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一種軋鋼含油污泥和高爐瓦斯灰的自還原利用工藝
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一種軋鋼含油污泥和高爐瓦斯灰的自還原利用工藝 本發明涉及一種軋鋼含油污泥和高爐瓦斯灰的自還原利用工藝，利用軋鋼含油油泥與高爐瓦斯灰生產合成的自還原性球團，加入到盛裝轉爐液態鋼…
一種軋鋼含油污泥和高爐瓦斯灰的自還原利用工藝
本發明涉及一種軋鋼含油污泥和高爐瓦斯灰的自還原利用工藝，利用軋鋼含油油泥與高爐瓦斯灰生產合成的自還原性球團，加入到盛裝轉爐液態鋼渣的渣罐內，利用鋼渣的余熱進行改質。含油污泥是軋鋼含油廢水處理過程的必然產物，其體積約占處理污水體積的0.3％～1％，而污泥的處理費用約占整個水處理費用的8％～25％。隨著企業生產能力的提高，用水量增大，污泥的排放量也相應增加。含油污泥的特點是含水率較高、體積大、易產生惡臭、因含氧化鐵粉粒而比重較大，且呈顆粒狀，硬度高、磨損大、含油量高達10％～20％、粘度高、易形成“油泥團”，是一種鋼鐵企業難以有效處理的含鐵固廢。
高爐瓦斯泥是高爐冶煉過程中隨著高爐煤氣攜帶出的原料粉塵及高溫區激烈反應而產生的微粒經濕式除塵而得到的產物。高爐瓦斯泥作為鋼鐵工業的副產品，其主要成分是鐵的氧化物和碳，即從爐頂吹出的鐵礦粉和焦粉，全鐵鐵含量大概在30％左右，碳含量在20％左右。同時由于部分高爐使用的鐵礦石中含有一定量的有色金屬，一些低沸點的有色金屬在高爐內揮發后進入高爐煤氣，最終以氧化物的形式在瓦斯泥中富集。目前還沒有一種有效的低成本工藝方法能夠有效處理高爐瓦斯灰。
查閱文獻：（1）姬振興在2005年“第二屆全國冶金節水、污水處理技術研討會”上公布的題為“軋鋼含油濁循環水綜合處理技術的研究”的論文中間有“某軋鋼廠的泥漿濃度40％，含油量高達11～13，由泵送入三相臥螺機脫水，連續進料，固、油、水三相連續分離，經脫水后水相中僅含有0.05%～0.1%的油及0.3%～0.4%的固體物質，可送入沉淀池返回濁循環水系統。油相中油含量達97％，回收利用。泥餅的含水率僅為14％～16％及很少量的油(～3.0％)主要是氧化鐵粉，作為高品位的鐵精粉回收利用。”的內容表述；（2）廖洪強，錢凱，趙民革等人在2006年“第二屆全國寶鋼學術年會”上公布的題為“首鋼發展循環經濟技術實踐與戰略思考”一文中有“首鋼自主開發的軋鋼油泥處理技術，將軋鋼油泥固體廢棄物加工分離為水分、油分和氧化鐵粉三種產物，并實現其無害化處理和資源化利用。”的內容表述。（3）王衛平、張海濱在“第十三屆全國大高爐煉鐵學術年會論文集”中間公布的題為“首鋼遷鋼高爐燒結配加固廢實踐總結”的論文中間有“（高爐瓦斯灰等）固廢使用量增加后，燒結礦冶金性能惡化嚴重，進而影響到高爐，高爐表現為整體料柱透氣性變差，全風水平降低”的內容表述。（4）許海川，周和敏等人在2012年第三期的《鋼鐵》雜志上發表的題為“轉底爐處理鋼廠固廢工藝的工程化及其生產實踐”的論文中間有“鋼廠含鋅粉塵由于在高爐煉鐵工藝中無法有效回收，造成了巨大的資源浪費和環境污染。美國和日本等國家采用轉底爐工藝處理鋼廠固體廢棄物尤其是含鋅鉛的含鐵粉塵，目前已經證明是成功的工藝。”的內容表述。
