權(quán)利要求

1.以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法，其特征在于，包括以下步驟：將破碎后的廢棄聚氯乙烯在保護(hù)氣氛下進(jìn)行熱處理，冷卻后二次破碎，篩分，得到細(xì)碎物料；將所述細(xì)碎物料與含鋅鉛冶金粉塵混合，制成含碳球團(tuán)；最后將所述含碳球團(tuán)還原，得到金屬化球團(tuán)和二次粉塵，完成含鋅鉛冶金粉塵的還原。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法，其特征在于，所述破碎為將所述廢棄聚氯乙烯粉碎至粒徑為5～10cm。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法，其特征在于，所述保護(hù)氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻?nbsp;4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法，其特征在于，所述熱處理的溫度為280～380℃，時(shí)間為10～30min。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法，其特征在于，所述二次破碎為將熱處理后的產(chǎn)物粉碎至粒徑小于0.18mm的顆粒占熱處理產(chǎn)物總質(zhì)量的60～95％。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法，其特征在于，所述含碳球團(tuán)中碳元素與氧元素的摩爾比為(0.6～0.9):1。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法，其特征在于，所述還原的溫度為800～1100℃，時(shí)間為30～50min。 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法，其特征在于，所述還原在轉(zhuǎn)底爐中進(jìn)行。 9.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法制得的金屬化球團(tuán)。 10.權(quán)利要求9所述金屬化球團(tuán)在煉鐵或煉鋼中的應(yīng)用。

說(shuō)明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冶金資源綜合利用和低碳環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法。

背景技術(shù)

塑料曾被稱為20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，帶給人類極大便利的同時(shí)，也給社會(huì)造成了極大的負(fù)面影響。廢塑料耐腐蝕性、耐老化性以及難降解性使其長(zhǎng)期存在于自然界中，成為繼大氣污染、水污染后的第三大污染物。廢棄塑料種類繁多，廢棄塑料主要包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙乙烯(PP)等。其中，PVC是使用最廣泛的塑料材料之一，在中國(guó)廢塑料中PVC占比高達(dá)22％，其產(chǎn)量?jī)H次于PE。因?yàn)椴煌瑥U舊塑料的成分和理化性質(zhì)差別很大，所以不同的塑料回收利用的方法也不相同。目前全球12％的廢塑料采用焚燒處理，79％的廢塑料采用土地掩埋，回收利用率僅為9％。焚燒處理會(huì)產(chǎn)生很多污染性氣體，造成大氣污染；填埋處理則會(huì)長(zhǎng)期留存在填埋場(chǎng)中，產(chǎn)生有毒滲濾液，污染土壤和地下水。PVC是二噁英的主要來(lái)源。二噁英(TCDD)是二氧芑家族中最致命的物質(zhì)，其毒性相當(dāng)于人們熟知的劇毒物質(zhì)氰化物的130倍、砒霜的900倍，對(duì)人和動(dòng)物有著很大的危害。當(dāng)PVC在焚燒爐中焚燒，或者在掩埋時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生二噁英。所以對(duì)于廢棄聚氯乙烯的清潔資源化回收利用刻不容緩。

鋼鐵廠生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的粉塵對(duì)環(huán)境的影響也日益加深，一般來(lái)說(shuō)鋼鐵企業(yè)粉塵的產(chǎn)量為鋼鐵產(chǎn)量的8％～12％，對(duì)于目前的鋼鐵產(chǎn)能來(lái)說(shuō)，這個(gè)數(shù)量是極其龐大的。該類粉塵中除了含有大量的鐵元素外，還含有鋅、鉛、碳等有價(jià)元素，是一種重要的二次資源。其中電爐粉塵是鋼鐵廠粉塵的主要來(lái)源之一，隨著碳達(dá)峰碳中和政策的推進(jìn)，鋼鐵冶煉過(guò)程電爐鋼的比例將逐步提高。電爐煉鋼粉塵中含有大量的鋅、鉛等重金屬元素，屬于危廢，若露天放置易隨雨水滲入地下，污染地表環(huán)境，影響動(dòng)植物的生存環(huán)境，所以必須合理地對(duì)電爐粉塵進(jìn)行處理。

