一種從煉鋼粉塵回收金屬顆粒的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于冶金技術領域，具體涉及一種從煉鋼粉塵回收金屬顆粒的方法。
【背景技術】
[0002] 鋼鐵工業是國民經濟發展的基礎。特別是近幾十年來，隨著經濟的高速發展，鋼鐵 行業呈現出跳躍式發展的態勢，從而導致高品位冶金資源迅速枯竭，冶金廢物產量逐年遞 增，嚴重地威脅生態環境。特別是，煉鋼粉塵的利用是一項世界性的難題。普通煉鋼粉塵因 煉鋼本身的特點而包含大量的CaO,而特殊鋼煉鋼粉塵中除含有大量的CaO外，更含有Cr、 Ni等其它有價金屬。煉鋼粉塵因含有大量的CaO致使其極難回收利用。每生產It鋼鐵可 產生10~50kg粉塵。2014年中國鋼鐵產量達到8. 2億噸，其中的不銹鋼產量大約為2180 萬噸。轉爐粉塵通常含50%左右的Fe、14%的CaO;不銹鋼粉塵通常含15%的Ca0、30%的 Fe、8-15 %的Cr、1-8 %的Ni。目前對于煉鋼粉塵的利用，開發的方法較多，主要是實現有價 金屬和爐渣的分離，大體上可以分為三大類。
[0003] 大部分工藝是煉鋼粉塵經還原后通過熔分回收有價金屬。
[0004] 例如：一步法--0XYCUP工藝，含鐵煉鋼粉塵或不銹鋼粉塵、水泥和還原劑混合造 塊后投入到豎爐中以生產鐵水或鐵合金水，供煉鋼工藝使用。這些工藝的主要缺點是對粘 結劑（水泥）的要求嚴格，養護時間長，且需要空分系統和使用昂貴的焦炭，渣量大，焦炭耗 量大，鐵水中磷、娃含量高。
[0005] 二步法--Fastmelt、Inmetco工藝，將含鐵粉塵或不銹鋼粉塵制備成含碳球團， 在轉底爐中進行還原，然后在鐵浴爐中進行還原以及熔分。該工藝具有流程短，設備占地面 積少，反應時間短，無廢水、廢氣等二次污染物產生的優點，但是存在如下不足：除鐵之外的 鉻回收率低，造球時需要很多輔助原料，煤粉的要求高，熔分過程能耗大。
[0006] 此外，也有些工藝是煉鋼粉塵還原后通過水冷卻使粒鐵與渣分離。例如：公開號為 CN101270399名稱為一種用含鐵廢渣塵生產金屬鐵粒的方法的專利申請，該方法是將質量 百分含量為55~75%的轉爐爐塵、10~25%的高爐瓦斯灰或硫酸渣、12~20%的煤粉混 勻；再經壓塊或造球、干燥后，于1300~1380°C的條件下，在轉底爐內自還原10~15min ; 然后將還原產物卸出，經水淬后進行鐵粒和渣子的分離。該方法使用水淬冷卻，然后經磁選 實現鐵、渣的分離。其過程使用了大量的水資源，造成了嚴重的水污染，且經水淬后的鐵粒， 容易重新氧化成鐵氧化物，抗氧化性差，不利于鐵粒的進一步工業使用。
[0007] 綜上所述，通過傳統典型的冶金工藝流程實現鐵和有價金屬與爐渣的分離過程， 增大了渣量，同時加大了生產負荷。特別是對于煉鋼粉塵來說，其本身鐵品位低且渣量多。 因此，目前回收煉鋼粉塵的處理方法有很多局限性，缺點明顯。因此，有必要開發一種新型 的處理煉鋼粉塵冶煉新工藝。
【發明內容】
[0008] 針對以上問題，本發明提供了一種從煉鋼粉塵回收金屬顆粒的方法。本發明基于 熱壓塊這一成熟技術，充分利用煤的熱塑性將煉鋼粉塵與熱壓還原劑煤熱壓到一起，提高 其冶金性能，在轉底爐中進行還原、保溫處理后，經排料裝置排出，然后進行自然冷卻，通過 篩分實現金屬顆粒與爐渣干凈徹底地分離。該工藝不使用任何粘結劑和輔助材料，也不經 水淬冷卻分離，徹底干凈地實現金屬顆粒與爐渣的分離，從而可高效回收利用煉鋼粉塵中 的有價組元，促進鋼鐵工業的可持續發展。
