一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于有色冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明將?；蟮你~渣顆粒直接制備銅渣含碳顆粒，省去了磨礦工序，降低了現(xiàn)有技術(shù)中球團造球過程的能耗；在烘干爐內(nèi)干燥后的銅渣含碳球團抗壓強度增加，為直接還原的進行提供了保障；本發(fā)明通過對還原爐溫度的控制，提高了銅渣中鐵的還原率；通過對爐內(nèi)煙氣余熱的回收，提高了余熱回收率，降低了生產(chǎn)成本，達到了節(jié)能減排的目的，解決了目前銅渣余熱回收及鐵的回收難的問題。
【專利說明】
一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于有色冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系 統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 銅渣是銅冶煉過程中排出的副產(chǎn)物，主要成分是鐵橄欖石和磁鐵礦，出爐溫度可 達1300°C。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，每年僅我國產(chǎn)生的銅渣就高達1500萬噸。銅渣中鐵含量可達 30%~45%，具有較高的余熱回收價值和金屬回收價值。而目前對于銅渣的處理方式是水淬 法快速冷卻，冷卻后的銅渣作為廢渣堆存。該處理方法不僅沒有回收銅渣的高溫余熱，浪費 了水資源，而且銅渣中的鐵未能有效回收，此外銅渣的大量堆存污染了環(huán)境。
[0003] 隨著人們對能源和環(huán)境的重視，回收銅渣中鐵的研究也逐步深入。對銅渣中鐵組 分回收方法的研究主要包括氧化法，濕法，選礦法及還原法。
[0004] 氧化法，是指對熔融態(tài)銅渣進行氧化處理，實現(xiàn)銅渣中鐵組分向磁鐵礦相選擇性 富集，經(jīng)過冷卻破碎后在低溫下通過磁選方式回收鐵。在氧化反應(yīng)后期，由于銅渣中FeO組 分不斷減少，Si-O絡(luò)合離子團不斷聚合，以及Fe 3O4不斷聚集長大，導(dǎo)致熔渣粘度及熔點逐漸 升高，阻礙了反應(yīng)的繼續(xù)進行和磁鐵礦相的長大，導(dǎo)致鐵回收率低。
[0005] 濕法，是采用硫酸或氯酸等化學(xué)藥劑綜合回收有價金屬，該法具有良好的選擇性， 且可回收鋅、鉛、鎳、鈷等有價金屬。但濕法技術(shù)需要使用大量的化學(xué)藥劑，不僅會腐蝕生產(chǎn) 設(shè)備，也會造成環(huán)境污染。
[0006]磁選法，主要針對冷態(tài)銅渣中鐵的回收。鐵主要分布在銅渣中橄欖石相和磁性氧 化鐵礦物中，采用磁選的方法可以得到鐵精礦。但銅渣物相復(fù)雜，結(jié)晶度不好的銅渣各物相 之間存在連生與包裹現(xiàn)象，導(dǎo)致有價金屬與脈石成分分離困難，因而磁選效果不佳。
[0007] 還原法主要是將銅渣中含鐵組分在外加還原劑的作用下而還原析出的方法。還原 法具有鐵回收率高，易于分離渣中鐵的優(yōu)點，因此成為學(xué)者的研究重點。還原法按照溫度不 同可分為高溫熔融還原和直接還原。高溫熔融還原所需溫度高，需要滿足在銅渣熔點以上， 熔煉過程產(chǎn)生大量的廢氣和污染物。直接還原法是鋼鐵冶煉過程中非高爐煉鐵主要方法之 一，是指在低于礦石熔化溫度以下發(fā)生還原反應(yīng)生產(chǎn)海綿鐵的過程。通過直接還原所得的 鐵含碳量低，金屬化率高，鐵含量高，生產(chǎn)過程污染少。
[0008] 目前，已有學(xué)者提出在轉(zhuǎn)底爐或豎爐中通過直接還原的方式處理不同類型的鐵礦 石，如褐鐵礦，赤鐵礦，尼爾森精礦，釩鈦磁鐵礦，硼鐵礦等。直接還原后的礦石需要通過磨 礦磁選或者熔融分離的方式進行進一步分離，以期得到海綿鐵或其他有價組分。在直接還 原過程中，造球是其中必不可少的重要環(huán)節(jié)。含碳球團自身帶有還原劑，且鐵礦粉，粘結(jié)劑 及還原劑彼此緊密結(jié)觸。在加熱過程中，含碳球團不僅能夠快速還原，而且球團內(nèi)的碳及礦 粉粒度極細，碳與鐵氧化物密切接觸，使還原速度的限制環(huán)節(jié)由傳統(tǒng)的傳質(zhì)過程轉(zhuǎn)變?yōu)榻?面化學(xué)反應(yīng)。溫度愈高，球團直徑愈小，原料愈細，配碳量愈高，則還原速度愈快。