目前，電爐粉塵的處理方法主要有火法和濕法工藝。濕法工藝主要采用酸浸或者堿浸方法提取粉塵中有價(jià)成分，可以實(shí)現(xiàn)有價(jià)組分定向分離，但存在生產(chǎn)效率低等不足，很難滿足大規(guī)模處理的需要。火法處理工藝中較為常見(jiàn)的是回轉(zhuǎn)窯工藝和轉(zhuǎn)底爐工藝。回轉(zhuǎn)窯工藝投資和運(yùn)行成本低，但存在易結(jié)圈、流程較長(zhǎng)等不足。轉(zhuǎn)底爐工藝生產(chǎn)過(guò)程的可靠性高，并且易于操作和維護(hù)，且轉(zhuǎn)底爐工藝具有對(duì)原料要求低、脫鋅率高等優(yōu)點(diǎn)，但是轉(zhuǎn)底爐還原效率較低、還原溫度高、能耗高，而且以煤和焦粉為主要還原劑。隨著環(huán)保要求的進(jìn)一步嚴(yán)格，如何降低含鋅鉛冶金粉塵直接還原過(guò)程中的還原劑和燃料消耗成為鋼鐵企業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。

廢塑料在冶金行業(yè)中的應(yīng)用是一項(xiàng)具有巨大社會(huì)效益的和經(jīng)濟(jì)效益的環(huán)保技術(shù)，受到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)有技術(shù)中，廢塑料在冶金中的研究和應(yīng)用主要集中在：高爐噴吹廢塑料、廢塑料-煤共焦化、廢塑料用于電爐煉鋼等。上述幾種技術(shù)均有相關(guān)的研究和試驗(yàn)，甚至進(jìn)行了工業(yè)化應(yīng)用。但是以上幾種技術(shù)并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣，原因主要有廢塑料添加過(guò)高會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成不利影響、廢塑料預(yù)處理成本高、需要高品質(zhì)的廢塑料等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法，通過(guò)將廢棄聚氯乙烯經(jīng)低溫?zé)崽幚砗笥米髦苯舆€原劑，與含鋅鉛冶金粉塵混勻后造塊，制成含碳球團(tuán)，然后運(yùn)送至轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行快速還原得到金屬性球團(tuán)。由于PVC低溫?zé)峤馍a(chǎn)的固體碳顆?；钚员冉狗刍蛘呙悍鄹?，反應(yīng)性要高于焦粉或煤粉，進(jìn)而，以其制備的含碳球團(tuán)的還原溫度低，還原速率快，能夠降低還原過(guò)程中的能耗；同時(shí)，PVC在加熱過(guò)程會(huì)釋放出HCl組分，具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，容易與鋅、鉛等反應(yīng)，生成沸點(diǎn)較低的金屬氯化物，在高溫加熱情況下實(shí)現(xiàn)鋅和鉛的選擇性氯化揮發(fā)，因此，本發(fā)明在還原含鋅鉛冶金粉塵時(shí)的鋅、鉛析出率高，所得金屬化球團(tuán)的金屬化率高。

不僅如此，將本發(fā)明以PVC低溫?zé)峤獾墓腆w碳顆粒與含鋅鉛冶金粉塵制得的金屬化球團(tuán)用于煉鐵或煉鋼，塑料中的金屬和非金屬物質(zhì)分別進(jìn)入生鐵(或鋼水)和爐渣，不存在飛灰的二次污染和處置成本；球團(tuán)還原溫度高于二噁英的分解溫度，且球團(tuán)內(nèi)部為還原性氣氛，無(wú)自由氧，且造球原料中一般含硫較高，而硫可抑制二噁英生成，因此含碳球團(tuán)還原過(guò)程可充分抑制二噁英的產(chǎn)生，滿足無(wú)害化處理廢塑料要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明技術(shù)方案之一：提供一種以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法，包括以下步驟：

將破碎后的廢棄聚氯乙烯在保護(hù)氣氛下進(jìn)行熱處理，冷卻后二次破碎，篩分，得到細(xì)碎物料；將所述細(xì)碎物料與含鋅鉛冶金粉塵混合，制成含碳球團(tuán)；最后將所述含碳球團(tuán)還原，得到金屬化球團(tuán)和二次粉塵，完成含鋅鉛冶金粉塵的還原。

