一种回收含锌固废中锌元素的方法
阅读说明：本技术 一种回收含锌固废中锌元素的方法 (Method for recovering zinc element in zinc-containing solid waste ) 是由 于要伟 熊远东 李映 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种回收冶金粉尘中锌元素的方法,如下主要步骤：对原料进行预处理,得到湿压块或混合料,预热干燥后,得到干压块或预热料、尾气；尾气经布袋除尘处理获得成分为CO、CO-(2)的还原性气体；干压块或预热料加入竖炉,通过竖炉加装的微波装置加热至900-1000℃,进行锌氧化物还原,获得脱锌料渣或脱锌粗钢、包含锌蒸汽的烟气；还原性气体通入竖炉辅助锌氧化物还原；包含锌蒸汽的烟气通入冷凝器,冷凝富集,得到液态粗锌与具有余热的烟气；具有余热的烟气通入预热炉,辅助干燥和预热。该方法采用微波加热,降低能耗及成本,循环利用预热炉中产生的尾气以及微波竖炉还原过程产生的烟气,减少气体排放,是一种低碳、高效的从冶金固废中回收锌元素的方法。(The invention discloses a method for recovering zinc element in metallurgical dust, which mainly comprises the following steps: pretreating the raw materials to obtain wet briquettes or mixturesPreheating and drying the materials to obtain dry briquettes or preheated materials and tail gas; the tail gas is subjected to bag-type dust removal treatment to obtain CO and CO as components 2 A reducing gas of (a); adding the dry pressed block or the preheated material into a shaft furnace, heating to 900-; introducing reducing gas into the shaft furnace to assist the reduction of the zinc oxide; introducing the flue gas containing zinc steam into a condenser, condensing and enriching to obtain liquid crude zinc and flue gas with waste heat; and (4) introducing the flue gas with the waste heat into a preheating furnace to assist in drying and preheating. The method adopts microwave heating, reduces energy consumption and cost, recycles tail gas generated in a preheating furnace and flue gas generated in the reduction process of a microwave shaft furnace, reduces gas emission, and is a low-carbon and high-efficiency method for recovering zinc element from metallurgical solid waste.)
技术领域
本发明涉及竖炉还原脱锌
技术领域
和固废综合利用领域，特别是涉及一种回收冶金固废中锌元素的方法。背景技术
