专利名称：处理混有金属基成分的细碎物料的方法
技术领域：
本发明涉及处理混有一系列的金属基成分的细碎物料的方法。本发明特别适用于处理电孤炉炼钢所产生的烟灰，但也不排除其它用途。
在典型的电弧炉或其它的炼钢炉中，每年要产生几千吨的烟灰。烟灰的成分随电孤炉原料的情况而变化，电孤炉原料通常由广泛范围的废金属组成包括废旧汽车的金属。烟灰可以含有约40％的有色金属化合物，约50％的黑色金属化合物(主要是氧化物)其余成分是脉石。有色金属成分通常主要是氧化铅和氧化锌，但是典型地也包括某些氯化锌，氯化铜，氯化镉，氯化钾，氯化钠和氧化镉。也可能存在着钾和钠的氧化物。来自氧气吹炉的烟灰通常含有较高比例的黑色金属化合物，但是仍含有相当大比例的有色金属物质。
历史上，烟灰是丢弃的，但是丢弃烟灰涉及到大量的经费开支，并且由于许多的成分具有毒性从环境的角度来看，丢弃烟灰也是不可取的。本发明特别涉及从某种物料例如烟灰中回收多种成分的方法。本发明方法可以看作避免处置污染物的方法，或者看作为提取有价值有色金属的方法，或者看作为供炼钢过程再使用的再生铁的方法。首要目的视情况而定。
EP 275863A已知将烟灰与固体含碳物料以及有机粘结剂混合，使这种混合物造粒，并加热这些颗粒。此时某些成分被除去，而铁和铅还原为金属形态，并以液体金属形式倒出。据说铅能靠重力与铁分离，但是铁溶体中必定残留铅。此外必须使用很高的温度来获得熔化状态的铁，提取熔化状态的金属需要一种能使转炉倾斜的装置，并且不适于连续操作。
本发明目的是提供处理烟灰或其它细碎物料的方法，可以用更实用的方式分离出其中的成分。
本发明涉及处理混有多种金属基成分的细碎物料的方法，该方法包括使物料成粒，干燥该颗粒，在一定的温度和停留时间下烧结颗粒以产生很结实的颗粒，在此烧结温度下从颗粒中除去挥发性的第一成分；在还原剂存在下加热颗粒，籍此使一种或多种第二成分还原为挥发形式并被除去，而留下一种或多种已还原的第三成分。该方法的特征在于易于熔化该颗粒的细碎物料从还原相除去，由此在用于还原的温度下，颗粒仍保留了它们的完整性。
避开细碎物料就可以允许选择足够高的有效还原温度而不会使颗粒熔合在一起。这反过来又导致了物料很易于操作运行本方法的装置有较长的寿命。
还原及烧结优选地在回转窑中进行。为除去细碎物料，在烧结工段和还原工段之间可以使颗粒进行筛分。
如果使用固体还原剂例如无烟煤，重要的是避免细碎的还原剂，例如使用洗过的无烟煤。
本发明可以适用于来自炼钢炉的烟灰，在这种情况下，主要的即实质上唯一的第三成分通常将是铁。这种铁将呈现海绵铁的形态，海绵铁便于操作，也便于向炼钢炉再供料。
在典型的场合下，在烧结期间除去的挥发性成分，即第一成分是不同的金属氧化物和氯化物。主要的成分可能是氧化铅和氯化铅。锌的氧化物通常留在颗粒中。
在还原工段，氧化锌还原为金属形态，和在它再次氧化时被除去，可以以氧化锌灰的形式被收集。这种收集的物料可以含有约90％的氧化锌，余下的东西绝大部分是煤灰。这种纯度的氧化锌商业上是有用的产品，无需任何进一步的处理。
下面参照附图
来说明本发明的一个实施方案，附图是实施本发明的全套装置的图示说明。本发明已经在远离钢厂的中试的基础上成功地实施了，附图是基于在钢厂使用的中试规模的简单改造。生产全套装置比图示的中试装置更完善。该全套装置实质上包括了三个工段，即造粒工段P，烧结工段S和还原工段R。
