申请日2015.06.26
公开(公告)日2015.09.23
IPC分类号C21B3/08
摘要
本发明公开了一种用煤化工废水处理直接还原铁熔分渣生产水淬渣的方法，是将直接还原竖炉产出的直接还原铁装入熔分电炉中，渣铁分离得到熔分渣，利用熔分渣的高温显热，使用浓缩的煤化工废水对熔分渣进行水淬处理，得到作为生产水泥原料的水淬渣。本发明降低了余热冶炼直接还原铁的杂质含量，提高了直接还原铁水的纯净度，利用煤化工废水水淬处理直接还原铁熔分渣产生水淬渣用于生产水泥，将有害的废水变成了有用的资源，实现了煤化工、冶金、发电等工业生产废水的近零排放和余热利用。
权利要求书
1.用煤化工废水处理直接还原铁熔分渣生产水淬渣的方法，是将直接还原竖炉产出的直接还原铁装入熔分电炉中，熔化后渣铁按比重分离得到熔分渣，利用熔分渣的高温显热，使用浓缩的煤化工废水对熔分渣进行水淬处理，得到可作为生产水泥原料的水淬渣。
2.根据权利要求1所述的用煤化工废水处理直接还原铁熔分渣生产水淬渣的方法，包括：
a) 煤化工废水经污水净化工艺处理，产生的中水回用后，收集剩余污水并浓缩;
b) 在铁矿煤球团原料中配入占铁矿煤球团质量0.1～10%的含钙无机物料，生产配有含钙无机物料的铁矿煤球团，装填在直接还原竖炉中，通入煤制气高温粗煤气，利用煤制气高温粗煤气的显热冶炼直接还原铁;
c) 将直接还原竖炉产出的直接还原铁装入熔分电炉中，渣铁分离，得到直接还原铁水用于炼钢，并得到1400～1600℃的熔分渣;
d) 以上述浓缩的剩余污水直接冲制出炉的1400～1600℃熔分渣，水淬处理得到水淬渣，用作水泥生产原料。
3.根据权利要求1所述的用煤化工废水处理直接还原铁熔分渣生产水淬渣的方法，其特征是所述的含钙无机物料是石灰粉、消石灰粉、轻烧白云石粉、白云石粉、硅石粉、玻璃粉、矸石粉、膨润土、粉煤灰中的一种，或几种的任意比例混合物。
4.根据权利要求1所述的用煤化工废水处理直接还原铁熔分渣生产水淬渣的方法，其特征是将所述煤化工废水剩余污水浓缩至煤化工废水总体积的5～10%。
5.根据权利要求1所述的用煤化工废水处理直接还原铁熔分渣生产水淬渣的方法，其特征是所述的煤化工废水剩余污水为浓盐水和/或含有有机污染物的浓污水。
6.根据权利要求1所述的用煤化工废水处理直接还原铁熔分渣生产水淬渣的方法，其特征是所述含有有机污染物的浓污水与浓盐水用于分别冲制水淬渣。
说明书
用煤化工废水处理直接还原铁熔分渣生产水淬渣的方法
技术领域
本发明涉及工业废料的综合利用，特别是涉及一种综合利用煤化工废水以及直接还原铁生产中产生废渣的方法。
背景技术
高炉炼铁产生的高炉渣进行水淬处理后，可以产生水淬渣，目前产生的水淬渣主要用作水泥生产的原料。
一般情况下，废钢和直接还原铁直接加入炼钢炉中用于炼钢，固态的直接还原铁在炼钢过程中融化成钢水和液态钢渣，利用液态钢渣与钢水比重的不同，使液态钢渣与钢水进行分离。产生的钢渣不像高炉渣一样可以直接进行水淬处理得到可以利用的水淬渣，因为钢渣中含有少量金属铁及具有一定粘性的未消解石灰微粒，用其生产水淬渣，会严重影响水泥的质量。目前是采用热闷钢渣法对钢渣进行处理，热闷钢渣法是利用钢渣余热，在有盖容器内加入冷水后产生大量蒸汽，使钢渣中的CaO得以消解，通过热胀冷缩达到渣铁分离的目的。热闷处理后的钢渣性能稳定，消除了游离态CaO对钢渣性能的影响，可以作为钢渣微粉、钢渣砌块砖等的原料。
