一种烧结过程强化有害元素脱除及高效回收的方法技术

本发明专利技术公开了一种烧结过程强化有害元素脱除及高效回收的方法。该方法将含铁原料按K、Na、Zn、Sn、Pb、As以及固定碳含量分为高K(Na或Zn或Sn)物料、高Pb(As)物料、高碳物料及洁净物料；将高K(Na或Zn或Sn)物料、高碳物料、高反应性燃料与熔剂制成高碱度球粒，而将高Pb(As)物料、低反应性燃料与熔剂制成低碱度球粒，并将两者混合布料在底层，再将洁净物料制成球粒布在上层，点火烧结，并对不同烧结阶段烟气中的粉尘颗粒分别捕集回收。该方法为含铁原料中不同有害元素的高效脱除分别提供有利化学组分、气氛、温度等条件，大幅提升了有害元素脱除率，并通过不同阶段烟气的分流治理将含有价有害元素的粉尘颗粒回收率提高至99％以上。

A Method of Enhancing Removal of Harmful Elements and High Efficiency Recovery in Sintering Process

【技术实现步骤摘要】
一种烧结过程强化有害元素脱除及高效回收的方法
本专利技术涉及一种烧结烟气中有害元素脱除及回收的方法，特别涉及一种依据不同类别有害元素高效脱除所需的化学成分、温度、气氛差异，对含铁原料进行分类造球，并创造与之相匹配的条件，实现多类有害元素同步高效脱除的方法，属于钢铁冶金领域。
技术介绍
我国粗钢年产量超过8亿吨，巨大的钢铁产能和铁矿石消耗量致使优质铁矿资源日益匮乏。我国钢铁生产越来越多地使用非主流进口矿石、自产矿和含铁尘泥等铁矿资源，其大规模应用使钢铁生产原料中有害元素K、Na、Pb、Zn、Sn、As含量升高，进一步加大了高炉冶炼和高品质钢生产的难度，同时也加剧了钢铁生产过程的环境污染及其治理难度。在目前烧结技术条件下，K、Na、Pb、Zn、Sn、As等在烧结过程脱除比例较低，使得进入高炉的有害元素负荷高，特别是K、Na、Zn、Sn在高炉内循环富集，对高炉透气性和高炉顺行产生不利影响；而Pb沉于炉底影响炉缸的寿命；近年来不少钢铁企业因有害元素的问题导致高炉事故频发，甚至严重影响到炼铁生产。有害元素进入到铁水中，在后续炼钢过程大多存在难以脱除或处理工艺复杂、成本高等问题，其残留在钢液中最终会导致钢铁产品性能下降。烧结不仅承担着粉料成块的功能，还担负着脱除有害元素的任务。在烧结过程尽量脱除有害元素，有助于降低高炉冶炼的难度、减少炼钢过程除杂的任务，从而提高钢水的纯净度和钢铁产品的性能。因此，在烧结过程创造有利于不同类别有害元素脱除的气氛、温度环境，强化其脱除，并对进入烟气的有价组分进行高效回收对钢铁工业绿色制造具有重要的现实意义。
技术实现思路
针对现有技术中烧结规模化使用高有害元素含量含铁原料带来的产品质量下降、环境污染问题，本专利技术的目的是在于提供一种依据不同类别有害元素高效脱除所需的化学成分、温度、气氛差异，对有害成分及碳含量不同的含铁原料进行分类造球，并创造与之相匹配的条件，强化有害元素脱除及高效回收的方法，该方法不但实现多类有害元素同步高效脱除，而且对随粉尘颗粒集中排放的有害元素进行捕集，实现有价组分的高效回收。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种烧结过程强化有害元素脱除及高效回收的方法，该方法包括以下步骤：1)原料分类：依据含铁原料中K、Na、Pb、Zn、Sn、As及固定碳含量对含铁原料进行分类，分为含铁原料I～IV；所述含铁原料I中K、Na、Zn及Sn中任意一种的质量百分比含量高于0.05％，或两种以上总质量百分比含量高于0.10％；所述含铁原料II中Pb和As中任意一种的质量百分比含量高于0.04％，或两种总质量百分比含量高于0.06％；所述含铁原料III中固定碳质量百分比含量高于5％；所述含铁原料IV为除含铁原料I～III以外的含铁原料；若含铁原料中K、Na、Pb、Zn、Sn、As及固定碳含量同时满足含铁原料I、含铁原料II、含铁原料III中的两种或三种，分类优先顺序依次为含铁原料II、含铁原料I及含铁原料III；2)制粒：将含铁原料I和III、熔剂及高反应性燃料混合制粒，得到高碱度球粒①；将含铁原料II、熔剂及低反应性燃料混合制粒，得到低碱度球粒②；将含铁原料IV与熔剂、化石燃料及返矿混合制粒，得到球粒③；3)布料：将球粒①和②混合后，先布料在烧结机台机上，再将球粒③布料在球粒①和②混合球粒的上层；4)烧结：点火，烧结，并对烧结过程不同烧结阶段烟气中的粉尘颗粒分别捕集回收。优选的方案，所述熔剂为本领域常见的熔剂，如生石灰、白云石、石灰石等。优选的方案，所述高反应性燃料的孔隙率为50～80％，比表面积为40～70m2/g，平均粒度为1～2mm，且小于0.5mm粒级的质量百分比含量不低于20％。优选的方案，所述高反应性燃料的质量占球粒①总质量的3.5～6.5％。