[0009] 銅渣因為含鐵量高，實際可以算是一種"人造礦石"，經(jīng)過直接還原后，銅渣中的鐵 橄欖石、磁鐵礦等均被還原成了金屬鐵。金屬鐵與還原后的爐渣再進行進一步分離回收。CN 101591718A利用直接還原法對制備的銅渣含碳球團中的鐵組分進行回收，提出一種直接還 原-磁選的回收方法。該方法通過磨礦、造球、干燥后在還原爐(轉(zhuǎn)底爐或豎爐）中對銅渣進 行直接還原，最后經(jīng)過磨礦磁選的方式分離金屬鐵。這在一定程度上能夠有效回收銅渣中 鐵組分，但該過程銅渣余熱未能有效回收利用，而且磨礦后造球過程能耗高。
[0010] 在現(xiàn)存的回收處理方式中主要有以下不足：（1)無論是氧化法、濕法、選礦法還是 還原法，銅渣現(xiàn)存回收處理方法中，銅渣余熱均未能有效回收利用；（2)直接還原工藝所需 含碳球團在造球前需要進行磨礦處理，造球工藝復(fù)雜，能耗高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對現(xiàn)存技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系 統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)銅渣余熱回收及銅渣中鐵的有效回收利用，解決目前銅渣余熱回收及 資源化利用難且能耗高的技術(shù)難題。
[0012] 本發(fā)明的回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)由熔渣?；坝酂峄厥昭b置、銅渣 含碳球團制備裝置和直接還原裝置組成； 其中所述的熔渣粒化及余熱回收裝置包括熔渣粒化組件和余熱回收組件，熔渣粒化組 件由熔渣渣槽、離心粒化裝置、鼓風(fēng)機和渣粒收集裝置組成，所述的渣粒收集裝置是上寬下 窄的漏斗型容器，能夠高速旋轉(zhuǎn)的離心粒化裝置設(shè)置在渣粒收集裝置內(nèi)部，所述的熔渣渣 槽從上方伸入到渣粒收集裝置內(nèi)部，且熔渣渣槽的出料口與離心?；b置的進料口相對 應(yīng)，所述的鼓風(fēng)機外設(shè)在渣粒收集裝置兩側(cè);所述的余熱回收組件由布料板、渣粒換熱器和 運輸裝置組成，布料板設(shè)置在離心粒化裝置下方，渣粒換熱器上方，渣粒換熱器設(shè)置在渣粒 收集裝置下部，其出口連接運輸裝置； 所述的含碳球團制備裝置由儲料罐、混料裝置、對輥壓球機和烘干爐組成;其中所述的 儲料罐為并列的四組儲料罐，儲料罐出口連接混料裝置，混料裝置出口連接對輥壓球機，對 輥壓球機出口對應(yīng)烘干爐入口，所述的烘干爐是鏈條爐，其底部的鏈條爐排與直接還原裝 置中的還原爐相連； 所述的直接還原裝置包括還原爐、煙氣換熱器、引風(fēng)機、除塵器和煙囪；其中所述的還 原爐選用轉(zhuǎn)底爐或豎爐，當(dāng)選用豎爐時豎爐內(nèi)部設(shè)有布流板，所述的還原爐內(nèi)部分為預(yù)熱 區(qū)、還原區(qū)和冷卻區(qū)，預(yù)熱區(qū)上方設(shè)有煙氣出口，冷卻區(qū)底部是金屬化球團出料口，預(yù)熱區(qū) 和還原區(qū)側(cè)部設(shè)有煤氣燒嘴，所述的煙氣出口與煙氣換熱器相連，煙氣換熱器的干燥空氣 出口與烘干爐相連，助燃空氣出口與煤氣燒嘴相連，排煙口與引風(fēng)機相連，引風(fēng)機連接除塵 器，除塵器連接煙囪。