Zn是一种被广泛应用于合金制造、电池、船舶防锈、汽车和建筑等行业的重要金属元素。钢铁生产、有色金属冶炼以及汽车、建筑等行业材料的更替均会产生大量的含锌固废(如冶金粉尘、镀锌废钢等)。采用露天堆放或直接填埋的方法处理金属冶炼过程中产生的冶金粉尘会对环境和生态造成巨大的影响。同时汽车、建筑等行业材料更替产生的镀锌废钢若不经脱锌处理直接加入电炉，也会对冶炼设备造成严重的侵蚀损坏。由于技术限制和经济效益的原因，目前大量的含锌固废仍未得到有效回收和利用。
针对含锌固废中锌元素的回收，国内外学者提出了诸多方法，如物理法、湿法、等离子法和火法等。物理法主要分为磁性分离法和水力旋流器分离法，方法简便，成本较低，但锌回收率低。湿法主要通过酸浸和碱浸工艺回收锌元素，采用酸碱溶液分离含锌固废中的锌化合物，再通过净化、电解等方式回收，其工艺过程简单，但固废中的杂质元素容易被非选择性浸出，导致工艺条件难以控制，此外，湿法处理会对设备造成严重的腐蚀，增加投资成本。等离子法回收含锌固废中锌元素时，工艺效率较高，产品质量好，但存在原料品质要求高，设备投资大，能耗高及炉衬寿命短等问题。火法回收含锌固废中锌元素的工艺主要有回转窑法、转底炉法和熔融还原法，这些工艺具有生产流程长、工艺不稳定、碳排放量高、环境污染大、效率低投资和运行成本均高的特点。
随着近年“碳中和”和“碳达峰”国家目标的提出，为响应国家策略，履行民族责任，亟待开发环境友好、能耗低和效率高的脱锌工艺，实现绿色、循环、高效利用资源同时，减小含锌固废堆积对环境造成的危害。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，在清洁、高效以及经济效益好的前提下提出一种从含锌固废(包含冶金粉尘、镀锌废钢等)中回收锌元素的方法，以减小资源浪费，解决含锌固废大量堆积的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下发明构思：
本发明为一种回收含锌固废中锌元素的方法，根据原料的物理性质采用不同的方式进行预处理：(1)对于颗粒粒度较细的含锌固废(如冶金粉尘)，将其与含碳细粉、粘接剂按一定比例混合，倒入冷压机中制备为湿压块；将所述湿压块运输至预热炉中进行干燥和预热，得到强度较高的干压块及尾气；(2)对于具有一定强度的含锌固废(如镀锌废钢)，将其直接与含碳细粉混合得到混合料，将所述混合料运输至预热炉中进行预热，得到预热料和尾气；
含锌固废预处理(1)、(2)过程中，含碳细粉在所述预热炉内受热会产生尾气；将所述预热炉排出的尾气经布袋除尘处理后获得主要成分为CO、CO2的还原性气体；将所述布袋除尘得到的除尘灰作为原料回收再利用，提高资源利用率；将所述干压块或所述预热料运输至竖炉入料口，使用螺旋给料机加入竖炉，通过竖炉加装的微波装置将所述干压块或所述预热料加热至900-1000℃，进行锌氧化物还原，获得脱锌料或脱锌粗钢，以及包含锌蒸汽的烟气；将所述预热炉排出的所述尾气经所述布袋除尘器处理得到的所述还原性气体(主要成分为CO、CO2)通入所述竖炉入气口，加入竖炉中辅助锌氧化物还原，提高锌氧化物还原率；将所述包含锌蒸汽的烟气通入冷凝器入气口，所述烟气中包含的锌蒸汽在所述冷凝器中冷凝富集，得到液态粗锌与具有余热的烟气；将所述具有余热的烟气通入所述预热炉入气口，利用其余热辅助湿压块或混合料干燥和预热；将所述具有余热的烟气作为含锌原料与所述尾气一起经所述布袋除尘器处理后通入所述竖炉，循环富集未冷凝的锌蒸汽，提高锌回收率。
该方法利用微波(清洁能源)加热竖炉，降低能耗及成本；采用含碳细粉作为主要还原剂，循环利用含碳细粉在预热炉中受热产生的尾气以及微波竖炉还原过程产生的烟气，减少气体排放，避免造成环境污染，降低整体工艺的碳排放，提高锌回收率，是一种低碳、高效的从冶金固废中回收锌元素的方法。
根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：
一种回收冶金粉尘中锌元素的方法，包括如下步骤：
a.(1)将颗粒粒度较细的含锌固废(如冶金粉尘)与含碳细粉、粘接剂按一定比例混合，倒入冷压机中制备为湿压块；将所述湿压块运输至预热炉中进行干燥和预热，得到强度较高的干压块及尾气；(2)将具有一定强度的含锌固废(如镀锌废钢)直接与含碳细粉混合得到混合料，将所述混合料运输至预热炉中进行预热，得到预热料和尾气；
b.将湿压块或混合料加入到预热炉中进行干燥和预热，获得干压块或预热料，以及尾气；