较优选的方案，所述高反应性燃料包括生物质半焦、兰炭、活性炭中至少一种。本专利技术的含铁原料I是K、Na、Zn、Sn等易挥发金属含量较高，通过配加高化学反应活性的燃料，为这些有害元素的高效还原挥发提供所需的还原性气氛。优选的方案，所述低反应性燃料的孔隙率为20～40％，小于1μm孔洞所占数量总孔洞比例的40％以下，比表面积为5～20m2/g，平均粒度为1～3mm，且小于0.5mm粒级的质量百分比含量不超过15％。优选的方案，所述低反应性燃料的质量占球粒②总质量的1.5～3％。较优选的方案，所述低反应性燃料包括焦粉、无烟煤、型煤、型焦中至少一种。本专利技术的含铁原料II为Pb和As含量较高，而采用的低反应活性燃料形成的还原性气氛相对较弱，为As、Pb的高效脱除提供了有利的气氛条件，从而强化其高效脱除。本专利技术的含铁原料III中包含了细粒级碳燃料，用其与含铁原料I混合造粒，充分利用了含铁原料III中的细粒级碳，有助于形成有利于K、Na、Zn及Sn脱除所需的还原气氛。优选的方案，所述高碱度球粒①的二元碱度为2.0～2.4。本专利技术将球粒①的内部二元碱度调节至处于较高水平，使得含铁物料周围丰富的CaO可以加速K、Na、Zn、Sn还原挥发反应的进行，实现其高效脱除。优选的方案，所述低碱度球粒②二元碱度为1.2～1.6。本专利技术将球粒②的内部二元碱度控制在较低水平，减弱了过高的CaO含量对Pb、As脱除的阻碍作用。优选的方案，烧结过程中升温前阶段的烟气采用静电除尘器净化除尘，烧结升温阶段的烟气采用布袋除尘器捕集粉尘颗粒。本专利技术提供的烧结过程强化有害元素脱除及高效回收的方法，包括以下具体步骤：(1)依据烧结含铁原料中有害元素(K、Na、Pb、Zn、Sn、As)含量、固定碳含量，将其分为高K(Na或Zn或Sn)含量含铁原料(记为物料Ⅰ)，高Pb(As)含量含铁原料(记为物料Ⅱ)，高碳含量含铁原料(记为物料Ⅲ)和洁净含铁原料(记为物料Ⅳ)；(2)将物料Ⅰ、物料Ⅲ与熔剂、高反应性燃料进行混合制粒，得到高碱度球粒①；(3)将物料Ⅱ与熔剂、低反应性燃料进行混合制粒，得到低碱度球粒②；(4)将物料Ⅳ与剩余熔剂、常规化石燃料、返矿进行混合制粒，得到球粒③(5)将球粒①、②混合先布在烧结机台车上，然后布球粒③，实现不同类别球料分层分布，然后进行点火、烧结，并对烧结过程不同阶段烟气中的粉尘颗粒分别进行捕集。本专利技术的含铁原料烧结过程为本领域的常规技术。具体烧结条件如：先在点火温度为1050℃、点火时间为1.5min、点火负压5kPa的条件下将表层混合料中的燃料点燃，然后将烧结负压调至10kPa进行抽风烧结；料层中的燃料燃烧前沿在抽风负压作用下逐层向下迁移，当迁移至球粒①、②所在料层时发生K、Na、Pb、Zn、Sn、As的高效脱除；烧结过程采用热电偶检测烟气温度的变化，采用静电除尘器捕集升温前的烟气中的粉尘颗粒，而采用布袋除尘器捕集经过余热回收后的升温段烟气中的粉尘颗粒。相对现有技术，本专利技术的技术方案带来的有益效果：(1)本专利技术将高碳含量物料与高K、Na、Zn、Sn含量物料同步制粒，通过配加高化学反应活性的燃料，为有害元素的高效还原挥发提供所需的还原性气氛，同步调控制粒小球内部二元碱度处于较高水平，物料周围丰富的CaO可以加速K、Na、Zn、Sn还原挥发反应的进行，实现其高效脱除。(2)本专利技术将高Pb、As含量物料单独制粒，并将球粒碱度控制在较低水平，减弱了非单独制粒时过高的Ca本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烧结过程强化有害元素脱除及高效回收的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)原料分类：依据含铁原料中K、Na、Pb、Zn、Sn、As及固定碳含量对含铁原料进行分类，分为含铁原料I～IV；所述含铁原料I中K、Na、Zn及Sn中任意一种的质量百分比含量高于0.05％，或两种以上总质量百分比含量高于0.10％；所述含铁原料II中Pb和As中任意一种的质量百分比含量高于0.04％，或两种总质量百分比含量高于0.06％；所述含铁原料III中固定碳质量百分比含量高于5％；所述含铁原料IV为除含铁原料I～III以外的含铁原料；若含铁原料中K、Na、Pb、Zn、Sn、As及固定碳含量同时满足含铁原料I、含铁原料II、含铁原料III中的两种或三种时，分类优先顺序依次为含铁原料II、含铁原料I及含铁原料III；2)制粒：将含铁原料I和III、熔剂及高反应性燃料混合制粒，得到高碱度球粒①；将含铁原料II、熔剂及低反应性燃料混合制粒，得到低碱度球粒②；将含铁原料IV与熔剂、化石燃料及返矿混合制粒，得到球粒③；3)布料：将球粒①和②混合后，先布料在烧结机台机上，再将球粒③布料在球粒①和②混合球粒的上层；4)烧结：点火，烧结，并对烧结过程不同烧结阶段烟气中的粉尘颗粒分别捕集回收。...