2013101947061号专利公开了一种高温粗煤气余热余压余气的综合利用方法，是将高温除尘后的高温粗煤气输送到装填有铁矿煤球团的还原竖炉内，从铁矿煤球团移动颗粒床层中穿过，经铁矿煤球团移动颗粒床除尘，并加热铁矿煤球团以生产直接还原铁;炉顶煤气用于生产化工产品后，剩余气体用于工业燃气或燃气蒸汽联合发电。
2010101245421号专利公开了一种利用粗煤气显热生产直接还原铁的方法，以直接还原竖炉兼做粗煤气颗粒床高温除尘器，竖炉中的铁矿(包括铁矿煤球团、氧化铁球团矿、煤包裹铁矿粉球团)兼做移动颗粒床除尘颗粒，在对高温粗煤气除尘的过程中联产直接还原铁，同时完成了利用显热、还原铁、降温、除尘、降低还原竖炉中煤气压力5个功能，从还原竖炉中产出的炉顶煤气经净化后用于生产化工产品的原料气或燃气，可以有效提高煤炭能源综合利用效率。
以上两项专利由于采用了铁矿煤球团原料，煤中的灰分进入了直接还原铁中，成为直接还原铁中的杂质，如果将这种杂质较多的直接还原铁直接加入炼钢炉中炼钢，会产生较多的钢渣，影响到钢的质量，因此只能冶炼普钢，难以冶炼纯净钢和优质钢。
煤化工生产过程中会产生大量的煤化工污水。目前一般是先采用污水净化技术回收利用中水，剩余的浓盐水、有机浓污水再用蒸发水塘配污水结晶工艺进行处理。冬季蒸发水塘的蒸发作用大幅度下降，有污水漫堤的风险，夏季又存在遇暴雨溃堤的风险。污水蒸发结晶处理不仅消耗大量的热能，还存在结晶体污染物的再处理和长期保存的问题，增加了一个新的危险污染源。
发明内容
本发明的目的是提供一种用煤化工废水处理直接还原铁熔分渣生产水淬渣的方法，以降低直接还原铁中的杂质含量。
利用煤化工废水处理直接还原铁熔分渣，以对煤化工废水进行有效处理，是本发明的另一发明目的。
本发明所述用煤化工废水处理直接还原铁熔分渣生产水淬渣的方法是将直接还原竖炉产出的直接还原铁装入熔分电炉中，熔化后渣铁按比重分离得到熔分渣，利用熔分渣的高温显热，使用浓缩的煤化工废水对熔分渣进行水淬处理，得到可作为生产水泥原料的水淬渣。
本发明上述技术方案的具体方法是：
a) 煤化工废水经污水净化工艺处理，产生的中水回用后，收集剩余污水，浓缩至煤化工废水总体积的5～10%;
b) 在铁矿煤球团原料中配入占铁矿煤球团质量0.1～10%的含钙无机物料，生产配有含钙无机物料的铁矿煤球团，装填在直接还原竖炉中，通入煤制气高温粗煤气，利用煤制气高温粗煤气的显热冶炼直接还原铁;
c) 将直接还原竖炉产出的直接还原铁装入熔分电炉中，渣铁分离，得到直接还原铁水用于炼钢，并得到1400～1600℃的熔分渣;
d) 以上述浓缩的剩余污水直接冲制出炉的1400～1600℃熔分渣，水淬处理得到水淬渣，用作水泥生产原料。
其中，所述的含钙无机物料是石灰粉、消石灰粉、轻烧白云石粉、白云石粉、硅石粉、玻璃粉、矸石粉、膨润土、粉煤灰中的一种，或几种的任意比例混合物。
本发明中，所述的煤化工废水剩余污水为浓盐水和/或含有有机污染物的浓污水。
进一步地，所述含有有机污染物的浓污水和浓盐水可以分别用于冲制水淬渣，也可以混合后用于冲制水淬渣。一般地，与混合在一起处理水淬渣比较，使用浓盐水或含有有机污染物的浓污水分别冲制水淬渣可以适度降低处理的能耗。
本发明的特征之一是用以煤为还原剂的含碳球团，如热压含碳球团等生产直接还原铁，并用直接还原铁熔分渣冲制水淬渣。其中使用电炉熔分渣和铁水，可以得到较纯净的铁水用于炼钢，和出炉温度达到1400～1600℃熔分渣，继而以煤化工废水剩余污水水淬处理熔分渣得到水淬渣。
