权利要求
1.一种回转窑处理冶金尘泥与
铜渣的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，铜渣脱砷，将铜渣加入到双层回转窑外层的氧化层中，并鼓入富氧空气，在温度≥300℃的条件下，铜渣在氧化层完成砷的脱除和水分的蒸发，获得脱砷铜渣;
S2，将脱砷铜渣与钢铁冶金尘泥、粘结剂混合后进行一次造球，获得一次球团，之后将一次球团与煤粉进行二次造球获得二次球团;
S3，二次球团由窑尾加入到双层回转窑内层的还原层中依次进行预热、脱水、燃烧、还原，之后在出料段冷却后得到金属化球团;
S4，金属化球团经破碎、干式磁选后得到铁品位≥90%的高质量铁粉，高质量铁粉压块后得到铁粉球团。
2.根据权利要求1所述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法，其特征在于：所述步骤S1中;
所述铜渣为
铜冶炼成选铜后余下的铜渣，所述铜渣中，铁含量为38～43%，
锌含量1.5～3%，二氧化硅含量28～34%，砷含量0.2～0.8%，二元碱度为0.03～0.1;
所述双层回转窑长径比为15～17，直径为3～4.2m;
所述双层回转窑外层的氧化层中物料的停留时间为2.3～2.7h，氧化层温度为500～600℃;
所述富氧空气中，氧含量为25～30%;
所述脱砷铜渣中，铁含量38～43%，锌含量1.5～3%，二氧化硅含量28～34%，砷含量≤0.05%，硫含量≤0.08%，水含量≤0.1%，脱砷铜渣的二元碱度为0.03～0.1;
所述双层回转窑外层的氧化层出来的高温烟气温度为200～300℃，高温烟气由氧化层收尘器收集无毒烟尘后返回双层回转窑的还原层作助燃空气。
3.根据权利要求1所述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法，其特征在于：步骤S2中：
所述钢铁冶金尘泥选用炼钢厂的OG泥或LT灰;所述钢铁冶金尘泥中，铁含量55～60%，锌含量4～6%，氧化钙含量6～10%,，锌含量2～4%，碳含量2～5%，硫含量≤0.05%，该钢铁冶金尘泥的二元碱度2～5;
所述粘结剂选用淀粉粘结剂;
所述煤粉的固定碳含量为85%以上，灰熔点大于1230℃，粒度<0.015mm。
4.根据权利要求1所述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法，其特征在于：步骤S2中：
所述钢铁冶金尘泥、脱砷铜渣与粘结剂的干基质量比为100：(15～20):3;
所述一次球团的铁含量45～56%，锌含量3～6%，二元碱度为0.8～1.4;该一次球团的直径为9～13mm;
所述一次球团与煤粉的干基质量比为100：(20～27);
所述二次球团的直径为11～15mm，煤粉层厚度为2～3mm，该二次球团的还原剂过剩系数为1.5～2.0。
5.根据权利要求1所述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法，其特征在于：步骤S3中：
所述双层回转窑的转速为1.5～3min/圈，斜度3～3.5%，内层物料的停留时间为2.5～3.5h;
所述预热是在双层回转窑的生料段进行，预热温度为300～600℃;
所述脱水是在双层回转窑的干燥段进行，脱水温度为600～800℃;
所述燃烧是在双层回转窑的燃烧段进行，燃烧温度为800～1200℃;
所述还原是在双层回转窑的还原段进行，还原温度为1200～1230℃;
所述出料段的温度为1200～1000℃。
6.根据权利要求1所述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法，其特征在于：步骤S3中：
所述金属化球团的全铁含量62～65%，金属化率70～85%，残锌0.3%以下，硫0.05%以下，砷0.01%以下;
所述金属化球团表面为灰熔点≥1200℃的灰分层;
所述二次球团的锌氧化物被还原后由
锌粉收集器收集得到锌品位≥60%的次
氧化锌粉。
7.根据权利要求6所述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法，其特征在于：步骤S4中：
所述破碎处理是将金属化球团破碎至粒度<100目;
所述干式磁选的磁场强度为1200～1600 Oe;
所述铁粉球团的抗压强度≥1500N。
8.一种回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统，其特征在于，包括
