一种不锈钢固废的综合利用方法与流程

本发明属于冶金和矿业工程技术领域，具体涉及一种不锈钢固废的综合利用方法。

背景技术：

不锈钢固废(除尘灰、酸洗污泥和氧化铁皮)是不锈钢生产加工过程中产生的固体废弃物，近年来我国不锈钢产量逐年增加，不锈钢固废的堆积量将会越来越多，由于不锈钢厂尘泥(除尘灰和酸洗污泥)中都含有大量的铅、锌、铬、碱金属等有害元素及大量硫化物、氟化物，尤其是六价铬，由于其化合物在水中具有很高的溶解度，而且是一种致癌物质，不仅会严重危害人体健康，造成环境污染，还可能破坏生态平，合理利用不锈钢固废关系到我国不锈钢企业的健康发展，已成为社会广泛关注的焦点之一。

目前，国内外关于不锈钢厂尘泥(除尘灰和酸洗污泥)的处置可分为资源化处置和非资源化处置两类。其中非资源化处置包括：一般填埋、固化、玻璃化三种。非资源化法主要是将这些危废通过物理手段进行固化处理后填埋，由于酸洗污泥和除尘灰中含有大量的金属元素铬、铁，直接填埋金属铬会对土壤和水质造成污染；目前国内也开展了续断关于酸洗污泥资源化利用的研究，其中北京科技大学张延玲等人的专利“一种渣浴处理含cr酸洗污泥的方法”(申请号：cn201910334451a)，该发明在含铬酸洗污泥中加入还原剂和石灰，充分混合、压球；将所得污泥球团进行渣浴反应，对冷却后的渣进行破碎、磁选，分理出金属颗粒。该专利流程繁杂，渣浴之后磁选效果不佳，且工艺能耗大，处理量小，难以工业化推广。

因此，有必要提供一种简单、高效的不锈钢固废的综合利用方法。

技术实现要素：

针对现有技术中不锈钢酸洗污泥、除尘灰中铁、铬、镍有价元素难以有效回收利用，铅、锌、碱金属、六价铬污染环境等问题，本发明提供一种不锈钢固废的综合利用方法，即以“不锈钢固废-铬铁矿-造球-链篦机预热-回转窑预还原-电炉熔分”为主的工艺流程，本发明能实现不锈钢固废的无害化处理与铁、铬、镍等资源的综合利用。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种不锈钢固废的综合利用方法，包括以下步骤：

(1)对原料进行预处理，得到预定细度的原料；

(2)将酸洗污泥、除尘灰、氧化铁皮、铬铁矿、粘结剂和还原剂按设定比例混合均匀，在圆盘造球机中进行造球，得到设定粒度的生球；

(3)将生球放入链篦机，在预定风速温度下进行干燥、氧化预热，得到预热球团；

(4)将预热球团与还原剂混合放入回转窑中，在1150～1300℃条件下进行预还原，得到预还原球团；

(5)将预还原球团、还原剂和熔分添加剂混合，加入到熔炼炉或者电炉中进行熔炼，得到的生铁可作为不锈钢原料。

优选的方案，步骤(1)中，所述预处理为湿式球磨，湿式球磨矿浆浓度为60～80％。

优选的方案，步骤(1)中，酸洗污泥采用圆筒烘干机烘干，将铬铁矿与氧化铁皮湿式球磨至-0.074mm占90％以上，除尘灰、粘结剂和还原剂的粒度控制在-0.074mm占80％以上。

优选的方案，步骤(2)中，所述粘结剂为膨润土或红土镍矿，膨润土的添加量为混合料的1.5～2.5wt％，红土镍矿的添加量为混合料的8～10wt％。

优选的方案，步骤(2)中，所述还原剂为煤粉或焦粉，还原剂的添加量为混合料的0～10wt％。

优选的方案，步骤(2)中，圆盘机尺寸为直径为800mm，深度为200mm，生球粒度控制在8～16mm。

本发明中，将酸洗污泥、除尘灰、氧化铁皮、铬铁矿、粘结剂和添加剂按预定比例混合后，通过造球机获得的直径为8～16mm的生球；具体为先将混合物料碾碎至1mm以下，先通过圆盘机得到母球，然后加料加水使目母球长大，最后使得到的生球致密2min，得到8～16mm生球。

优选的方案，步骤(3)中，干燥温度为250～350℃，干燥时间5～8min，干燥风速为0.8～1.4m/s。

优选的方案，步骤(3)中，氧化预热温度为800～1100℃，氧化预热时间为5～15min，氧化预热风速为1.2～2.4m/s。

优选的方案，步骤(3)中，预热球团的抗压强度大于500n/个。

本发明中，将含铬生球放入链篦机中，控制料层高度为150～180mm，对生球先后通过鼓风干燥、抽风干燥、预热等工序，得到抗压强度大于500n的预热球用于后续的预还原。