料斗11收集来自电弧炼钢炉的灰，从料斗11向造粒转盘12供应灰，同时一起供应粘结剂13和水14。膨润土是合适的粘结剂，占混合物4％(重量)是膨润土适合的比例。所得到的未烧结的颗粒送往筛网15，筛网将不合尺寸的颗粒分离出来并返回到造粒器，选出直径约10～15毫米的较大颗粒供进一步处理。为了向颗粒化物料随后的处理提供一定程度的均匀性，颗粒具有一定范围的粒度是重要的。烟灰的预洗可以任选地在洗涤装置10中进行。预洗涤的要求或需要将在下面进行讨论。
然后未烧结的颗粒在干燥器16中进行干燥，典型地使用了约300～400℃的热空气，这种热空气是由装置的其它部分的废热加热的。
烧结工段S主要由回转窑21组成，回转窑的轴与水平成1度或几度倾斜，以使在回转期间，在较高的输入端送入的颗粒逐渐地向下运行通过回转窑而到达较低的输出端。回转窑是通过中央燃烧器22的煤气在回转窑的输出端点火燃烧的。可以使用任何其它的燃料来代替煤气。向回转窑提供过量的空气，以使回转窑的气氛倾向于氧化而不是还原。在回转窑中所获得最高温度将约是1050-1200℃。在回转窑的输入端给出了废气防护罩23，但是在回转窑的输出端也可以有类似的废气防护罩。
为了节省能源和减少热冲击，优选地仍处于高温的干燥颗粒送入回转窑21的输入端。颗粒的温度随着它们通过回转窑而上升。这种加热量使颗粒发生烧结，并使颗粒变得很结实，具有很高的在本发明方法下一工段所需要的抗降解作用。可以利用美国材料试验协会(ASTM)的高炉颗粒翻滚试验的标准方法来测量强度，在标准试验后要求95％的颗粒无损伤，通过比较，中试中硬化的95％的颗粒在这个标准试验中仍旧是完整无损失的。高炉颗粒的最低要求可能就是本发明供使用的实际最低限度。可是，基本的要求是让颗粒在下述的方法的其余工段中保持它们的完整性。在氧化气氛中进行烧结。随着颗粒的加热，在原先烟灰中在1050～1200℃的温度下呈挥发性的那些成分被除去。通常方法是物理蒸发，但是某些物料可以以金属形态除去，和在回转窑的气氛中被氧化。
形成颗粒第一成分的这些物料被废气带到洗涤器或袋式过滤器供收集，和净化的废气释放到大气中。第一成分可以进行随后有价值物质的提取，或者可以使用常规的技术，在未示出的装置的其它部分分离出有价值的物质。
根据中试所用的烟灰，氧化铅和氯化铅占烧结工段颗粒去除的物质的50％。在第一成分中大量存在的其它的挥发性物质是镉、铜、钙、钾、钠和锌的卤化物、氧化物和硫酸盐。也可以有少量的氧化钾和氧化钠。氧化锌也是烟灰中一种重要的物质，但是通常氧化锌不是挥发性的，仍旧留在颗粒中。少量的氧化锌可以同烧结工段的废物一道收集，这大概是由于少量的锌是以挥发形态存在的。
原始烟灰中大量氯化物的存在可能导致需要采取特别的措施，以抑制dioxins的形成与逸出。烟灰中存在的典型的金属氯化物包括氯化铅，它是可溶的，因此在较早期工序可以使此种氯化物从物料中清洗掉。发现烟灰的一个实例是在洗涤前含有2.1％的氯，但是在洗涤后仅含0.1％的氯。洗涤过的烟灰可以压缩，以除去大部分水，然后仅含有适合于造粒的水量。
为了除去全部或大部的在考虑之中的挥发性金属化合物，颗粒应在一定的温度或接近于1100℃保持几小时。在某些情况下，在900和1200℃之间的其它温度也是可以接收的。回转窑的长度和倾斜度，它的转速和沿回转窑的温度梯度应进行调节，以获得将所有大量挥发性物质驱除掉的结果。
除了离开回转窑21的烧结颗粒外，还有其它的物质可通过研磨和碾压而从颗粒中除去。这种疏松的物质在筛网25中与颗粒分离，以完成烧结工段S的工作。
