本發明涉及一種冶金領域，尤其涉及一種利用鋼鐵廠粉塵制備碳化鐵的方法。
背景技術：
我國作為鋼鐵大國，2016年的粗鋼產量達到8.08億噸，而鋼鐵生產過程會產生大量的粉塵，如燒結除塵灰、高爐除塵灰、轉爐污泥、電爐和轉爐除塵灰等。一般鋼鐵企業粉塵的產生量為鋼產量的8-15％，我國鋼鐵企業每年產生的粉塵量在6400-12100萬噸之間，這些粉塵如控制不好將污染環境，而且粉塵含有大量的鐵元素，利用不好將造成資源的極大浪費。因此，如能高效利用這些粉塵，可為鋼鐵廠提供大量的鐵資源，還能降低鋼廠的環境污染，對我國鋼鐵行業的可持續發展具有重要意義。
目前國內外處理鋼鐵廠粉塵的方法主要包括以下方法：1.我國鋼廠一般的處理方法是把這些粉塵直接返回到燒結或者球團過程參與配料，經過燒結過程或球團過程制備成高爐用的燒結礦或者球團礦；2.直接還原法和直接還原-磁選法處理粉塵是利用煤在大于1000℃的溫度下把粉塵里的鐵氧化物還原成金屬鐵，鉛、鋅等有色金屬在還原過程揮發脫除，鐵品位過低的還原球團可再通過球磨、磁選過程得到較高品位的還原鐵粉用于電爐或者轉爐煉鋼；3.濕法處理粉塵是用化學藥劑把粉塵中的有價元素轉變為可溶性的鹽，在通過添加藥劑和調整ph值分離溶液中的有價元素。
但是目前常用的燒結法和球團法處理粉塵，由于粉塵的鐵品位低，得到的燒結礦和球團礦的鐵品位也較低，而且燒結法和球團法無法脫除粉塵中的鉛和鋅等有色金屬，這些有色金屬進入高爐會使得高爐結瘤、腐蝕爐襯等，較低品位的燒結礦或球團礦也會使高爐冶煉能耗增加。直接還原法和直接還原-磁選法處理粉塵，得到的還原鐵粉活性高、容易氧化，特別是濕法球磨過程更易氧化。濕法處理粉塵，處理過程浸出過程處理量大，廢水中含有的酸、堿等對環境污染也較為嚴重，且濕法處理后，其中的鐵元素難以得到利用。
技術實現要素：
有鑒于此，本發明提供一種能夠利用鋼鐵廠粉塵為原料制備碳化鐵的方法，制備出附加值高、不易氧化、有害雜質含量低且品位較高的電爐原料(碳化鐵)。
為解決以上技術問題，本發明的技術方案為采用一種利用鋼鐵廠粉塵制備碳化鐵的方法，包括：
將鋼鐵廠粉塵與粘結劑混合均勻，并制成造球料；
將所述造球料造生球并干燥后進行焙燒，得到還原用球團；
將所述還原用球團在co+co2+h2或煙煤氣中還原，還原后再在co+co2+h2或ch4+h2氣體中進行滲碳、惰性氣氛中冷卻，得到滲碳后球團；
將所述滲碳后球團進行濕式球磨，球磨后進行濕式磁選、干燥得到碳化鐵。
優選的，制成造球料具體包括：
在所述鋼鐵廠粉塵與粘結劑混合時加水，混合均勻，得到造球料。
優選的，所述的鋼鐵廠粉塵為鐵品位較低的所述的鋼鐵廠粉塵為燒結除塵灰、高爐除塵灰、高爐瓦斯泥、轉爐污泥、轉爐除塵灰、電爐除塵灰中的一種或多種；
優選的，所述的粘結劑為膨潤土或消石灰；
優選的，將所述造球料造生球并干燥后進行焙燒具體為：干球在氧化性、中性或還原性氣氛中，于900-1100℃下焙燒5-30min。
優選的，所述還原的溫度為900-1100℃、還原時間為20-100min。
優選的，所述還原的氣體co+co2+h2中co：co2：h2體積比為(0～100)：(0～30)：(0～100)；
或所述的還原用煙煤的煤礦比0～3.0。
優選的，所述滲碳的溫度為550-850℃、滲碳時間為60-300min。
滲碳使用的氣體co+co2+h2中co：co2：h2體積比為(50～100)：(0～30)：(0～20)；
或所述ch4+h2中ch4：h2體積比為(10～100)：(0～90)。
優選的，所述將所述滲碳后球團進行濕式球磨，球磨后進行濕式磁選具體為：
滲碳后的球團破碎到粒度小于1mm后進行濕式球磨，然后在磁選機中進行濕式磁選；
所述磁選過程的磁場強度為50～200mt。