c.将在所述步骤b中预热炉排出的尾气经布袋除尘获得主要成分为CO、CO2的还原性气体；将所述布袋除尘得到的除尘灰作为原料回收再利用，提高资源利用率；
d.将在所述步骤b中得到的干压块或预热料运输到竖炉入料口，使用螺旋给料机加入竖炉，通过竖炉加装的微波装置将干压块或混合料加热至900-1000℃，进行锌氧化物还原，并获得脱锌料或脱锌粗钢，以及包含锌蒸汽的烟气；
e.将在所述步骤c中得到的除尘后的还原性气体(主要成分包含CO、CO2)通过竖炉入气口循环加入，辅助干压块或预热料中的锌氧化物还原；
f.将在所述步骤d中得到的包含锌蒸汽的烟气通入冷凝器，对锌蒸汽进行冷凝处理，得到液态粗锌和具有余热的脱锌烟气；
g.将在所述步骤f中得到的具有余热的脱锌烟气循环通入预热炉，利用其余热辅助干燥和余热湿压块或混合料，降低能源消耗。
优选地，在所述步骤a中，所述含锌固废的来源及其锌元素含量不受限制。
优选地，在所述步骤a中，颗粒粒度较细的含锌固废与含碳细粉、粘接剂按一定比例混合，经冷压得到湿压块，湿压块经干燥后获得具有一定强度和一定冶金性能的干压块。
优选地，将所述具有余热的烟气作为含锌原料与所述尾气一同经所述布袋除尘器处理后通入所述竖炉，循环富集未冷凝的锌蒸汽，提高锌回收率。
优选地，微波由安装在所述竖炉上的微波装置产生。微波是一种清洁能源，传热均匀，加热效率高，可以有效提高本方法的工业生产效率。
优选地，采用螺旋给料机，将干压块或预热料加入竖炉内。
优选地，除尘采用布袋除尘工艺。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：
1.本发明方法采用冷压固结工艺处理颗粒粒度较细的含锌固废(冶金粉尘)，使其具有一定的强度和一定的冶金性能；
2.本发明方法循环利用湿压块、混合料干燥及预热过程产生的尾气和竖炉微波还原过程产生的烟气，避免尾气排放带来的环境污染和热能损失，提高原料的利用率，降低生产成本和能耗，减少碳排放；
3.本发明方法在竖炉的基础上加装微波发生装置，利用微波作为主要热源，易于工业化，设备投资成本低，降低能源消耗，提高锌元素回收效率。
附图说明
图1为本发明优选实施例的方法流程原理图。
图2为本发明优选实施例的方法阶段流程及气体循环路径图。
图3为本发明优选实施例的设备结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
在本实施例中，如图1所示，本发明方法包括如下步骤：
a.(1)将颗粒粒度较细的含锌固废(如冶金粉尘)与含碳细粉、粘接剂按一定比例混合，倒入冷压机中制备为湿压块；将所述湿压块运输至预热炉中进行干燥和预热，得到强度较高的干压块及尾气；(2)将具有一定强度的含锌固废(如镀锌废钢)直接与含碳细粉混合得到混合料，将所述混合料运输至预热炉中进行预热，得到预热料和尾气；
b.将湿压块或混合料加入到预热炉中进行干燥和预热，获得干压块或预热料，以及尾气；
c.将在所述步骤b中预热炉排出的尾气经布袋除尘获得主要成分为CO、CO2的还原性气体；将所述布袋除尘得到的除尘灰作为原料回收再利用，提高资源利用率；
d.将在所述步骤b中得到的干压块或预热料运输到竖炉入料口，使用螺旋给料机加入竖炉，通过竖炉加装的微波装置将干压块或混合料加热至900-1000℃，进行锌氧化物还原，并获得脱锌料或脱锌粗钢，以及包含锌蒸汽的烟气；
e.将在所述步骤c中得到的除尘后的还原性气体(主要成分包含CO、CO2)通过竖炉入气口循环加入，辅助干压块或预热料中的锌氧化物还原；
f.将在所述步骤d中得到的包含锌蒸汽的烟气通入冷凝器，对锌蒸汽进行冷凝处理，得到液态粗锌和具有余热的脱锌烟气；
g.将在所述步骤f中得到的具有余热的脱锌烟气循环通入预热炉，利用其余热辅助干燥和余热湿压块或混合料，降低能源消耗。
将所述具有余热的烟气作为含锌原料与所述尾气一同经所述布袋除尘器处理后通入所述竖炉，循环富集未冷凝的锌蒸汽，提高锌回收率。
本发明方法循环利用冶金粉尘处理过程产生的气体，避免尾气排放带来的环境污染和热能损失，减小碳排放，提高原料的利用率，降低生产成本和能耗，结合微波脱锌工艺，显著提高锌元素回收率。
实施例二：
本实施例为方法阶段流程及气体循环路径图，如图2所示，特别之处在于：