[0013] 采用上述回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)回收銅渣余熱并直接還原提鐵的 方法，按照以下步驟進行： (1)銅渣粒化及回收余熱:從煉銅爐中排出的熔融態(tài)銅渣經(jīng)熔渣渣槽導(dǎo)入離心?；b 置，離心?；b置高速旋轉(zhuǎn)使熔渣破碎?；?，同時利用鼓風(fēng)機通入空氣，得到直徑為1~3mm、 溫度降為l〇〇〇°C的銅渣顆粒； 銅渣顆粒經(jīng)布料板滾動進入渣粒換熱器，在自身重力作用下緩慢移動，在移動過程中 與換熱器充分換熱，溫度降為l〇〇°C，然后經(jīng)運輸裝置運送至銅渣顆粒儲料罐中； (2) 四組儲料罐中分別裝有銅渣顆粒、還原劑、熔劑和粘結(jié)劑，將四種原料按照設(shè)定好 的配比分別進入混料裝置，在混料裝置中攪拌混勻，混勻后的物料進入對輥壓球機進行造 球，對輥壓球機將物料壓制成為IO~20mm的銅渣含碳球團； 將銅渣含碳球團送入烘干爐中干燥，銅渣含碳球團均勻分布在烘干爐中鏈條爐排上緩 慢向前運動，銅渣含碳球團內(nèi)部的水分蒸發(fā)并隨煙氣排出，最終被鏈條爐排送入還原爐中； (3) 含碳球團在還原爐中依次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、高溫還原區(qū)和冷卻區(qū)，通過調(diào)節(jié)還原爐上的 煤氣燒嘴的燃燒控制還原爐內(nèi)不同區(qū)間的溫度，其中預(yù)熱區(qū)溫度控制為800~1000 tC，還原 區(qū)溫度控制為1000~1150°C，冷卻區(qū)溫度為500~800°C，最終得到煙氣和金屬化球團。
[0014] 其中，所述的離心粒化裝置的旋轉(zhuǎn)速度為800~1200r/min。
[0015] 所述的還原劑為煤粉、煤焦、生物質(zhì)粉、生物質(zhì)碳或塑料裂解碳；所述的熔劑是 Ca0、Ca(0H)2或CaC〇3;所述的粘結(jié)劑為膨潤土、阜土或瀝青;每Ikg銅渣顆粒，恪劑配比為0.1 ~0.4kg，粘結(jié)劑配比為0.01~0.03kg，按照銅渣中鐵橄欖石及磁鐵礦的含氧量計算，還原劑 中固定碳與銅渣顆粒內(nèi)含鐵物相中氧的質(zhì)量配比C/0=1~1.4:1。
[0016] 所述的混料裝置中攪拌混勻過程中添加占原料總質(zhì)量12~16%的水。
[0017] 所述的對輥壓球機的壓球壓力為10~30MPa。
[0018]所述的烘干爐爐內(nèi)溫度保持120~150 °C。
[0019] 所述的還原爐為轉(zhuǎn)底爐或豎爐，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)底爐轉(zhuǎn)速或豎爐布流板傾斜角度控制 銅渣含碳球團在爐內(nèi)的停留時間為30~60min。
[0020] 所述的煙氣溫度為800°C，由預(yù)熱區(qū)上部煙氣出口進入煙氣換熱器;所述的煙氣換 熱器引入的空氣分為助燃空氣和干燥空氣，煙氣與空氣進行充分換熱，其中助燃空氣充分 吸收煙氣余熱后溫度升高至500°C，500°C助燃空氣送入煤氣燒嘴中，所述的干燥空氣換熱 后溫度升高至，200°C干燥空氣通入烘干爐，在烘干爐內(nèi)完成銅渣含碳球團的干燥。
[0021] 所述的金屬化球團經(jīng)過后續(xù)分離即可得到單質(zhì)鐵，所述的后續(xù)分離方式為熔融分 離或者破碎磁選分離。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點和有益效果是： 本發(fā)明提供了一種銅渣余熱回收及直接還原制備金屬化球團的方法，解決了目前銅渣 余熱回收及鐵的回收難的問題;該工藝中，粒化后的銅渣顆粒直接制備銅渣含碳顆粒，省去 了磨礦工序，降低了現(xiàn)有技術(shù)中球團造球過程的能耗;在烘干爐內(nèi)干燥后的銅渣含碳球團 抗壓強度增加，為直接還原的進行提供了保障;通過對還原爐溫度的控制，該方法提高了銅 渣中鐵的還原率;通過對爐內(nèi)煙氣余熱的回收，提高了余熱回收率，降低了生產(chǎn)成本，達到 了節(jié)能減排的目的。
[0023] 本發(fā)明通過在還原爐設(shè)置煤氣燒嘴依次對爐內(nèi)不同區(qū)間持續(xù)供熱，在還原區(qū)銅渣 含碳球團發(fā)生還原反應(yīng)，球團中的鐵橄欖石(2Fe0 · Si〇2)和磁鐵礦(Fe3〇4)被球團中的固定 碳還原為鐵單質(zhì)。銅渣含碳球團自此還原為金屬化球團，還原后的金屬化球團進入冷卻區(qū) 進行冷卻降溫，金屬化球團經(jīng)過后續(xù)分離即可得到單質(zhì)鐵。
[0024] 在還原區(qū)，發(fā)生的主要反應(yīng)如下： CT2PeQ'S?i=2Fe-SiQ2+2CO|g;}： CO .C:〇i:g)^2f^OSi〇2.，F(xiàn);e+Si〇2 十 2€〇2(g) (2) 滿=_δ·Θ(§> 0) 4C0ti；)^F；es〇4=3Ee^4C〇2ii) (4)： C補.2_G 輸 '(65),
