mm的湿球团;
将湿球团铺设到湿球干燥机料床上,采用从蓄热式换热器排出的温度为300~400℃的烟气作为热源进行干燥,物料干燥后排出的150~180℃烟气经除尘***净化后,由抽烟机加压排放;
S5转底炉布料:将干燥后的球团输送至转底炉入料端,使用布料器将其均匀铺设到转底炉的炉底上,铺设厚度控制50~70mm;
S6焙烧:控制炉膛温度为1260~1270℃、焙烧时间32~35min,使铜冶炼渣在炉内进行还原;
S7卸料:球团到达转底炉出料区,通过螺旋出料装置连续排出,获得高温金属化球团,其金属化率92~95%,碳含量为1~3%,冷态强度1500N以上;经无氧冷却后送至干磨干选机,抛除尾矿后产出铁粉,得到的铁粉经冷压形成铁粉冷压块,铁粉冷压块可供电炉、高炉或化铁炉炼制钢水,或直接作为产品使用。
球团的受热膨胀粉化后会降低传热效率,会降低金属还原反应速度,延长反应时间,增大反应能耗。为使含碳球团在还原过程中不产生膨胀粉化,本工艺在球团内配入适当比例的液相调质剂,使球团在高温还原过程中内部有合适的液相量,达到球团内部液相量与气相量合理匹配的目的,从而在有效控制球团膨胀粉化程度,同时提高了金属化球团的强度。
本项目有色冶炼渣还原建立在氢冶金基础上,通过蓄热式换热器使热量循环利用,在同样传热量的前提下,可大幅提升产能。更重要的是,氢冶金的反应温度点低,铁氧化物在更低的温度下被还原,在活性颗粒碳参与反应时温度会进一步降低;由于传热量取决于炉膛温度与物料温度的差异,因此同样的炉膛温度下,会传入料层更多的热量,提高对热量的使用效率。
本项目实现了煤的充分热解过程与有色冶炼渣冶金还原过程在热态高度集成,整个制铁工艺过程仅采用挥发分煤,无需使用焦炭。铁氧化物的还原从传统的以冶金焦炭为主的碳冶金过程转变为以“H2+活性颗粒碳”为主的氢冶金过程,达到制铁工艺节能与减排的目的。
由于有色冶炼渣中硅酸铁相结构致密,在硅酸铁还原过程中,还原气体难以扩散到铜镍冶炼渣颗粒内部,同时还原后产生的气体又停留在颗粒内部难以扩散出来,为加快有色冶炼渣的还原速度,提高还原后的金属化率,因此需要将有色冶炼渣磨细至0~300目占85%以上。
需要说明的是,以上仅是本发明的部分实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,其特征在于,包括以下步骤:
S1原料选用:原料采用品位38~44%、SiO2含量30~40%、粒度10mm以下的有色冶炼渣,燃料及还原剂采用高挥发分煤;
S2物料干燥:对所述有色冶炼渣和高挥发分煤分别进行干燥,除去物料中夹带的水分;
S3物料磨细:将有色冶炼渣磨细至300目以下占85%以上,将高挥发分煤磨细至200目以下占80%以上;
S4含碳球团制备:按照重量份,选取有色冶炼渣100份,高挥发分煤20~28份,粘结剂1~5份,聚焦剂5~13份,液相调质剂1~2份,进行配料、混匀后,加水制备成粒度15~25mm的湿球团,然后对湿球团进行干燥;
S5转底炉布料:将干燥后的球团铺设至转底炉炉底,铺设厚度50~70mm;
S6焙烧:控制炉膛温度为1250~1280℃、焙烧时间28~35min,使有色冶炼渣在炉内进行还原;
S7卸料:球团到达转底炉出料区,通过出料装置连续排出,获得高温金属化球团,其金属化率92~95%,碳含量为1~3%,冷态强度1500N以上,高温金属化球团经无氧冷却后再进行干磨和干选,抛除尾矿后产出铁粉。
2.根据权利要求1所述的有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,其特征在于,所述步骤S2中使用蓄热式换热器干燥物料,控制蓄热式换热器排出烟气的温度为300~400℃。
3.根据权利要求2所述的有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,其特征在于,所述步骤S4中使用蓄热式换热器干燥湿球团,控制蓄热式换热器热气温度为300~400℃。
4.根据权利要求2所述的有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,其特征在于,所述转底炉排出900~1000℃烟气进入到蓄热式换热器中,置换出800~900℃的高温热风通入转底炉用作助燃空气。
5.根据权利要求1所述的有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,其特征在于,所述步骤S7中得到的铁粉经冷压形成铁粉冷压块进行使用。
6.根据权利要求5所述的有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,其特征在于,所述铁粉冷压块可供电炉、高炉或化铁炉炼制钢水,或直接作为产品使用。
7.根据权利要求1所述的有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,其特征在于,所述步高挥发分煤为挥发分45~50%、固定碳含量43~48%、粒度10mm以下的褐煤或泥煤。
8.根据权利要求1~7任一所述的有色冶炼渣直接还原生产金属化炉料工艺,其特征在于,所述有色冶炼渣为铜冶炼尾渣或镍冶炼尾渣。
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