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氧化锌回转炉从炼铁高炉除尘灰中提取氧化锌的方法

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-01-29  来源:氧化锌回转炉厂家  作者:氧化锌回转炉  浏览次数:318
核心提示:氧化锌回转炉是处理含锌中间物料的常用设备之一,也是煅烧锌的焙烧设备,工作原理就是煅烧锌、处理含锌物的整个过程和原理。一般多采用氧化锌回转窑处理含锌的滤饼。滤饼中的锌主要以铁酸锌、氧化物和硫酸盐形态存在,在氧化锌回转窑的高温下,铁酸锌和固体碳作用,还原为金属锌

氧化锌回转炉从炼铁高炉除尘灰中提取氧化锌的方法:高炉除尘灰与焦粉按一定比例混合搅拌,经皮带 传送至回转窑中焙烧,鼓风机将空气鼓入窑内,焦粉燃烧,窑内温度约1100~1300, 原料中的氧化锌被焦粉中的碳还原为锌单质,锌单质的熔点为419.75,沸点为907, 在高温下锌单质首先被熔化成液态,随即迅速变为气态,再随窑内气流进入沉降室,通 入常温空气,在 225以下被迅速氧化,生成氧化锌颗粒,少量较大的颗粒沉降,其他 随引风机形成的负压气流引至袋式收尘系统,收集后装袋,净化后的气体通过排气筒排出。


氧化锌回转炉是处理含锌中间物料的常用设备之一,也是煅烧锌的焙烧设备,工作原理就是煅烧锌、处理含锌物的整个过程和原理。一般多采用氧化锌回转窑处理含锌的滤饼。滤饼中的锌主要以铁酸锌、氧化物和硫酸盐形态存在,在氧化锌回转窑的高温下,铁酸锌和固体碳作用,还原为金属锌,同时锌、铅、镉的硫酸盐也被还原,井以硫化物和金屈形态挥发出来。从固相中还原和挥发出来的金属,在窑气氛作用下,又重新氧化,最后主要以氧化物形态产出。注意:送入氧化锌回转窑中的空气量,应确保密中烟气有足够的氧量,使之能再氧化早先已被还原出的全部金属蒸气、硫化物和一氧化碳。增加氧化锌回转窑的空气量,则会使还原区向进科端延长。相反,减少空气量,则还原区缩短,还原区起始段向排料端延伸。整个氧化锌回转窑工作原理就是利用金属锌、镉、铅和镉的硫化物以及铅的氧化物在高温下具有较高的蒸气压的特点,使锌、铅、镉等金属以氧化物形态转变为挥发物,铜和贵金属转入窑渣,再用另外的方渣从挥发物和窑渣小回收这些金属。