[0009] 根據本發明的一方面，本發明提供了一種從煉鋼粉塵回收金屬顆粒的方法，所述 方法是用煉鋼粉塵和煤粉制造熱壓塊，熱壓塊經轉底爐還原、保溫處理，自然冷卻、篩分后 分離金屬顆粒和爐渣。
[0010] 本發明主要經過以下步驟：
[0011] (1)將普通的煉鋼粉塵和煤粉分別進行破碎篩分，控制煉鋼粉塵和煤粉的粒度 均不大于0. 15mm;并且使用的煉鋼粉塵中有價金屬含量不低于30%，氧化鈣含量不低于 10 % ;所使用的煤粉中固定碳含量不低于50 %，灰分不高于15 %，揮發分不超過35 %，膠質 層指數不低于8 ;
[0012] (2)將破碎后的煉鋼粉塵和煤粉按一定的質量百分數進行配料，煉鋼粉塵的配比 為75%~85%，煤粉配比為15%~25% ;
[0013] (3)將配好的混合物進行加熱并熱壓制成煉鋼粉塵熱壓塊，其中熱壓溫度為 200~450°C，熱壓成型磨具壓力不小于35MPa ;
[0014] (4)將煉鋼粉塵熱壓塊裝入轉底爐進行高溫還原，轉底爐高溫還原區的溫度為 1400-1450°C，C0分壓iVha+P^)不低于79. 20%，還原區運行時間為15-25min ;料層高 度為25~50mm ;在經過高溫還原區的還原后進入低溫區，低溫區溫度為1050-1150°C，C0 分壓fV^P^+P^)不低于73. 60%，低溫保溫處理10-20min后，還原產物進入卸料區，將其 排出；
[0015] (5)保溫處理后的物料經裝置出料，然后進行隔絕空氣自然冷卻至粉狀物料，通過 使用小于150目的篩子進行篩分，得到粒度大于0. 5mm的金屬顆粒以及粒度小于0. 1mm的 爐渣，實現金屬顆粒與爐渣徹底干凈分離。
[0016] 本發明的優點在于：
[0017] (1)不使用任何粘結劑制備含碳煉鋼粉塵熱壓塊，可以改善煉鋼粉塵壓塊的還原 性能；
[0018] (2)與傳統轉底爐工藝相比，使用熱壓塊高溫高料層還原，顯著提高了熱效率和煤 氣利用率；
[0019] (3)本發明依據硅酸三鈣的分解反應，不使用任何輔助材料，可以高效利用煉鋼粉 塵；
[0020] (4)與傳統的煉鋼粉塵處理工藝相比，該工藝不使用任何添加劑、輔助材料，冷卻 方式簡單，生產成本低、處理時間短、渣量少；
[0021] (5)直接一步冶煉即能得到金屬顆粒，金屬的回收率高于93%以上，簡化了工藝， 降低了冶煉成本。
[0022] 因此，本發明具有工藝簡單，不使用任何添加劑、輔助材料，原料適應性強，生產效 率高、能耗低、成本低等優點，對于降低煉鋼粉塵的冶煉回收成本有重要的現實意義，具有 廣闊的市場工業應用前景。
[0023] 本發明依據的原理主要有以下幾點：
[0024] 煉鋼粉塵熱壓塊具有優異的還原特點，熱壓塊中的碳和煉鋼粉塵緊密接觸，熱傳 導強，孔隙率低，熱壓塊中揮發分也參與還原，有利于金屬氧化物的還原。
[0025] 煉鋼粉塵熱壓塊中進行的反應主要為煤的熱解反應、碳的氣化反應、水煤氣反應、 金屬氧化物的還原反應、滲碳及液相形成反應和渣相反應。
[0026] 渣形成物質存在于煉鋼粉塵中為：0&0工&0) 3、3102)1203和1%0。因煉鋼粉塵本身 的特性而CaO含量特別高，從而熱壓塊的堿度在2. 8以上。
[0027] 所以，熱壓塊的還原時，形成大量的硅酸三鈣。進行的渣相反應如下：
[0028] 2Ca0+Si02= Ca2Si04 (1)
[0029] 3Ca0+Si02= Ca3Si05 (2)
[0030] CaC03= Ca0+C02 (3)
[0031] 2CaC03+Si02= Ca 2Si04+2C02 (4)
[0032] 3CaC03+Si02= Ca