專利名稱：含重金屬和鐵氧化物的殘余物的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含重金屬和鐵氧化物的殘余物的熱處理方法，如來自電爐鋼廠的粉塵或來自轉(zhuǎn)爐鋼廠的泥渣的熱處理方法。
大量的含重金屬和鐵氧化物的殘余物，以粉塵或泥渣的形式產(chǎn)于電爐或轉(zhuǎn)爐鋼廠。所述的殘余物是由廢氣凈化廠從廢氣中分離出來的粉塵或泥渣。這種殘余物的處理是昂貴的，或者這些材料的最終儲(chǔ)存是個(gè)難題。通常，泥渣儲(chǔ)存于露天的人工湖，而粉塵儲(chǔ)存于地下隧道。
來自電爐或轉(zhuǎn)爐鋼廠含重金屬的粉塵或泥渣的典型成分如下表所示。
表1
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提出這種含重金屬和鐵氧化物殘余物的熱處理方法。
本發(fā)明解決了這個(gè)問題，方法是在具有若干一個(gè)比一個(gè)高的爐膛的多膛焙燒爐中，熱處理含重金屬和鐵氧化物的殘余物，將含重金屬和鐵氧化物的殘余物連續(xù)導(dǎo)入多膛焙燒爐，置于頂膛并逐步轉(zhuǎn)移至較低的爐膛，將還原劑導(dǎo)入頂膛和/或一個(gè)下面的爐膛并與含重金屬和鐵氧化物的殘余物反應(yīng)，形成重金屬和直接還原的鐵，重金屬和廢氣一起從爐中出料，而鐵和還原劑的殘余物一起在多膛焙燒爐的底爐膛出料。
本發(fā)明的重要優(yōu)勢是可以還原并分離以混合物存在的金屬氧化物(特別是鐵和鋅的氧化物)，以便分離出的部分組成其它過程的原料或者返回鋼廠現(xiàn)有的生產(chǎn)線。于是，可以從殘余物的重要成分中獲得副產(chǎn)品。經(jīng)過這種處理之后，鐵成分可以返回鋼廠的生產(chǎn)操作。重金屬要富集到可用作重金屬提煉的原料的程度?；曳只旧嫌啥栊圆牧先鏢iO2、Al2O3、MgO等組成，還可能殘存過量的還原劑。
還原劑進(jìn)料至爐中之后，立即用耙子在含重金屬和鐵氧化物的殘余物之下混合并加熱。只要達(dá)到一定的溫度(約900℃)，它們就開始與重金屬氧化物反應(yīng)，重金屬由此形成并蒸發(fā)，并且與廢氣一起從多膛焙燒爐中出料。
重金屬在爐膛上形成并與其它廢氣分離，并優(yōu)選在爐膛上耗盡。
然后將廢氣氧化，例如在后燃燒室氧化，重金屬轉(zhuǎn)化成重金屬氧化物，然后可以用過濾設(shè)備從廢氣中分離出重金屬氧化物。
與此同時(shí)或稍后，多膛焙燒爐中保留的鐵氧化物被還原成金屬鐵。用這種辦法生產(chǎn)的金屬鐵與所引入的材料的殘余物、還原劑灰分及過量的還原劑一起出爐。
在本方法中，可以通過選擇性的過程控制和連續(xù)的循環(huán)，供給粉塵或泥渣型含重金屬和鐵氧化物的殘余物，避免顆粒的結(jié)塊。無論原料的密實(shí)度如何，本方法均提供細(xì)粒的最終產(chǎn)品。
如果使用成灰還原劑，將是特別有利的。由于固態(tài)的最終產(chǎn)品是細(xì)粒狀的，因此可以容易地從鐵中分離出灰分。例如，這種分離可以在熱狀態(tài)通過篩分來進(jìn)行。
另一方面，冷卻至700℃以下之后，可以通過磁性分離器從灰分和過量的還原劑中分離出還原鐵。按這種辦法得到的直接還原鐵的質(zhì)量實(shí)際上與還原劑的殘余量無關(guān)。
然后，所得到的鐵可以加工成團(tuán)塊，或直接導(dǎo)入熔化爐(如電爐)并進(jìn)一步處理。
所產(chǎn)生的還原劑殘余物可以與任何未使用過的還原劑一起用于單獨(dú)的氣化反應(yīng)器，成灰成分作為液體爐渣被分離，而所生成的原煤氣作為燃燒氣或還原氣被用于多膛焙燒爐。
因此，也可以使用灰分含量較高的廉價(jià)還原劑和/或使用較高過量的還原劑，以防止殘余物的結(jié)塊。
使用過量的還原劑時(shí)，可以處理殘余物，以便分離和再使用未使用過的還原劑。這可以通過例如篩選殘余物來完成，如果未使用過的還原劑以足夠的粗粒形狀存在。未使用過的還原劑可以直接返回多膛焙燒爐。
但是，還原劑的出爐也可以分成幾個(gè)階段。
