一种以生物质和冶金尘泥为原料的直接还原铁生产方法与流程

本发明涉及黑色冶金，尤其涉及黑色冶金领域。

背景技术：

1、转底炉(rotary hearth furnace，简称rhf)工艺是一种煤基快速直接还原技术。该工艺最早是美国动力铁集团用来处理钢铁厂固体废弃物的，通过改进轧钢工艺中的环形加热炉发展而来。后来在不同国家发展为不同的处理方式，但主体处理方式大致都相同，即在炉内维持轻度负压条件下，通过在高温(1200-1400℃)下短时间内(10-40min)对含碳球团进行快速加热还原。因其具有对原料、燃料和还原剂的要求比较灵活、投资少、工艺简单、设备易于制造、运行可靠、操作灵活等优点，正受到各个钢厂的普遍青睐。

2、生物质能是目前第四大能源，相比煤、石油和天然气，生物质能具有可再生(生物质能源来源于植物和各种有机物，这些物质可以再生)、环保(当生物质燃烧时，它只会释放出与植物生长时吸收的二氧化碳量相等的二氧化碳)、经济效益(生物质能源的成本相对较低)等特点。原生生物质经过炭化处理得到生物质炭，与传统能源煤相比，生物质炭具有反应性好、硫含量低、粒度细、有一定的黏性等特点，是一种优质的燃料和还原剂。

3、冶金尘泥是钢铁生产中排放的固体废弃物，有粉尘和污泥，这些尘泥中含有丰富的铁、碳、锌、铅、铟等有价成分和钙、镁等可重复利用的碱金属物质，部分钢铁冶金尘泥还含有可以提取的铋、锑、镉、锡及其他稀有金属，这些物质都是可以深度综合利用的资源，可以通过二次资源的回收再次利用。但是传统的处置方法多为直接返回烧结，这不仅会因非铁物质的累积而影响高炉正常运行，还会增加铅、锌、镉、锑、铋等易挥发的强毒性污染物向环境中的排放。转底炉工艺目前是公认处理冶金尘泥的最佳选择，其具有原料适用性强、生产率高、产品质量高、环保效果好等优点，但传统的转底炉工艺也存在耗能高、产品的品质难以保证、污染严重等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种以生物质和冶金尘泥为原料的直接还原铁生产方法，其使用天然生物质替代煤粉类传统能源和还原剂，使用冶金尘泥作为含铁原料，避免对环境的破坏和煤炭等资源的消耗，实现对生态环境的保护。

2、本发明是通过以下技术方案来实现的：

3、一种以生物质和冶金尘泥为原料的直接还原铁生产方法，包括以下步骤：

4、s1、生物质炭的制备：将生物质烘干后破碎至1mm以下，再放入炭化设备中，在400-600℃温度下热解炭化30-60min，脱除挥发分，冷却后得到生物质炭，同时得到生物质燃气。生物质热解后的气体物质需经过进一步的分离提纯，过滤掉其中的烟尘，并分离其中的焦油和木醋，再通过引风机等装置引入转底炉的燃烧室中进行燃烧加热，以充分利用生物质能源。烟尘的去除可采用旋风除尘装置、布袋除尘器等，焦油等分离可采用冷凝分离装置。

5、s2、生物质含碳球团的制备：将s1步骤得到的生物质炭破碎、筛分至小于0.15mm的颗粒后，与冶金尘泥按c/fe＝0.15-0.35的质量比进行配料混合，加入有机粘结剂和水混匀后，通过造球设备制成生物质含碳球团。

6、s3、生物质含碳球团的还原：将s2步骤制备的生物质含碳球团烘干至含水量小于2％后，传送至转底炉进行铺料还原，并将s1步骤得到的生物质燃气作为燃料通入转底炉，转底炉炉膛的温度控制在1100℃-1270℃，还原时间为10-30min，冷却后得到金属率在85％以上的金属化球团。