炼铁高炉除尘灰中锌的去除目前效果较好的方法有湿法工艺和火法工艺两种,湿法回收技术就是利用氧化锌的这种性质,利用低品位瓦斯泥中的锌提取活性氧化锌,该法利用瓦斯泥中的锌以氧化锌的形式存在,火法锌回收技术是利用锌的沸点较低,是一个综合的处理工艺及设备,高炉瓦斯灰(泥)混合、造块煤和焦炭皮带上料原料料仓强制鼓风回转窑窑渣冷却沉降磁选,高锌除尘灰中锌的去除目前效果较好的方法有湿法工艺和火法工艺两种。
火法锌回收技术是利用锌的沸点较低,在高温还原条件下,锌的氧化物被还原,并气化成锌蒸气随烟气一起排出,使锌与固相分离。在气化相中,锌蒸气又很容易被氧化而形成锌的氧化物颗粒,同烟尘一起在烟气处理系统中被收集。
火法处理冶金含锌尘泥的主要工艺有如下两类:
(1)直接还原法:回转窑法(Waelz法,日本SDR和SPM法)、转底炉法(Inmetco, Fastmet, Comet)、循环流化床法(CFB法)等。
(2)熔融还原法:火焰反应炉还原法(美国)、Z-Star竖炉熔融还原法(日本川崎)、Romelt法(俄罗斯和日本新日铁)、等离子法(瑞典)等。
①回转窑法
由于高炉瓦斯灰(泥)含锌品位低,杂质含量高,矿物结构复杂,不易选别的特点,国外大多采用氧化锌煅烧炉挥发富集工艺来处理氧化锌矿,最有代表性的是Waelz回转窑工艺。该工艺1925年建成了工业化生产规模,它原是一个处理贫锌矿和含锌副产品的火法工艺,发展到现在己能处理低品位氧化锌矿、钢铁厂含锌铅粉尘、炼铅炉渣以及浸取残物等多种物料,是一个综合的处理工艺及设备。
氧化锌回转窑工艺是将氧化锌矿破碎到一定粒度,配加碎焦(或无烟煤)和各种添加剂,从回转窑窑尾加入,随窑身转动,炉料随之转动并被干燥和预热,进入到1OOO℃--1200℃的还原区内,氧化锌被还原成金属锌并挥发逸出,氧化收集得普通氧化锌锌粉,残渣经磁选达到铁精矿和尾渣,尾渣可用去铺路或做水泥添加剂。
由于炉料运动的作用,氧化锌矿与还原剂密切接触,反应容易进行。氧化锌的还原反应有一部分是固体碳的直接还原反应,但也主要以CO还原氧化锌的气-固反应为主。氧化锌矿还原挥发温度既取决于焦炭的加入量以及其燃烧,又取决于氧化锌矿软化温度和还原剂灰分的软化温度,前者决定是否能升至高温,后者决定炉料是否需要高温条件。窑内的热量主要以对流传热为主进行热传递,热量来源于焦炭燃烧。瓦斯泥含水率60%,料在窑内的时间2.5小时,焙烧时间40-50分钟,焙烧温度1100-1200℃,灰渣可燃物含量1%。得到ZnO含量为70%左右的氧化锌。瓦斯泥经处理后残余的灰渣作为水泥的掺合料售出。新余钢厂有3台回转窑(2.5X32m),高炉瓦斯灰锌含量8-9%左右,全铁25-30%,碳含量20%左右。回转窑焙烧温度在950-1100℃,窑的填充量在7-10%之间。每个回转窑年处理量5万t,年产生布袋灰(含锌ZnO 40%左右) 1万吨,价值4000万元。窑渣中锌含量小于1%,渣中全铁70%,经济效益显著。

对高炉瓦斯泥含锌量低的特点,首先采用氧化锌回转炉煅烧工艺富集氧化锌,然后采用湿法提纯氧化锌,即采用“火法富集一湿法提纯”技术处理高炉瓦斯灰(泥)等含锌原料。首先采用成熟可靠的回转窑工艺处理瓦斯灰(泥),进一步将氧化锌富集到[ZnO] ≥60,然后采用酸浸处理,经过净化过滤、碳化过滤、烘干热解制备超微碳酸锌,然后热解制取包括超微氧化锌在内的氧化锌系列产品。从以上可知,由于高炉瓦斯灰(泥)本身的特点(含锌、含碳高),通过火法自还原或者联合处理工艺将锌彻底(或大多数)从高炉瓦斯灰(泥)中分离出去,从钢铁工业流程中分离出去,才能从根本上解决锌的富集问题。
炼铁除尘灰的氧化锌源自于铁矿石。烧结矿中主要为铁酸锌[ZnO·Fe2O3或(ZnFe)O·Fe2O3],入炉后很快还原成Zn。还原的锌很快挥发,也会在炉内产生循环,Zn挥发到上部又重新氧化成ZnO,它部分被煤气带走,部分随炉料下降循环。渗入炉衬的Zn蒸气在炉衬中冷却下来,并氧化成ZnO,体积膨胀破坏炉墙。聚集在内壁和上升管的ZnO还能生成炉瘤,给高炉生产带来不利影响,所以要严格控制入炉Zn。特钢除尘灰源自于废钢,其含铁量比炼铁除尘灰还要高,炼铁、特钢除尘灰本是可以回收利用的,就是因为含Zn量较高,除尘灰参与烧结配料后造成高炉上部结瘤,长期没有有效利用。 

