1.本发明属于冶金固
危废处置技术领域，涉及一种铝热法熔融还原含锌物料的工艺及装置。
背景技术：
2.炼钢过程或铅、锌冶炼过程通常会产生含多种金属的高温蒸气，经常规冷却除尘后会生成含pb、zn、cd等重金属粉尘或污泥，依据发改委2021年1月公布的《国家危险废物名录》(2021年版)中，该类粉尘已正式被划分为hw31危险废弃物。同时，在铝电解、
铝加工及再生铝生产加工过程中，会产生诸多含铝副产品，且随着国内金属铝及
铝合金生产规模不断扩大，工业铝灰(含一次铝灰和二次铝灰)、电解浮渣、镀锌渣的产生量也成比例增长，并在《国家危险废物名录》(2019版)中明确将工业铝灰列为hw48危险废弃物。
3.针对上述冶金与加工过程产生的含锌物料与废铝等现行火法处置工艺，多是采用碳基还原或热解/燃烧处置方式，专利对比如下：
4.含锌电炉粉尘的处理方法(公开号cn101092664a)、从电炉粉尘回收金属的方法和装置(公开号cn103069023a)等分别提出采用回转炉、转底炉或熔融电炉等装置利用碳还原含锌物料，锌蒸气经二次氧化最终收得氧化锌；
5.一种用废铝-锌-铁-硅合金再生金属铝锌的方法(公开号cn101629244)提出利用废铝作为发热剂添加至合金中通过真空蒸馏回收zn与al等有价金属；一种渣浴还原处理高炉粉尘的方法(公开号cn106191359a)提出将高炉粉尘预热至1400～1500℃形成熔渣池后加入铝灰作为还原剂将氧化铁还原为铁水；
6.对比上述专利，本发明通过将铝作为还原剂并充分利用铝热反应的自发热特性进行熔融还原，将含锌物料还原为金属锌，并生成合金以及高
氧化铝原料，其反应速率快，无co2排放，还避免了锌蒸气的二次氧化，提高了产品质量和市场价值。同时，原料中的氟化物被固化到熔渣中，原料中的氮化铝经熔融还原生成氮气，避免了水解过程存在的氨气污染问题，是一种绿色节能环保型冶金固危废处置工艺。
技术实现要素：
7.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝热法熔融还原含锌物料的工艺及装置，解决现有技术中还原反应速度慢，有co2和氨气等气体排放和锌蒸汽容易遭到氧化的技术问题。
8.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.一种铝热法熔融还原含锌物料的工艺，包括如下步骤，
10.s1.配置原料，冶炼原料包括含锌物料和含铝物料，其中含铝物料中的铝为还原剂和发热剂；
11.s2.熔解与还原，将含铝物料和含锌物料混匀，造球，送入熔融炉并利用反应自放热形成金属熔池；
12.s3.冷却，将溶解与还原生成的锌蒸气通入锌雨冷凝室中冷却成锌液，并从锌雨冷凝室溢流口流出，未充分冷却的锌蒸气从锌雨冷凝室烟气出口流至冷却沉降室，形成锌粉；
13.s4.熔渣处理，还原反应结束后，将熔融炉中剩余的金属液和熔渣经熔融炉下部排放口排出，冷凝，得到合金锭和高氧化铝熔渣。
14.进一步，步骤s1中所述的含铝物料包括但不限于废铝、一次铝灰、二次铝灰、镀锌渣；含锌物料包括但不限于炼钢灰、含锌浸出渣、锌电池。
15.进一步，步骤s1中的含锌物料为电炉粉尘，含铝物料为工业铝灰时，需外配5％生石灰；含锌物料为不锈钢厂除尘灰，含铝物料为工业铝灰时，需配8％氧化铁皮。
16.进一步，步骤s2中所述的含铝物料与含锌物料al/o比为0.7～0.9，熔解温度为900～1200℃，还原时间20～40min。
17.进一步，步骤s3中控制锌雨冷凝室内锌液温度为450℃～550℃，控制冷却沉降室温度《150℃。
18.进一步，含锌物料中的fe、cr、ni、cu经溶解还原，冷却形成了合金锭，含锌物料中的氟以11cao-7al2o
3-caf2相固化在炉渣中，含铝物料中的氮化铝经熔融还原生成氮气。
19.一种铝热法熔融还原含锌物料的装置，包括底部设有排料口且顶部设有进料口的熔融炉，位于熔融炉进料口上方的圆盘造粒机，位于圆盘造粒机上的
混合机、位于混合机上部的物料仓、与熔融炉连通的锌雨冷凝室和与锌雨冷凝室连通的冷却沉降室。
20.进一步，所述锌雨冷凝室设置有转动装置，所述转动装置包括穿过锌雨冷凝室顶部可偏转角度的主轴和设置在主轴上位于锌雨冷凝室内的叶片。