【技术特征摘要】
1.一种烧结过程强化有害元素脱除及高效回收的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)原料分类：依据含铁原料中K、Na、Pb、Zn、Sn、As及固定碳含量对含铁原料进行分类，分为含铁原料I～IV；所述含铁原料I中K、Na、Zn及Sn中任意一种的质量百分比含量高于0.05％，或两种以上总质量百分比含量高于0.10％；所述含铁原料II中Pb和As中任意一种的质量百分比含量高于0.04％，或两种总质量百分比含量高于0.06％；所述含铁原料III中固定碳质量百分比含量高于5％；所述含铁原料IV为除含铁原料I～III以外的含铁原料；若含铁原料中K、Na、Pb、Zn、Sn、As及固定碳含量同时满足含铁原料I、含铁原料II、含铁原料III中的两种或三种时，分类优先顺序依次为含铁原料II、含铁原料I及含铁原料III；2)制粒：将含铁原料I和III、熔剂及高反应性燃料混合制粒，得到高碱度球粒①；将含铁原料II、熔剂及低反应性燃料混合制粒，得到低碱度球粒②；将含铁原料IV与熔剂、化石燃料及返矿混合制粒，得到球粒③；3)布料：将球粒①和②混合后，先布料在烧结机台机上，再将球粒③布料在球粒①和②混合球粒的上层；4)烧结：点火，烧结，并对烧结过程不同烧结阶段烟气中的粉尘颗粒分别捕集回收。2.根据权利要求1所述的一种烧结过程强化有害元素脱除及高效回收的方法，其特征在于：所述高反应性燃料的孔隙率为50～80％，比表面积为40～70m2/g，平均粒度为1～2mm，且小于0.5mm粒级的质量百分比含...

【专利技术属性】
技术研发人员：季志云，范晓慧，甘敏，陈许玲，赵元杰，张一雄，姜涛，李光辉，黄晓贤，袁礼顺，汪国靖，吕薇，唐庆余，肖恒，曹风，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43