    因此需探讨一个除尘灰提炼回收氧化锌的方案,把除尘灰资源有效地利用起来。下面分析此方案的可行性。 

    氧化锌提炼回收分析 

   1 氧化锌提炼回收工艺 

   国内外氧化锌生产工艺目前还是以直接法和间接法为主,直接法氧化锌工艺以含氧化锌的原料经氧化还原直接产出氧化锌产品。该法受原料限制,质量不高,但可以使资源得到有效利用。 

   采用直接法平炉工艺流程是:在除尘灰中配入无烟煤粉、粘结剂、石灰→搅和→烘干→入炉燃烧,发生氧化还原反应→产生锌蒸汽→氧化室氧化分离→冷却→收尘室混合烟气分离→低度氧化锌产品和炉渣。 

   生产工艺全流程负压,无废水排放,废气达标排放。 

   除尘灰经氧化还原产出低度氧化锌产品,经过提炼回收氧化锌的除尘灰用于高炉,可大大减轻锌害、避免炉身上部及上升管结瘤。 

   氧化锌回收率70%~80%,产品含氧化锌是60%~80%。用平炉提炼回收氧化锌后的渣是大块渣,需破碎成小的块状渣。经过提炼锌后的渣类似于烧结矿,比较致密,含Fe比例比除尘灰有所升高,在30%~50%之间。有害杂质减少,可作为低品位矿供高炉使用。 

   2 苏钢除尘灰资源 

   苏钢特钢除尘灰中的锌来自于废钢,除尘灰都是总包外卖,目前除尘灰产出量约20kg/t钢左右,按特钢年产65万t钢估算,一年除尘灰产出量13000t。 

   炼铁除尘灰的锌来自于矿石,除尘灰曾经回收一段时间直接给烧结使用,现在也是总包外卖。炼铁除尘灰产出量约25kg/t铁,氧化锌有回收价值的布袋除尘灰约占40%左右,按年产70万t铁估算,一年布袋除尘灰产出量7000t。目前有回收价值的除尘灰有20000t。 

   随着苏钢技改项目的实施,特钢年产将达100万t钢。按除尘灰产出量20kg/t钢估算,一年除尘灰产出量20000t。氧化锌有回收价值的炼铁、特钢除尘灰将有27000t。

铁矿石中的少量锌主要以铁酸盐(ZnOFe2O3)、硅酸盐(2ZnOSiO2)及硫化物(ZnS)的形式存在。锌元素进入高炉后,与炉料一起被加温。但它不能跟随炉料中的几大主要元素一起进入渣铁。其硫化物先转化为复杂的氧化物,然后再在大于1000℃的高温区被CO还原为气态锌。即ZnO+ CO= Zn( 气)+CO2。沸点为907℃的锌蒸汽,随煤气上升,到达温度较低的区域时冷凝(580℃) 而再氧化。再氧化形成的氧化锌细粒附着于上升煤气的粉尘时就被带出炉外,富含锌元素的高炉煤气除尘灰被用于烧结原料,而烧结过程不能去锌,烧结矿带着锌作为高炉的主要原料重新回到高炉中来。这就是锌在烧结与高炉间的循环。附着于下降的炉料时就再次进入高温区,周而复始,这就形成了锌在高炉内的富集现象。高炉中Zn元素均主要来源于烧结矿,其中带入的Zn占总量的67.5%;此外,焦炭、喷吹煤粉分别带入0.4%和13.7%的锌。烧结过程中的锌主要是由布袋灰带入的,其次是重力灰,两者带入总量达783g/t烧结矿,占烧结过程中带入锌总量的89.00%;锌主要通过布袋灰排出高炉,占总排出量的62.9%,其次为炉渣21.7%,其它方式排放9.81%。
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