1.本發(fā)明屬于冶金固危廢處置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的工藝及裝置。

背景技術(shù)：

2.煉鋼過程或鉛、鋅冶煉過程通常會產(chǎn)生含多種金屬的高溫蒸氣，經(jīng)常規(guī)冷卻除塵后會生成含pb、zn、cd等重金屬粉塵或污泥，依據(jù)發(fā)改委2021年1月公布的《國家危險廢物名錄》(2021年版)中，該類粉塵已正式被劃分為hw31危險廢棄物。同時，在鋁電解、鋁加工及再生鋁生產(chǎn)加工過程中，會產(chǎn)生諸多含鋁副產(chǎn)品，且隨著國內(nèi)金屬鋁及鋁合金生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，工業(yè)鋁灰(含一次鋁灰和二次鋁灰)、電解浮渣、鍍鋅渣的產(chǎn)生量也成比例增長，并在《國家危險廢物名錄》(2019版)中明確將工業(yè)鋁灰列為hw48危險廢棄物。

3.針對上述冶金與加工過程產(chǎn)生的含鋅物料與廢鋁等現(xiàn)行火法處置工藝，多是采用碳基還原或熱解/燃燒處置方式，專利對比如下：

4.含鋅電爐粉塵的處理方法(公開號cn101092664a)、從電爐粉塵回收金屬的方法和裝置(公開號cn103069023a)等分別提出采用回轉(zhuǎn)爐、轉(zhuǎn)底爐或熔融電爐等裝置利用碳還原含鋅物料，鋅蒸氣經(jīng)二次氧化最終收得氧化鋅；

5.一種用廢鋁-鋅-鐵-硅合金再生金屬鋁鋅的方法(公開號cn101629244)提出利用廢鋁作為發(fā)熱劑添加至合金中通過真空蒸餾回收zn與al等有價金屬；一種渣浴還原處理高爐粉塵的方法(公開號cn106191359a)提出將高爐粉塵預(yù)熱至1400～1500℃形成熔渣池后加入鋁灰作為還原劑將氧化鐵還原為鐵水；

6.對比上述專利，本發(fā)明通過將鋁作為還原劑并充分利用鋁熱反應(yīng)的自發(fā)熱特性進行熔融還原，將含鋅物料還原為金屬鋅，并生成合金以及高氧化鋁原料，其反應(yīng)速率快，無co2排放，還避免了鋅蒸氣的二次氧化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和市場價值。同時，原料中的氟化物被固化到熔渣中，原料中的氮化鋁經(jīng)熔融還原生成氮氣，避免了水解過程存在的氨氣污染問題，是一種綠色節(jié)能環(huán)保型冶金固危廢處置工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

7.有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的工藝及裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中還原反應(yīng)速度慢，有co2和氨氣等氣體排放和鋅蒸汽容易遭到氧化的技術(shù)問題。

8.為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

9.一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的工藝，包括如下步驟，

10.s1.配置原料，冶煉原料包括含鋅物料和含鋁物料，其中含鋁物料中的鋁為還原劑和發(fā)熱劑；

11.s2.熔解與還原，將含鋁物料和含鋅物料混勻，造球，送入熔融爐并利用反應(yīng)自放熱形成金屬熔池；

12.s3.冷卻，將溶解與還原生成的鋅蒸氣通入鋅雨冷凝室中冷卻成鋅液，并從鋅雨冷凝室溢流口流出，未充分冷卻的鋅蒸氣從鋅雨冷凝室煙氣出口流至冷卻沉降室，形成鋅粉；

13.s4.熔渣處理，還原反應(yīng)結(jié)束后，將熔融爐中剩余的金屬液和熔渣經(jīng)熔融爐下部排放口排出，冷凝，得到合金錠和高氧化鋁熔渣。

14.進一步，步驟s1中所述的含鋁物料包括但不限于廢鋁、一次鋁灰、二次鋁灰、鍍鋅渣；含鋅物料包括但不限于煉鋼灰、含鋅浸出渣、鋅電池。

15.進一步，步驟s1中的含鋅物料為電爐粉塵，含鋁物料為工業(yè)鋁灰時，需外配5％生石灰；含鋅物料為不銹鋼廠除塵灰，含鋁物料為工業(yè)鋁灰時，需配8％氧化鐵皮。

