CN113801994B - 一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺，包括：原料处理、配料、混合、成型、物料烘干、焙烧还原、烟气处理和成品冷却等步骤。本工艺采用碳氢联合还原技术，前期以碳还原为主，后期以氢还原为主，将铁氧化物还原为金属铁，有色金属氧化物还原、挥发再氧化收集，产品金属化率可达到90％以上，铅锌脱除率达到95％以上，银脱除率达到85％以上。本工艺还原温度在800～1230℃，还原温度低，能耗低。本工艺中的还原煤采用低阶煤，代替无烟煤，成本低。

Description

一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺。

背景技术

我国铅锌冶炼企业规模和数量逐年扩大，铅锌产量快速增加，根据铅锌行业生产规模，每年产生的冶炼危废弃渣约有近1000万吨左右，传统露天堆置或简单填埋处理，不但占用大面积的土地，造成土地资源紧缺，而且冶炼渣中的金属元素会进入空气、水体和土壤，成为重要污染源。铅锌冶炼渣含有丰富的金属资源，包括铁、铅、锌等有价金属以及镓、铟、金和银等希贵金属，是一种宝贵的二次资源，铅锌冶炼废渣的资源化不仅能够减少对环境的污染，而且可以充分回收金属资源，是冶金行业可持续发展的必然选择。

目前，铅锌冶炼渣处理方法主要有三种：(1)材料回收。将废渣直接加工成砖、板材型材、水泥等建材制品，实现废渣材料的利用，工艺过程简单，并且具有一定经济效益。由于冶炼废渣中含有一定量的有害元素，冶炼废渣制备的建筑材料在使用过程中可能释放有毒性的金属元素，存在安全隐患，并且没有充分利用金属资源。(2)湿法回收。具有回收率高、投资低、浸出过程快等优点，但是，流程复杂，消耗药剂过多。(3)火法回收。铅锌冶炼渣经过火法回收过程，基本可以实现冶炼废渣的无害化和减量化，对环境危害的程度大大降低，火法回收是工业应用的主要技术。由于火法回收采用焦粉或焦炭作为还原剂，工艺能耗高，对现有工艺的改进是火法工艺的必要途径。

根据CO与H2还原铁氧化物的热力学特性，在温度低于810℃时，CO的还原能力高于H2，在温度高于810℃时，H2的还原能力高于CO，因此在还原前期采用碳还原，还原后期采用氢还原，碳氢联合还原可有效提高还原效率，大大提高还原产品的产量和金属化率。与传统碳还原工艺相比，碳氢联合还原过程需要消耗大量的H2，目前大规模制氢的方法主要有：电解水制氢、天然气裂解制氢、石油气化和裂化制氢、煤气化制氢、焦炉煤气制氢等，以上各种制氢工艺因为生产成本较高，都没有大规模的推广应用，因此能够规模经济地供给氢气是碳氢联合还原工艺发展的前提和基础。

发明内容

本发明目的在于提供一种高效、节能、环保的处理铅锌渣的方法。

一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺，包括：

一、原料处理，选取挥发分含量30～50％、灰分含量<10％的高挥发分煤，分成两部分——高挥发分煤一和高挥发分煤二，将高挥发分煤一磨至粒度100～200目，将高挥发分煤二破碎至粒度5～25mm；

二、配料、混合，将步骤一中的所述高挥发分煤一与铅锌渣、膨润土按比例配料后混匀；

三、成型，将步骤二中混匀后的物料制备成含水8％～12％、粒度为6～25mm的湿成型物料；

四、物料烘干，将步骤三中所述湿物料干燥脱水，干燥后物料水份占比需<5％；

五、焙烧还原，将物料由转底炉的第一布料口均匀布在转底炉环形炉床上，物料在炉底上铺的料层厚度为10～80mm，转底炉炉体转动过程中，物料先后需经历预还原区、浅度还原区和深度还原区；在深度还原区加入高挥发分煤二，由多个布料口加入。所述预还原区温度500～1000℃，所述浅度还原区温度600～1100℃，所述深度还原区温度800～1230℃，还原时间为10～60min，高挥发分煤热解产生的H2与碳气化反应生成的H2和CO将物料充分还原；