【附圖說明】
[0025] 圖I為本發(fā)明實施例1中的回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例1中的回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 其中：1:熔渣渣槽;2:離心?；b置;3:銅渣顆粒;4:渣粒收集裝置;5:鼓風(fēng)機;6:布料 板;7 :渣粒換熱器;8:運輸裝置;9:儲料罐；10 :混料裝置；11:對輥壓球機；12:銅渣含碳球 團；13:烘干爐；14:轉(zhuǎn)底爐；15:煤氣燒嘴；16:煙氣出口； 17:金屬化球團出料口； 18:金屬化 球團；19:煙氣換熱器;20:引風(fēng)機;21:除塵器;22:煙囪；23:豎爐;24:布流板。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】，進一步說明本發(fā)明的實施步驟及效果。
[0027] 本發(fā)明實施采用的銅渣來源于閃速熔煉爐的排渣，主要成分如表1所示。
[0028]注:表中所給銅渣中鐵元素含量為36.6%，其他物質(zhì)主要是長石及鈣鎂硅酸鹽等物 質(zhì)。
[0029] 實施例1 本實施例的回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由熔渣粒化及余熱 回收裝置、銅渣含碳球團制備裝置和直接還原裝置組成； 其中所述的熔渣?；坝酂峄厥昭b置包括熔渣粒化組件和余熱回收組件，熔渣?；M 件由熔渣渣槽1、離心?；b置2、鼓風(fēng)機5和渣粒收集裝置4組成，所述的渣粒收集裝置4是 上寬下窄的漏斗型容器，能夠高速旋轉(zhuǎn)的離心?；b置2設(shè)置在渣粒收集裝置4內(nèi)部，所述 的熔渣渣槽1從上方伸入到渣粒收集裝置4內(nèi)部，且熔渣渣槽1的出料口與離心粒化裝置2的 進料口相對應(yīng)，所述的鼓風(fēng)機5外設(shè)在渣粒收集裝置兩側(cè);所述的余熱回收組件由布料板6、 渣粒換熱器7和運輸裝置8組成，布料板6設(shè)置在離心粒化裝置2下方，渣粒換熱器7上方，渣 粒換熱器7設(shè)置在渣粒收集裝置4下部，其出口連接運輸裝置8; 所述的含碳球團制備裝置由儲料罐9、混料裝置10、對輥壓球機11和烘干爐13組成;其 中所述的儲料罐9為并列的四組儲料罐，儲料罐9出口連接混料裝置10,混料裝置10出口連 接對輥壓球機11，對輥壓球機11出口對應(yīng)烘干爐13入口，所述的烘干爐13是鏈條爐，其底部 的鏈條爐排與直接還原裝置中的還原爐相連； 所述的直接還原裝置包括還原爐、煙氣換熱器、引風(fēng)機、除塵器和煙囪；本實施例中還 原爐選用轉(zhuǎn)底爐14,轉(zhuǎn)底爐14內(nèi)部分為預(yù)熱區(qū)、還原區(qū)和冷卻區(qū)，預(yù)熱區(qū)上方設(shè)有煙氣出口 16，冷卻區(qū)底部是金屬化球團出料口 17，預(yù)熱區(qū)和還原區(qū)側(cè)部設(shè)有煤氣燒嘴15，所述的煙氣 出口 16與煙氣換熱器19相連，煙氣換熱器19的干燥空氣出口與烘干爐13相連，助燃空氣出 口與煤氣燒嘴15相連，排煙口與引風(fēng)機20相連，引風(fēng)機20連接除塵器21，除塵器21連接煙囪 22〇
[0030] 采用上述回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)回收銅渣余熱并直接還原提鐵的 方法按照以下步驟進行： (1) 銅渣粒化及回收余熱:從煉銅爐中排出的熔融態(tài)銅渣經(jīng)熔渣渣槽1導(dǎo)入離心?；b 置2，離心粒化裝置1200r/min高速旋轉(zhuǎn)使熔渣破碎?