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一种轧钢含油污泥和高炉瓦斯灰的自还原利用工艺
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一种轧钢含油污泥和高炉瓦斯灰的自还原利用工艺 本发明涉及一种轧钢含油污泥和高炉瓦斯灰的自还原利用工艺，利用轧钢含油油泥与高炉瓦斯灰生产合成的自还原性球团，加入到盛装转炉液态钢…
一种轧钢含油污泥和高炉瓦斯灰的自还原利用工艺
本发明涉及一种轧钢含油污泥和高炉瓦斯灰的自还原利用工艺，利用轧钢含油油泥与高炉瓦斯灰生产合成的自还原性球团，加入到盛装转炉液态钢渣的渣罐内，利用钢渣的余热进行改质。含油污泥是轧钢含油废水处理过程的必然产物，其体积约占处理污水体积的0.3％～1％，而污泥的处理费用约占整个水处理费用的8％～25％。随着企业生产能力的提高，用水量增大，污泥的排放量也相应增加。含油污泥的特点是含水率较高、体积大、易产生恶臭、因含氧化铁粉粒而比重较大，且呈颗粒状，硬度高、磨损大、含油量高达10％～20％、粘度高、易形成“油泥团”，是一种钢铁企业难以有效处理的含铁固废。
高炉瓦斯泥是高炉冶炼过程中随着高炉煤气携带出的原料粉尘及高温区激烈反应而产生的微粒经湿式除尘而得到的产物。高炉瓦斯泥作为钢铁工业的副产品，其主要成分是铁的氧化物和碳，即从炉顶吹出的铁矿粉和焦粉，全铁铁含量大概在30％左右，碳含量在20％左右。同时由于部分高炉使用的铁矿石中含有一定量的有色金属，一些低沸点的有色金属在高炉内挥发后进入高炉煤气，最终以氧化物的形式在瓦斯泥中富集。目前还没有一种有效的低成本工艺方法能够有效处理高炉瓦斯灰。
查阅文献：（1）姬振兴在2005年“第二届全国冶金节水、污水处理技术研讨会”上公布的题为“轧钢含油浊循环水综合处理技术的研究”的论文中间有“某轧钢厂的泥浆浓度40％，含油量高达11～13，由泵送入三相卧螺机脱水，连续进料，固、油、水三相连续分离，经脱水后水相中仅含有0.05%～0.1%的油及0.3%～0.4%的固体物质，可送入沉淀池返回浊循环水系统。油相中油含量达97％，回收利用。泥饼的含水率仅为14％～16％及很少量的油(～3.0％)主要是氧化铁粉，作为高品位的铁精粉回收利用。”的内容表述；（2）廖洪强，钱凯，赵民革等人在2006年“第二届全国宝钢学术年会”上公布的题为“首钢发展循环经济技术实践与战略思考”一文中有“首钢自主开发的轧钢油泥处理技术，将轧钢油泥固体废弃物加工分离为水分、油分和氧化铁粉三种产物，并实现其无害化处理和资源化利用。”的内容表述。（3）王卫平、张海滨在“第十三届全国大高炉炼铁学术年会论文集”中间公布的题为“首钢迁钢高炉烧结配加固废实践总结”的论文中间有“（高炉瓦斯灰等）固废使用量增加后，烧结矿冶金性能恶化严重，进而影响到高炉，高炉表现为整体料柱透气性变差，全风水平降低”的内容表述。（4）许海川，周和敏等人在2012年第三期的《钢铁》杂志上发表的题为“转底炉处理钢厂固废工艺的工程化及其生产实践”的论文中间有“钢厂含锌粉尘由于在高炉炼铁工艺中无法有效回收，造成了巨大的资源浪费和环境污染。美国和日本等国家采用转底炉工艺处理钢厂固体废弃物尤其是含锌铅的含铁粉尘，目前已经证明是成功的工艺。”的内容表述。
根据以上的内容表述可知：（1）目前处理轧钢油泥的主要工艺是采用机械设备进行脱水脱油处理。但是没有表述后续油泥的利用方式。（2）高炉瓦斯灰目前最有效的工艺是采用转底炉工艺处理，但是转底炉的工艺装备投资较高，处理高炉瓦斯灰此类含锌粉尘成本较高。
本发明的目的在于提供一种轧钢含油污泥和高炉瓦斯灰的自还原利用工艺，能够将瓦斯灰和轧钢油泥内的油价值最大化的利用，回收有害元素，不再对环境造成危害。