16.進一步，步驟s2中所述的含鋁物料與含鋅物料al/o比為0.7～0.9，熔解溫度為900～1200℃，還原時間20～40min。

17.進一步，步驟s3中控制鋅雨冷凝室內(nèi)鋅液溫度為450℃～550℃，控制冷卻沉降室溫度《150℃。

18.進一步，含鋅物料中的fe、cr、ni、cu經(jīng)溶解還原，冷卻形成了合金錠，含鋅物料中的氟以11cao-7al2o

3-caf2相固化在爐渣中，含鋁物料中的氮化鋁經(jīng)熔融還原生成氮氣。

19.一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的裝置，包括底部設(shè)有排料口且頂部設(shè)有進料口的熔融爐，位于熔融爐進料口上方的圓盤造粒機，位于圓盤造粒機上的混合機、位于混合機上部的物料倉、與熔融爐連通的鋅雨冷凝室和與鋅雨冷凝室連通的冷卻沉降室。

20.進一步，所述鋅雨冷凝室設(shè)置有轉(zhuǎn)動裝置，所述轉(zhuǎn)動裝置包括穿過鋅雨冷凝室頂部可偏轉(zhuǎn)角度的主軸和設(shè)置在主軸上位于鋅雨冷凝室內(nèi)的葉片。

21.進一步，所述物料倉由大小不同含鋅物料倉和含鋁物料倉組成。

22.本發(fā)明的有益效果在于：

23.1、將鋁作為還原劑并充分利用鋁熱反應(yīng)的自發(fā)熱特性進行熔融還原，將含鋅物料還原為金屬鋅、合金以及高氧化鋁原料，其反應(yīng)速率快，無co2排放，還避免了鋅蒸氣的二次氧化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和市場價值。同時，含鋅物料中氟化物中的氟以11cao-7al2o

3-caf2相固化在爐渣，含鋁物料中氮化鋁經(jīng)熔融還原生成氮氣，避免了水解過程存在的氨氣污染問題，是一種綠色節(jié)能環(huán)保型冶金固危廢處置工藝。

24.2、熔渣中得到的高氧化鋁可以作為原料供電解鋁廠或高鋁磚、耐材廠使用，使資源的到了循環(huán)利用，增加了整個工廠的效益。

25.本發(fā)明的其他優(yōu)點在于避免了在城市道路表面圍欄施工的情況，提升了市容市貌；節(jié)約了施工過程中人力、物力的成本損耗。加快施工進度，對工程的有效性、時效性有著明顯的推動作用，流水線作業(yè)，降低了不熟練技術(shù)人員的培養(yǎng)成本，降低了在適用傳統(tǒng)方式中出現(xiàn)的安全隱患，以及避免了不規(guī)范施工所造成的所有安全隱患。

附圖說明

26.為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作優(yōu)選的詳細描述，其中：

27.圖1為一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的裝置示意圖。

28.附圖標記：含鋅物料倉1、含鋁物料倉2、混合機3、圓盤造粒機4、進料口5、熔融爐6、金屬熔池7、排料口8、煙氣出口9、鋅雨冷凝室10、轉(zhuǎn)動裝置11、鋅液12、溢流口13、煙氣出口

14、冷卻沉降室15、收集裝置16、排氣管17。

具體實施方式

29.以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。

30.請參閱圖1，一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的裝置，包括底部設(shè)有排料口8且頂部設(shè)有進料口5的熔融爐6，位于熔融爐6進料口5上方的圓盤造粒機4，位于圓盤造粒機4上的混合機3、位于混合機3上部的含鋅物料倉1和含鋁物料倉2、與熔融爐6上部通過煙氣出口9連通的鋅雨冷凝室10和通過鋅雨冷凝室10頂部的煙氣出口14連通的冷卻沉降室15，冷卻沉降室15設(shè)有排氣管17，冷卻沉降室15下方設(shè)有收集鋅粉的收集裝置16。