；瑫r利用鼓風(fēng)機5通入空氣，得到 直徑為1~3mm、溫度降為1000°C的銅渣顆粒3; 銅渣顆粒3經(jīng)布料板6滾動進入渣粒換熱器7，在自身重力作用下緩慢移動，在移動過程 中與渣粒換熱器7充分換熱，溫度降為HKTC，然后經(jīng)運輸裝置8運送至銅渣顆粒儲料罐9中； (2) 四組儲料罐9中分別裝有銅渣顆粒、還原劑生物質(zhì)碳、熔劑CaCO3和粘結(jié)劑瀝青，每 Ikg銅渣顆粒，熔劑配比為0.4kg，粘結(jié)劑配比為0.01kg，按照銅渣中鐵橄欖石及磁鐵礦的含 氧量計算，還原劑中固定碳與銅渣顆粒內(nèi)含鐵物相中氧的質(zhì)量配比C/0=1.4:1，將四種原料 按照設(shè)定好的配比分別進入混料裝置10,在混料裝置10中攪拌混勻，混勻過程中添加占原 料總質(zhì)量12%的水，混勻后的物料進入對輥壓球機11進行造球，對輥壓球機11在IOMPa壓力 下將物料壓制成為10~20mm的銅渣含碳球團12; 將銅渣含碳球團12送入烘干爐13中干燥，烘干爐爐內(nèi)溫度保持120°C，銅渣含碳球團12 均勻分布在烘干爐13中鏈條爐排上緩慢向前運動，銅渣含碳球團內(nèi)部的水分蒸發(fā)并隨煙氣 排出，最終被鏈條爐排送入轉(zhuǎn)底爐14中； (3) 含碳球團在轉(zhuǎn)底爐14中依次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、高溫還原區(qū)和冷卻區(qū)，通過調(diào)節(jié)還原爐上 的煤氣燒嘴15的燃燒控制還原爐內(nèi)不同區(qū)間的溫度，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)底爐轉(zhuǎn)速30min/r控制銅 渣含碳球團在爐內(nèi)的停留時間為30min;其中預(yù)熱區(qū)溫度控制為800~1000 °C，在預(yù)熱區(qū)，銅 渣含碳球團溫度由120°C快速升溫至800~1000°C，銅渣含碳球團內(nèi)的熔劑發(fā)生分解反應(yīng)， CaCO3分解為CaO，分解過程中有CO2氣體從銅渣含碳球團中釋出，銅渣含碳球團表面出現(xiàn)多 孔，表面積增加，有利于高溫還原區(qū)還原反應(yīng)速度加快，由于預(yù)熱區(qū)銅渣含碳球團溫度低， 還原反應(yīng)較弱;還原區(qū)溫度控制為1000~1150°C，在還原區(qū)，在熔劑(CaO)的促進作用下，銅 渣含碳球團發(fā)生還原反應(yīng)，球團中的鐵橄欖石(2Fe0 · SiO2)和磁鐵礦(Fe3O4)被銅渣含碳球 團中的固定碳還原為鐵單質(zhì)，含碳球團中的碳扮演者還原劑和燃料的雙重角色，在轉(zhuǎn)底爐 爐排上部存在著還原劑熱解揮發(fā)分的二次燃燒，銅渣含碳球團在還原區(qū)自此還原為金屬化 球團；冷卻區(qū)溫度為500~800°C，在冷卻區(qū)，還原后的金屬化球團逐漸冷卻降溫，冷卻區(qū)內(nèi)部 不設(shè)置燒嘴。為避免金屬化球團在此區(qū)間被氧化，冷卻區(qū)設(shè)置有還原氣氛調(diào)節(jié)噴嘴，以調(diào)整 爐內(nèi)⑶/CO 2配比，最終得到煙氣和金屬化球團18,金屬化球團18經(jīng)過破碎磁選分離即可得 到單質(zhì)鐵。
[0031] 在轉(zhuǎn)底爐14內(nèi)，煙氣流動方向與轉(zhuǎn)底爐轉(zhuǎn)動方向相反，煙氣中多余的CO在預(yù)熱區(qū) 通過二次補燃燃盡，煙氣溫度為800°C由預(yù)熱區(qū)上部煙氣出口進入煙氣換熱器;所述的煙氣 換熱器引入的空氣分為助燃空氣和干燥空氣，煙氣與空氣進行充分換熱，其中助燃空氣充 分吸收煙氣余熱后溫度升高至500°C，500°C助燃空氣送入煤氣燒嘴中，所述的干燥空氣換 熱后溫度升高至，200°C干燥空氣通入烘干爐，在烘干爐內(nèi)完成銅渣含碳球團的干燥。
[0032] 本實施例中回收熔融銅渣中的鐵及余熱，鐵還原率可達95%以上，鐵回收率可達 90%以上;?；坝酂峄厥针A段余熱回收效率可達65%，每千克銅渣可回收491kJ熱量。