本发明的目的是这样实现的：一种轧钢含油污泥和高炉瓦斯灰的自还原利用工艺，采购粒度小于2mm的石灰石粉末拉运到造球生产线待用，造球生产线采用对辊冷压球机生产线；同时将轧钢油泥和高炉瓦斯灰拉运到造球生产线待用；石灰石粉末，高炉瓦斯灰与轧钢油泥，按照三者的质量百分比为10:75:15的比例加入普通的立式搅拌机进行搅拌混匀；搅拌均匀后，将其在对辊冷压球机上压制成直径为30～50mm的球团，拉运到转炉生产线待用；转炉出渣过程中，将所述的球团随着钢渣一起加入渣罐，或者向装有液态钢渣的渣罐内从上部加入所述的球团，加入的球团与钢渣的质量比例为1:10；球团加入后，渣罐静置60±20min，然后钢渣按照正常的热闷渣工艺进行处理即可；热闷渣处理后，钢渣进行选铁后的含铁原料可以直接供球团厂、烧结厂使用，尾渣推荐给路桥建设领域或者水泥行业使用。
本发明工艺是利用轧钢含油污泥和高炉瓦斯灰这两种固废，添加部分功能材料，合成生产自还原性球团，加入到装有液态转炉氧化性钢渣的渣罐内，利用钢渣的高温和含有的氧化物较多的特点，使二者发生反应，然后钢渣采用热闷渣工艺进行处理，处理后的钢渣经过磁选，回收其中的含铁原料，应用于炼铁或者炼钢，尾渣应用于修路或者水泥生产，实现瓦斯灰与油泥内的有价值元素的合理回收，尾渣能够无害化而加以利用。其中某厂液态转炉氧化渣的成分见下表：
| CaO | SiO2 | P2O5 | FeO | S | Al2O3 | MgO | MnO |
| 47.0 | 13.1 | 2.4 | 22.0 | 0.0 | 0.2 | 12.8 | 2.4 |
（1） 高炉瓦斯灰为粉末状废物，粉末状的瓦斯灰很难加入到盛装转炉液态钢渣的渣罐中间的，将其造球或者造块，加入到转炉渣罐内，瓦斯灰中间的C是热的不良导体，影响瓦斯灰与钢渣的反应，以及钢渣的后续处理。
（2） 轧钢油泥内的油也是一种热的不良导体，将油泥加入到转炉液态钢渣内，或者造球后加入到转炉液态钢渣内，轧钢的油泥均不能够在短时间内参与反应，这同样影响轧钢油泥的利用和钢渣的后续处理。
（3） 转炉液态氧化钢渣的温度在1400～1750℃，转炉氧化渣的热，在热传递给高炉瓦斯灰中间含有的碳和轧钢油泥内的油，它们均能够与瓦斯灰和油泥中间的氧化铁反应，也能够与转炉氧化渣中间的氧化铁、氧化锰反应，生成物理铁，沉积在罐底而被回收利用。其中碳与氧化铁的反应条件见下表：
| 反应 | 标准自由能ΔG/J | 开始反应温度/℃ |
| 2Fe2O3（s）+3C(s)=4Fe（s）+3CO2(g) | 435668-512.48T | 577 |
| Fe2O3（s）+3C(s)=2Fe（s）+3CO(g) | 467659-512.74T | 639 |
| 2FeO（s）+C(s)=2Fe（s）+CO2(g) | 123880-125.64T | 713 |
| FeO（s）+C(s)=Fe（s）+CO(g) | 145215-148.32T | 706 |
| FeO（s）+C0(g)=Fe（s）+CO2(g) | -21335+22.68T | <668 |
| 序号 | 反应 | 标准自由能ΔG0/J | 开始反应温度/℃ |
| 1 | 2K2O(s)+C(s)=4K(g)+CO2(g) | 668930-609.24T | 825 |
| 2 | K2O(s) + C(s)=2K(g)+CO(g) | 417740-390.12T | 798 |
| 3 | K2O(s)+CO(g)=2K(g)+CO2(g) | 251190-219.12T | 873 |
| 4 | 2Na2O(s)+C(s)=4Na(g)+CO2(g) | 642250-469.94T | 1094 |
| 5 | Na2O(s)+C(s)=2Na(g)+CO(g) | 404400-320.47T | 989 |
| 6 | Na2O(s)+CO(g)=2Na(g)+CO2(g) | 237850-149.47T | 1318 |
| 7 | 2ZnO(s)+C(S)=2Zn(g)+CO2(g) | 337370-407.6T | 555 |
| 8 | ZnO(s)+C(S)=Zn(g)+CO(g) | 352060-289.3T | 944 |