7、优选地，s2步骤中所述的冶金尘泥为高炉二次灰、og泥、转炉灰中的一种或几种的组合，所述有机粘结剂为玉米淀粉胶黏剂、木薯淀粉胶黏剂、羧甲基纤维素钠或聚乙烯醇。

8、优选地，s2步骤中有机粘结剂的加入干重量为生物质含碳球团干重(即烘干后生物质含碳球团的总质量)的3％-5％，水的加入量为生物质含碳球团干重的12％-15％。

9、优选地，s2步骤中有机粘结剂的加入干重量为生物质含碳球团干重的4％，水的加入量为生物质含碳球团干重的13％。

10、优选地，s2步骤中各组分的重量份数为：冶金尘泥85-92份，生物质炭4-11份，粘结剂4份，水13份。

11、优选地，所述冶金尘泥包括如下重量份数的组分：og泥57-64份、高炉二次灰25份、转炉灰3份，其中，og泥为烘干后水分含量小于30％的原料。

12、优选地，s3步骤中的生物质含碳球团经转底炉布料器均匀铺在转底炉炉底，料层的厚度为20-30mm；生物质含碳球团在转底炉内进行还原时依次经过预热区、还原一区、还原二区、还原三区和出料区，然后通过螺旋出料机到达圆筒冷却机中冷却。

13、优选地，s1步骤中，采用破碎机破碎烘干后的生物质，所述炭化设备为真空炭化炉、生物质炭化机或裂解炉。生物质燃气的获得方法为：收集热解炭化过程中的生物质气体，再将生物质气体经生物质气体处理器处理后即得生物质燃气，所述生物质气体处理器包括除尘模块和冷凝分离模块。除尘模块主要用于去除生物质气体中的小颗粒烟尘，冷凝分离模块用于分离生物质气体中的焦油和木醋等物质。

14、优选地，s1步骤中，生物质炭的产率大于25％，产率为原生物质的重量与经热解炭化后获得的生物质炭的重量之比。

15、优选地，s2步骤中所述造球设备为对辊压球机或者圆盘造球机，由对辊压球机制成的生物质含碳球团为32mm×25mm×15mm的椭圆形压块。

16、本发明以生物质含碳球团为还原剂的转底炉直接还原炼铁工艺，与煤粉为还原剂的转底炉直接还原炼铁工艺相比，工艺流程相似，因而可借用原煤粉为还原剂的工艺装备，只需在此基础上安装一套生物质炭的制备装置即可，得到的生物质炭可以用作还原剂，生物质气体可以用来加热转底炉，生物质能利用得当的话，可以得到100％的利用。

17、本发明相比于现有技术，其有益效果在于：

18、(1)炭化后的生物质比表面积大，结构疏松，反应时能与含铁尘泥充分接触，具有良好的反应性，有利于直接还原；

19、(2)生物质炭挥发分高于煤粉，在高温反应过程中，可以分解成co、h2等还原性气体，加快反应进度，同时挥发分的溢出会增大含碳球团的孔隙率，有利于还原气体在球团内扩散，提高反应速率，节省反应时间；

20、(3)生物质炭中灰分少，硫、磷等杂质含量低，可以提高最终产品金属化球团的综合质量，提高金属化球团的金属化率，抗压强度以及降低球团的粉化率；

21、(4)生物质炭的原料可选择一些废弃物为原料，特别是采用一些作物秸秆、果壳等类的生物质作为还原剂，生物质炭化过程产生的生物质气体可进一步作为转底炉的燃料，可以解决这些资源的浪费和由其引起的环境问题，同时可以摆脱对传统能源的依赖，提高资源的利用效率；

22、(5)生物质炭燃烧后的灰呈碱性，可以抑制so2、nox等污染物的形成，降低c0x、nox、sox等有害物质的排放，使转底炉生产更加符合环保要求；

23、(6)能够实现对冶金尘泥中铁的回收与综合利用，并可通过微调含碳球团的加入量来改善产品的碳含量。