本發明涉及鋼鐵塵泥處理，具體涉及一種鋼鐵塵泥用高效還原劑及其制備方法。

背景技術：

1、鋼鐵生產過程中會產生大量的鋼鐵塵泥，這些塵泥通常含有較高的鐵、碳、鋅等元素，若不能有效利用，既浪費資源又可能對環境造成污染。鋼鐵塵泥的高效處理和資源化利用一直是鋼鐵行業關注的重點問題。傳統的鋼鐵塵泥處理方法往往存在處理效率低、能耗高、產品金屬化率低、鋅鐵回收率低等問題，因此，開發一種高效還原劑及其制備方法，對于提高鋼鐵塵泥的資源化利用效率和降低生產成本具有重要意義。

2、現有鋼鐵塵泥的處理工藝中，火法處理工藝中的回轉窯工藝較為成熟，該工藝中，將干燥后的塵泥與作為還原劑的無煙煤混合后一起加入回轉窯中，爐料在回轉窯內高溫直接還原后形成團粒，團粒經冷卻后可以篩分供轉爐、高爐冶煉，而顆粒較小的部分則可用于燒結，可回收鐵、鋅等金屬物質。

3、在回轉窯工藝中，還原劑作為還原金屬的重要介質，其組成成分至關重要，現有的還原劑多選擇含碳物質粉末的混料，將粉末混料與塵泥混合造粒后進行煅燒，但是由于各類粉體的表面性質差異很大，因此將各粉體混合造粒后，顆粒中各成分均質性差，導致在燒結過程中還原的充分性受到影響，部分塵泥因與還原劑接觸少而未得到充分還原，使得最終對于金屬鐵、金屬鋅的回收率大大降低。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種鋼鐵塵泥用高效還原劑及其制備方法，解決以下技術問題：

2、如何提升鋼鐵塵泥中金屬鐵、金屬鋅的回收效果。

3、本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

4、第一方面，本發明公開了一種鋼鐵塵泥用高效還原劑，包括以下重量份的原料：45-55份褐煤粉、10-20份氧化鈣、2-4份淀粉、若干份聚氨酯丙烯酸酯；優選的，褐煤粉為50份、氧化鈣為15份、淀粉為3份。

5、進一步地，所述還原劑為多孔球粒狀，還原劑表面具有聚氨酯丙烯酸酯膜層；褐煤粉與氧化鈣形成多孔球體的骨架結構，淀粉作為黏結劑對褐煤粉與氧化鈣進行粘接定型，聚氨酯丙烯酸酯在骨架結構的表面形成一層支撐膜結構，可以提升多孔球體的強度性能，防止其在運輸或儲存過程中破損。

6、本發明的高效還原劑應用于鋼鐵塵泥的處理過程中時，其使用方法為：首先將鋼鐵塵泥與還原劑加入混料機中混合均勻，使鋼鐵塵泥充分混入還原劑的多孔骨架結構之中，還原劑最外層的聚氨酯丙烯酸酯膜層對鋼鐵塵泥具有吸引力作用，可以使部分鋼鐵塵泥充分填充入多孔骨架內部，然后將混合后的物料投入造球機中造粒后送入回轉窯中進行煅燒處理，從而對鋼鐵塵泥中的金屬鋅、金屬鐵進行回收。

7、本發明的高效還原劑與鋼鐵塵泥在進行煅燒的過程中，鋼鐵塵泥與還原劑混合均勻，且大量鋼鐵塵泥充分混入了還原劑的骨架結構之中，在高溫作用下，還原劑最外層的聚氨酯丙烯酸酯膜層進行熱解生成氫氣（h2）和一氧化碳（co），這兩種氣體可以作為鋼鐵塵泥的有效還原氣體，促進鋼鐵塵泥中氧化金屬的還原，同時還原劑中的褐煤中的碳元素在高溫下可以與鋼鐵塵泥中的氧元素結合，形成co或二氧化碳（co2），同時釋放出熱量，這些氣體，尤其是co可以與鋼鐵塵泥中的鐵氧化物發生還原反應，將其還原為金屬鐵；而氧化鈣在還原過程中可以與鋼鐵塵泥中的酸性氧化物，例如sio2進行結合，形成硅酸鹽等化合物，從而調節體系的堿度，有助于促進氧化金屬的還原反應，提升金屬鐵、金屬鋅的回收率，氧化鈣的加入可以改變渣相的組成，調控渣相的熔點，從而有利于金屬鐵顆粒的生長和聚集；而由于鋼鐵塵泥填充于還原劑的骨架空隙中，因此反應作用十分均勻，還原效果好。

8、第二方面，本發明還公開了一種如上所述的鋼鐵塵泥用高效還原劑的制備方法，包括如下制備步驟：

9、步驟一、將褐煤粉與氧化鈣粉加入球磨罐中，再向球磨罐中加入質量分數為75%的乙醇水溶液，加入量為混料的50%～60%，球料比為20:1，將球磨罐裝在球磨機上，球磨時間為1.5-2.5h，收集研磨后的粉末與淀粉一同攪拌均勻，得到混合粉體，向混合粉體中加入水，攪拌均勻形成固含量為25%～35%的混合漿液；

