高炉含锌烟尘还原挥发处理技术

贵州科学２８（４）：１０５－－１０７，２０１０　Ｇｕ￣ｈｏｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　高炉含锌烟尘还原挥发处理技术　郭光平　古文全吴健　（贵州省冶金化ｑ－研究所，贵阳５５０００１）　摘要：　用韦氏炉还原挥发法从高炉废弃烟尘中回收锌，成功产出了含Ｚｎ量为５０％以上的富锌二次粉尘，可直接用于冶　金化工生产，实现了高炉烟尘的无害化和资源化，具有良好的经济效益和社会效益。　关键词：　高炉含锌烟尘，韦氏炉，还原挥发法，富锌．；次粉尘　中图分类号３１７５　文献标识码Ａ　文章编号１００３—６５６３（２０１０）ｏ４—０１０５—０３　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｚｎ・ｂｅａｒｉｎｇ　Ｂｌａｓｔ　Ｆｕｒｎａｃｅ　Ｄｕｓｔ　Ｇｕｏ　Ｇｕａｎｇ・－ｐｉｎｇ　Ｇｕ　Ｗｅｎ・・ｑｕａｎ　Ｗｕ　Ｊｉａｎ　（Ｇｕｉｚｈｏｕ　ｌｎｓｉｔｉｔｕｄｅ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ　ｚｉｎｃ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｚｎ—ｂｅａｒｉｎｇ　ｂｌａｓｔ　ｆｕｍａｃｅ　ｄｕｓｔ，ｔｈｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｈａｄ　ａｌｒｅａｄｙ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄ　ｄｕｓｔ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　５０％ｏｆ　Ｚｎ．ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｎ—　ｄｕｓｔｒｙ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｄｕｓｔ　ｈａｒｍｌｅｓｓ　ａｎｄ　ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐｒｏｖｅｄ　ｆａｖｏｕｒａｂｌｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ａｎｄ　ｓｏｃｉａｌ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　Ｚｎ—ｂｅａｒｉｎｇ　ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｄｕｓｔ，Ｗ—Ｚｉｎｃ—ｏｘｙｇｅｎ—ｆｕｍａｃｅ，ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｓｅｃｏｎｄ　ｄｕｓｔ　ｒｉｃｈ　ｉｎ　ｚｉｎｃ　１９９７）。为了有效治理含锌废弃烟尘，使之无害化　１　前言　和资源化，本文应用韦氏炉对含锌废弃烟尘进行还　原挥发处理，得到了高锌含量的二次粉尘，可直接用　高炉冶金行业每年产生大量的含锌烟尘，其含　于锌冶金生产。该技术对如何综合利用高炉烟尘具　锌量约在１５％左右，而含铁量约为２０～３Ｏ％。这　有一定意义。　种烟尘，锌含量太低不能直接进行锌冶炼，而作为炼　铁原料返回使用，锌含量又太高。在传统冶金工艺　２还原挥发法基本原理　中，高炉产生的烟尘都是作为废渣倾倒或是填埋，这　不仅造成了冶金资源的浪费，还会对大气、土壤、地　锌在烟尘中主要以氧化锌（ＺｎＯ）形态存在，其　下水形成立体式的铅锌重金属污染（王东彦等，　次为硅酸锌（ＺｎＯ・ＳｉＯ　），铁酸锌（ＺｎＯ・Ｆｅ　０　）　（刘建辉等，２００８）。根据相关文献中有关ｃ还原铁　收稿日期：２０１０—０５—２６修回日期：２０１０—０７一Ｏ９　项目来源：贵州省“十一五”社会发展科技项目。　锌铅氧化物反应的热力学计算以及含锌烟尘的差热　作者简介：郭光平（１９７５一），男，工程师，研究方向：冶金工程，有色金属　分析表明：氧化锌还原挥发反应在ｌ　０００℃以上时　材料。　能够有效进行（张建良等，２００６）。生产中，将烟尘　古文全（１９６９一），男，工程师，研究方向：材料学。　吴健（１９８４一），男，硕士，研究方向：材料加工工程。Ｅ—ｍａｉｌ：ｋｏｍｗｕ．　灰制成配碳球团后加入韦氏炉，在预定温度下焙烧。　ｊｉａｎ＠１６３．ＣＯＢ　炉膛内，在还原剂Ｃ、ｃｏ（ＣＯ　＋Ｃ—　ｃＯ）作用下，金　１０６　昔　耐　科　学　２８卷　属氧化物被还原成金属蒸气，并放出ＣＯ　气体。ｚｎ　经过还原挥发后进人氧化室又被氧化并通过除尘装　置得到收集，而烟尘中的还原出来的部分Ｆｅ和没有　还原出来的Ｆｅ则残留在炉渣中得到了富集。