本发明的特征之二是在铁矿煤球团中配入含钙无机物料，既作为铁矿煤球团生产直接还原铁的高温粘结剂，又用于调节直接还原铁熔分渣的化学成分。直接还原铁熔分渣来源于铁矿粉和煤中的灰分，与高炉渣相同的是都含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、MnO、CaO、MgO和少量S，不同的是在高炉冶炼过程中添加了石灰、白云石，其目的是为了提高高炉渣的碱度，以提高高炉渣的流动性，进而提高高炉的冶炼性能和铁水的质量。直接还原铁熔分渣与高炉渣比较，其CaO、MgO含量较低。为了补充直接还原铁熔分渣中缺少的CaO、MgO，本发明在制作铁矿煤球团时，配入石灰粉、消石灰粉、轻烧白云石粉、白云石粉、硅石粉、玻璃粉、矸石粉、膨润土、粉煤灰等含钙无机物料中的一种或几种的混合物作为直接还原铁还原过程的高温粘结剂，配入量1～15%。配入的无机粘结剂在直接还原铁熔分后成为熔分渣成分，使直接还原铁熔分渣成分达到下表指标，与高炉渣成分大体一致。
本发明的特征之三是利用熔分渣的高温显热，使用浓缩后的煤化工废水剩余污水(浓盐水和/或含有有机污染物的浓污水)水淬熔分渣生产水渣。通过竖炉余热冶炼出直接还原铁后，再将直接还原铁通过熔分电炉熔分，使渣铁分离，在直接还原铁电炉熔分渣出炉温度达到1400～1600℃时，以煤化工废水剩余污水进行水淬处理，得到的水淬渣各项理化指标达到GB/T 18046-2008《用于水泥中的粒化高炉渣》标准要求。
本发明的特征之四是加入的含钙无机物料赋予了铁矿煤球团新的功能。当铁矿煤球团中加入石灰、消石灰、轻烧白云石等，使铁矿煤球团中CaO质量百分含量≥8%时，会消除直接还原铁还原过程中900～1050℃范围内铁须晶的生成，CaO质量百分含量3～8%时也会抑制铁须晶的生长，从而避免铁矿煤球团还原过程中生成铁须晶，造成球团的恶性膨胀，以保持铁矿煤球团在直接还原过程中所需的热强度。
本发明的特征之五是使用熔分电炉熔分直接还原铁以分离熔分渣。为了使直接还原铁能够沉入在熔分铁水中，本发明将直接还原铁进行热压块，增加比重后加入熔分电炉的铁水中，或者使用专用的加料器将直接还原铁加入熔分电炉铁水中，以保证直接还原铁熔分渣充分溶解。
本发明的特征之六是以水淬处理替代了煤化工废水剩余污水的结晶工艺。利用现有的污水净化工艺流程，将中水回用后，剩余的浓盐水和/或含有有机污染物的浓污水水淬直接还原铁熔分渣制取水淬渣，剩余污水中的盐分及有机污染物被吸附在水淬渣中，带入制备水泥的工艺环节中做进一步处理，省去了污水结晶和结晶块固体封存，不仅可以消除一个永久性的工业污染源，还可以节约污水结晶的工艺能耗，实现煤化工、冶金、电力等工业污水的近零排放。一般而言，直接还原铁熔分渣量较少，而原产煤化工废水量较大，因此需要将煤化工废水先经过污水净化中水回用，浓缩剩余污水至原废水量的5～10%后再用于冲制水淬渣。
本发明的特征之七是可以将煤化工、冶金、发电产生的浓盐水与浓污水分开，分别用于冲制水淬渣。浓污水主要是含有大量有污染机物，如焦油、氨、苯酚、氰化物、COD等的煤化工废水，以其冲制的水淬渣，需要在800～1300℃的氧化气氛下加热，以确保有机污染物氧化分解成CO2和H2O，一般选用水泥回转窑或竖炉进行煅烧处理。而以不含有机污染物的浓盐水冲制水淬渣后，只需用100℃以上的热风或废热气体烘干后，即可经粗磨、细磨后成为生产水泥用的矿渣粉，同其它水泥配料一起磨粉生产水泥。因此，将浓盐水和浓污水分别冲制水淬渣，分别烘干或高温氧化处理，比将两者混合在一起处理水淬渣降低处理能耗。