双层回转窑，其外层为用以脱去铜渣中的砷的氧化层，内层为用以将二次球团的铁锌氧化物还原的还原层;所述氧化层在窑尾位置设有烟气出口和加料口，该氧化层的窑头位置设有出料口和空气进口;所述还原层从窑尾至窑头依次设有生料段、干燥段、燃烧段、还原段和出料段，该还原层的出料段与还原层
鼓风机连接;所述双层回转窑的窑头设有用以燃烧煤气供热的煤气烧嘴;
造球成型系统，其包括依次连接的一号圆盘造球机和二号圆盘造球机，所述一号圆盘造球机用以将双层回转窑氧化层获得的脱砷铜渣与钢铁冶金尘泥、粘结剂造球获得一次球团;所述二号圆盘造球机用以将一次球团与煤粉进行二次造球获得二次球团，该二号圆盘造球机获得的二次球团由所述双层回转窑的窑尾进入还原层;
破碎机，用以将由双层回转窑还原层窑头出来的金属化球团进行破碎;
干式磁选机，用以将所述破碎机破碎后的金属化球团粉进行干式磁选;
压球机，用以将所述干式磁选机磁选后的铁粉压块得到铁粉球团;
所述回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统用以执行如权利要求1～7之一所述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法。
9.根据权利要求8所述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统，其特征在于，所述双层回转窑的内层和外层砌筑有耐火材料，所述内层为100～150mm厚度的
耐火砖，该耐火砖的材质为磷酸
铝材料，所述外层为300～350mm厚度的刚玉浇注料;
所述双层回转窑内层的长径比为15～17，所述双层回转窑的直径为3～4.2m，所述外层与所述内层的间隙为600～800mm，所述外层的长度为内层长度的2/3。
10.根据权利要求8所述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统，其特征在于：
所述双层回转窑氧化层的烟气出口与氧化层收尘器连接，氧化层收尘器上设有引风机;所述氧化层的空气进口与氧化层鼓风机连接;
所述双层回转窑还原层的窑尾与锌粉收集器连接，该锌粉收集器出口设有引风机。
11.根据权利要求8所述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统，其特征在于，还包括铜渣仓、尘泥仓、粘结剂仓和煤粉仓;
所述铜渣仓、尘泥仓、粘结剂仓分别与所述一号圆盘造球机连接，所述铜渣仓还与所述双层回转窑氧化层的出料口连接;
所述煤粉仓与所述二号圆盘造球机连接。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及冶金和化工环保技术，更具体地说，涉及一种回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法和系统及方法。
背景技术
[0002]目前，大部分钢铁企业将冶炼过程产生的含铁
固废以返回烧结或用转底炉、传统回转窑处理，这些工艺存在能耗高、资源利用率低、协同处置能力差等缺点。
[0003]铜渣是
火法炼铜工艺产生的一种固体废弃物，具有铁含量低、有害元素砷含量高的缺点，大部分铜冶炼企业将铜渣送给水泥厂做铁质矫正料，还有一些科研单位开展了大量的铜渣提铁研究，但是由于砷元素和铁元素结合能力强，最终产品中含有大量的砷，严重影响铁的质量吗，因此，铜渣的资源化利用一直是行业难题。
[0004]回转窑是一种高效回收锌资源的冶金工艺，主要用于钢铁厂含锌粉尘、电炉灰等二次资源的综合利用，其核心原理是通过高温还原挥发锌氧化物，实现锌与铁等金属的分离回收，兼具环保与经济效益。含锌尘泥的主要成分为ZnO(3%-30%)、Fe2O3及少量Pb、Cd等。在回转窑内，碳质还原剂(焦粉或无烟煤)与尘泥混合后，于1100-1300℃高温下发生还原反应：ZnO + CO → Zn(g) + CO2。气态锌随烟气排出，经布袋除尘收集为粗锌氧粉(含Zn50%-70%);窑渣则为脱锌后的铁料，可返回钢铁生产。
[0005]现有技术中关于回转窑的技术如下：
[0006]中国专利申请号CN201822233507.8公开了一种回转窑总成及回转窑余热回收装置;回转窑余热回收装置包括用于套装在回转窑本体外侧的保温罩、用于支撑保温罩的支架和用于吸收回转窑本体散发出的热量的集热水管，回转窑余热回收装置还包括用于套装在回转窑本体外侧的集热水管安装圈，集热水管安装圈有两个以上，各集热水管安装圈沿保温罩中心线延伸方向间隔设置，保温罩与各集热水管安装圈之间通过固定杆连接，支架上于集热水管安装圈下方设有横梁，横梁上设有用于支撑集热水管安装圈的支撑杆，集热水管安装在各集热水管安装圈上;该技术是将回转窑余热用水吸收，产生蒸汽或热水，余热利用效率较低，且使用水冷方式容易泄露，存在安全隐患。