31.鋅雨冷凝室10上設(shè)置有轉(zhuǎn)動裝置11，轉(zhuǎn)動裝置11包括穿過鋅雨冷凝室10頂部可調(diào)節(jié)傾斜角度的主軸和設(shè)置在主軸上位于鋅雨冷凝室10內(nèi)的葉片，本實施案例中可通過增大葉片的面積及其與主軸的傾斜角度以增大鋅雨與鋅蒸氣接觸面積，提高鋅蒸氣的冷凝效率。

32.實施例1，一種鋁熱法熔融還原含鋅物料工藝流程：

33.s1.原料，用電爐粉塵做含鋅物料為冶煉原料加入含鋅物料倉1中，工業(yè)鋁灰作為還原劑和發(fā)熱劑分別加入含鋁物料倉2，同時外配5％生石灰；

34.s2.熔解與還原，通過混合機3將電爐粉塵和工業(yè)鋁灰按照al/o為0.8比例混合，并加入外配的5％生石灰，通過圓盤造粒機4制成球狀，送入熔融爐6，升溫至1150℃～1200℃，利用反應(yīng)自放熱形成金屬熔池7，保持20-40min，完成熔解與還原；

35.s3.冷卻，將鋅雨冷凝器10的溫度控制為450℃～550℃，該溫度遠低于鋅蒸氣常壓揮發(fā)溫度907℃，同時高于鋅熔化溫度419℃；將溶解與還原生成的鋅蒸氣通入鋅雨冷凝室10冷卻成鋅液12，并從鋅雨冷凝室10的溢流口13流出，進行收集；未充分冷卻的鋅蒸氣從鋅雨冷凝室10的煙氣出口14流至冷卻沉降室15，將冷卻沉降室15溫度控制在150℃以下，此時，鋅蒸汽形成鋅粉，并回收到收集裝置16中，多余的氣體通過排氣管17排出，冷卻沉降室15對鋅蒸氣的二次冷凝，進一步提高了鋅回收率；

36.s4.熔渣處理，反應(yīng)結(jié)束后，將熔融爐6中剩余的金屬液和熔渣經(jīng)熔融爐下部排料口8排出，并對其冷凝，得到合金錠和高氧化鋁熔渣。

37.優(yōu)選的，在原料中配入一定量的鉻渣或鎳渣，和原料中的fe、cr、ni、cu等元素經(jīng)溶解還原，冷卻可形成鉻鐵或鎳鐵合金錠，原料中氟化物經(jīng)溶解還原被固化到熔渣中形成11cao-7al2o

3-caf2，原料中的氮化鋁經(jīng)熔融還原生成氮氣，避免了水解過程存在的氨氣污染問題，并得到高氧化鋁原料供電解鋁廠、高鋁磚或耐材廠使用，提高了經(jīng)濟效益。

38.實施例2

39.實施例2與實施1的區(qū)別在于：

40.在步驟s1中，用不銹鋼廠除塵灰做含鋅物料，工業(yè)鋁灰作為還原劑和發(fā)熱劑，外配

8％氧化鐵皮；

41.在步驟s2中，不銹鋼廠除塵灰與工業(yè)鋁灰按照al/o為0.85比例混合。

42.銹鋼廠除塵灰含鋅原料中cao含量較高，故無需外配生石灰，需要配入一定量氧化鐵皮補充fe含量以形成鉻鐵合金，實現(xiàn)綜合治理固危廢。

43.本技術(shù)中的原料不僅僅是實施例1和實施例2中的物料，其含鋁物料可包括廢鋁、一次鋁灰、二次鋁灰、鍍鋅渣等其他含鋁固危廢材料；含鋅物料可包括煉鋼灰、含鋅浸出渣、鋅電池等其他含鋅固危廢材料。