本法明提供了一種利用鋼鐵廠粉塵制備碳化鐵的方法，其中傳統的燒結法和球團法只能制備出鐵品位相對較低的高爐爐料，且有色金屬也無法脫除。而本發明制備的碳化鐵可以直接制備出電爐原料，有色金屬也能得到有效脫除，且整個工藝流程短(減少了高爐煉鐵以及高爐爐料的制備過程)，制備出的碳化鐵品位高，是一種優質的電爐煉鋼用原料，碳化鐵中含有的碳還可以降低電爐煉鋼過程的電耗。與直接還原和直接還原-磁選法相比，本發明制備的產物(碳化鐵)常溫化學性能更穩定，不易氧化，且碳化鐵是一種比還原鐵粉更優質、附加值更高的電爐煉鋼用原料。與濕法處理鋼廠粉塵相比，本發明不產生含有堿和酸等藥劑的廢水，因此不會產生水污染。
具體實施方式
為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。
需要說明的是，本發明中提到的品位的解釋如下：產品中有價成分的重量百分含量。
為了得到高質量的碳化鐵，本發明提供了一種利用鋼鐵廠粉塵制備碳化鐵的方法，包括：
將鋼鐵廠粉塵與粘結劑混合均勻，并制成造球料；
將所述造球料造生球并干燥后進行焙燒，得到滲碳用球團；
將所述滲碳用球團在co+co2+h2或煙煤氣中還原，還原后再在co+co2+h2或ch4+h2氣體中進行滲碳、惰性氣氛中冷卻，得到滲碳后球團；
將所述滲碳后球團進行濕式球磨，球磨后進行濕式磁選、干燥得到碳化鐵。
首先要將粉塵混合粘結劑制備制球料，制成造球料具體包括：在所述鋼鐵廠粉塵與粘結劑混合時加水，混合均勻，得到造球料。加入水的量為造球料造球過程容易成球就好，不能加過多的水。優選的，所述的鋼鐵廠粉塵為鐵品位較低的所述的鋼鐵廠粉塵為燒結除塵灰、高爐除塵灰、高爐瓦斯泥、轉爐污泥、轉爐除塵灰、電爐除塵灰中的一種或多種。所述的粘結劑為膨潤土或消石灰，優選的所述的粘結劑用量占粉塵總重量的0-3％，更有選為1％～3％，最優選為1.5％～3％；按照本發明，所述制備的生球直徑優選為8-16mm。
造球后將所述干球進行焙燒，具體為：干球在氧化性、中性或還原性氣氛中，于900-1100℃下焙燒5-30min。焙燒完成后，進行還原，所述還原的溫度為900-1100℃、還原時間為20-100min，還原完后進行滲碳，所述滲碳的溫度為550-850℃、滲碳時間為60-300min。
按照本發明，為了更好的進行還原，所述還原的氣體co+co2+h2中co：co2：h2體積比為(0～100)：(0～30)：(0～100)；更優選的，所述還原氣體的體積比為
(20～90)：(10～25)：(20～80)，最優選為(40～60)：(10～20)：(20～30)。
或所述的還原用煙煤的煤礦比0～3.0，更優選為1～3，最優選為1.5～2。
為了更好的進行滲碳，滲碳使用的氣體co+co2+h2中co：co2：h2體積比為(50～100)：(0～30)：(0～20)，更優選為，(50～90)：(10～25)：(20～80)，最優選為(50～65)：(10～20)：(20～30)
或所述ch4+h2中ch4：h2體積比為(10～100)：(0～90)，更優選為(10～90)：(10～80)，最優選為(40～60)：(40～60)。
為了分離碳化鐵制備更加純凈的碳化鐵，優選將所述滲碳后球團進行濕式球磨，球磨后進行濕式磁選具體為：滲碳后的球團破碎到粒度小于1mm后進行濕式球磨，然后在磁選機中進行濕式磁選；所述磁選過程的磁場強度為50～200mt。
以下為本發明具體實施例：
實施例1：燒結電除塵灰的鐵品位37.29％，鉛和鋅的含量分別為0.58％和0.49％，其粒度小于0.075mm粒級的含量為83.58％。將添加了2％膨潤土的除塵灰在圓盤造球機中制備成直徑為8-16mm的生球，造球時間為10min，生球落下強度為3.1次/0.5m，生球干燥后在950℃下和空氣中焙燒20min，再在1000℃的溫度下和co：co2：h2為60：20：20的混合氣體中還原40min，然后在此氣體中和650℃溫度下滲碳150min，熱球在氮氣中冷卻。冷卻后球團破碎到粒度小于1mm。在礦漿濃度為50％的條件下，在錐形球磨機中球磨4min得到球磨細度95％小于200目，然后礦漿在磁場強度為150mt的磁選機中磁選，可得到碳化鐵品位為84.6％，鐵的回收率79％的碳化鐵，鉛和鋅的脫除率分別為97.8％和92.01％。
