含鐵回收料球團(tuán)金屬燒結(jié)新工藝研究.pdf

1、鋼廠含鋅粉塵和化工廠硫酸渣具有排量大、含有多種有價(jià)金屬元素和有害元素及含碳量高等特點(diǎn)，導(dǎo)致難以利用。該類含鐵回收料的大量堆存不僅造成二次污染，而且浪費(fèi)資源。因此，研究該類含鐵回收料高效利用新技術(shù)，制備出優(yōu)質(zhì)高爐爐料，實(shí)現(xiàn)其綜合利用，將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文以三種含鉛鋅粉塵和一種高砷硫酸渣為對(duì)象，系統(tǒng)研究了其物理化學(xué)性質(zhì)及工藝礦物學(xué)特征。研究了鐵氧化物還原和鋅、鉛氧化物及FeAsO4還原揮發(fā)熱力學(xué)行為;闡明了焙燒過(guò)程中鋅、鉛

2、、砷還原揮發(fā)脫除行為，分析了金屬化燒結(jié)過(guò)程脫除鋅、鉛、砷的可行性。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了“含鐵回收料球團(tuán)金屬化燒結(jié)新工藝”，研究了燒結(jié)料層中鋅、鉛、砷的遷移規(guī)律及其脫除行為，揭示了預(yù)還原燒結(jié)礦的固結(jié)機(jī)理。
　　研究所用原料瓦斯灰、干法灰、轉(zhuǎn)爐污泥和硫酸渣的鐵品位分別為33.45％、26.40％、56.30％和46.02％;碳含量分別為33.80％、26.50％、0.57％和0.35％;鋅含量分別為0.66％、5.77％、2.27％和0.

3、25％;鉛含量分別為0.15％、2.25％、0.49％和0.11％。硫酸渣中的砷含量為0.17％。三種含鋅粉塵中的鋅和鉛主要以氧化鋅和氧化鉛的形式存在，它們主要以游離態(tài)吸附在鐵氧化物顆粒表面。硫酸渣中的鋅和鉛主要以硫化物的形式存在，砷主要以FeAsO4的形式存在。因此，采用常規(guī)選礦工藝均難以有效脫除原料中的鋅、鉛和砷。
　　熱力學(xué)研究表明:當(dāng)固體碳還原ZnO時(shí)，隨著溫度的升高，ZnO還原對(duì)CO含量的要求逐漸降低。當(dāng)體系溫度低于10

4、85℃時(shí)，F(xiàn)eO比ZnO更容易還原，當(dāng)還原溫度高于1085℃時(shí)，ZnO比FeO更容易還原。PbO極易被還原，在還原溫度為800℃時(shí)，還原反應(yīng)所需要的CO/(CO+CO2)比值僅為0.52％。當(dāng)還原溫度為1000℃，只有在弱還原性氣氛時(shí)，F(xiàn)eAsO4才能還原成As4O6揮發(fā)。若體系中CO/(CO+CO2)比值大于9.39％時(shí)，F(xiàn)eAsO4被還原為金屬砷揮發(fā)。在球團(tuán)金屬化燒結(jié)過(guò)程中，由于料層中燃燒和預(yù)還原帶為還原性氣氛，最高溫度高于1300

5、℃，能夠?qū)崿F(xiàn)鐵氧化物的金屬化和鋅、鉛、砷的還原揮發(fā)。
　　鐵氧化物、氧化鋅和氧化鉛的還原動(dòng)力學(xué)表明:鐵氧化物還原和氧化鋅還原揮發(fā)的限制環(huán)節(jié)為界面化學(xué)反應(yīng)控制，其表觀活化能分別為43.88KJ.mol-1和7.33KJ.mol-1。氧化鉛還原揮發(fā)的限制環(huán)節(jié)為氣體擴(kuò)散控制，其表觀活化能為18.22KJ.mol-1。高溫快速還原的動(dòng)力學(xué)條件，保證了鐵的金屬化率及鋅、鉛、砷的還原揮發(fā)。
　　球團(tuán)金屬化燒結(jié)新工藝研究表明:在內(nèi)配無(wú)煙煤