44.最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。技術(shù)特征：

1.一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的工藝，其特征在于：包括如下步驟，s1.配置原料，冶煉原料包括含鋅物料和含鋁物料，其中含鋁物料中的鋁為還原劑和發(fā)熱劑；s2.熔解與還原，將含鋁物料和含鋅物料混勻，造球，送入熔融爐并利用反應(yīng)自放熱形成金屬熔池；s3.冷卻，將溶解與還原生成的鋅蒸氣通入鋅雨冷凝室中冷卻成鋅液，并從鋅雨冷凝室溢流口流出，未充分冷卻的鋅蒸氣從鋅雨冷凝室煙氣出口流至冷卻沉降室，形成鋅粉；s4.熔渣處理，還原反應(yīng)結(jié)束后，將熔融爐中剩余的金屬液和熔渣經(jīng)熔融爐下部排放口排出，冷凝，得到合金錠和高氧化鋁熔渣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的工藝，其特征在于：步驟s1中所述的含鋁物料包括但不限于廢鋁、一次鋁灰、二次鋁灰、鍍鋅渣；含鋅物料包括但不限于煉鋼灰、含鋅浸出渣、鋅電池。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的工藝，其特征在于：步驟s1中的含鋅物料為電爐粉塵，含鋁物料為工業(yè)鋁灰時，需外配5％生石灰；含鋅物料為不銹鋼廠除塵灰，含鋁物料為工業(yè)鋁灰時，需配8％氧化鐵皮。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的工藝，其特征在于：步驟s2中所述的含鋁物料與含鋅物料al/o比為0.7～0.9，熔解溫度為900～1200℃，還原時間20～40min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的工藝，其特征在于：步驟s3中控制鋅雨冷凝室內(nèi)鋅液溫度為450℃～550℃，控制冷卻沉降室溫度<150℃。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的工藝，其特征在于：含鋅物料中的fe、cr、ni、cu經(jīng)溶解還原，冷卻形成了合金錠，含鋅物料中的氟以11cao-7al2o

3-caf2相固化在爐渣中，含鋁物料中的氮化鋁經(jīng)熔融還原生成氮氣。7.一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的裝置，其特征在于：包括底部設(shè)有排料口且頂部設(shè)有進料口的熔融爐，位于熔融爐進料口上方的圓盤造粒機，位于圓盤造粒機上的混合機、位于混合機上部的物料倉、與熔融爐連通的鋅雨冷凝室和與鋅雨冷凝室連通的冷卻沉降室。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的裝置，其特征在于：所述鋅雨冷凝室設(shè)置有轉(zhuǎn)動裝置，所述轉(zhuǎn)動裝置包括穿過鋅雨冷凝室頂部可偏轉(zhuǎn)角度的主軸和設(shè)置在主軸上位于鋅雨冷凝室內(nèi)的葉片。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的裝置，其特征在于：所述物料倉由大小不同含鋅物料倉和含鋁物料倉組成。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及一種鋁熱法熔融還原含鋅物料的工藝及裝置，屬于冶金固危廢處置技術(shù)領(lǐng)域，通過將含鋅物料和含鋁物料混勻、造球后，在熔融爐內(nèi)完成熔解與還原，鋅蒸氣經(jīng)鋅雨冷凝室和冷卻沉降室冷卻得到金屬鋅，金屬液和熔渣沿底部排料口排出，冷凝后分別得到合金錠與高氧化鋁熔渣。其解決現(xiàn)有技術(shù)中還原反應(yīng)速度慢，有CO2和氨氣等氣體排放和鋅蒸汽容易遭到氧化的技術(shù)問題，實現(xiàn)了對冶金生產(chǎn)和加工過程產(chǎn)生的含鋅和含鋁固廢的綜合治理，是一種綠色節(jié)能環(huán)保型處置工藝。保型處置工藝。保型處置工藝。

技術(shù)研發(fā)人員：趙忠宇 郭秀鍵 田文杰 倪曉明 雍海泉 羅磊 羅寶龍

受保護的技術(shù)使用者：中冶賽迪技術(shù)研究中心有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.01.05

技術(shù)公布日：2022/4/12