上述　过程主要反应如下：　韦氏炉：Ｃ＋０２一Ｃ０２　Ｃ＋ＣＯ２—２Ｃ０　２ＺｎＯ＋Ｃ—　２Ｚｎ（ｇ）＋ＣＯ２　ＺｎＯ＋Ｃ０一ｚｎ（ｇ）＋ＣＯ２　Ｆｅ２　Ｏ３＋ＣＯ－－＋２ＦｅＯ＋ＣＯ２　ＦｅＯ＋Ｃ０—　Ｆｅ＋ＣＯ２　氧化室：２Ｚｎ（ｇ）＋Ｏ２　ｚｎ０　２Ｃ０＋０２＿２Ｃ０２　焙烧温度、焙烧时间、焦粉配比、炉料组成是影　响上述反应速度的主要因素（张建良等，２００６）。为　了避免物料粘渣，焙烧温度的制定应遵循低于物料　的软化点的原则，适度提高焙烧温度，还原反应速率　加快；另外，延长球团的焙烧时间，可使金属氧化物　还原挥发过程进行彻底，但也不应过分延长，较长的　焙烧时间对提高锌挥发率影响有限。除以上因素　外，也有文献指出：配碳球团的碱度对锌的还原挥发　过程也有较大影响，球团碱度增大，锌挥发率提高　（王东彦等，１９９７）。　２还原挥发法生产工艺　２．１　生产原料　生产所用原料是某钢厂的高炉含锌烟尘，辅料　为还原煤，石灰等，如表１所示。　表１生产原辅料　Ｔａｂ．１　Ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　粉料　要求　烟尘灰　含锌量１２～１８％　还原煤　含碳量＞６０％，灰分＜１０％，含硫量＜１％　石灰　ＣａＯ含量＞６５％　底煤　优质无烟煤块，４，３０～４０（ｍｍ）　进厂的高炉烟尘经过检验后，根据含锌量的高　低，分别堆放并配置成含锌量约为ｌ２％～１８％的　烟尘灰，然后按烟尘灰：还原煤：石灰以１：０．５：　０．０２５的比例充分混合并压制成４，４０～８０（ｍｍ）的　球团，上述球团经烘干或自然晾干燥，水分控制在　５％以下，强度保证１次１米高度落下不碎。　２．２生产设备　生产采用韦氏炉进行，其剖面示意图如图１所　示。韦氏炉具有投资省、建设周期短、操作简单、产　品质量好等优点，适用于中小企业的ＺｎＯ生产（王　东彦等，２００５）。　图１　韦氏炉剖面示意图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｅｃｔ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　Ｗ—Ｚｉｎｃ－Ｏ×ｙｇｅｎ－｛ｕｍａｃｅ　２．３工艺流程　高炉含锌烟尘还原挥发处理技术路线如图２所　示。将烟尘灰、焦粉、石灰按一定比例混合均匀后，　将其压制成一定尺寸的球团，烘干后配入底煤加入　韦氏炉挥发形成锌蒸汽。锌蒸汽经氧化室氧化后进　入水冷烟道、沉降室、冷却塔以及布袋收尘器进行回　收，尾气经布袋收尘后放空。炉渣则由炉门排出，经　冷却筒冷却后堆存。　［三日　图２　高炉含锌烟尘还原挥发处理技术路线　Ｆｉｇ．２　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｒｏｕｔｅ　ｆｏｒ　Ｚｎ－ｂｅａｒｉｎｇ　ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｄｕｓｔ　４期　郭光平，等：高炉含锌烟尘还原挥发处理技术　一１０７　座韦氏炉及其系统的车间，设计生产能力为日产　３还原挥发法生产实践　２．５～３　ｔ氧化锌，其所用生产氧化锌粉料的烟尘灰　含锌量定位在１３％～１８％，在韦氏炉进行还原挥　贵州省威宁县大洪山锌业公司专业从事生产电　发处理。生产工艺参数如表２所示。　解锌以及冶金粉尘物料处理的企业，该企业建立了　表２生产工艺参数　Ｔａｂ．２　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　用日本进口烟道气测试车在现场对生产排放烟　和社会效益。　气成分进行了测试，结果表明：排尘量符合国家规定　排放标准。生产过程得到的产品为工业级氧化锌，　［ＲＥＦＥＲＥＮＣＥＳ］　收集位置为沉降室、冷却塔底部以及布袋收尘器底　Ｌｉｕ　ＪＨ，Ｗａｎｇ　ＺＲ，Ｌｕｏ　ＢＨ，Ｍａ　ＪＦ，２００８．Ｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ　部。将上述位置收集到的粉尘混合，分别检验主要　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｚｉｎｃ　ｍｍｅｇＭｓ　原料和产品的化学成分，结果如表３所示。　ｗｉｔｈ　ｗａｅｌｚ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ［Ｊ］．Ｈｕｎａｎ　Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌｓ，２４（６）：１６（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　表３原料及产品化学成分ｆ质量分数，％）　Ｗａｎｇ　ＤＹ，Ｃｈｅｎ　ＷＱ，Ｚｈｏｕ　ＲＺ，Ｌｉｎ　ＺＣ，１９９７．