根据原料的物理性质采用不同的方式进行预处理：(1)对于颗粒粒度较细的含锌固废(如冶金粉尘)，将其与含碳细粉、粘接剂按一定比例混合，倒入冷压机中制备为湿压块；将所述湿压块运输至预热炉中进行干燥和预热，得到强度较高的干压块及尾气；(2)对于具有一定强度的含锌固废(如镀锌废钢)，将其直接与含碳细粉混合得到混合料，将所述混合料运输至预热炉中进行预热，得到预热料和尾气；
含锌固废预处理(1)、(2)过程中，含碳细粉在所述预热炉内受热会产生尾气；将所述预热炉排出的尾气经布袋除尘处理后获得主要成分为CO、CO2的还原性气体；将所述布袋除尘得到的除尘灰作为原料回收再利用，提高资源利用率；将所述干压块或所述预热料运输至竖炉入料口，使用螺旋给料机加入竖炉，通过竖炉加装的微波装置将所述干压块或所述预热料加热至900-1000℃，进行锌氧化物还原，获得脱锌料或脱锌粗钢，以及包含锌蒸汽的烟气；将所述预热炉排出的所述尾气经所述布袋除尘器处理得到的所述还原性气体(主要成分为CO、CO2)通入所述竖炉入气口，加入竖炉中辅助锌氧化物还原，提高锌氧化物还原率；将所述包含锌蒸汽的烟气通入冷凝器入气口，所述烟气中包含的锌蒸汽在所述冷凝器中冷凝富集，得到液态粗锌与具有余热的烟气；将所述具有余热的烟气通入所述预热炉入气口，利用其余热辅助湿压块或混合料干燥和预热；将所述具有余热的烟气作为含锌原料与所述尾气一同经所述布袋除尘器处理后通入所述竖炉，循环富集未冷凝的锌蒸汽，提高锌回收率。
参考图2对上述回收冶金粉尘中锌元素的方法及方法流程中气体循环的具体步骤进行详细描述。
步骤S1：含锌固废预处理及干燥预热
根据原料的物理性质采用不同的方式进行预处理：(1)对于颗粒粒度较细的含锌固废(如冶金粉尘)，将其与含碳细粉、粘接剂按一定比例混合，倒入冷压机中制备为湿压块；将所述湿压块运输至预热炉中进行干燥和预热，得到强度较高的干压块及尾气；(2)对于具有一定强度的含锌固废(如镀锌废钢)，将其直接与含碳细粉混合得到混合料，将所述混合料运输至预热炉中进行预热，得到预热料和尾气；将所述预热炉排出的尾气经布袋除尘处理后获得主要成分为CO、CO2的还原性气体；将所述布袋除尘得到的除尘灰作为原料回收再利用，提高资源利用率；
本实施例中镀锌废钢直接与含碳细粉混合为混合料，或是将颗粒粒度较细的含锌固废与含碳细粉、粘接剂按一定比例混合，经冷压得到湿压块，湿压块经干燥后获得具有一定强度和一定冶金性能的干压块，可以有效增加原料入炉量，提高生产效率；含锌固废的来源和锌含量不受限制，以降低本方法对原料的要求，提高本发明方法的普适性；预热炉干燥和预热湿压块或混合料过程中产生的尾气经布袋除尘工艺处理，可以有效过滤尾气中的颗粒，相较于电除尘器、文丘里除尘器、水膜旋风除尘器以及旋风除尘器等除尘器除尘效率更高；
步骤S2：微波竖炉还原
将所述干压块或所述预热料运输至竖炉入料口，使用螺旋给料机加入竖炉，通过竖炉加装的微波装置将所述干压块或所述预热料加热至900-1000℃，进行锌氧化物还原，获得脱锌料或脱锌粗钢，以及包含锌蒸汽的烟气；将所述预热炉排出的所述尾气经所述布袋除尘器处理得到的所述还原性气体(主要成分为CO、CO2)通入所述竖炉入气口，加入竖炉中辅助锌氧化物还原，提高锌氧化物还原率；
微波是一种清洁能源，传热均匀，通过活化反应分子降低锌氧化物还原反应的活化能，提高还原反应进行的速率，从而提高竖炉还原过程锌氧化物的转变速率，提高工业生产率，本方法通过微波加热竖炉，可以在环境友好的基础上减小能源消耗；微波竖炉还原锌氧化物过程中，步骤S1中与冶金粉尘混合压块的含碳细粉作为主要还原剂，辅以经布袋除尘处理尾气后得到的主要成分为CO、CO2的还原性气体，提高锌氧化物的还原效率；本方法循环利用干燥和预热过程产生的气体，显著减小气体排放、碳排放和能源消耗；
步骤S3：冷凝回收液态粗锌
将所述包含锌蒸汽的烟气通入冷凝器入气口，所述烟气中包含的锌蒸汽在所述冷凝器中冷凝富集，得到液态粗锌与具有余热的烟气；
将所述具有余热的烟气通入所述预热炉入气口，利用其余热辅助湿压块或混合料干燥和预热；将所述具有余热的烟气作为含锌原料与所述尾气一同经所述布袋除尘器处理后通入所述竖炉，循环富集未冷凝的锌蒸汽，提高锌回收率。
实施例三：
本实施例为发明方法的设备结构示意图，如图3所示，其特别之处在于：