还原工段R是依靠另一个倾斜回转窑31进行工作，该回转窑在两端具有废气收集防护罩32和33来自料斗34的烧结颗粒，来自料斗35的无烟煤以及某些白云石的细料送入回转窑的输入段(上段)，其比例约是2份重量的颗粒对一份重量的无烟煤。无烟煤是一种很适合的价格低廉的还原剂，无烟煤能够与颗粒一道很方便地进行操作，一般也可以购得和正常地在炼钢中常规地用于其它目的。具有高的灰熔合温度的无烟煤或其它的煤由于下述原因，要进行挑选。避免使用细碎的还原剂是很重要的。如果使用无烟煤，为了除去细颗粒，无烟煤应该进行洗涤。代之可以使用其它的还原剂，包括破碎刮削的汽车轮胎或沥青煤。汽车轮胎大量的氧化锌含量将是再生锌的另一个来源，汽车轮胎相对高的磷含量将不会成为妨碍。还原剂的又一个替代物将是通过炉料而送入的天然气，在炉料中天然气倾向于部分地氧化为一氧化碳，然后用空气燃烧以提供所需要的热。白云石应以足吸附任何的硫。白云石细粒的量不足会造成下述可能与无烟煤或颗粒的细粒有联系的问题。
还原工段开始的颗粒主要是烧结的氧化铁以及大量的氧化锌和其它的脉石。为了有利于能量保存，当颗粒仍处在烧结过程的高温时，将颗粒送入还原窑中是优选的，但是如果需要一定贮存时间使烧结工段和还原工段的生产能力相适应和为了适合颗粒的筛分和操作，那末降温甚至降到周围环境的温度则是必要的。
典型情况下是利用燃气器或燃油器使窑31升温的，但一当装置上升到一定温度，则在还原过程中，通过还原剂的燃烧提供了大多数或全部所需要的热量。代替煤气或油或除了煤气或油之外，还可以使用空气流载带的细碎的无烟煤或烟煤来提高炉温和帮助保持炉温在较高的温度条件下。这样的细碎的固体燃料应该在空气流中直接燃烧，以避免任何这样的固体物在炉料中的积累。以这种方式可提供约15％的还原剂。也应该选择这种还原剂，即它们可形成具有高熔合温度的烟灰。
除了随煤气或燃烧的细碎无烟煤一起导入空气之外，沿着无烟煤燃烧的窑的长度方向可能还需要额外的空气。例如这附加的空气可由沿着窑的长度方向彼此隔开的一些炉口37来提供。
窑中的炉料升温到1100℃的温度。1080℃可能是理想的。在某些场合下可以采用900-1150℃之间的温度。颗粒中的氧化锌(构成原始颗粒第二成分)还原为金属，这种金属在炉温下是挥发性的。炉内保持充分的氧化气氛，以使锌再氧化。然后通过防护罩32和33将氧化锌同废气一起带走，和在袋滤器38中氧化锌与废气分离。氧化锌具有很高的纯度，袋滤器收集到的固体产物大约90％是氧化锌，10％是煤灰。带煤灰的氧化锌然后作为商业上有用的产品销售，或者例如煤灰可以用浮选法分离，以产生静态的氧化锌。在氧化锌中不可能以大量存在任何其它的污染物。为了完成还原过程，需要几小时的停留时间。为了获得所需要的还原效果，规定了窑的长度和倾斜度，以及其转速和温度梯度。
氧化铁是回收的第三成分，起初它构成颗粒的主要部分，氧化铁还原为象海绵铁那样的金属铁，海绵铁留在颗粒中。在还原工段之后，保留海绵铁的单个颗粒是很重要的，如果颗粒 熔合在一起，则它们也易于与炉窑的表面发生熔合。一旦出现这样的熔合，就会逐步出现大量的颗粒熔合，并很快形成熔化块或半熔化块。如果发生了这种情况，那末用于本方法的装置寿命会变得很短，所产生的铁将很难处理。有效还原所需的温度是这样的，除非采取特殊的预防措施，否则这样的熔合有可能要发生。细碎物，特别是那些在烧结工段在颗粒中会出现的细碎物具有比颗粒本身有更大的熔合趋向，也有将颗粒熔合在一起的趋向。避免任何这样的细碎物的出现是至关紧要的。避免细碎还原剂也是很重要的，但是未必是最基本的。当然，还原剂氧化所形成的高熔合温度的灰不是这种在所考察的温度下对于炉料的熔合具有严重影响的物质。
本方法在很多场合下是间歇进行的，因为装置的容量不可能与炼钢厂烟灰的产生相匹配。如果装置每隔一定时间关停和重新启动，为不形成熔化铁块而保持分散的颗粒甚至变得更重要了。