| 9 | ZnO(s)+CO(g)=Zn(g)+CO2(g) | 185510-118.3T | 1295 |
发明人依据以上的工艺特点，使用轧钢油泥作为粘结剂，粘结石灰石粉末和高炉瓦斯灰，在压球机上压制成为30～50mm的球团，在转炉倒出液态钢渣的同时，加入到渣罐内，也可以向装有液态钢渣的渣罐内，从渣罐顶部加入球团，加入球团以后，球团内的石灰石首先受热分解，促使球团碎裂成为一个个小颗粒，直接与液态钢渣反应，也可以与小颗粒内的氧化铁反应，避免了球团因为含碳，造成热无法快速传递，促进球团参与反应的短板。本发明的反应方程式和原理如下：
CaCO3+Q热→CaO+CO2↑（1）
2Fe2O3（s）+3C(s)+Q热=4Fe（s）+3CO2(g)（2）
FeO+Fe2O3+CnHmOr+Q热→Fe(s)+CO2(g)↑+H2O(g)↑(3)
FeO+C→Fe+CO2(g)↑（4）
MnO+C→Mn+CO2(g)↑（5）
2ZnO(s)+C(S)=2Zn(g)+CO2(g)↑（6）
反应（1）受热分解后分解产生的气体CO2逸出，起到①：促使球团碎裂成为小颗粒，快速的参与还原反应；②:CO2在逸出的过程中，搅动液态钢渣，增加了球团小颗粒与液态钢渣的接触面积，提高了反应速度；③：由于此项反应为吸热反应，能够有效的降低转炉液态钢渣的温度，有利于钢渣的热闷渣处理工艺。2Fe2O3（s）+3C(s)+Q热=4Fe（s）+3CO2(g)（2）
FeO+Fe2O3+CnHmOr+Q热→Fe(s)+CO2(g)↑+H2O(g)↑(3)
FeO+C→Fe+CO2(g)↑（4）
MnO+C→Mn+CO2(g)↑（5）
2ZnO(s)+C(S)=2Zn(g)+CO2(g)↑（6）
反应（2）为瓦斯灰中间的碳与瓦斯灰中间的氧化铁产生自还原反应，同样产生的气体有助于扩大反应界面。
反应（3）为油泥中间的油裂解以后与油泥内的氧化铁发生的自还原反应。
反应（4）（5）为瓦斯灰和油泥分解出的碳与钢渣中间的氧化铁、氧化锰反应，有利的利用了碳的潜在价值，有助于回收钢渣中间的铁元素。
反应（6）为瓦斯灰中间的ZnO发生的自还原反应，但是采用本工艺，球团碎裂后，含碳物质与钢渣组分中间含量最多的氧化铁和氧化锰反应，降低了ZnO发生的自还原反应的几率，多数的氧化锌留在了钢渣内部，少量被还原的Zn气化后再次被空气氧化，进入热闷渣的除尘灰里面，被作为水泥的原料加以利用，或者富集以后提锌处理。
在球团加入液态钢渣后60±20min，钢渣按照正常的热闷渣工艺进行处理，处理后磁选其中的铁元素用于炼钢或者炼铁，尾渣应用于水泥行业或者公路行业，加以利用。
本发明的有益效果：经过本发明的工艺处理，轧钢油泥内大部分的油和瓦斯灰中间的碳被作为还原剂使用，成为金属铁，沉降在渣罐底部，实现了这两种固废内有价值元素的价值最大化，并且不影响钢渣的后续正常处理和利用。本发明利用钢铁企业的钢渣处理设备，不增加任何的投资均可实现，成本低，没有污染环境的风险。
具体实施方式
一种轧钢含油污泥和高炉瓦斯灰的自还原利用工艺，以某厂热闷渣工艺为例，步骤如下：
1. 造球生产线采用对辊冷压球机生产线。
2. 采购粒度小于2mm的石灰石粉末拉运到造球生产线待用；同时将轧钢油泥和高炉瓦斯灰拉运到造球生产线待用。
3. 石灰石粉末，高炉瓦斯灰与油泥，按照三者的质量百分比为10:75:15的比例加入普通的立式搅拌机进行搅拌混匀。
4. 搅拌均匀后， 将其在对辊压球机上压制成为30～50mm的球团，拉运到转炉生产线待用。
5. 转炉出渣过程中，随着钢渣一起加入渣罐，或者向装有液态钢渣的渣罐内从上部加入球团，球团加入比例与钢渣的比例为1:10。
6. 球团加入后，渣罐静置60±20 min，然后钢渣按照正常的热闷渣工艺进行处理即可。
7. 热闷渣处理后，钢渣进行选铁后的含铁原料可以直接供球团厂、烧结厂使用，尾渣推荐给路桥建设领域或者水泥行业使用。
发明人：俞海明
手机：13565418976