優(yōu)選地，所述破碎為將所述廢棄聚氯乙烯粉碎至粒徑為5～10cm。

優(yōu)選地，所述保護(hù)氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻?/span>

優(yōu)選地，所述熱處理的溫度為280～380℃，時(shí)間為10～30min。

經(jīng)過(guò)280～380℃的熱處理后，PVC的脫氯率為40～90％，熱處理產(chǎn)物固定碳含量為20～40％，熱值能夠達(dá)到18～20kJ/g。

優(yōu)選地，所述二次破碎為將熱處理后的產(chǎn)物粉碎至粒徑小于0.18mm的顆粒占熱處理產(chǎn)物總質(zhì)量的60～95％。

優(yōu)選地，所述含碳球團(tuán)中碳元素與氧元素的摩爾比為(0.6～0.9):1。

優(yōu)選地，所述還原的溫度為800～1100℃，時(shí)間為30～50min。

優(yōu)選地，所述還原在轉(zhuǎn)底爐中進(jìn)行。

本發(fā)明技術(shù)方案之二：提供一種根據(jù)上述以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法制得的金屬化球團(tuán)。

本發(fā)明技術(shù)方案之三：提供上述金屬化球團(tuán)在煉鐵或煉鋼中的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：

本發(fā)明先以PVC低溫?zé)峤獾墓腆w碳顆粒與含鋅鉛冶金粉塵混合制備含碳球團(tuán)，再經(jīng)還原制備金屬化球團(tuán)，所得金屬化球團(tuán)的金屬化率為75～95％，還原過(guò)程中鋅、鉛的脫除率大于92％。

按照本發(fā)明提供的還原方法，PVC熱處理產(chǎn)物在還原過(guò)程中分解，產(chǎn)生的氯化氫對(duì)含鋅鉛粉塵進(jìn)行氯化焙燒，能夠很好地促進(jìn)鋅、鉛的氯化揮發(fā)，提高鋅、鉛等金屬的脫除率和在二次粉塵中的富集。

本發(fā)明所用PVC可選用廢棄聚氯乙烯，將其用作還原揮發(fā)劑處理含鋅鉛冶金粉塵，不僅可以解決廢塑料焚燒、填埋等環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)廢棄聚氯乙烯資源的綜合利用，還可以降低含鋅鉛冶金粉塵直接還原過(guò)程中的焦粉和煤粉的消耗，抑制二噁英的生成，是一項(xiàng)非常有前景的廢塑料資源化技術(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的多種示例性實(shí)施方式，該詳細(xì)說(shuō)明不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，而應(yīng)理解為是對(duì)本發(fā)明的某些方面、特性和實(shí)施方案的更詳細(xì)的描述。應(yīng)理解本發(fā)明中所述的術(shù)語(yǔ)僅僅是為描述特別的實(shí)施方式，并非用于限制本發(fā)明。

另外，對(duì)于本發(fā)明中的數(shù)值范圍，應(yīng)理解為還具體公開了該范圍的上限和下限之間的每個(gè)中間值。在任何陳述值或陳述范圍內(nèi)的中間值，以及任何其他陳述值或在所述范圍內(nèi)的中間值之間的每個(gè)較小的范圍也包括在本發(fā)明內(nèi)。這些較小范圍的上限和下限可獨(dú)立地包括或排除在范圍內(nèi)。

除非另有說(shuō)明，否則本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有本發(fā)明所述領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)人員通常理解的相同含義。雖然本發(fā)明僅描述了優(yōu)選的方法和材料，但是在本發(fā)明的實(shí)施或測(cè)試中也可以使用與本文所述相似或等同的任何方法和材料。

關(guān)于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均為開放性的用語(yǔ)，即意指包含但不限于。

實(shí)施例1

(1)對(duì)于城市生活垃圾中廢塑料，經(jīng)過(guò)分類系統(tǒng)，分出廢棄聚氯乙烯，經(jīng)混勻后送入剪切式破碎機(jī)進(jìn)行粗破碎，破碎后的物料再送入低溫加熱裝置進(jìn)行加熱，加熱在氮?dú)庵羞M(jìn)行，加熱溫度為370℃，加熱時(shí)間為30分鐘，冷卻(廢棄聚氯乙烯熱解產(chǎn)物的脫氯率為82％)，再經(jīng)破碎機(jī)破碎和篩分，獲得粒度小于0.18mm的PVC熱處理產(chǎn)物(產(chǎn)率為95％，固定碳含量為35％)。