本发明的特征之八是工艺方法灵活。直接还原铁熔分渣冲制水淬渣的生产工艺和生产设备选择灵活，“OCP”法(底滤法)、“RASA”法(拉萨法 )、“INBA”法(因巴法)等工艺方法均可以采用。
本发明的特征之九是设备选型灵活。直接还原铁的熔分可以配置两台电炉，一台熔分直接还原铁，另一台用于炼钢;也可以只配置一台电炉，分时分段用于熔分直接还原铁或炼钢。
本发明通过先用电炉熔分直接还原铁，渣铁分离后再用直接还原铁水炼钢的工艺，解决了余热冶炼直接还原铁杂质较多的问题，以降低了杂质含量的直接还原铁炼钢，提高了直接还原铁水的纯净度，减少了钢渣量，提高了钢的质量。
本发明利用煤化工废水水淬处理直接还原铁熔分渣，产生的水淬渣用于生产水泥。在生产水泥的过程中，水分蒸发，有机物高温氧化分解成H2O和CO2，无机盐被固化在水泥中，将有害的废水变成了有用的资源。
本发明上述方法的实施，实现了煤化工、冶金、发电等工业生产废水的近零排放和余热利用，环保节能，可以有效促进煤化工、钢铁、电力、有色冶金、建材等工业建设循环经济生态工业园区。
具体实施方式
实施例1
将含盐煤化工废水经污水净化工艺处理，产生中水回用，并收集剩余污水，浓缩至原废水体积的5%，得到浓缩的浓盐水。
以铁精矿粉65～80kg、混合煤粉10～22kg、粘结剂2～6kg、石灰粉2kg、消石灰粉3kg、粉煤灰2kg为原料，混合均匀制成铁矿煤球团。
选择煤灰熔点高于直接还原铁还原温度至少200℃的煤炭为原料，在煤制气炉中生产粗煤气，当煤制气炉中的粗煤气温度达到1000～1150℃时，经旋风除尘器除尘，由设在还原竖炉中的围管输送到直接还原竖炉内，同时将制成的铁矿煤球团经上料锁斗装入直接还原铁竖炉内。进入还原竖炉的粗煤气从铁矿煤球团移动颗粒床中穿过，并加热铁矿煤球团以生产直接还原铁。直接还原铁竖炉内气体压力6～8kg，还原竖炉底部N2封气体压力大于直接还原铁竖炉内气体压力，在确保直接还原铁竖炉内还原气不外泄的同时，产生的直接还原铁经还原竖炉底部N2封出料口，在N2保护气氛下排出竖炉。
用加料器将产出的直接还原铁加入熔分电炉中，直接还原铁在电炉内熔化，使得渣铁分离，得到直接还原铁水用于炼钢，并得到1400～1600℃的熔分渣。
用INBA水渣生产工艺设备，以上述浓缩的浓盐水冲制1400～1600℃的熔分渣，得到水淬渣烘干后用作水泥原料。
实施例2
将含有机物煤化工废水经污水净化工艺处理，产生中水回用，并收集剩余污水，浓缩至原废水体积的5%，得到浓缩的有机浓污水。
以铁精矿粉65～80kg、混合煤粉10～22kg、粘结剂2～6kg、石灰粉2kg、消石灰粉3kg、粉煤灰2kg为原料，混合均匀制成铁矿煤球团。
选择煤灰熔点高于直接还原铁还原温度至少200℃的煤炭为原料，在煤制气炉中生产粗煤气，当煤制气炉中的粗煤气温度达到1000～1150℃时，经旋风除尘器除尘，由设在还原竖炉中的围管输送到直接还原竖炉内，同时将制成的铁矿煤球团经上料锁斗装入直接还原铁竖炉内。进入还原竖炉的粗煤气从铁矿煤球团移动颗粒床中穿过，并加热铁矿煤球团以生产直接还原铁。直接还原铁竖炉内气体压力6～30kg，产生的直接还原铁经还原竖炉底部下锁斗泄气减压后由出料口排出，由压机压制成热压块。
用加料器将产出的直接还原铁热压块加入熔分电炉中，直接还原铁在电炉内熔化，使得渣铁分离，得到直接还原铁水用于炼钢，并得到1400～1600℃的熔分渣。
用INBA水渣生产工艺设备，以上述浓缩的有机污水冲制1400～1600℃的熔分渣，得到水淬渣送入水泥煅烧工序，无害化处理后作为水泥原料。
实施例3