优选的方案，步骤(4)中，所述还原剂为煤粉或焦粉，预还原温度为1200～1250℃，预还原时间为45～200min，煤矿质量比为0.6～2.5。

本发明中，将预热球团与还原剂按一定比例混合，通过回转窑获得预还原球团；具体为先称取一定量的预热球团，按照煤矿比为0.6～2.5加入还原剂，在1150～1300℃条件下还原一段时间，得到金属化率大于50％的还原球团及固定碳含量75％以上的残炭，酸洗污泥等危废中的硫化物、氟化物、铅锌、碱金属均在回转窑还原阶段脱除。

优选的方案，步骤(5)中，所述还原剂为回转窑预还原剩余残炭，还原剂配入量为预还原球团质量的5～20wt％；所述熔分添加剂为硅石。

优选的方案，步骤(5)中，熔分温度为1550～1700℃，熔分时间为10～30min，熔分配煤为5～20％。

进一步，步骤(5)中，熔分温度为1600～1700℃，熔分时间为15～30min。

本发明中，将预还原球团与还原剂(回转窑预还原剩余残炭)和硅石按一定比例混合，通过熔炼炉或者电炉获得含铬铁水及渣；具体是称取一定量的预还原球团，加入5～20％的还原剂，通过添加硅石调节渣型，将混合料放入熔炼炉或电炉中在温度为1550～1700℃条件下进行熔分，得到含铁50％以上、含铬30％以上的优质不锈钢生产原料。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明提供的方法能有效的处理不锈钢生产中的固废(酸洗污泥、除尘灰和氧化铁皮)，解决了不锈钢生产危废处理成本高、稳定性差的问题。

(2)本发明提供的方法以不锈钢固废(酸洗污泥、除尘灰和氧化铁皮)作为球团原料，利用煤基直接还原-熔分工艺、配合铬铁矿，生产出金属化率优异、强度优良的含铬尘泥金属化球团，对不锈钢危废中的铁、铬、镍有价元素进行了有效的回收。

(3)本发明提供的方法处理不锈钢生产中的固废，能在回转窑预还原阶段有效的脱除危废中的硫、氟、铅、锌、砷、碱金属，脱除率均在90％以上。

(4)本发明提供的方法工艺简单、成熟，能耗低，不会造成二次污染，可以利用现有生产设备，无需新建生产线，可以真正做到不锈钢危废“不出厂，即处理”。

附图说明

图1为本发明不锈钢固废的综合利用方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于以下实施例。

本发明提供一种不锈钢固废的综合利用方法，包括以下步骤：

(1)原料进行预处理：

酸洗污泥圆筒烘干机烘干，将铬铁矿与氧化铁皮湿式球磨至-0.074mm占90％以上，除尘灰、红土镍矿和还原剂的粒度控制在-0.074mm占80％以上；

(2)造球：

将酸洗污泥、除尘灰、氧化铁皮与铬铁矿、焦粉、粘结剂(膨润土或红土镍矿)按设定比例混合均匀，并在圆盘造球机中造球，生球粒度控制在8～16mm；

(3)干燥、氧化预热：

将生球放入链篦机，在预定的风速温度下干燥、氧化预热，得到强度在500n以上的预热球团；

(4)预还原：

将预热球团与还原剂混合放入回转窑中，回转窑内加热到1150～1300℃条件下进行预还原，物料中的氧化铁在高温的条件下被碳或co还原成金属铁，危废中的六价铬在高温条件下被c还原为三价铬，部分三价铬也被c还原为金属铬，酸洗污泥、除尘灰中的硫化物、氟化物、铅、锌氧化物也被还原脱除；

(5)熔分：

将预还原球团、熔分添加剂和还原剂混合放入反应罐中，反应罐放入到熔炼炉(电炉)内加热到1550～1700℃条件下进行熔分，反应20～40min，预还原球团中未被还原的氧化铁深度还原成金属铁，并与预还原阶段的铁聚集在一起，在电炉高温条件下，三价铬也被还原为金属铬，物料中的氧化铝、二氧化硅、氧化钠进入渣相，得到的生铁可作为不锈钢原料，实现不锈钢危废的无害化处理及铁、铬的有效利用。

本发明实施例中，酸洗污泥的主要化学成分为：ω(fe)＝10％～25％，ω(cr)≈3％～6％，ω(ni)<5％，其余为caf2、cao、sio2、caso4等物质。