(2)將含鋅鉛冶金粉塵與步驟(1)所得PVC熱處理產(chǎn)物(含鋅鉛粉塵與PVC產(chǎn)物熱處理比例按碳、氧元素的摩爾比為0.8進(jìn)行配料，即PVC產(chǎn)物占鋅鉛粉塵和PVC產(chǎn)物混合物總重量的28％)、重量為含鋅鉛冶金粉塵重量2％的粘結(jié)劑、經(jīng)過(guò)皮帶輸送至混料機(jī)混勻，并調(diào)節(jié)混勻料水分至7％。將混合好的混勻料經(jīng)皮帶輸送至對(duì)輥壓球機(jī)制成含碳球團(tuán)，壓力為15MPa，球團(tuán)尺寸為40×30×20mm枕狀橢球。生球經(jīng)干燥后單層鋪在轉(zhuǎn)底爐的碳質(zhì)耐火材料上，在1000℃下還原45分鐘，得到金屬化球團(tuán)和二次粉塵。

實(shí)施例1的工藝流程圖見(jiàn)圖1。

所制得金屬化球團(tuán)的金屬化率為85％，鋅、鉛的脫除率分別為98％和95％；每噸金屬化球團(tuán)加熱消耗天然氣270m 3。

表1含鋅鉛冶金粉塵化學(xué)成分/％

實(shí)施例2

(1)對(duì)于城市生活垃圾中廢塑料，經(jīng)過(guò)分類系統(tǒng)，分出廢棄聚氯乙烯，經(jīng)混勻后送入剪切式破碎機(jī)進(jìn)行粗破碎，破碎后的物料再送入低溫加熱裝置進(jìn)行加熱，加熱在氮?dú)庵羞M(jìn)行，加熱溫度為300℃，加熱時(shí)間為30分鐘，冷卻(廢棄聚氯乙烯熱解產(chǎn)物的脫氯率為65％)，再經(jīng)破碎機(jī)破碎和篩分，獲得粒度小于0.18mm的PVC熱處理產(chǎn)物(產(chǎn)率為80％，固定碳含量為25％)。

(2)將含鋅鉛冶金粉塵與步驟(1)所得PVC熱處理產(chǎn)物(含鋅鉛粉塵與PVC產(chǎn)物熱處理比例按碳、氧元素的摩爾比為0.9進(jìn)行配料，即PVC產(chǎn)物占鋅鉛粉塵和PVC產(chǎn)物混合物總重量的38％)、重量為含鋅鉛冶金粉塵重量2％的粘結(jié)劑、經(jīng)過(guò)皮帶輸送至混料機(jī)混勻，并調(diào)節(jié)混勻料水分至7％。將混合好的混勻料經(jīng)皮帶輸送至對(duì)輥壓球機(jī)制成含碳球團(tuán)，壓力為15MPa，球團(tuán)尺寸為40×30×20mm枕狀橢球。生球經(jīng)干燥后單層鋪在轉(zhuǎn)底爐的碳質(zhì)耐火材料上，在950℃下還原45分鐘，得到金屬化球團(tuán)和二次粉塵。

所制得金屬化球團(tuán)的金屬化率為82％，鋅、鉛的脫除率分別為95％和92％；每噸金屬化球團(tuán)加熱消耗天然氣210m 3。

對(duì)比例1

與實(shí)施例1相比，區(qū)別在于將PVC熱處理產(chǎn)物替換為煤粉，所制得金屬化球團(tuán)的金屬化率為55％，鋅、鉛的脫除率分別為50％和45％；每噸金屬化球團(tuán)加熱消耗天然氣300m 3。

對(duì)比例2

與實(shí)施例2相比，區(qū)別在于將PVC熱處理產(chǎn)物替換為焦炭，所制得金屬化球團(tuán)的金屬化率為50％，鋅、鉛的脫除率分別為40％和35％；每噸金屬化球團(tuán)加熱消耗天然氣250m 3。

以上所述的實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。

以廢棄聚氯乙烯為含鋅鉛冶金粉塵還原揮發(fā)劑的共資源化利用方法.pdf