六、成品冷却，将还原后的产品DRI从转底炉内排出，进入冷却机冷却至200℃以下送至成品仓；

七、烟气处理，500～1000℃高温烟气由转底炉排出经空气换热器、余热锅炉多级回收余热后，温度降至～200℃，进入转底炉烟气除尘器，净化后的烟气尾气送至烟气炉与热烟气混合后用于物料烘干，烘干后的烟气(～120℃)经除尘、脱硫脱硝达标后排放，有色金属氧化物在余热锅炉灰仓和转底炉烟气除尘器中逐级回收。

进一步地，所述焙烧还原步骤中，其中：

在所述转底炉预还原区是以碳还原为主的还原反应，包括：

物料在转底炉内被加热时，当表层温度升高到～550℃时，表层还原煤一中的挥发分析出并进入炉膛燃烧空间内，作为燃料燃烬；随着物料的不断升温，物料中的C与CO2发生碳气化反应生成CO，CO作为还原剂开始还原铁氧化物，由于还原煤发生不充分热解产生的H2量较少，且在温度较低时，H2的还原能力比CO弱，此时H2主要作为燃料燃烧，很少参与还原反应；

在转底炉浅度还原区是以以氢还原为主的还原反应，包括：

当物料表层温度升高至900℃时，物料芯部的还原煤一逐渐开始热解，热解出的挥发分在经过表层的高温环境时发生充分热解，最终的产物为活性碳和H2，H2会与达到还原温度的金属氧化物发生还原反应，生成金属和水，水又与碳进行碳气化反应生成H2和CO，H2再作为还原剂还原金属氧化物，再生成水，水又会气化新的碳生成新的H2和CO，如此循环往复产生剧烈的耦合效应，将部分金属氧化物还原成为金属；

在转底炉的深度还原区是以氢还原为主的还原反应，包括：

物料经过浅度还原区后进入深度还原区，深度还原区上设置多个布料口，将粒度5～25mm的高挥发分煤二布料在高温物料上方，高挥发分煤二开始热解，热解最终的产物为活性碳和H2，H2会与达到还原温度的金属氧化物发生还原反应，生成金属和水，水又与碳进行碳气化反应生成H2和CO，H2再作为还原剂还原金属氧化物，再生成水，水又会气化新的碳生成新的H2和CO，如此循环往复产生剧烈的耦合效应，最终将大部分金属氧化物还原成为金属。

进一步地，所述高挥发分煤中挥发分含量30～50％、灰分含量<10％的低阶煤。

进一步地，所述物料比例为按照重量份，选取铅锌渣100份、高挥发分煤一5～20份，高挥发分煤二10～25份、膨润土1～4份。

进一步地，所述空气换热器将空气预热至200～400℃，然后进入转底炉作为助燃空气。

进一步地，所述转底炉炉膛内部通过烧嘴燃烧进行供热，炉内还原温度最高～1230℃，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所述物料。

进一步地，在所述深度还原区加入高挥发分煤二，使氢气浓度不低于55％。

在本发明中带来的有益效果包括：

1)本工艺采用碳氢联合还原技术将铁氧化物还原为金属铁，有色金属氧化物还原、挥发再氧化收集，产品金属化率可达到90％以上，铅锌脱除率达到95％以上，银脱除率达到85％以上。

2)将高挥发分煤一磨至粒度100～200目，在此范围内，更易实现碳氢联合还原。粒度过粗，铅锌渣与碳接触较差，不利于前期碳为主的还原反应，粒度过细，煤热解过快，氢气未有效的参与还原即被烧掉，并且增加磨矿成本。

