专利名称：含重金属和铁氧化物的残余物的热处理方法
技术领域：
本发明涉及含重金属和铁氧化物的残余物的热处理方法，如来自电炉钢厂的粉尘或来自转炉钢厂的泥渣的热处理方法。
大量的含重金属和铁氧化物的残余物，以粉尘或泥渣的形式产于电炉或转炉钢厂。所述的残余物是由废气净化厂从废气中分离出来的粉尘或泥渣。这种残余物的处理是昂贵的，或者这些材料的最终储存是个难题。通常，泥渣储存于露天的人工湖，而粉尘储存于地下隧道。
来自电炉或转炉钢厂含重金属的粉尘或泥渣的典型成分如下表所示。
表1
因此，本发明的任务是提出这种含重金属和铁氧化物残余物的热处理方法。
本发明解决了这个问题，方法是在具有若干一个比一个高的炉膛的多膛焙烧炉中，热处理含重金属和铁氧化物的残余物，将含重金属和铁氧化物的残余物连续导入多膛焙烧炉，置于顶膛并逐步转移至较低的炉膛，将还原剂导入顶膛和/或一个下面的炉膛并与含重金属和铁氧化物的残余物反应，形成重金属和直接还原的铁，重金属和废气一起从炉中出料，而铁和还原剂的残余物一起在多膛焙烧炉的底炉膛出料。
本发明的重要优势是可以还原并分离以混合物存在的金属氧化物(特别是铁和锌的氧化物)，以便分离出的部分组成其它过程的原料或者返回钢厂现有的生产线。于是，可以从残余物的重要成分中获得副产品。经过这种处理之后，铁成分可以返回钢厂的生产操作。重金属要富集到可用作重金属提炼的原料的程度。灰分基本上由惰性材料如SiO2、Al2O3、MgO等组成，还可能残存过量的还原剂。
还原剂进料至炉中之后，立即用耙子在含重金属和铁氧化物的残余物之下混合并加热。只要达到一定的温度(约900℃)，它们就开始与重金属氧化物反应，重金属由此形成并蒸发，并且与废气一起从多膛焙烧炉中出料。
重金属在炉膛上形成并与其它废气分离，并优选在炉膛上耗尽。
然后将废气氧化，例如在后燃烧室氧化，重金属转化成重金属氧化物，然后可以用过滤设备从废气中分离出重金属氧化物。
与此同时或稍后，多膛焙烧炉中保留的铁氧化物被还原成金属铁。用这种办法生产的金属铁与所引入的材料的残余物、还原剂灰分及过量的还原剂一起出炉。
在本方法中，可以通过选择性的过程控制和连续的循环，供给粉尘或泥渣型含重金属和铁氧化物的残余物，避免颗粒的结块。无论原料的密实度如何，本方法均提供细粒的最终产品。
如果使用成灰还原剂，将是特别有利的。由于固态的最终产品是细粒状的，因此可以容易地从铁中分离出灰分。例如，这种分离可以在热状态通过筛分来进行。
另一方面，冷却至700℃以下之后，可以通过磁性分离器从灰分和过量的还原剂中分离出还原铁。按这种办法得到的直接还原铁的质量实际上与还原剂的残余量无关。
然后，所得到的铁可以加工成团块，或直接导入熔化炉(如电炉)并进一步处理。
所产生的还原剂残余物可以与任何未使用过的还原剂一起用于单独的气化反应器，成灰成分作为液体炉渣被分离，而所生成的原煤气作为燃烧气或还原气被用于多膛焙烧炉。
因此，也可以使用灰分含量较高的廉价还原剂和/或使用较高过量的还原剂，以防止残余物的结块。
使用过量的还原剂时，可以处理残余物，以便分离和再使用未使用过的还原剂。这可以通过例如筛选残余物来完成，如果未使用过的还原剂以足够的粗粒形状存在。未使用过的还原剂可以直接返回多膛焙烧炉。
但是，还原剂的出炉也可以分成几个阶段。
这样，可以在较高位置将粗粒还原剂(1-3mm)和在较低位置将细粒还原剂(＜1mm)引入多膛焙烧炉。因此，可以很大程度上避免带有废气的粉尘出炉，并通过在较低水平引入细粒还原剂颗粒加速了反应的进行。
通过加入粗粒的还原剂，降低了还原剂的消耗，因为小颗粒很快地被其与来自较高炉膛的废气中的H2O和CO2的反应消耗掉，在较高的炉膛，氧化气氛占优势。