在本实施例中，为了实现上述回收冶金粉尘中锌元素的方法，结合图3所示的回收冶金粉尘中锌元素的设备对该方法的实现进行详细描述。下面描述的回收冶金粉尘中锌元素的设备仅仅是根据本发明上述实施例的回收冶金粉尘中锌元素的方法的一个具体示例，而不能理解为根据本发明实施例的回收冶金粉尘中锌元素的方法必须唯一地采用下面描述的设备实施。
回收冶金粉尘中锌元素的设备包括：冷压机10、预热炉20、布袋除尘器30、竖炉40、冷凝器50，螺旋给料机60。
详细地说明如下，冷压机10具有进料口11，出料口12。预热炉20具有进料口21，出料口22，预热炉进气口23，预热炉尾气出气口24。布袋除尘器30具有除尘器进气口31，除尘器出气口32。竖炉40具有加料口41，竖炉排放口42，竖炉进气口43，竖炉出气口44，微波设备45。冷凝器50具有冷凝器进气口51，冷凝器出气口52，粗锌排放口53。冶金粉尘、含碳细粉和粘接剂按一定比例混合后，从冷压机10的进料口11加入冷压机，制备成湿压块后从冷压机10的出料口12排出。湿压块经皮带运输至预热炉20的进料口21，从预热炉20的进料口21加入预热炉20中进行干燥和预热湿压块，一定时间后，获得干压块和尾气。干压块从预热炉20的出料口22排出，经皮带运输至竖炉40的进料口41，采用螺旋给料机60加入到加装微波发生设备45的竖炉40中。尾气经预热炉20的出气口24排出，通过管道运输至布袋除尘器30的除尘器进气口31，从除尘器进气口31进入，经布袋除尘处理后得到主要成分为CO、CO2的还原性气体，并从布袋除尘器30的除尘器出气口32排出，经管道运输至竖炉40的竖炉进气口43循环加入竖炉40中，竖炉40加装的微波发生设备45对竖炉40进行加热，以干压块中的含碳细粉为主要还原剂，还原性气体辅助进行微波还原锌氧化物，获得脱锌料渣和包含锌蒸汽的烟气。脱锌料渣从竖炉排放口42排出并被收集，包含锌蒸汽的烟气从竖炉40的竖炉出气口44排出，经管道从冷凝器进气口51进入冷凝器50，锌蒸汽在冷凝器50中冷凝富集后，得到脱锌烟气与液态锌，液态锌通过冷凝器50的粗锌排放口53排出并收集。脱锌烟气从冷凝器50的冷凝器出气口52排出，通过管道从预热炉20的预热炉进气口23进入预热炉20，利用其余热辅助干燥和加热预热炉20中的湿压块，提高能源利用效率。
在上述实施例的描述中参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
综上所述，本发明提出了回收冶金粉尘中锌元素的方法，该方法包括如下主要步骤：根据原料的物理性质采用不同的方式进行预处理：(1)对于颗粒粒度较细的含锌固废(如冶金粉尘)，将其与含碳细粉、粘接剂按一定比例混合，倒入冷压机中制备为湿压块；将所述湿压块运输至预热炉中进行干燥和预热，得到强度较高的干压块及尾气；(2)对于具有一定强度的含锌固废(如镀锌废钢)，将其直接与含碳细粉混合得到混合料，将所述混合料运输至预热炉中进行预热，得到预热料和尾气；
含锌固废预处理(1)、(2)过程中，含碳细粉在所述预热炉内受热会产生尾气；将所述预热炉排出的尾气经布袋除尘处理后获得主要成分为CO、CO2的还原性气体；将所述布袋除尘得到的除尘灰作为原料回收再利用，提高资源利用率；将所述干压块或所述预热料运输至竖炉入料口，使用螺旋给料机加入竖炉，通过竖炉加装的微波装置将所述干压块或所述预热料加热至900-1000℃，进行锌氧化物还原，获得脱锌料或脱锌粗钢，以及包含锌蒸汽的烟气；将所述预热炉排出的所述尾气经所述布袋除尘器处理得到的所述还原性气体(主要成分为CO、CO2)通入所述竖炉入气口，加入竖炉中辅助锌氧化物还原，提高锌氧化物还原率；将所述包含锌蒸汽的烟气通入冷凝器入气口，所述烟气中包含的锌蒸汽在所述冷凝器中冷凝富集，得到液态粗锌与具有余热的烟气；将所述具有余热的烟气通入所述预热炉入气口，利用其余热辅助湿压块或混合料干燥和预热；将所述具有余热的烟气作为含锌原料与所述尾气一同经所述布袋除尘器处理后通入所述竖炉，循环富集未冷凝的锌蒸汽，提高锌回收率。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
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