實施例2：高爐布袋灰的鐵品位36.86％，鉛和鋅的含量分別為4.85％和0.61％，其粒度小于0.075mm粒級的含量為78.15％。將添加了2.7％膨潤土的混合料在圓盤造球機中制備成直徑為8-16mm的生球，造球時間為10min，生球落下強度為3.0次/0.5m，生球干燥后在在1050℃的溫度下和煤礦比為2.5的煙煤中還原60min，所得的還原球再在ch4：h2為90:10的混合氣體中和750℃的溫度下滲碳80min，熱球在氮氣中冷卻。冷卻后球團破碎到粒度小于1mm。在礦漿濃度為50％的條件下，在錐形球磨機中球磨8min得到球磨細度98％小于200目，然后礦漿在磁場強度為120mt的磁選機中磁選，可得到碳化鐵品位為87.2％，鐵的回收率88％的碳化鐵，鉛和鋅的脫除率分別為99.1％和94.01％。
實施例3：電爐除塵灰的鐵品位為47.63％，鋅的含量為2.35％，其粒度小于0.075mm粒級的含量為92.53％。將添加了1.5％膨潤土的除塵灰在圓盤造球機中制備成直徑為8-16mm的生球，造球時間為10min，生球落下強度為3.3次/0.5m，生球干燥后在900℃下和空氣中焙燒20min，然后再在1000℃的溫度下和co：h2為60：40的混合氣體中還原50min，再在co：co2：h2為60：20：20的混合氣體中和600℃溫度下滲碳150min，熱球在氮氣中冷卻。冷卻后球團破碎到粒度小于1mm。在礦漿濃度為50％的條件下，在錐形球磨機中球磨6min得到球磨細度92％小于200目，然后礦漿在磁場強度為160mt的磁選機中磁選，可得到碳化鐵品位為86.2％，鐵的回收率86％的碳化鐵，鋅的脫除率為91.2％。
實施例4：轉爐除塵灰的鐵品位為56.38％，鋅的含量為0.56％，其粒度小于0.075mm粒級的含量為85.78％。將添加了3.0％膨潤土的混合料在圓盤造球機中制備成直徑為8-16mm的生球，造球時間為10min，生球落下強度為3.1次/0.5m，生球干燥后在950℃下和空氣中焙燒15min，焙燒球在煤礦比為2.5和還原溫度為1075℃的條件下還原60min，然后再在650℃的溫度下和co：co2：h2為65：15：20的混合氣體中滲碳150min，熱球在氮氣中冷卻。冷卻后球團破碎到粒度小于1mm。在礦漿濃度為50％的條件下，在錐形球磨機中球磨4min得到球磨細度90％小于200目，然后礦漿在磁場強度為150mt的磁選機中磁選，可得到碳化鐵品位為86.8％，鐵的回收率83.2％的碳化鐵，鋅的脫除率為95.2％。
本法明提供了一種利用鋼鐵廠粉塵制備碳化鐵的方法，其中傳統的燒結法和球團法只能制備出鐵品位相對較低的高爐爐料，且有色金屬也無法脫除。而本發明制備的碳化鐵可以直接制備出電爐原料，有色金屬也能得到有效脫除，且整個工藝流程短(減少了高爐煉鐵以及高爐爐料的制備過程)，制備出的碳化鐵品位高，是一種優質的電爐煉鋼用原料，碳化鐵中含有的碳還可以降低電爐煉鋼過程的電耗。與直接還原和直接還原-磁選法相比，本發明制備的產物(碳化鐵)常溫化學性能更穩定，不易氧化，且碳化鐵是一種比還原鐵粉更優質、附加值更高的電爐煉鋼用原料。與濕法處理鋼廠粉塵相比，本發明不產生含有堿和酸等藥劑的廢水，因此不會產生水污染。
以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本發明的限制，本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的精神和范圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。