处理空间细分成不同的区域，固态物从顶部连续地向下移动，而气态物从炉底沿炉子向上传导。通过将处理空间细分成不同的区域，可以对不同区域甚至每个炉膛的处理条件进行测量和选择性地改变。
但是，也可以在导入多膛焙烧炉之前，将含重金属和铁氧化物的残余物与至少一部分所需的还原剂混合。这特别适用于处理入炉之前混有至少一部分所需还原剂的泥渣。当混有还原剂时，所述的泥渣通常具有一定的粘度并且可以更容易地导入多膛焙烧炉。混入还原剂阻止了原料在加热期间的结块。
通过在较低炉膛选择性地供给还原剂，可以控制炉中的还原气氛至最佳浓度，从而获得较高的金属化度。
通过安装于每个炉膛的耙子，连续地循环含重金属和铁氧化物的残余物，并逐步地转移至下面的炉膛。
通过连续的循环，可以防止颗粒结块。循环速率取决于很多因素，如耙子的几何形状、各层的厚度等。炉膛上的含重金属和铁氧化物的残余物、存在的任何还原剂和直接还原铁宜至少每1-3分钟循环一次，其结果是很大程度上防止了结块。
可以将含氧的气体注入炉膛，炉膛所需要的热量必须通过燃烧过量的生产气体来转化。
使用至少250℃的含氧气体是有利的。
另外，可以在多膛焙烧炉的最低炉膛注入气态还原剂。这确保了炉中气氛的较高的还原电势，使氧化物的还原更彻底。
根据进一步优选的实施方案，用燃烧器加热引入了还原剂的炉膛下面的一个或多个炉膛。
为了不至于因加热系统的烟道气降低炉子较低部分还原气体的浓度，也可以间接向低炉子的较低部分供给能量，即通过辐射加热低炉子的较低部分。
根据另一优选的实施方案，气体于一个或多个炉膛从多膛焙烧炉中排出。随后，让这些热气体通过CO2洗涤塔，以减少气体的量并增加气体的还原电势，或者让这些热气体通过其中存在碳的附加反应器，以便热气体中存在的二氧化碳依据Boudouard平衡与碳反应形成一氧化碳，从而增加气体的还原电势。之后，富含一氧化碳的气体返回多膛焙烧炉。
可以通过炉膛下面侧壁上的排气连接部件，将炉中部分向上流动的气体从炉中排出。在所述的炉膛上，重金属蒸发并通过这些炉膛上面的入口重新注入炉中。因此，在将重金属氧化物还原为重金属并蒸发的炉膛上，气体的数量是少的。然后，重金属可以通过侧壁上的出口从炉膛中排出而气体数量相对较少。在排出的气体混合物到达大气之前，它是经复燃器燃烧过、经冷却器冷却过并随后经过滤器净化过。
由于废气量少，相应炉膛上的气流速率也就低，因而只有少量的粉尘与这些废气一起排出。因此，导致废气中的重金属浓度极高。
多膛焙烧炉可以在特定的过压下操作，以获得进一步增加的产率。与用直径约50m的水封的转炉相比，这在多膛焙烧炉可以很容易地实现，多膛焙烧炉仅在驱动轴上有小的密封。这种情况下，必须提供进料和出料的气压阀。
根据本发明的另一方面，提出了多膛焙烧炉的用途，即用于含重金属和铁氧化物如来自电炉或转炉钢厂的粉尘和泥渣的残余物的热处理。
进一步优选的实施方案列于下面的权利要求中。
现将借助于附图，描述本发明的一个实施方案如下。
图1是用于热处理含重金属和铁氧化物残余物如来自电炉或转炉钢厂的粉尘的多膛焙烧炉的剖面图。
图1示出了多膛焙烧炉10的剖面图，所述的多膛焙烧炉带有若干个(此处为12个)上下排列的炉膛12。这些自立的炉膛12以及炉壳14、炉盖16和炉底18均由耐火材料制成。
在炉子10的炉盖16上，提供了出口20和开口22。通过出口20可以排出炉中的气体，通过开口22可以将含重金属和铁氧化物的残余物填装至顶炉膛上。
轴24安装于炉子的中央，在所述的轴上装有遍布每个炉膛的耙子26。
所述的耙子26按这样的方式设计，使它们在一个炉膛上由里向外移动材料，然后在下面的炉膛上由外向里移动材料，以便沿着炉子从顶部向下传送材料。
也可以将含重金属和铁氧化物的残余物和还原剂分别导入炉中。这种情况下，残余物装填于第一炉膛，而还原剂装填于第一炉膛下面的一个炉膛上并与那里的含重金属和铁氧化物的残余物相接触。