与炭一道离开回转窑输出端的颗粒在非氧化气氛中进行冷却，以防止暴露于大气中的再氧化。然后颗粒可以与炭进行磁分离。所得到的颗粒约是60％-70％的铁，并含有盐、二氧化硅、钙和镁唯一有意义的物质。炼钢时需要大量锰和二氧化硅，因此海绵铁颗粒可以回送到电孤炉中。
在典型的场合下，来自电孤炉的烟灰约为电孤炉产生的钢重量1.5％。在这1.5％中，约有0.75％(也就是说一半)转化为海绵铁。
根据由烟灰可以回收物质的典型经验，1千克的烟灰可能形成大约下列量的其它物质海绵铁(包含约30％的杂质)500克；铅化合物50克；氧化锌300克；其它有用的金属氧化物和氯化物10克；要处置的惰性炭和灰150克。
应用本发明具有环境效益，避免了有毒物掩埋或类似的处置，避免了使用纯铅和锌源的要求，并使额外的铁向钢厂再循环。
虽然本发明的初步使用被认为是处理电孤炉灰或其它炼钢炉的灰，但是本发明可以用于处理其它形式的废物。
可以设想，上述的这种装置通常位于炼钢炉现场，并作为它的整体部分而并入炼钢装置。可是从战略上看可以使上述的这种单个装置为一系列炼钢装置服务。此外，整个过程在一个单个装置中进行并不是必不可少的。例如，烟灰也可在炼钢装置中颗粒化和进行干燥，然后输送到另一个进行烧结和还原工段的现场。
权利要求
1.处理混有多种金属基成分的细碎物料的方法，该方法包括使物料颗粒化；干燥颗粒；在一定的温度和停留时间下烧结颗粒以产生很结实的颗粒，在此温度下从颗粒中除去挥发性的第一成分；在还原剂存在下加热颗粒，由此一种或多种第二成分还原为挥发物形态，并被驱除，留下一种或多种还原的第三成分；其特征在于易于使颗粒发生熔合的细碎物被从还原相中排除，由此在还原时所用的温度下颗粒得以保持它的完整性。
2.根据权利要求1的方法，其中还原在回转窑内进行。
3.根据权利要求1或2的方法，其中烧结在回转窑中进行。
4.根据前述权利要求中的任一方法，其中在烧结和还原步骤之间进行烧结颗粒的筛分，以除去细碎物。
5.根据前述权利要求中任一方法，其中第二成分主要是氧化锌。
6.根据权利要求5的方法，其中氧化锌先还原为锌，在被驱除后再氧化为氧化锌，然后从废气中收集氧化锌。
7.根据前述权利要求中任一方法，其中第一成分混有大量的氧化铅。
8.根据前述权利要求中任一方法，其中细碎物料是来自炼钢炉的烟灰。
9.根据权利要求8的方法，其中烟灰用水进行预洗，以在造粒前除去可溶成分。
10.根据前述权利要求中任一方法，其中还原剂是煤例如无烟煤。
11.根据前述权利要求中任一方法，其中颗粒在900～1200℃之间的温度下进行烧结。
12.根据前述权利要求中任一方法，其中颗粒在900～1200℃之间的温度下进行还原。
13.根据前述权利要求中任一方法，其中第三成分主要是铁，颗粒主要变成海绵铁。
全文摘要
处理细碎物质例如来自炼钢炉的烟灰以回收多种成分。物料在料汁中(11)制粒。颗粒在干燥器(16)中干燥,然后送入第一回转窑(21)中,在此进行烧结,以提供很结实的颗粒,在烧结期间驱除挥发性成分并加以收集。烧结的颗粒过筛以除去细碎物料,与还原剂例如细碎的洗过的无烟煤(35)一起送入第二转炉(31)中。颗粒的还原引起了第二成分被驱除,然后第二成分在该炉中被氧化,然后以细碎氧化物进行收集。原来的颗粒保留了它们的完整性,并基本上成为海绵铁。
文档编号C22B1/24GK1207141SQ9619955
公开日1999年2月3日 申请日期1996年11月12日 优先权日1995年11月14日
发明者A·D·克拉克 申请人:金属还原流程有限公司, Asw有限公司, 菲力普国际发展公司