除尘灰的主要化学成分为：ω(fe)＝30％～40％，ω(cr)≈8％，ω(ni)<5％。

氧化铁皮的主要化学成分为：ω(fe)＝70％～75％，其中ω(feo)≈60％～67％，ω(ni)<5％。

以下通过具体实施例对本发明技术方案进行详细的阐述。

实施例1

以酸洗污泥(tfe13.51％、cr2o35.26％)、除尘灰(tfe33.82％、cr2o39.38％)，铬铁矿(tfe21.68％、cr2o320.81％)、红土镍矿(tfe14.20％、sio241.41％、mgo18.04％)、焦粉为原料。

各种原料配比为，酸洗污泥∶除尘灰∶铬铁矿∶红土镍矿∶焦粉＝10％:10％:62％:8％:10％；酸洗污泥脱水烘干，铬铁矿经过湿式球磨至-0.074mm大于90％，将球磨后的铬铁矿与酸洗污泥、除尘灰、红土镍矿、焦粉混合均匀，在圆盘机上造球，得到的生球直径为8～12mm，生球水分为10.93％，生球落下强度13.4/次·0.5m^-1、抗压强度18.28n/个；

将生球放入链篦机中在料层高度150～180mm，鼓风干燥温度220℃～260℃、鼓风干燥时间3～6min、鼓风干燥风速1.2m/s，抽风干燥温度200℃、抽风干燥时间3～6min，抽风干燥风速1.4m/s；预热温度800℃、预热时间10min、预热介质风速1.6m/s条件下干燥预热，得到抗压强度500n以上的含铬尘泥预热球团；

取尘泥预热球团热装入回转窑中，控制回转窑转速为1.rpm、充填率25％，配加烟煤作为还原剂、煤/矿比2:1、窑内维持微正压，在1230℃恒温还原区间内还原120min，得到抗压强度1000n/个、还原度60％以上的含铬尘泥预还原球团，其中，酸洗污泥与除尘灰中的硫脱除率91.4％，铅锌脱除率均在95％以上，氟脱除率90％以上；

含铬尘泥预还原球团配加硅石控制渣系sio2在30％，配加残炭10％，在1700℃摄氏度、熔分时间20min条件下进行电炉熔炼，得到生铁含铁50.6％、含铬38.2％、含碳8％，为优质不锈钢生产原料，含铬生铁中铁回收率达93.53％、铬回收率达77.46％。

实施例2

以酸洗污泥(tfe13.51％、cr2o35.26％、)除尘灰(tfe33.82％、cr2o39.38％)，铬铁矿(tfe21.68％、cr2o320.81％)、氧化铁皮(tfe73.98％)、红土镍矿(tfe14.2％、ni1.5％)为原料。

各种原料配比为，酸洗污泥∶除尘灰∶氧化铁皮∶铬铁矿∶红土镍矿＝10％:10％:10％:62％:8％；酸洗污泥经脱水烘干，铬铁矿与氧化铁皮经过湿式球磨至-0.074mm大于90％，将球磨后的铬铁矿、氧化铁皮与酸洗污泥、除尘灰、红土镍矿混合均匀，经过1mm的方孔筛，在圆盘机上造球，得到的生球直径为8～12mm，生球水份为11.20％，生球落下强度4.2/次·0.5m^-1、抗压强度13.55n；

将生球放入链篦机中，在料层高度150mm，鼓风干燥温度240℃，鼓风干燥时间4min，鼓风干燥风速1.2m/s，抽风干燥温度200℃，干燥时间5min，抽风干燥风速1.4m/s，预热温度1050℃，预热时间10min，预热风速2.2m/s条件下制备含铬尘泥预热球团，得到抗压强度500n以上的含铬尘泥预热球团；

取含铬尘泥预热球团放入回转窑中，控制回转窑转速为1rpm、充填率25％、预热球团热装入炉、煤/矿质量比2:1、窑内维持微正压，在1230℃恒温还原区间内还原120min，得到抗压强度1150n/个、还原度为70.66％的含铬尘泥预还原球团，其中，酸洗污泥与除尘灰中的硫脱除率90％，铅锌、碱金属脱除率均在95％以上，氟脱除率90％以上；

含铬尘泥预还原球团配加硅石控制渣系sio2在30％，在电炉温度1700℃、残煤配加量15％、熔分时间30min条件下进行电炉熔炼，得到含铁56.60％、含铬32.90％、含碳8％含铬生铁，为一种优质不锈钢原料，含铬生铁中铁回收率达98.23％、铬回收率达95.03％，酸洗污泥等危废中的铁铬镍有价元素均得到有效回收。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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