在传送过程中，含重金属和铁氧化物的残余物以及还原剂被加热至约600-1000℃。
轴24和耙子26是风冷的，在耙子上提供有开口，经其可向炉子内部流入空气并用于那里的复燃。
至少提供一个入口30于炉子10的侧壁(通常在上面的第三个炉膛)，通过所述的入口可以将还原剂导入炉中。这些还原剂既可以是气态的也可以是液态的或固态的。例如，所述的还原剂是一氧化碳、氢、天然气、石油和石油衍生物或固态的碳载体如褐煤焦炭、石油焦炭、高炉灰、煤等。
以煤作还原剂时，还原剂还可以导入炉10中更下面的炉膛，通过耙子26与那里经加热的含重金属和铁氧化物的残余物混合。含油和铁氧化物的残余物中存在的铁氧化物，在整个多膛焙烧炉10中传输过程中，被高温和存在的一氧化碳逐步地还原成金属铁。
位于多膛焙烧炉各点的固态、液态和气态的还原剂以及含氧气体的进料是受控的，而且在临界点时可以排放过量的气体。这使得可以严格地控制含重金属和铁氧化物残余物的还原，并实现加工条件的最佳化。
炉子允许其中部分向上流动的气体通过炉膛下面侧壁上的排气装置连接部件60从炉子10中排出。在所述的炉膛上，重金属蒸发并通过这些炉膛上面的入口62重新注入炉子10中。
因此，在重金属蒸发的炉膛上存在的气体数量是小的。然后，这些气体可以通过侧壁上的出口64，以该炉膛上相对小的气体数量从炉子10中排出。之后，少量的重金属含量相对较高的气体可以单独净化。由于废气量小，相应炉膛上的气流速率也就低，因而仅少量的粉尘随废气排出。因此，导致废气中的重金属浓度极高。
随后，废气在复燃室66中被氧化，重金属转化成重金属氧化物并在过滤器70中与废气分离。废气进入过滤器70之前，在冷却器68中冷却至所需的温度。
注入含氧热(350-500℃)气体的喷嘴30被安装于侧壁上，通过喷嘴30空气或另外的含氧气体可以进料至炉子10中。由于高温和碳燃烧成的二氧化碳的氧的存在，所述的二氧化碳又与存在的过量碳反应并转化成一氧化碳。一氧化碳最终将金属氧化物还原。
由于该反应主要是吸热的，因此，在炉子的较低部分安装燃烧器32是合乎逻辑的，所述的燃烧器32确保了炉子的底炉膛中均匀的高温。燃气或粉煤燃烧器可以用于这种情况。
这些燃烧器32可以用燃气或粉煤与空气点燃，用于预热和/或额外的加热。额外的还原气体可以通过氧气与燃烧材料之间的定量比例来制备，或在过量空气的情况下，实现生产气体的复燃。当燃烧粉煤时，燃烧器中会产生过量的一氧化碳。在外燃烧室的情况下，可以防止燃烧过的煤灰进入炉子并与铁混合。燃烧室的温度按这种方式选择，以使所产生的炉渣能够以液体的形式排放并且以玻璃体的形式处置。通过产生一氧化碳，炉子10中固态碳载体的消耗降低了，并因此降低了最终产品中的灰分含量。
经特殊喷嘴44将气态还原剂如一氧化碳或氢气进料，供入最后的炉膛或最后的两个炉膛中。铁氧化物的还原可以在这种还原电势增加了的气氛中完成。
随后，所产生的铁通过炉子10的炉底18上的出口46与灰分一起出炉。
在出口46出炉的铁与灰分和任何还原剂可以进一步使用一起在冷却器48中冷却。随后，通过磁性分离器50，将还原铁从还原剂的灰分和任何还原剂中分离出来，所述的还原剂可以再使用。
然后，可以进一步使用的还原剂52在外燃烧室34中燃烧。随后，将由还原剂燃烧所产生的气体引入炉子10中，而还原剂残余物以灰分或液体炉渣经出口除去。
从炉子出来的气体混合物经出口20进入后燃烧器54，在此，气体混合物中可燃烧的气体进行燃烧，气体混合物随后引入供有冷却介质的冷却器56冷却。接下来，在转移至大气之前，用旋风过滤器58净化经冷却的气体混合物。
权利要求