Ｔｈｅ　ｉｎｍｅｔｃｏ　Ｔａｂ．３　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅＭｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎ—　ｐｌａｎｔ　Ｚｎ——Ｐｂ——Ｂｅａｔｉｎｇ　ｄｕｓｔｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ（ｍａｓｓ　ｆｒａｃｔｉｏｎ，％）　［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１５（３）：４９（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　Ｗａｎｇ　ＤＹ，Ｃｈｅｎ　ＷＱ，Ｚｈｏｕ　Ｉ｛Ｚ，Ｌｉ　ＪＪ，Ｌｉｎ　ＺＣ，１９９７　Ｄｉｒｅｃｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｐｅｎｅｔ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｃａｒｂｏｎ　ｗｉｔｈ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　０ｆｚｎ—Ｐｂ—Ｂｅａｒｉｎｇ　ｉｒｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｌ　ｐｌａｎｔ　ｄｕｓｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｕｎ＆ｅｎｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ３　，１９（２）：１３２（ｉｎ　根据表３．２数据可以看出烟尘灰中的ｚｎ富集到　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　产品氧化锌中，烟尘中锌挥发率为９２．８５％，锌回收　Ｗａｎｇ　ＤＹ，２００５．Ｑｕｉｃｋ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ　ｏｆ　率达到了９１Ｉ　Ｏ８％。该品位的产品，企业用于进一步　ｄｕｓｔ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　Ｚｉｎｃ　ａｔ　Ｂａｏｓｔｅｅｌ［Ｊ］．Ｂａｏｓｔｅｅｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　３：３２（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　深加工为金属锌或高纯氧化锌，也作为化工添加剂销　Ｚｈａｎｇ　ＪＬ，Ｙａｎ　Ｙ，ＸＵ　Ｍ，Ｚｈａｏ　ＸＨ，Ｚｈａｎｇ　ＸＤ，２００６．Ｒｅ—　售，产生了良好的经济效益；而韦氏炉产出的炉渣，含　ｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　Ｚｎ　ｆｒｏｍ　ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｄｕｓｔ［ｊ１．／ｔｏｎ　铁约为４７．２６％，有色金属杂质低，可配人烧结料中　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ，４１（１０）：７９（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　搭配使用；也可以通过磁选，使铁得到综合利用。　［附中文参考文献］　刘建辉，王祖荣，罗斌辉，马建方，２００８．威尔兹工艺无害化　４　结论　处理及综合利用含锌物料的生产实践［Ｊ］．湖南有色金　属，２４（６）：１６．　（１）采韦氏炉还原挥发法从高炉烟尘中回收锌　王东彦，陈伟庆，周荣章，林宗彩，１９９７．处理含锌铅钢铁厂　在技术上是可行的，该工艺流程短，设备简单，具有　粉尘的ｌｎｍｅｔｃｏ工艺［Ｊ］．环境工程，１５（３）：４９．　工业化应用的前景；　王东彦，陈伟庆，周荣章，李景捷，林宗彩．钢铁厂含锌铅粉　（２）经过企业生产实践，还原挥发法产出的氧　尘配碳球团的直接还原工艺［Ｊ］．北京科技大学学报，　１９９７，１９（２）：１３２．　化锌，可用于冶金、化工、涂料等行业，为企业带来良　王东彦．宝钢含锌粉尘快速还原技术［Ｊ］．宝钢技术，２００５，　好的经济效益；　３：３２．　（３）采用还原挥发工艺处理钢铁厂高炉烟尘，　张建良，闫永芳，徐萌，赵晓红，张曦东，２００６．高炉含锌粉尘　综合回收锌、铁等有价金属，实现了冶金废弃物的综　的脱锌处理［Ｊ］．钢铁，４１（１０）．　合循环利用，减少了环境污染，具有显著的经济效益