根據以上的內容表述可知：（1）目前處理軋鋼油泥的主要工藝是采用機械設備進行脫水脫油處理。但是沒有表述后續油泥的利用方式。（2）高爐瓦斯灰目前最有效的工藝是采用轉底爐工藝處理，但是轉底爐的工藝裝備投資較高，處理高爐瓦斯灰此類含鋅粉塵成本較高。
本發明的目的在于提供一種軋鋼含油污泥和高爐瓦斯灰的自還原利用工藝，能夠將瓦斯灰和軋鋼油泥內的油價值最大化的利用，回收有害元素，不再對環境造成危害。
本發明的目的是這樣實現的：一種軋鋼含油污泥和高爐瓦斯灰的自還原利用工藝，采購粒度小于2mm的石灰石粉末拉運到造球生產線待用，造球生產線采用對輥冷壓球機生產線；同時將軋鋼油泥和高爐瓦斯灰拉運到造球生產線待用；石灰石粉末，高爐瓦斯灰與軋鋼油泥，按照三者的質量百分比為10:75:15的比例加入普通的立式攪拌機進行攪拌混勻；攪拌均勻后，將其在對輥冷壓球機上壓制成直徑為30～50mm的球團，拉運到轉爐生產線待用；轉爐出渣過程中，將所述的球團隨著鋼渣一起加入渣罐，或者向裝有液態鋼渣的渣罐內從上部加入所述的球團，加入的球團與鋼渣的質量比例為1:10；球團加入后，渣罐靜置60±20min，然后鋼渣按照正常的熱悶渣工藝進行處理即可；熱悶渣處理后，鋼渣進行選鐵后的含鐵原料可以直接供球團廠、燒結廠使用，尾渣推薦給路橋建設領域或者水泥行業使用。
本發明工藝是利用軋鋼含油污泥和高爐瓦斯灰這兩種固廢，添加部分功能材料，合成生產自還原性球團，加入到裝有液態轉爐氧化性鋼渣的渣罐內，利用鋼渣的高溫和含有的氧化物較多的特點，使二者發生反應，然后鋼渣采用熱悶渣工藝進行處理，處理后的鋼渣經過磁選，回收其中的含鐵原料，應用于煉鐵或者煉鋼，尾渣應用于修路或者水泥生產，實現瓦斯灰與油泥內的有價值元素的合理回收，尾渣能夠無害化而加以利用。其中某廠液態轉爐氧化渣的成分見下表：
| 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） 高爐瓦斯灰為粉末狀廢物，粉末狀的瓦斯灰很難加入到盛裝轉爐液態鋼渣的渣罐中間的，將其造球或者造塊，加入到轉爐渣罐內，瓦斯灰中間的C是熱的不良導體，影響瓦斯灰與鋼渣的反應，以及鋼渣的后續處理。
（2） 軋鋼油泥內的油也是一種熱的不良導體，將油泥加入到轉爐液態鋼渣內，或者造球后加入到轉爐液態鋼渣內，軋鋼的油泥均不能夠在短時間內參與反應，這同樣影響軋鋼油泥的利用和鋼渣的后續處理。
（3） 轉爐液態氧化鋼渣的溫度在1400～1750℃，轉爐氧化渣的熱，在熱傳遞給高爐瓦斯灰中間含有的碳和軋鋼油泥內的油，它們均能夠與瓦斯灰和油泥中間的氧化鐵反應，也能夠與轉爐氧化渣中間的氧化鐵、氧化錳反應，生成物理鐵，沉積在罐底而被回收利用。其中碳與氧化鐵的反應條件見下表：
| 反應 | 標準自由能ΔG/J | 開始反應溫度/℃ |
| 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 |
| 序號 | 反應 | 標準自由能ΔG0/J | 開始反應溫度/℃ |
| 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 |
發明人依據以上的工藝特點，使用軋鋼油泥作為粘結劑，粘結石灰石粉末和高爐瓦斯灰，在壓球機上壓制成為30～50mm的球團，在轉爐倒出液態鋼渣的同時，加入到渣罐內，也可以向裝有液態鋼渣的渣罐內，從渣罐頂部加入球團，加入球團以后，球團內的石灰石首先受熱分解，促使球團碎裂成為一個個小顆粒，直接與液態鋼渣反應，也可以與小顆粒內的氧化鐵反應，避免了球團因為含碳，造成熱無法快速傳遞，促進球團參與反應的短板。本發明的反應方程式和原理如下：