這樣，可以在較高位置將粗粒還原劑(1-3mm)和在較低位置將細(xì)粒還原劑(＜1mm)引入多膛焙燒爐。因此，可以很大程度上避免帶有廢氣的粉塵出爐，并通過在較低水平引入細(xì)粒還原劑顆粒加速了反應(yīng)的進(jìn)行。
通過加入粗粒的還原劑，降低了還原劑的消耗，因?yàn)樾☆w粒很快地被其與來自較高爐膛的廢氣中的H2O和CO2的反應(yīng)消耗掉，在較高的爐膛，氧化氣氛占優(yōu)勢。
處理空間細(xì)分成不同的區(qū)域，固態(tài)物從頂部連續(xù)地向下移動(dòng)，而氣態(tài)物從爐底沿爐子向上傳導(dǎo)。通過將處理空間細(xì)分成不同的區(qū)域，可以對(duì)不同區(qū)域甚至每個(gè)爐膛的處理?xiàng)l件進(jìn)行測量和選擇性地改變。
但是，也可以在導(dǎo)入多膛焙燒爐之前，將含重金屬和鐵氧化物的殘余物與至少一部分所需的還原劑混合。這特別適用于處理入爐之前混有至少一部分所需還原劑的泥渣。當(dāng)混有還原劑時(shí)，所述的泥渣通常具有一定的粘度并且可以更容易地導(dǎo)入多膛焙燒爐。混入還原劑阻止了原料在加熱期間的結(jié)塊。
通過在較低爐膛選擇性地供給還原劑，可以控制爐中的還原氣氛至最佳濃度，從而獲得較高的金屬化度。
通過安裝于每個(gè)爐膛的耙子，連續(xù)地循環(huán)含重金屬和鐵氧化物的殘余物，并逐步地轉(zhuǎn)移至下面的爐膛。
通過連續(xù)的循環(huán)，可以防止顆粒結(jié)塊。循環(huán)速率取決于很多因素，如耙子的幾何形狀、各層的厚度等。爐膛上的含重金屬和鐵氧化物的殘余物、存在的任何還原劑和直接還原鐵宜至少每1-3分鐘循環(huán)一次，其結(jié)果是很大程度上防止了結(jié)塊。
可以將含氧的氣體注入爐膛，爐膛所需要的熱量必須通過燃燒過量的生產(chǎn)氣體來轉(zhuǎn)化。
使用至少250℃的含氧氣體是有利的。
另外，可以在多膛焙燒爐的最低爐膛注入氣態(tài)還原劑。這確保了爐中氣氛的較高的還原電勢，使氧化物的還原更徹底。
根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案，用燃燒器加熱引入了還原劑的爐膛下面的一個(gè)或多個(gè)爐膛。
為了不至于因加熱系統(tǒng)的煙道氣降低爐子較低部分還原氣體的濃度，也可以間接向低爐子的較低部分供給能量，即通過輻射加熱低爐子的較低部分。
根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí)施方案，氣體于一個(gè)或多個(gè)爐膛從多膛焙燒爐中排出。隨后，讓這些熱氣體通過CO2洗滌塔，以減少氣體的量并增加氣體的還原電勢，或者讓這些熱氣體通過其中存在碳的附加反應(yīng)器，以便熱氣體中存在的二氧化碳依據(jù)Boudouard平衡與碳反應(yīng)形成一氧化碳，從而增加氣體的還原電勢。之后，富含一氧化碳的氣體返回多膛焙燒爐。
可以通過爐膛下面?zhèn)缺谏系呐艢膺B接部件，將爐中部分向上流動(dòng)的氣體從爐中排出。在所述的爐膛上，重金屬蒸發(fā)并通過這些爐膛上面的入口重新注入爐中。因此，在將重金屬氧化物還原為重金屬并蒸發(fā)的爐膛上，氣體的數(shù)量是少的。然后，重金屬可以通過側(cè)壁上的出口從爐膛中排出而氣體數(shù)量相對(duì)較少。在排出的氣體混合物到達(dá)大氣之前，它是經(jīng)復(fù)燃器燃燒過、經(jīng)冷卻器冷卻過并隨后經(jīng)過濾器凈化過。
由于廢氣量少，相應(yīng)爐膛上的氣流速率也就低，因而只有少量的粉塵與這些廢氣一起排出。因此，導(dǎo)致廢氣中的重金屬濃度極高。
多膛焙燒爐可以在特定的過壓下操作，以獲得進(jìn)一步增加的產(chǎn)率。與用直徑約50m的水封的轉(zhuǎn)爐相比，這在多膛焙燒爐可以很容易地實(shí)現(xiàn)，多膛焙燒爐僅在驅(qū)動(dòng)軸上有小的密封。這種情況下，必須提供進(jìn)料和出料的氣壓閥。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了多膛焙燒爐的用途，即用于含重金屬和鐵氧化物如來自電爐或轉(zhuǎn)爐鋼廠的粉塵和泥渣的殘余物的熱處理。