21.进一步，所述物料仓由大小不同含锌物料仓和含铝物料仓组成。
22.本发明的有益效果在于：
23.1、将铝作为还原剂并充分利用铝热反应的自发热特性进行熔融还原，将含锌物料还原为金属锌、合金以及高氧化铝原料，其反应速率快，无co2排放，还避免了锌蒸气的二次氧化，提高了产品质量和市场价值。同时，含锌物料中氟化物中的氟以11cao-7al2o
3-caf2相固化在炉渣，含铝物料中氮化铝经熔融还原生成氮气，避免了水解过程存在的氨气污染问题，是一种绿色节能环保型冶金固危废处置工艺。
24.2、熔渣中得到的高氧化铝可以作为原料供
电解铝厂或高铝砖、耐材厂使用，使资源的到了循环利用，增加了整个工厂的效益。
25.本发明的其他优点在于避免了在城市道路表面围栏施工的情况，提升了市容市貌；节约了施工过程中人力、物力的成本损耗。加快施工进度，对工程的有效性、时效性有着明显的推动作用，流水线作业，降低了不熟练技术人员的培养成本，降低了在适用传统方式中出现的安全隐患，以及避免了不规范施工所造成的所有安全隐患。
附图说明
26.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
27.图1为一种铝热法熔融还原含锌物料的装置示意图。
28.附图标记：含锌物料仓1、含铝物料仓2、混合机3、圆盘造粒机4、进料口5、熔融炉6、金属熔池7、排料口8、烟气出口9、锌雨冷凝室10、转动装置11、锌液12、溢流口13、烟气出口
14、冷却沉降室15、收集装置16、排气管17。
具体实施方式
29.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.请参阅图1，一种铝热法熔融还原含锌物料的装置，包括底部设有排料口8且顶部设有进料口5的熔融炉6，位于熔融炉6进料口5上方的圆盘造粒机4，位于圆盘造粒机4上的混合机3、位于混合机3上部的含锌物料仓1和含铝物料仓2、与熔融炉6上部通过烟气出口9连通的锌雨冷凝室10和通过锌雨冷凝室10顶部的烟气出口14连通的冷却沉降室15，冷却沉降室15设有排气管17，冷却沉降室15下方设有收集锌粉的收集装置16。
31.锌雨冷凝室10上设置有转动装置11，转动装置11包括穿过锌雨冷凝室10顶部可调节倾斜角度的主轴和设置在主轴上位于锌雨冷凝室10内的叶片，本实施案例中可通过增大叶片的面积及其与主轴的倾斜角度以增大锌雨与锌蒸气接触面积，提高锌蒸气的冷凝效率。
32.实施例1，一种铝热法熔融还原含锌物料工艺流程：
33.s1.原料，用电炉粉尘做含锌物料为冶炼原料加入含锌物料仓1中，工业铝灰作为还原剂和发热剂分别加入含铝物料仓2，同时外配5％生石灰；
34.s2.熔解与还原，通过混合机3将电炉粉尘和工业铝灰按照al/o为0.8比例混合，并加入外配的5％生石灰，通过圆盘造粒机4制成球状，送入熔融炉6，升温至1150℃～1200℃，利用反应自放热形成金属熔池7，保持20-40min，完成熔解与还原；
35.s3.冷却，将锌雨冷凝器10的温度控制为450℃～550℃，该温度远低于锌蒸气常压挥发温度907℃，同时高于锌熔化温度419℃；将溶解与还原生成的锌蒸气通入锌雨冷凝室10冷却成锌液12，并从锌雨冷凝室10的溢流口13流出，进行收集；未充分冷却的锌蒸气从锌雨冷凝室10的烟气出口14流至冷却沉降室15，将冷却沉降室15温度控制在150℃以下，此时，锌蒸汽形成锌粉，并回收到收集装置16中，多余的气体通过排气管17排出，冷却沉降室15对锌蒸气的二次冷凝，进一步提高了锌回收率；
36.s4.熔渣处理，反应结束后，将熔融炉6中剩余的金属液和熔渣经熔融炉下部排料口8排出，并对其冷凝，得到合金锭和高氧化铝熔渣。
37.优选的，在原料中配入一定量的铬渣或镍渣，和原料中的fe、cr、ni、cu等元素经溶解还原，冷却可形成铬铁或镍铁合金锭，原料中氟化物经溶解还原被固化到熔渣中形成11cao-7al2o
3-caf2，原料中的氮化铝经熔融还原生成氮气，避免了水解过程存在的氨气污染问题，并得到高氧化铝原料供电解铝厂、高铝砖或耐材厂使用，提高了经济效益。
38.实施例2
39.实施例2与实施1的区别在于：
40.在步骤s1中，用不锈钢厂除尘灰做含锌物料，工业铝灰作为还原剂和发热剂，外配
8％氧化铁皮；