3)在深度还原区通过多个布料口加入高挥发分煤二，主要用于增强氢气浓度，使氢气浓度不低于55％，强化后期氢还原，提高产品金属化率。

4)本工艺采用碳氢联合还原技术，还原温度低，能耗低。本工艺还原温度在800～1230℃，传统转底炉还原温度在1250～1350℃。

5)本工艺还原后期采用氢气作为主要还原剂，副产物是水，绿色环保，处理每吨铅锌渣碳排放量是碳冶金转底炉工艺的50～70％。

6)本工艺中的还原煤采用低阶煤，代替无烟煤，成本低。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明中涉及的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

实施例一：

铅锌渣中含有TFe27.59wt％，Pb2.57wt％，Zn3.78wt％，Ag0.013wt％，SiO223.82wt％，CaO12.3wt％，Al2O36.75wt％，S1.17wt％。

一种新型的铅锌渣处理方法，包含以下步骤：

(1)原料处理：选取挥发分含量30～50％、灰分含量<10％的高挥发分煤，分成两部分——高挥发分煤一和高挥发分煤二，将高挥发分煤一磨至粒度100～200目，将高挥发分煤二破碎至粒度5～25mm。

(2)配料、混合：选取铅锌渣100份、高挥发分煤一12份、膨润土2份，按比例配料后混匀。

(3)成型：将混匀后物料制备成含水10％、粒度为20mm的湿成型物料。

(4)物料烘干：将湿物料干燥脱水，干燥后物料水份<5％。

(5)焙烧还原：将物料由转底炉的第一布料口均匀布在转底炉环形炉床上，料层厚度为40mm，物料随转底炉转动先后经过预还原区、浅度还原区和深度还原区，在深度还原区加入高挥发分煤二18份，分别由3个布料口加入，控制预还原区温度750℃，浅度还原区温度900℃，深度还原区温度1180℃，还原时间30min，高挥发分煤热解产生的H2与碳气化反应生成的H2和CO将物料充分还原。

(6)成品冷却：还原后的产品DRI从转底炉内排出，进入冷却机冷却至200℃以下送至成品仓。物料金属化率93.9％，锌脱除率98.8％，铅脱除率98.2％，银脱除率88.3％。

(7)烟气处理：原料中的氧化锌、氧化铅、氧化银经还原、挥发进入烟气***中，并被再次氧化收集。720℃高温烟气由转底炉排出经空气换热器、余热锅炉多级回收余热后，温度降至～200℃，进入转底炉烟气除尘器，净化后的烟气尾气送至烟气炉与热烟气混合后用于物料烘干，烘干后的烟气(～120℃)经除尘、脱硫脱硝达标后排放。有色金属氧化物在余热锅炉灰仓和转底炉烟气除尘器中逐级回收。

实施例二：

铅锌渣中含有TFe27.59wt％，Pb2.57wt％，Zn3.78wt％，Ag0.013wt％，SiO223.82wt％，CaO12.3wt％，Al2O36.75wt％，S1.17wt％。

一种新型的铅锌渣处理方法，包含以下步骤：

(1)原料处理：选取挥发分含量30～50％、灰分含量<10％的高挥发分煤，分成两部分——高挥发分煤一和高挥发分煤二，将高挥发分煤一磨至粒度100～200目，将高挥发分煤二破碎至粒度5～25mm。

(2)配料、混合：选取铅锌渣100份、高挥发分煤一15份、膨润土3份，按比例配料后混匀。

(3)成型：将混匀后物料制备成含水10％、粒度为20mm的湿成型物料。

(4)物料烘干：将湿物料干燥脱水，干燥后物料水份<5％。

(5)焙烧还原：将物料由转底炉的第一布料口均匀布在转底炉环形炉床上，料层厚度为60mm，物料随转底炉转动先后经过预还原区、浅度还原区和深度还原区，在深度还原区加入高挥发分煤二20份，分别由3个布料口加入，控制预还原区温度780℃，浅度还原区温度950℃，深度还原区温度1200℃，还原时间35min，高挥发分煤热解产生的H2与碳气化反应生成的H2和CO将物料充分还原。