進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案列于下面的權(quán)利要求中。
現(xiàn)將借助于附圖，描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案如下。


圖1是用于熱處理含重金屬和鐵氧化物殘余物如來自電爐或轉(zhuǎn)爐鋼廠的粉塵的多膛焙燒爐的剖面圖。
圖1示出了多膛焙燒爐10的剖面圖，所述的多膛焙燒爐帶有若干個(gè)(此處為12個(gè))上下排列的爐膛12。這些自立的爐膛12以及爐殼14、爐蓋16和爐底18均由耐火材料制成。
在爐子10的爐蓋16上，提供了出口20和開口22。通過出口20可以排出爐中的氣體，通過開口22可以將含重金屬和鐵氧化物的殘余物填裝至頂爐膛上。
軸24安裝于爐子的中央，在所述的軸上裝有遍布每個(gè)爐膛的耙子26。
所述的耙子26按這樣的方式設(shè)計(jì)，使它們在一個(gè)爐膛上由里向外移動(dòng)材料，然后在下面的爐膛上由外向里移動(dòng)材料，以便沿著爐子從頂部向下傳送材料。
也可以將含重金屬和鐵氧化物的殘余物和還原劑分別導(dǎo)入爐中。這種情況下，殘余物裝填于第一爐膛，而還原劑裝填于第一爐膛下面的一個(gè)爐膛上并與那里的含重金屬和鐵氧化物的殘余物相接觸。
在傳送過程中，含重金屬和鐵氧化物的殘余物以及還原劑被加熱至約600-1000℃。
軸24和耙子26是風(fēng)冷的，在耙子上提供有開口，經(jīng)其可向爐子內(nèi)部流入空氣并用于那里的復(fù)燃。
至少提供一個(gè)入口30于爐子10的側(cè)壁(通常在上面的第三個(gè)爐膛)，通過所述的入口可以將還原劑導(dǎo)入爐中。這些還原劑既可以是氣態(tài)的也可以是液態(tài)的或固態(tài)的。例如，所述的還原劑是一氧化碳、氫、天然氣、石油和石油衍生物或固態(tài)的碳載體如褐煤焦炭、石油焦炭、高爐灰、煤等。
以煤作還原劑時(shí)，還原劑還可以導(dǎo)入爐10中更下面的爐膛，通過耙子26與那里經(jīng)加熱的含重金屬和鐵氧化物的殘余物混合。含油和鐵氧化物的殘余物中存在的鐵氧化物，在整個(gè)多膛焙燒爐10中傳輸過程中，被高溫和存在的一氧化碳逐步地還原成金屬鐵。
位于多膛焙燒爐各點(diǎn)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的還原劑以及含氧氣體的進(jìn)料是受控的，而且在臨界點(diǎn)時(shí)可以排放過量的氣體。這使得可以嚴(yán)格地控制含重金屬和鐵氧化物殘余物的還原，并實(shí)現(xiàn)加工條件的最佳化。
爐子允許其中部分向上流動(dòng)的氣體通過爐膛下面?zhèn)缺谏系呐艢庋b置連接部件60從爐子10中排出。在所述的爐膛上，重金屬蒸發(fā)并通過這些爐膛上面的入口62重新注入爐子10中。
因此，在重金屬蒸發(fā)的爐膛上存在的氣體數(shù)量是小的。然后，這些氣體可以通過側(cè)壁上的出口64，以該爐膛上相對(duì)小的氣體數(shù)量從爐子10中排出。之后，少量的重金屬含量相對(duì)較高的氣體可以單獨(dú)凈化。由于廢氣量小，相應(yīng)爐膛上的氣流速率也就低，因而僅少量的粉塵隨廢氣排出。因此，導(dǎo)致廢氣中的重金屬濃度極高。
隨后，廢氣在復(fù)燃室66中被氧化，重金屬轉(zhuǎn)化成重金屬氧化物并在過濾器70中與廢氣分離。廢氣進(jìn)入過濾器70之前，在冷卻器68中冷卻至所需的溫度。
注入含氧熱(350-500℃)氣體的噴嘴30被安裝于側(cè)壁上，通過噴嘴30空氣或另外的含氧氣體可以進(jìn)料至爐子10中。由于高溫和碳燃燒成的二氧化碳的氧的存在，所述的二氧化碳又與存在的過量碳反應(yīng)并轉(zhuǎn)化成一氧化碳。一氧化碳最終將金屬氧化物還原。