10、優選的，水的固含量為30%。

11、混合漿液中的淀粉溶解于水后具有一定的黏性，降低了混合漿液整體的流動性，可防止褐煤粉與氧化鈣粉在短時間內產生沉積，保證混合漿液體系的穩定性。

12、步驟二、將混合漿液在0-5℃下冷藏4-5h，然后在零下10℃-零下5℃下攪拌至全冰晶狀態，保證無液滴殘留，然后在0℃以下的環境下加入輥式壓球機中，以700-800kg/cm的線比壓輥壓至球粒狀，保溫8-10h后得到冰晶球，冰晶球的粒徑大小為0.8-1.5cm；

13、優選的，冰晶球的粒徑大小為1.0cm，其尺寸可通過輥式壓球機的輥間距進行自由調節；

14、在該步驟中，混合漿液中的水在低溫狀態下趨向于結冰態，在攪拌作用下防止其結冰成塊，而保證其以冰晶狀均勻分散于混合體系中，因此，得到的冰晶球中，水冰晶處于均勻分散狀態。

15、步驟三、將冰晶球加入真空干燥機中，在180℃下干燥3-4h，冷卻至室溫后加入振篩機中振蕩分離，得到還原劑前體顆粒；

16、冰晶球在干燥過程中，水冰晶蒸發完全，同時淀粉在高溫作用下發生了糊化，使淀粉失去原有的結晶狀態，產生黏稠且類似膠狀的糊精，糊精在冰晶球中的褐煤粉與氧化鈣粉之間起到粘接作用，使脫水后的球體形成堅固的骨架結構，且由于水冰晶的脫除，骨架結構之間形成了連貫的孔隙結構，即還原劑前體顆粒。

17、步驟四、將還原劑前體顆粒浸泡于質量分數為15%～20%的常溫的聚氨酯丙烯酸酯溶液中5—10s后立刻撈出，然后在100-120℃下干燥30min，得到結塊的還原劑，使用振篩機對結塊的還原劑進行振蕩分離，得到鋼鐵塵泥用高效還原劑；

18、聚氨酯丙烯酸酯溶液具有一定的黏性，還原劑前體顆粒浸泡于聚氨酯丙烯酸酯溶液中后，首先在其表面覆蓋了一層聚氨酯丙烯酸酯液膜，為了防止其膜層過厚影響還原劑的孔隙率，因此浸泡時間不宜過長；還原劑的孔隙率還受到步驟一中混合漿液中的水含量的影響，水量越大，混合漿液的黏度越低，但在冰晶球中的質量占比越大，因此脫水后球體的孔隙率越高，但是黏度過低則流動性過大，容易造成粉體沉積，因此為了保證二者的效果保持理想狀態，經過多組實驗，確定了混合漿液中水的固含量為25%～35%，且通過控制水的固含量，可以實現還原劑孔隙率的自由調控。

19、本發明的有益效果：

20、1、本發明的鋼鐵塵泥用高效還原劑為多孔顆粒狀，在與塵泥混合時，可以使得大量塵泥填充進入還原劑的空隙內部，使得還原劑與塵泥之間的接觸更加充分和均勻，因此在煅燒過程中，塵泥與還原劑之間的反應更加充分，可避免部分塵泥因與還原劑接觸不足而無法進行還原的情況，因此可提升塵泥在煅燒過程中的還原效果，可提升其金屬鐵、金屬鋅的回收率。

21、2、本發明的鋼鐵塵泥用高效還原劑中采用淀粉作為黏結劑將褐煤粉與氧化鈣粉末進行粘接支撐，使其形成堅固的骨架結構，且淀粉在燒結過程中，淀粉中的氫、氧等元素會以氣體（如水蒸氣、二氧化碳等）的形式釋放出去，而剩余的碳元素則會逐漸聚集形成炭化物，與炭渣一同進行回收，不會產生多余的有害物質，釋放的水蒸氣和二氧化碳還可以促進燒結過程中塵泥炭化的進行以及還原反應的進行，有利于燒結反應速率的提升。

22、3、本發明的鋼鐵塵泥用高效還原劑中，采用聚氨酯丙烯酸酯在還原劑的骨架結構表面形成一層膜層，膜層對鋼鐵塵泥具有吸引力作用，可以使部分鋼鐵塵泥充分填充入多孔骨架內部，并且在高溫下進行熱解會生成h2和co，這兩種氣體可以作為鋼鐵塵泥的有效還原氣體，促進鋼鐵塵泥中氧化金屬的還原，提升金屬鐵、金屬鋅的回收。

23、4、本發明的鋼鐵塵泥用高效還原劑中，淀粉與聚氨酯丙烯酸酯的加入不僅提高了塵泥還原反應的進行，還提升了還原劑顆粒的整體強度，使得還原劑顆粒便于儲存和運輸，進而提升其商業價值。