6、，生球水分18％，造球時(shí)間13min的條件下，得到的生球落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和爆裂溫度分別為7.4次/0.5m，15N/個(gè)和461℃。在總C/Fe為0.5、外配煙煤（內(nèi)外還原劑按碳量分加比例為50∶50）、燒結(jié)料層高度400mm及風(fēng)速0.4m/s的條件下進(jìn)行鼓風(fēng)燒結(jié)，可得到成品率85.62％、利用系數(shù)0.471 t(·)m-2·h-1、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度81.31％及固體燃耗309.67 kg·t-1的良好指標(biāo)。金屬化燒結(jié)礦中全鐵含量60.53％，

7、金屬化率45.23％; Zn、Pb、As含量分別為0.18％、0.015％和0.025％，Zn、Pb、As的脫除率分別為92.78％、96.37％和62.45％。金屬化燒結(jié)礦總還原度為80.69％，還原粉化指數(shù)RDI+3.15為96.45％，是一種優(yōu)質(zhì)的高爐爐料。煙氣冷凝后得到的粉塵ZnO、PbO和As2O5含量分別為51.49％、3.15％和1.45％。
　　球團(tuán)金屬化燒結(jié)過(guò)程中鋅、鉛、砷遷移規(guī)律及還原揮發(fā)行為表明:燒結(jié)料層可劃

8、分為五個(gè)反應(yīng)帶:原始料帶、過(guò)濕帶、干燥預(yù)熱帶、燃燒和預(yù)還原帶和成品礦帶。在成品礦帶，由于再氧化，球團(tuán)周圍的金屬鐵被氧化成浮氏體。在燃燒和預(yù)還原帶，還原劑劇烈燃燒，料層溫度迅速升高，最高溫度大于1300℃，高溫（大于1250℃）保持時(shí)間大于5min，料層氣氛為還原性氣氛，煙氣中CO2含量為12～15％，CO含量為10～13％，O2含量為2～5％。球團(tuán)內(nèi)為強(qiáng)還原性氣氛（球團(tuán)內(nèi)C/Fe為0.33），鐵氧化物在該帶還原成金屬鐵，ZnO、PbO和

9、FeAsO4在該帶還原成金屬而揮發(fā)。在干燥預(yù)熱帶，料層溫度急劇降低，料層氣氛為氧化性氣氛，金屬鋅、鉛、砷在揮發(fā)過(guò)程中氧化，其氧化物在該帶冷凝聚集，沉積在干燥預(yù)熱球團(tuán)表面。隨著燒結(jié)過(guò)程的推進(jìn)，冷凝在干燥預(yù)熱球團(tuán)表面的鋅、鉛、砷的氧化物經(jīng)歷再還原、再揮發(fā)氧化、再冷凝，如此不斷反復(fù)循環(huán)，直至燒結(jié)過(guò)程結(jié)束而轉(zhuǎn)入煙氣。
　　金屬化燒結(jié)礦的固結(jié)機(jī)理研究表明:金屬化燒結(jié)礦的宏觀結(jié)構(gòu)是呈葡萄狀結(jié)構(gòu)，球團(tuán)被液相粘結(jié)在一起。微觀結(jié)構(gòu)是球團(tuán)內(nèi)部主要以金

10、屬鐵形成的金屬鍵相互連接，金屬鐵含量為39.82％;球團(tuán)之間粘結(jié)相主要以液相粘結(jié)為主，主要粘結(jié)相為浮氏體、鐵橄欖石和鈣鎂橄欖石，其中浮氏體含量為31.95％，渣相含量為24.29％。金屬化燒結(jié)礦同時(shí)以金屬鍵和液相粘結(jié)兩種形態(tài)實(shí)現(xiàn)固結(jié)。
　　球團(tuán)金屬化燒結(jié)新工藝一步實(shí)現(xiàn)了鐵與鉛、鋅、砷等有色金屬的分離，得到滿足高爐爐料要求的預(yù)還原產(chǎn)品。新工藝因利用系數(shù)較高、對(duì)設(shè)備要求簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低和對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。本研究為