高炉含锌粉尘综合利用的研究

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1、冶金之家网站高炉含锌粉尘综合利用的研究孟巍，王传琳(本钢集团北营炼铁厂)摘要：本文研究了采用高温还原焙烧方法处理高炉含锌粉尘的相关问题。针对高炉除尘灰的基本性质，采用了高炉粉尘配加铁精矿和煤粉，造球后高温焙烧的路线。通过预实验确定重力灰、布袋灰、铁精矿的比例为1：1：8。设计正交实验，考察了焙烧温度、焙烧时间、球团碱度、配煤量和煤种五个因素对球团脱锌率和金属化率的影响，确定了高炉含锌粉尘处理的最佳工艺参数：焙烧温度1300℃，还原50min，配10％的无烟煤，控制碱度为0．8；结合实验结果及实际生产的条件，推荐的工艺参数为焙烧温

2、度1200℃，焙烧时间30min，配加15%的无烟煤，球团碱度为0．8。关键词：含锌粉尘；高温焙烧；金属化率；脱锌率1前言钢铁厂含锌粉尘的种类很多，这些粉尘因其产出途径不同，其化学成分也有所差异，一般除了锌元素外，还含有较高的铁和碳等可回收资源。但是锌元素在高炉内循环富集，不但容易形成炉瘤，破坏炉衬，影响高炉寿命；还会破坏炉料强度，严重影响高炉顺行，从而限制了这些粉尘的使用，浪费了大量资源。随着我国环保法规的日益完善以及资源的日趋紧张，钢铁厂含锌粉尘的处理逐渐引起人们的重视。近年来，国内外对钢铁厂含锌粉尘的处理进行了大量的研究，

3、并开发了一系列的处理工艺，这些处理工艺大致可以分为三类：物理法、湿法和火法[1]。物理法处理工艺主要有磁选法、粒度分级法等，在国内多家钢厂均取得了不错的效果[2]；湿法处理工艺与钢厂现有技术不配套，效率较低，在国内应用很少[3-4]；火法处理工艺具有脱锌率稳定，生产效率高的特点[5-6]，是目前国内研究的重点。以转底炉、回转窑为代表的火法工艺，大都是以含碳球团为基础，采用煤粉或粉尘的自含碳作为还原剂，在高温下快速还原脱锌，得到半金属化炉料，以供电炉或转炉使用。本文采用高温还原焙烧的工艺处理高炉含锌粉尘，根据粉尘的基本性质选择合适

4、的工艺路线，并通过正交试验，找出各因素对粉尘脱锌率和金属化率的影响规律，最终确定粉尘处理的最佳工艺参数，从而为含锌粉尘的处理起到指导作用。2原料本文所用原料为某厂提供的重力灰、布袋灰、铁精矿及石灰，还原剂为烟煤及无烟煤，其化学成分及含锌粉尘的物理性质见表1—表3。冶金之家网站从表1中可以看出，重力灰和布袋灰中的碳含量均较高，而铁含量则相对较低。经计算，重力灰和布袋灰碳氧原子比(TFe转化为Fe2O3，Zn转化为ZnO)分别为3．15和5．06。由此可见，利用高温还原焙烧工艺处理该种含锌粉尘，其中的碳过量。3实验3．1实验原理由含

5、锌的高炉粉尘、铁精矿、煤粉等制成的含碳球团，在加热还原的过程中发生一系列复杂的化学反应，其中主要的反应有：FexOy+C→FexOy－1+CO(1)FexOy+CO／H2→FexOy－1+CO2/H2O(2)CO2+C→2CO(3)ZnO+CO→Zn(g)+CO2(4)在一定温度下，球团中的高价铁氧化物被C或CO还原成低价铁氧化物和金属铁，还原后仍然存留在球团中，而由于金属锌的沸点较低，蒸汽压高，在高于其沸点温度下还原出来的锌将呈气态从球团中挥发出来，因此在一定条件下，球团中的锌被还原后，即以锌蒸汽的形态离开球团，这样就达到了锌

6、与球团中的其它组分分离目的。3．2实验方案由于重力灰和布袋灰中的碳含量均较高，而铁含量则相对较低。因此单独进行粉尘造块焙烧，势必会造成碳的浪费，并且由于碳过量，铁较少，可能会造成还原过程中产生的粘结相不足，剩碳过多，进而导致还原后球团强度不够，且全铁含量较低，不利于后续利用，因此该实验除了使用重力灰和布袋灰外，还配加了铁精矿，不足的碳则由还原性较好的烟煤或无烟煤代替。以球团还原后强度及粉尘处理量为指标，通过预实验确定高温焙烧实验中重力灰：布袋灰：铁精矿=1：1：8。现有的文献资料表明，焙烧温度、焙烧时间、配煤量、碱度和煤种对脱锌

7、效率影响明显，因此，本文通过正交试验研究这五个因素对粉尘脱锌效率的影响，设计一个L16(44×21)的正交表，实验参数和水平取值见表4。3．3实验步骤按照实验方案，将一定量的布袋灰、重力灰、铁精矿、石灰、煤粉和膨润土(3％)充分混合，在圆盘造球机上制成粒度在10mm～12mm之间的球团，然后置于105℃冶金之家网站的恒温干燥箱中烘干2h，以去除球团中的游离水。将干燥后的球团放入带有盖子的刚玉坩埚中，然后将其置于已升至设定温度的马弗炉中，迅速关闭炉门，开始计时，至设定焙烧时间后将坩埚取出，在空气中冷却至室温，然后制样分析TFe、M

8、Fe及Zn。4实验结果及分析本实验对含锌粉尘处理的考察指标为脱锌率和金属化率，实验结果及利用极差分析法分析结果见表5。对于粉尘造球的高温焙烧实验，还原前后球团中的总铁量不变，而还原后的锌以蒸汽的形式逸出球团，所以脱锌率和金属化率可以分别用公式(5)和(6)计算[