[0033] 實施例2 本實施例的回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，由熔渣粒化及余熱 回收裝置、銅渣含碳球團制備裝置和直接還原裝置組成； 其中所述的熔渣?；坝酂峄厥昭b置包括熔渣?；M件和余熱回收組件，熔渣?；M 件由熔渣渣槽1、離心?；b置2、鼓風(fēng)機5和渣粒收集裝置4組成，所述的渣粒收集裝置4是 上寬下窄的漏斗型容器，能夠高速旋轉(zhuǎn)的離心?；b置2設(shè)置在渣粒收集裝置4內(nèi)部，所述 的熔渣渣槽1從上方伸入到渣粒收集裝置4內(nèi)部，且熔渣渣槽1的出料口與離心?；b置2的 進料口相對應(yīng)，所述的鼓風(fēng)機5外設(shè)在渣粒收集裝置兩側(cè);所述的余熱回收組件由布料板6、 渣粒換熱器7和運輸裝置8組成，布料板6設(shè)置在離心粒化裝置2下方，渣粒換熱器7上方，渣 粒換熱器7設(shè)置在渣粒收集裝置4下部，其出口連接運輸裝置8; 所述的含碳球團制備裝置由儲料罐9、混料裝置10、對輥壓球機11和烘干爐13組成;其 中所述的儲料罐9為并列的四組儲料罐，儲料罐9出口連接混料裝置10,混料裝置10出口連 接對輥壓球機11，對輥壓球機11出口對應(yīng)烘干爐13入口，所述的烘干爐13是鏈條爐，其底部 的鏈條爐排與直接還原裝置中的還原爐相連； 所述的直接還原裝置包括還原爐、煙氣換熱器、引風(fēng)機、除塵器和煙囪；本實施例中還 原爐選用豎爐23,豎爐23內(nèi)設(shè)有布流板24,豎爐23內(nèi)部分為預(yù)熱區(qū)、還原區(qū)和冷卻區(qū)，預(yù)熱 區(qū)上方設(shè)有煙氣出口 16,冷卻區(qū)底部是金屬化球團出料口 17,預(yù)熱區(qū)和還原區(qū)側(cè)部設(shè)有煤 氣燒嘴15,所述的煙氣出口 16與煙氣換熱器19相連，煙氣換熱器19的干燥空氣出口與烘干 爐13相連，助燃空氣出口與煤氣燒嘴15相連，排煙口與引風(fēng)機20相連，引風(fēng)機20連接除塵器 21，除塵器21連接煙囪22。
[0034] 采用上述回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)回收銅渣余熱并直接還原提鐵的 方法按照以下步驟進行： (1) 銅渣?；盎厥沼酂?從煉銅爐中排出的熔融態(tài)銅渣經(jīng)熔渣渣槽1導(dǎo)入離心?；b 置2，離心?；b置800r/min高速旋轉(zhuǎn)使熔渣破碎?；?，同時利用鼓風(fēng)機5通入空氣，得到直 徑為1~3mm、溫度降為1000°C的銅渣顆粒3; 銅渣顆粒3經(jīng)布料板6滾動進入渣粒換熱器7，在自身重力作用下緩慢移動，在移動過程 中與渣粒換熱器7充分換熱，溫度降為HKTC，然后經(jīng)運輸裝置8運送至銅渣顆粒儲料罐9中； (2) 四組儲料罐9中分別裝有銅渣顆粒、還原劑煤粉、熔劑CaO和粘結(jié)劑皂土，每Ikg銅渣 顆粒，熔劑配比為0.2kg，粘結(jié)劑配比為0.03kg，按照銅渣中鐵橄欖石及磁鐵礦的含氧量計 算，還原劑中固定碳與銅渣顆粒內(nèi)含鐵物相中氧的質(zhì)量配比C/0=1:1，將四種原料按照設(shè)定 好的配比分別進入混料裝置10,在混料裝置10中攪拌混勻，混勻過程中添加占原料總質(zhì)量 16%的水，混勻后的物料進入對輥壓球機11進行造球，對輥壓球機11在30MPa壓力下將物料 壓制成為10~20mm的銅渣含碳球團12; 將銅渣含碳球團12送入烘干爐13中干燥，烘干爐爐內(nèi)溫度保持150°C，銅渣含碳球團12 均勻分布在烘干爐13中鏈條爐排上緩慢向前運動，銅渣含碳球團內(nèi)部的水分蒸發(fā)并隨煙氣 排出，最終被鏈條爐排送入豎爐23中； (3) 含碳球團在豎爐23中依次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、高溫還原區(qū)和冷卻區(qū)，通過調(diào)節(jié)豎爐23上的 煤氣燒嘴15的燃燒控制還原爐內(nèi)不同區(qū)間的溫度，通過調(diào)節(jié)豎爐布流板角度控制銅渣含碳 球團在爐內(nèi)的停留時間為60min;其中預(yù)熱區(qū)溫度控制為800~1000°C，在預(yù)熱區(qū)，銅渣含碳 球團溫度由120°C快速升溫至800~1000°C，銅渣含碳球團內(nèi)的熔劑發(fā)生分解反應(yīng)，CaCO 3分 解為CaO,分解過程中有CO2氣體從銅渣含碳球團中釋出，銅渣含碳球團表面出現(xiàn)多孔，表面 積增加，有利于高溫還原區(qū)還原反應(yīng)速度加快，由于預(yù)熱區(qū)銅渣含碳球團溫度低，還原反應(yīng) 