(6)成品冷却：还原后的产品DRI从转底炉内排出，进入冷却机冷却至200℃以下送至成品仓。物料金属化率93.6％，锌脱除率98.5％，铅脱除率97.9％，银脱除率88.1％。

(7)烟气处理：原料中的氧化锌、氧化铅、氧化银经还原、挥发进入烟气***中，并被再次氧化收集。750℃高温烟气由转底炉排出经空气换热器、余热锅炉多级回收余热后，温度降至～200℃，进入转底炉烟气除尘器，净化后的烟气尾气送至烟气炉与热烟气混合后用于物料烘干，烘干后的烟气(～120℃)经除尘、脱硫脱硝达标后排放。有色金属氧化物在余热锅炉灰仓和转底炉烟气除尘器中逐级回收。

实施例三：

铅锌渣中含有TFe27.59wt％，Pb2.57wt％，Zn3.78wt％，Ag0.013wt％，SiO223.82wt％，CaO12.3wt％，Al2O36.75wt％，S1.17wt％。

一种新型的铅锌渣处理方法，包含以下步骤：

(1)原料处理：选取挥发分含量30～50％、灰分含量<10％的高挥发分煤，分成两部分——高挥发分煤一和高挥发分煤二，将高挥发分煤一磨至粒度100～200目，将高挥发分煤二破碎至粒度5～25mm。

(2)配料、混合：选取铅锌渣100份、高挥发分煤一18份、膨润土3份，按比例配料后混匀。

(3)成型：将混匀后物料制备成含水10％、粒度为20mm的湿成型物料。

(4)物料烘干：将湿物料干燥脱水，干燥后物料水份<5％。

(5)焙烧还原：将物料由转底炉的第一布料口均匀布在转底炉环形炉床上，料层厚度为80mm，物料随转底炉转动先后经过预还原区、浅度还原区和深度还原区，在深度还原区加入高挥发分煤二25份，分别由4个布料口加入，控制预还原区温度800℃，浅度还原区温度980℃，深度还原区温度1220℃，还原时间40min，高挥发分煤热解产生的H2与碳气化反应生成的H2和CO将物料充分还原。

(6)成品冷却：还原后的产品DRI从转底炉内排出，进入冷却机冷却至200℃以下送至成品仓。物料金属化率92.8％，锌脱除率97.8％，铅脱除率97.3％，银脱除率87.5％。

(7)烟气处理：原料中的氧化锌、氧化铅、氧化银经还原、挥发进入烟气***中，并被再次氧化收集。780℃高温烟气由转底炉排出经空气换热器、余热锅炉多级回收余热后，温度降至～200℃，进入转底炉烟气除尘器，净化后的烟气尾气送至烟气炉与热烟气混合后用于物料烘干，烘干后的烟气(～120℃)经除尘、脱硫脱硝达标后排放。有色金属氧化物在余热锅炉灰仓和转底炉烟气除尘器中逐级回收。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺，其特征在于，包括：

一、原料处理，选取挥发分含量30～50％、灰分含量<10％的高挥发分煤，分成两部分——高挥发分煤一和高挥发分煤二，将高挥发分煤一磨至粒度100～200目，将高挥发分煤二破碎至粒度5～25mm；

二、配料、混合，将步骤一中的所述高挥发分煤一与铅锌渣、膨润土按比例配料后混匀；

三、成型，将步骤二中混匀后的物料制备成含水8％～12％、粒度为6～25mm的湿成型物料；

四、物料烘干，将步骤三中湿物料干燥脱水，干燥后物料水份占比需<5％；

五、焙烧还原，将物料由转底炉的第一布料口均匀布在转底炉环形炉床上，物料在炉底上铺的料层厚度为10～80mm，转底炉炉体转动过程中，物料先后需经历预还原区、浅度还原区和深度还原区；在深度还原区加入高挥发分煤二，由多个布料口加入，所述预还原区温度500～1000℃，所述浅度还原区温度600～1100℃，所述深度还原区温度800～1230℃，还原时间为10～60min；