由于該反應(yīng)主要是吸熱的，因此，在爐子的較低部分安裝燃燒器32是合乎邏輯的，所述的燃燒器32確保了爐子的底爐膛中均勻的高溫。燃?xì)饣蚍勖喝紵骺梢杂糜谶@種情況。
這些燃燒器32可以用燃?xì)饣蚍勖号c空氣點(diǎn)燃，用于預(yù)熱和/或額外的加熱。額外的還原氣體可以通過氧氣與燃燒材料之間的定量比例來制備，或在過量空氣的情況下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)氣體的復(fù)燃。當(dāng)燃燒粉煤時(shí)，燃燒器中會(huì)產(chǎn)生過量的一氧化碳。在外燃燒室的情況下，可以防止燃燒過的煤灰進(jìn)入爐子并與鐵混合。燃燒室的溫度按這種方式選擇，以使所產(chǎn)生的爐渣能夠以液體的形式排放并且以玻璃體的形式處置。通過產(chǎn)生一氧化碳，爐子10中固態(tài)碳載體的消耗降低了，并因此降低了最終產(chǎn)品中的灰分含量。
經(jīng)特殊噴嘴44將氣態(tài)還原劑如一氧化碳或氫氣進(jìn)料，供入最后的爐膛或最后的兩個(gè)爐膛中。鐵氧化物的還原可以在這種還原電勢增加了的氣氛中完成。
隨后，所產(chǎn)生的鐵通過爐子10的爐底18上的出口46與灰分一起出爐。
在出口46出爐的鐵與灰分和任何還原劑可以進(jìn)一步使用一起在冷卻器48中冷卻。隨后，通過磁性分離器50，將還原鐵從還原劑的灰分和任何還原劑中分離出來，所述的還原劑可以再使用。
然后，可以進(jìn)一步使用的還原劑52在外燃燒室34中燃燒。隨后，將由還原劑燃燒所產(chǎn)生的氣體引入爐子10中，而還原劑殘余物以灰分或液體爐渣經(jīng)出口除去。
從爐子出來的氣體混合物經(jīng)出口20進(jìn)入后燃燒器54，在此，氣體混合物中可燃燒的氣體進(jìn)行燃燒，氣體混合物隨后引入供有冷卻介質(zhì)的冷卻器56冷卻。接下來，在轉(zhuǎn)移至大氣之前，用旋風(fēng)過濾器58凈化經(jīng)冷卻的氣體混合物。
權(quán)利要求
1．含重金屬和鐵氧化物的殘余物于多膛焙燒爐中的熱處理方法，所述的多膛焙燒爐具有若干互為上下的爐膛，含重金屬和鐵氧化物的殘余物被連續(xù)導(dǎo)入多膛焙燒爐，裝填于頂部爐膛并逐步轉(zhuǎn)移至較低的爐膛，還原劑被導(dǎo)入頂部和/或其下面的一個(gè)爐膛，并與含重金屬和鐵氧化物的殘余物反應(yīng)，以形成重金屬和直接還原的鐵，重金屬和廢氣一起從爐中出料，而鐵和還原劑的殘余物一起在多膛焙燒爐的底爐膛區(qū)域出料。
2．權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的廢氣在后燃燒器中處理，所述的重金屬被轉(zhuǎn)化成重金屬氧化物并在過濾器中與廢氣分離。
3．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所述的含重金屬的氣體在其生成的爐膛上單獨(dú)地排放。
4．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于氣體是在一爐膛上排出的，該爐膛位于導(dǎo)入還原劑的爐膛的下面。
5．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所述的直接還原的鐵從多膛焙燒爐中出料之后，被冷卻至700℃以下，隨后通過磁性分離器與還原劑殘余物分離。
6．權(quán)利要求14的方法，其特征在于所述的直接還原的鐵從多膛焙燒爐出料之后，是通過篩選在熱狀態(tài)下與還原劑殘余物分離的。
7．權(quán)利要求5-6的方法，其特征在于經(jīng)處理的直接還原鐵被進(jìn)一步加工成球團(tuán)或團(tuán)塊。
8．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所述的直接還原鐵在伴有或不伴有殘余物的情況下被熔化。