較弱;還原區(qū)溫度控制為1000~1150°C，在還原區(qū)，在熔劑(CaO)的促進作用下，銅渣含碳球 團發(fā)生還原反應(yīng)，球團中的鐵橄欖石(2Fe0 · SiO2)和磁鐵礦(Fe3O4)被銅渣含碳球團中的固 定碳還原為鐵單質(zhì)，含碳球團中的碳扮演者還原劑和燃料的雙重角色，在轉(zhuǎn)底爐爐排上部 存在著還原劑熱解揮發(fā)分的二次燃燒，銅渣含碳球團在還原區(qū)自此還原為金屬化球團；冷 卻區(qū)溫度為500~800°C，在冷卻區(qū)，還原后的金屬化球團逐漸冷卻降溫，冷卻區(qū)內(nèi)部不設(shè)置 燒嘴。為避免金屬化球團在此區(qū)間被氧化，冷卻區(qū)設(shè)置有還原氣氛調(diào)節(jié)噴嘴，以調(diào)整爐內(nèi) ⑶/CO 2配比，最終得到煙氣和金屬化球團18,金屬化球團18經(jīng)過破碎磁選分離即可得到單 質(zhì)鐵。
[0035] 在豎爐內(nèi)，煙氣流動方向與轉(zhuǎn)底爐轉(zhuǎn)動方向相反，煙氣中多余的CO在預(yù)熱區(qū)通過 二次補燃燃盡，煙氣溫度為800°C由預(yù)熱區(qū)上部煙氣出口進入煙氣換熱器;所述的煙氣換熱 器引入的空氣分為助燃空氣和干燥空氣，煙氣與空氣進行充分換熱，其中助燃空氣充分吸 收煙氣余熱后溫度升高至500°C，500°C助燃空氣送入煤氣燒嘴中，所述的干燥空氣換熱后 溫度升高至，200°C干燥空氣通入烘干爐，在烘干爐內(nèi)完成銅渣含碳球團的干燥。
[0036] 本實施例中回收熔融銅渣中的鐵及余熱，鐵還原率可達90%以上，鐵回收率可達 90%以上;?；坝酂峄厥针A段余熱回收效率可達65%，每千克銅渣可回收491kJ熱量。
【主權(quán)項】
1. 一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)，其特征在于由熔渣粒化及余熱回收裝 置、銅渣含碳球團制備裝置和直接還原裝置組成； 其中所述的熔渣?；坝酂峄厥昭b置包括熔渣?；M件和余熱回收組件，熔渣粒化組 件由熔渣渣槽、離心粒化裝置、鼓風(fēng)機和渣粒收集裝置組成，所述的渣粒收集裝置是上寬下 窄的漏斗型容器，能夠高速旋轉(zhuǎn)的離心?；b置設(shè)置在渣粒收集裝置內(nèi)部，所述的熔渣渣 槽從上方伸入到渣粒收集裝置內(nèi)部，且熔渣渣槽的出料口與離心粒化裝置的進料口相對 應(yīng)，所述的鼓風(fēng)機外設(shè)在渣粒收集裝置兩側(cè);所述的余熱回收組件由布料板、渣粒換熱器和 運輸裝置組成，布料板設(shè)置在離心?；b置下方，渣粒換熱器上方，渣粒換熱器設(shè)置在渣粒 收集裝置下部，其出口連接運輸裝置； 所述的含碳球團制備裝置由儲料罐、混料裝置、對輥壓球機和烘干爐組成;其中所述的 儲料罐為并列的四組儲料罐，儲料罐出口連接混料裝置，混料裝置出口連接對輥壓球機，對 輥壓球機出口對應(yīng)烘干爐入口，所述的烘干爐是鏈條爐，其底部的鏈條爐排與直接還原裝 置中的還原爐相連； 所述的直接還原裝置包括還原爐、煙氣換熱器、引風(fēng)機、除塵器和煙囪；其中所述的還 原爐選用轉(zhuǎn)底爐或豎爐，當(dāng)選用豎爐時豎爐內(nèi)部設(shè)有布流板，所述的還原爐內(nèi)部分為預(yù)熱 區(qū)、還原區(qū)和冷卻區(qū)，預(yù)熱區(qū)上方設(shè)有煙氣出口，冷卻區(qū)底部是金屬化球團出料口，預(yù)熱區(qū) 和還原區(qū)側(cè)部設(shè)有煤氣燒嘴，所述的煙氣出口與煙氣換熱器相連，煙氣換熱器的干燥空氣 出口與烘干爐相連，助燃空氣出口與煤氣燒嘴相連，排煙口與引風(fēng)機相連，引風(fēng)機連接除塵 器，除塵器連接煙囪。2. -種采用如權(quán)利要求1所述的回收銅渣余熱并直接還原提鐵的系統(tǒng)回收銅渣余熱并 直接還原提鐵的方法，其特征在于按照以下步驟進行： (1) 銅渣?；盎厥沼酂幔簭臒掋~爐中排出的熔融態(tài)銅渣經(jīng)熔渣渣槽導(dǎo)入離心?；b 置，離心粒化裝置高速旋轉(zhuǎn)使熔渣破碎?；?