41.在步骤s2中，不锈钢厂除尘灰与工业铝灰按照al/o为0.85比例混合。
42.锈钢厂除尘灰含锌原料中cao含量较高，故无需外配生石灰，需要配入一定量氧化铁皮补充fe含量以形成铬铁合金，实现综合治理固危废。
43.本技术中的原料不仅仅是实施例1和实施例2中的物料，其含铝物料可包括废铝、一次铝灰、二次铝灰、镀锌渣等其他含铝固危废材料；含锌物料可包括炼钢灰、含锌浸出渣、锌电池等其他含锌固危废材料。
44.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。技术特征：
1.一种铝热法熔融还原含锌物料的工艺，其特征在于：包括如下步骤，s1.配置原料，冶炼原料包括含锌物料和含铝物料，其中含铝物料中的铝为还原剂和发热剂；s2.熔解与还原，将含铝物料和含锌物料混匀，造球，送入熔融炉并利用反应自放热形成金属熔池；s3.冷却，将溶解与还原生成的锌蒸气通入锌雨冷凝室中冷却成锌液，并从锌雨冷凝室溢流口流出，未充分冷却的锌蒸气从锌雨冷凝室烟气出口流至冷却沉降室，形成锌粉；s4.熔渣处理，还原反应结束后，将熔融炉中剩余的金属液和熔渣经熔融炉下部排放口排出，冷凝，得到合金锭和高氧化铝熔渣。2.根据权利要求1所述的一种铝热法熔融还原含锌物料的工艺，其特征在于：步骤s1中所述的含铝物料包括但不限于废铝、一次铝灰、二次铝灰、镀锌渣；含锌物料包括但不限于炼钢灰、含锌浸出渣、锌电池。3.根据权利要求2所述的一种铝热法熔融还原含锌物料的工艺，其特征在于：步骤s1中的含锌物料为电炉粉尘，含铝物料为工业铝灰时，需外配5％生石灰；含锌物料为不锈钢厂除尘灰，含铝物料为工业铝灰时，需配8％氧化铁皮。4.根据权利要求1所述的一种铝热法熔融还原含锌物料的工艺，其特征在于：步骤s2中所述的含铝物料与含锌物料al/o比为0.7～0.9，熔解温度为900～1200℃，还原时间20～40min。5.根据权利要求1所述的一种铝热法熔融还原含锌物料的工艺，其特征在于：步骤s3中控制锌雨冷凝室内锌液温度为450℃～550℃，控制冷却沉降室温度<150℃。6.根据权利要求1所述的一种铝热法熔融还原含锌物料的工艺，其特征在于：含锌物料中的fe、cr、ni、cu经溶解还原，冷却形成了合金锭，含锌物料中的氟以11cao-7al2o
3-caf2相固化在炉渣中，含铝物料中的氮化铝经熔融还原生成氮气。7.一种铝热法熔融还原含锌物料的装置，其特征在于：包括底部设有排料口且顶部设有进料口的熔融炉，位于熔融炉进料口上方的圆盘造粒机，位于圆盘造粒机上的混合机、位于混合机上部的物料仓、与熔融炉连通的锌雨冷凝室和与锌雨冷凝室连通的冷却沉降室。8.根据权利要求7所述的一种铝热法熔融还原含锌物料的装置，其特征在于：所述锌雨冷凝室设置有转动装置，所述转动装置包括穿过锌雨冷凝室顶部可偏转角度的主轴和设置在主轴上位于锌雨冷凝室内的叶片。9.根据权利要求7所述的一种铝热法熔融还原含锌物料的装置，其特征在于：所述物料仓由大小不同含锌物料仓和含铝物料仓组成。
技术总结
本发明涉及一种铝热法熔融还原含锌物料的工艺及装置，属于冶金固危废处置技术领域，通过将含锌物料和含铝物料混匀、造球后，在熔融炉内完成熔解与还原，锌蒸气经锌雨冷凝室和冷却沉降室冷却得到金属锌，金属液和熔渣沿底部排料口排出，冷凝后分别得到合金锭与高氧化铝熔渣。其解决现有技术中还原反应速度慢，有CO2和氨气等气体排放和锌蒸汽容易遭到氧化的技术问题，实现了对冶金生产和加工过程产生的含锌和含铝
固废的综合治理，是一种绿色节能环保型处置工艺。保型处置工艺。保型处置工艺。
技术研发人员：赵忠宇 郭秀键 田文杰 倪晓明 雍海泉 罗磊 罗宝龙
受保护的技术使用者：中冶赛迪技术研究中心有限公司
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2022/4/12
声明：
“铝热法熔融还原含锌物料的工艺及装置的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中冶赛迪技术研究中心有限公司
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2024年07月26日 ~ 28日 