1．含重金属和铁氧化物的残余物于多膛焙烧炉中的热处理方法，所述的多膛焙烧炉具有若干互为上下的炉膛，含重金属和铁氧化物的残余物被连续导入多膛焙烧炉，装填于顶部炉膛并逐步转移至较低的炉膛，还原剂被导入顶部和/或其下面的一个炉膛，并与含重金属和铁氧化物的残余物反应，以形成重金属和直接还原的铁，重金属和废气一起从炉中出料，而铁和还原剂的残余物一起在多膛焙烧炉的底炉膛区域出料。
2．权利要求1的方法，其特征在于所述的废气在后燃烧器中处理，所述的重金属被转化成重金属氧化物并在过滤器中与废气分离。
3．前述权利要求之一的方法，其特征在于所述的含重金属的气体在其生成的炉膛上单独地排放。
4．前述权利要求之一的方法，其特征在于气体是在一炉膛上排出的，该炉膛位于导入还原剂的炉膛的下面。
5．前述权利要求之一的方法，其特征在于所述的直接还原的铁从多膛焙烧炉中出料之后，被冷却至700℃以下，随后通过磁性分离器与还原剂残余物分离。
6．权利要求14的方法，其特征在于所述的直接还原的铁从多膛焙烧炉出料之后，是通过筛选在热状态下与还原剂残余物分离的。
7．权利要求5-6的方法，其特征在于经处理的直接还原铁被进一步加工成球团或团块。
8．前述权利要求之一的方法，其特征在于所述的直接还原铁在伴有或不伴有残余物的情况下被熔化。
9．权利要求5或6之一的方法，其特征在于任何未使用过的还原剂从多膛焙烧炉出料之后，与还原剂的残余物分离。
10．权利要求9的方法，其特征在于所述的还原剂的残余物用于气化反应器，成灰成分以液态炉渣的形式分离，所形成的原煤气用于多膛焙烧炉并产生的热量供给多膛焙烧炉。
11．前述权利要求之一的方法，其特征在于所述的还原剂以液态、固态和/或气态的形式导入多膛焙烧炉。
12．前述权利要求之一的方法，其特征在于所述的还原剂可以引入多膛焙烧炉的不同炉膛。
13．权利要求12的方法，其特征在于粗粒还原剂可以在较高的水平导入多膛焙烧炉，而细粒还原剂可以在更低的水平导入多膛焙烧炉。
14．前述权利要求之一的方法，其特征在于将过量的还原剂导入多膛焙烧炉。
15．前述权利要求之一的方法，其特征在于所述的含重金属和铁氧化物的残余物与至少部分所需的还原剂在导入多膛焙烧炉之前互相混合。
16．前述权利要求之一的方法，其特征在于将含氧气体有选择性地注入不同的炉膛。
17．权利要求16的方法，其特征在于所述的含氧气体的温度至少为250℃。
18．前述权利要求之一的方法，其特征在于所述的气态还原剂注入多膛焙烧炉的底炉膛。
19．前述权利要求之一的方法，其特征在于直接或间接地加热炉子中的一个或多个炉膛。
20．前述权利要求之一的方法，其特征在于气体于一个或多个炉膛从多膛焙烧炉中排出。
21．权利要求20的方法，其特征在于排出的气体的还原电势增加，以及该气体随后被导入多膛焙烧炉。
22．前述权利要求之一的方法，其特征在于气体在一特定的炉膛下从多膛焙烧炉中排出，以及随后在该炉膛的上面全部或部分地重新注入炉子中。
23.前述权利要求之一的方法，其特征在于该方法是在过压下进行的。
24．多膛焙烧炉经前述权利要求之一的方法在含重金属和铁氧化物残余物的热处理方面的用途。
全文摘要
本发明涉及含重金属和铁氧化物的残余物的热处理方法,设计用于包括若干炉膛的多膛焙烧炉,所述的炉膛定位于相互之间的顶部。根据上述方法,含重金属和铁氧化物的残余物连续供料给多膛焙烧炉,致使它们被导入最高的炉膛并逐步转移至较低的炉膛。将还原剂引入最高的和/或一个较低的炉膛,并与含重金属和铁氧化物的残余物反应,以产生重金属和直接还原的铁。重金属和废气一起从炉中出料,而铁和还原剂残余物一起在多膛焙烧炉的最低炉膛出料。
文档编号C21B3/04GK1312862SQ99809470
公开日2001年9月12日 申请日期1999年7月30日 优先权日1998年8月11日
发明者托马斯·汉斯曼, 罗曼·弗里登, 马克·索尔维 申请人:保尔·沃特公司