其中，转底炉预还原区是以碳还原为主的还原反应，在转底炉浅度还原区是以氢还原为主的还原反应，在转底炉的深度还原区是以氢还原为主的还原反应；

六、成品冷却，将还原后的产品DRI从转底炉内排出，进入冷却机冷却至200℃以下送至成品仓；

七、烟气处理，500～1000℃高温烟气由转底炉排出经空气换热器、余热锅炉多级回收余热后，温度降至200℃，进入转底炉烟气除尘器，净化后的烟气尾气送至烟气炉与热烟气混合后用于物料烘干，烘干后的120℃烟气经除尘、脱硫脱硝达标后排放，有色金属氧化物在余热锅炉灰仓和转底炉烟气除尘器中逐级回收。

2.根据权利要求1所述的一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺，其特征在于，所述焙烧还原步骤中，其中：

在所述转底炉预还原区是以碳还原为主的还原反应，包括：

物料在转底炉内被加热时，当表层温度升高到550℃时，表层还原煤一中的挥发分析出并进入炉膛燃烧空间内，作为燃料燃烬；随着物料的不断升温，物料中的C与CO2发生碳气化反应生成CO，CO作为还原剂开始还原铁氧化物，由于还原煤发生不充分热解产生的H2量较少，且在温度较低时，H2的还原能力比CO弱，此时H2主要作为燃料燃烧，很少参与还原反应；

在转底炉浅度还原区是以氢还原为主的还原反应，包括：

当物料表层温度升高至900℃时，物料芯部的还原煤一逐渐开始热解，热解出的挥发分在经过表层的高温环境时发生充分热解，最终的产物为活性碳和H2，H2会与达到还原温度的金属氧化物发生还原反应，生成金属和水，水又与碳进行碳气化反应生成H2和CO，H2再作为还原剂还原金属氧化物，再生成水，水又会气化新的碳生成新的H2和CO，如此循环往复产生剧烈的耦合效应，将部分金属氧化物还原成为金属；

在转底炉的深度还原区是以氢还原为主的还原反应，包括：

物料经过浅度还原区后进入深度还原区，深度还原区上设置多个布料口，将粒度5～25mm的高挥发分煤二布料在高温物料上方，高挥发分煤二开始热解，热解最终的产物为活性碳和H2，H2会与达到还原温度的金属氧化物发生还原反应，生成金属和水，水又与碳进行碳气化反应生成H2和CO，H2再作为还原剂还原金属氧化物，再生成水，水又会气化新的碳生成新的H2和CO，如此循环往复产生剧烈的耦合效应，最终将大部分金属氧化物还原成为金属。

3.根据权利要求1所述的一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺，其特征在于，所述高挥发分煤为挥发分含量30～50％、灰分含量<10％的低阶煤。

4.根据权利要求1所述的一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺，其特征在于，所述物料比例为按照重量份，选取铅锌渣100份、高挥发分煤一5～20份，高挥发分煤二10～25份、膨润土1～4份。

5.根据权利要求1所述的一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺，其特征在于，所述空气换热器将空气预热至200～400℃，然后进入转底炉作为助燃空气。

6.根据权利要求1所述的一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺，其特征在于，所述转底炉炉膛内部通过烧嘴燃烧进行供热，炉内还原温度最高～1230℃，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所述物料。

7.根据权利要求2所述的一种高效转底炉处理铅锌渣回收有色金属的工艺，其特征在于，在所述深度还原区加入高挥发分煤二，使氢气浓度不低于55％。