[0007]中国专利申请号CN201911398215.2公开了一种钢铁企业含锌固体废料的综合处置装置及方法，属于冶金固体废料处理设备和方法技术领域，用于处理钢铁企业有利用价值的固体废料。其技术方案是：部分干料筒仓和湿料仓与干湿
混合机相连接，干料筒仓、干湿混合机和添加剂仓出料口分别与综合混合机相连接，综合混合机与造粒机相连接，造粒机与回转窑的进料口相连接，回转窑窑头的固体物料出口与二次含铁资源水冷槽相连接，二次含铁资源水冷槽与筛机相连接，筛机的筛下和筛上出料口分别与烧结料槽、高炉或炼钢料槽相连接，回转窑窑尾与沉降室、余热锅炉、脱硫脱硝塔、布袋
除尘器依次连接，布袋除尘器与烟囱相连接;该技术为传统回转窑处理，这些工艺存在能耗高、资源利用率低、协同处置能力差等缺点。
[0008]中国专利申请号CN202010481975.6 公开了一种含砷铜渣焙烧气基还原脱砷的方法，本发明提供的含砷铜渣焙烧气基还原脱砷的方法包括：步骤1、将含砷铜渣研磨处理，并对渣粉干燥脱除游离水;含砷铜渣中含有氧化砷、硫化砷和砷酸盐;步骤2、将渣粉进行高温焙烧，高温焙烧过程中通入惰性气体，含砷铜渣中的氧化砷和硫化砷高温焙烧分解后以气体形式挥发，非挥发成分形成砷焙烧渣;步骤3、持续向砷焙烧渣中通入还原性气体40min～100min，还原温度为650℃～1200℃，砷焙烧渣中的砷酸盐气化脱除，得到含砷铜渣脱砷后渣料;该技术能够明显降低渣中砷含量，为后续铜渣的继续处理提供砷含量合格的原料;但是该技术属于湿法和火法联合工艺，工艺流程较长，能耗较好，经济效益较差。
[0009]综上所述，需要研究一种回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法和系统，能够解决铜渣中砷高的问题，实现回转窑窑体热能回收利用，实现铜渣和冶金尘泥协同处置利用生产高质量直接还原铁的目的。
发明内容
[0010]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法和系统，能够解决铜渣中砷高的问题，实现回转窑窑体热能回收利用，实现铜渣和冶金尘泥协同处置利用生产高质量直接还原铁的目的。
[0011]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0012]本发明第一方面提供了一种回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法，包括以下步骤：
[0013]S1，铜渣脱砷，将铜渣加入到双层回转窑外层的氧化层中，并鼓入富氧空气，在温度≥300℃的条件下，铜渣在氧化层完成砷的脱除和水分的蒸发，获得脱砷铜渣;
[0014]S2，将脱砷铜渣与钢铁冶金尘泥、粘结剂混合后进行一次造球，获得一次球团，之后将一次球团与煤粉进行二次造球获得二次球团;
[0015]S3，二次球团由窑尾加入到双层回转窑内层的还原层中依次进行预热、脱水、燃烧、还原，之后在出料段冷却后得到金属化球团;
[0016]S4，金属化球团经破碎、干式磁选后得到铁品位≥90%的高质量铁粉，高质量铁粉压块后得到铁粉球团。
[0017]优选的，所述步骤S1中;
[0018]所述铜渣为铜冶炼成选铜后余下的铜渣，所述铜渣中，铁含量为38～43%，锌含量1.5～3%，二氧化硅含量28～34%，砷含量0.2～0.8%，二元碱度为0.03～0.1;
[0019]所述双层回转窑长径比为15～17，直径为3～4.2m;
[0020]所述双层回转窑外层的氧化层中物料的停留时间为2.3～2.7h，氧化层温度为500～600℃;
[0021]所述富氧空气中，氧含量为25～30%;
[0022]所述脱砷铜渣中，铁含量38～43%，锌含量1.5～3%，二氧化硅含量28～34%，砷含量≤0.05%，硫含量≤0.08%，水含量≤0.1%，脱砷铜渣的二元碱度为0.03～0.1;
[0023]所述双层回转窑外层的氧化层出来的高温烟气温度为200～300℃，高温烟气由氧化层收尘器收集无毒烟尘后返回双层回转窑的还原层作助燃空气。
[0024]优选的，步骤S2中：
[0025]所述钢铁冶金尘泥选用炼钢厂的OG泥或LT灰;所述钢铁冶金尘泥中，铁含量55～60%，锌含量4～6%，氧化钙含量6～10%,，锌含量2～4%，碳含量2～5%，硫含量≤0.05%，该钢铁冶金尘泥的二元碱度2～5;