9．權(quán)利要求5或6之一的方法，其特征在于任何未使用過的還原劑從多膛焙燒爐出料之后，與還原劑的殘余物分離。
10．權(quán)利要求9的方法，其特征在于所述的還原劑的殘余物用于氣化反應(yīng)器，成灰成分以液態(tài)爐渣的形式分離，所形成的原煤氣用于多膛焙燒爐并產(chǎn)生的熱量供給多膛焙燒爐。
11．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所述的還原劑以液態(tài)、固態(tài)和/或氣態(tài)的形式導(dǎo)入多膛焙燒爐。
12．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所述的還原劑可以引入多膛焙燒爐的不同爐膛。
13．權(quán)利要求12的方法，其特征在于粗粒還原劑可以在較高的水平導(dǎo)入多膛焙燒爐，而細(xì)粒還原劑可以在更低的水平導(dǎo)入多膛焙燒爐。
14．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于將過量的還原劑導(dǎo)入多膛焙燒爐。
15．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所述的含重金屬和鐵氧化物的殘余物與至少部分所需的還原劑在導(dǎo)入多膛焙燒爐之前互相混合。
16．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于將含氧氣體有選擇性地注入不同的爐膛。
17．權(quán)利要求16的方法，其特征在于所述的含氧氣體的溫度至少為250℃。
18．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所述的氣態(tài)還原劑注入多膛焙燒爐的底爐膛。
19．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于直接或間接地加熱爐子中的一個(gè)或多個(gè)爐膛。
20．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于氣體于一個(gè)或多個(gè)爐膛從多膛焙燒爐中排出。
21．權(quán)利要求20的方法，其特征在于排出的氣體的還原電勢增加，以及該氣體隨后被導(dǎo)入多膛焙燒爐。
22．前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于氣體在一特定的爐膛下從多膛焙燒爐中排出，以及隨后在該爐膛的上面全部或部分地重新注入爐子中。
23.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于該方法是在過壓下進(jìn)行的。
24．多膛焙燒爐經(jīng)前述權(quán)利要求之一的方法在含重金屬和鐵氧化物殘余物的熱處理方面的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及含重金屬和鐵氧化物的殘余物的熱處理方法,設(shè)計(jì)用于包括若干爐膛的多膛焙燒爐,所述的爐膛定位于相互之間的頂部。根據(jù)上述方法,含重金屬和鐵氧化物的殘余物連續(xù)供料給多膛焙燒爐,致使它們被導(dǎo)入最高的爐膛并逐步轉(zhuǎn)移至較低的爐膛。將還原劑引入最高的和/或一個(gè)較低的爐膛,并與含重金屬和鐵氧化物的殘余物反應(yīng),以產(chǎn)生重金屬和直接還原的鐵。重金屬和廢氣一起從爐中出料,而鐵和還原劑殘余物一起在多膛焙燒爐的最低爐膛出料。
文檔編號(hào)C21B3/04GK1312862SQ99809470
公開日2001年9月12日 申請日期1999年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月11日
發(fā)明者托馬斯·漢斯曼, 羅曼·弗里登, 馬克·索爾維 申請人:保爾·沃特公司