CaCO3+Q熱→CaO+CO2↑（1）
2Fe2O3（s）+3C(s)+Q熱=4Fe（s）+3CO2(g)（2）
FeO+Fe2O3+CnHmOr+Q熱→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）
反應（1）受熱分解后分解產生的氣體CO2逸出，起到①：促使球團碎裂成為小顆粒，快速的參與還原反應；②:CO2在逸出的過程中，攪動液態鋼渣，增加了球團小顆粒與液態鋼渣的接觸面積，提高了反應速度；③：由于此項反應為吸熱反應，能夠有效的降低轉爐液態鋼渣的溫度，有利于鋼渣的熱悶渣處理工藝。2Fe2O3（s）+3C(s)+Q熱=4Fe（s）+3CO2(g)（2）
FeO+Fe2O3+CnHmOr+Q熱→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）
反應（2）為瓦斯灰中間的碳與瓦斯灰中間的氧化鐵產生自還原反應，同樣產生的氣體有助于擴大反應界面。
反應（3）為油泥中間的油裂解以后與油泥內的氧化鐵發生的自還原反應。
反應（4）（5）為瓦斯灰和油泥分解出的碳與鋼渣中間的氧化鐵、氧化錳反應，有利的利用了碳的潛在價值，有助于回收鋼渣中間的鐵元素。
反應（6）為瓦斯灰中間的ZnO發生的自還原反應，但是采用本工藝，球團碎裂后，含碳物質與鋼渣組分中間含量最多的氧化鐵和氧化錳反應，降低了ZnO發生的自還原反應的幾率，多數的氧化鋅留在了鋼渣內部，少量被還原的Zn氣化后再次被空氣氧化，進入熱悶渣的除塵灰里面，被作為水泥的原料加以利用，或者富集以后提鋅處理。
在球團加入液態鋼渣后60±20min，鋼渣按照正常的熱悶渣工藝進行處理，處理后磁選其中的鐵元素用于煉鋼或者煉鐵，尾渣應用于水泥行業或者公路行業，加以利用。
本發明的有益效果：經過本發明的工藝處理，軋鋼油泥內大部分的油和瓦斯灰中間的碳被作為還原劑使用，成為金屬鐵，沉降在渣罐底部，實現了這兩種固廢內有價值元素的價值最大化，并且不影響鋼渣的后續正常處理和利用。本發明利用鋼鐵企業的鋼渣處理設備，不增加任何的投資均可實現，成本低，沒有污染環境的風險。
具體實施方式
一種軋鋼含油污泥和高爐瓦斯灰的自還原利用工藝，以某廠熱悶渣工藝為例，步驟如下：
1. 造球生產線采用對輥冷壓球機生產線。
2. 采購粒度小于2mm的石灰石粉末拉運到造球生產線待用；同時將軋鋼油泥和高爐瓦斯灰拉運到造球生產線待用。
3. 石灰石粉末，高爐瓦斯灰與油泥，按照三者的質量百分比為10:75:15的比例加入普通的立式攪拌機進行攪拌混勻。
4. 攪拌均勻后， 將其在對輥壓球機上壓制成為30～50mm的球團，拉運到轉爐生產線待用。
5. 轉爐出渣過程中，隨著鋼渣一起加入渣罐，或者向裝有液態鋼渣的渣罐內從上部加入球團，球團加入比例與鋼渣的比例為1:10。
6. 球團加入后，渣罐靜置60±20 min，然后鋼渣按照正常的熱悶渣工藝進行處理即可。
7. 熱悶渣處理后，鋼渣進行選鐵后的含鐵原料可以直接供球團廠、燒結廠使用，尾渣推薦給路橋建設領域或者水泥行業使用。
發明人：俞海明
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