，同時利用鼓風(fēng)機通入空氣，得到直徑為1~3mm、 溫度降為l〇〇〇°C的銅渣顆粒； 銅渣顆粒經(jīng)布料板滾動進入渣粒換熱器，在自身重力作用下緩慢移動，在移動過程中 與換熱器充分換熱，溫度降為l〇〇°C，然后經(jīng)運輸裝置運送至銅渣顆粒儲料罐中； (2) 四組儲料罐中分別裝有銅渣顆粒、還原劑、熔劑和粘結(jié)劑，將四種原料按照設(shè)定好 的配比分別進入混料裝置，在混料裝置中攪拌混勻，混勻后的物料進入對輥壓球機進行造 球，對輥壓球機將物料壓制成為10~20mm的銅渣含碳球團； 將銅渣含碳球團送入烘干爐中干燥，銅渣含碳球團均勻分布在烘干爐中鏈條爐排上緩 慢向前運動，銅渣含碳球團內(nèi)部的水分蒸發(fā)并隨煙氣排出，最終被鏈條爐排送入還原爐中； (3) 含碳球團在還原爐中依次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)、高溫還原區(qū)和冷卻區(qū)，通過調(diào)節(jié)還原爐上的 煤氣燒嘴的燃燒控制還原爐內(nèi)不同區(qū)間的溫度，其中預(yù)熱區(qū)溫度控制為800~1000°C，還原 區(qū)溫度控制為1000~1150°C，冷卻區(qū)溫度為500~800°C，最終得到煙氣和金屬化球團。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的方法，其特征在于所述 的離心?；b置的旋轉(zhuǎn)速度為800~1200r/min。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的方法，其特征在于所述 的還原劑為煤粉、煤焦、生物質(zhì)粉、生物質(zhì)碳或塑料裂解碳;所述的熔劑是CaO、Ca(OH) 2或 CaC〇3;所述的粘結(jié)劑為膨潤土、阜土或瀝青;每lkg銅渣顆粒，恪劑配比為0.1~0.4kg，粘結(jié) 劑配比為0.01~0.03kg，按照銅渣中鐵橄欖石及磁鐵礦的含氧量計算，還原劑中固定碳與銅 渣顆粒內(nèi)含鐵物相中氧的質(zhì)量配比C/0=1~1.4:1。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的方法，其特征在于所述 的混料裝置中攪拌混勻過程中添加占原料總質(zhì)量12~16%的水。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的方法，其特征在于所述 的對輥壓球機的壓球壓力為10~30MPa。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的方法，其特征在于所述 的烘干爐爐內(nèi)溫度保持120~150°C。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的方法，其特征在于所述 的還原爐為轉(zhuǎn)底爐或豎爐，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)底爐轉(zhuǎn)速或豎爐布流板傾斜角度控制銅渣含碳球團 在爐內(nèi)的停留時間為30~60min。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的方法，其特征在于所述 的煙氣溫度為800°C，由預(yù)熱區(qū)上部煙氣出口進入煙氣換熱器;所述的煙氣換熱器引入的空 氣分為助燃空氣和干燥空氣，煙氣與空氣進行充分換熱，其中助燃空氣充分吸收煙氣余熱 后溫度升高至500°C，500°C助燃空氣送入煤氣燒嘴中，所述的干燥空氣換熱后溫度升高至， 200 °C干燥空氣通入烘干爐，在烘干爐內(nèi)完成銅渣含碳球團的干燥。10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回收銅渣余熱并直接還原提鐵的方法，其特征在于所述 的金屬化球團經(jīng)過后續(xù)分離即可得到單質(zhì)鐵，所述的后續(xù)分離方式為熔融分離或者破碎磁 選分離。
【文檔編號】C22B1/243GK106086276SQ201610566154
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年9月9日
【發(fā)明人】于慶波, 左宗良, 王拓, 閆子文, 秦勤
【申請人】東北大學(xué)