将含盐和有机物的煤化工废水经污水净化工艺处理，产生中水回用后，并收集剩余污水，浓缩至原废水体积的5%，得到浓缩的剩余污水。
以铁精矿粉65～80kg、混合煤粉15～21kg、粘结剂2～6kg、石灰粉2kg、消石灰粉3kg、粉煤灰5kg为原料，混合均匀制成铁矿煤球团。
选择煤灰熔点高于直接还原铁还原温度至少200℃的煤炭为原料，在煤制气炉中生产粗煤气，当煤制气炉中的粗煤气温度达到1000～1150℃时，经旋风除尘器除尘，由设在还原竖炉中的围管输送到直接还原竖炉内，同时将制成的铁矿煤球团经上料锁斗装入直接还原铁竖炉内。进入还原竖炉的粗煤气从铁矿煤球团移动颗粒床中穿过，并加热铁矿煤球团以生产直接还原铁。直接还原铁竖炉内气体压力6～40kg，产生的直接还原铁经还原竖炉底部下锁斗泄气减压后由出料口排出，由压机压制成热压块。
用加料器将产出的直接还原铁热压块加入熔分电炉中，直接还原铁在电炉内熔化，使得渣铁分离，得到直接还原铁水用于炼钢，并得到1400～1600℃的熔分渣。
用INBA水渣生产工艺设备，以上述浓缩的剩余污水冲制1400～1600℃的熔分渣，得到水淬渣送入水泥煅烧工序，无害化处理后作为水泥原料。
实施例4
设置煤炭转化煤化工、钢铁、工业燃气生态工业园区，园区中包括有干煤粉两段式加压气化炉，利用高温粗煤气余热炼铁的直接还原铁竖炉，炉顶煤气净化后生产甲醇的甲醇生产装置，甲醇驰放气用于燃气蒸汽联合发电的发电装置，余热炼铁加废钢炼钢的炼钢装置，以及连铸和轧钢装置。生态工业园区产生的废水包括浓盐水、浓污水，分别经过净化中水回用后，将浓盐水和浓污水进一步浓缩至原体积的5%，分别用于冲直接还原铁熔分渣制取水淬渣。直接还原铁熔分渣出电炉温度1400～1600℃，采用两套INBA水渣生产工艺设备，分别冲制浓盐水水淬渣和浓污水水淬渣。以浓盐水冲制的水淬渣烘干后直接用作水泥原料，浓污水冲制的水淬渣先送入水泥煅烧工序，无害化处理后再作为水泥原料。
实施例5
将含盐和有机物的煤化工废水混合后，经污水净化工艺处理，产生中水回用，并收集剩余污水，浓缩至原废水体积的5%，得到浓缩的剩余污水。
以铁精矿粉65～80kg、混合煤粉10～22kg、石灰粉2kg、消石灰粉3kg、粉煤灰3kg、轻烧白云石粉2kg为原料，将铁精矿粉、石灰粉、消石灰粉、粉煤灰、轻烧白云石粉混匀加热至350～600℃，再与加热至240～430℃的混合煤粉混合均匀，热压成含炭球团，再经800～1000℃还原气或中性气氛气体在干馏炉内干馏3～6h，得到热压干馏含炭球团。
选择煤灰熔点高于直接还原铁还原温度至少200℃的煤炭为原料，在煤制气炉中生产出还原气氛粗煤气，当粗煤气温度达到1000～1150℃时，经旋风除尘器除尘，由设在还原竖炉中的围管输送到直接还原竖炉内，同时将制成的热压干馏含碳球团经上料锁斗装入直接还原铁竖炉内。进入还原竖炉的粗煤气从热压干馏含炭球团移动颗粒床中穿过，并加热热压干馏含炭球团以生产直接还原铁。直接还原铁竖炉内气体压力6～8kg，还原竖炉底部N2封气体压力大于直接还原铁竖炉内气体压力，在确保直接还原铁竖炉内还原气不外泄的同时，产生的直接还原铁经还原竖炉底部N2封出料口，在N2保护气氛下排出竖炉。
用加料器将产出的直接还原铁加入熔分电炉中，直接还原铁在电炉内熔化，使得渣铁分离，得到直接还原铁水用于炼钢，并得到1400～1600℃的熔分渣。
用INBA水渣生产工艺设备，以上述浓缩的剩余污水冲制1400～1600℃的熔分渣，得到水淬渣送入水泥煅烧工序，无害化处理后作为水泥原料。