[0026]所述粘结剂选用淀粉粘结剂;
[0027]所述煤粉的固定碳含量为85%以上，灰熔点大于1230℃，粒度<0.015mm。
[0028]优选的，步骤S2中：
[0029]所述钢铁冶金尘泥、脱砷铜渣与粘结剂的干基质量比为100：(15～20):3;
[0030]所述一次球团的铁含量45～56%，锌含量3～6%，二元碱度为0.8～1.4;该一次球团的直径为9～13mm;
[0031]所述一次球团与煤粉的干基质量比为100：(20～27);
[0032]所述二次球团的直径为11～15mm，煤粉层厚度为2～3mm，该二次球团的还原剂过剩系数为1.5～2.0。
[0033]优选的，步骤S3中：
[0034]所述双层回转窑的转速为1.5～3min/圈，斜度3～3.5%，内层物料的停留时间为2.5～3.5h;
[0035]所述预热是在双层回转窑的生料段进行，预热温度为300～600℃;
[0036]所述脱水是在双层回转窑的干燥段进行，脱水温度为600～800℃;
[0037]所述燃烧是在双层回转窑的燃烧段进行，燃烧温度为800～1200℃;
[0038]所述还原是在双层回转窑的还原段进行，还原温度为1200～1230℃;
[0039]所述出料段的温度为1200～1000℃。
[0040]优选的，步骤S3中：
[0041]所述金属化球团的全铁含量62～65%，金属化率70～85%，残锌0.3%以下，硫0.05%以下，砷0.01%以下;
[0042]所述金属化球团表面为灰熔点≥1200℃的灰分层;
[0043]所述二次球团的锌氧化物被还原后由锌粉收集器收集得到锌品位≥60%的次氧化锌粉。
[0044]优选的，步骤S4中：
[0045]所述破碎处理是将金属化球团破碎至粒度<100目;
[0046]所述干式磁选的磁场强度为1200～1600 Oe;
[0047]所述铁粉球团的抗压强度≥1500N。
[0048]本发明第二方面提供一种回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统，包括
[0049]双层回转窑，其外层为用以脱去铜渣中的砷的氧化层，内层为用以将二次球团的铁锌氧化物还原的还原层;所述氧化层在窑尾位置设有烟气出口和加料口，该氧化层的窑头位置设有出料口和空气进口;所述还原层从窑尾至窑头依次设有生料段、干燥段、燃烧段、还原段和出料段，该还原层的出料段与还原层鼓风机连接;所述双层回转窑的窑头设有用以燃烧煤气供热的煤气烧嘴;
[0050]造球成型系统，其包括依次连接的一号圆盘造球机和二号圆盘造球机，所述一号圆盘造球机用以将双层回转窑氧化层获得的脱砷铜渣与钢铁冶金尘泥、粘结剂造球获得一次球团;所述二号圆盘造球机用以将一次球团与煤粉进行二次造球获得二次球团，该二号圆盘造球机获得的二次球团由所述双层回转窑的窑尾进入还原层;
[0051]破碎机，用以将由双层回转窑还原层窑头出来的金属化球团进行破碎;
[0052]干式磁选机，用以将所述破碎机破碎后的金属化球团粉进行磁选;
[0053]压球机，用以将所述干式磁选机磁选后的铁粉压块得到铁粉球团;
[0054]所述回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统用以执行如第一方面所述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法。
[0055]优选的，所述双层回转窑的内层和外层砌筑有耐火材料，所述内层为100～150mm厚度的耐火砖，该耐火砖的材质为磷酸铝材料，所述外层为300～350mm厚度的刚玉浇注料;
[0056]所述双层回转窑内层的长径比为15～17，所述双层回转窑的直径为3～4.2m，所述外层与所述内层的间隙为600～800mm，所述外层的长度为内层长度的2/3。
[0057]优选的，所述双层回转窑氧化层的烟气出口与氧化层收尘器连接，氧化层收尘器上设有引风机;所述氧化层的空气进口与氧化层鼓风机连接;
[0058]所述双层回转窑还原层的窑尾与锌粉收集器连接，该锌粉收集器出口设有引风机。
[0059]优选的，还包括铜渣仓、尘泥仓、粘结剂仓和煤粉仓;
[0060]所述铜渣仓、尘泥仓、粘结剂仓分别与所述一号圆盘造球机连接，所述铜渣仓还与所述双层回转窑氧化层的出料口连接;
[0061]所述煤粉仓与所述二号圆盘造球机连接。
[0062]本发明所提供的一种回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法和系统，具有以下有益效果：
[0063]1、本发明采用双层回转窑设备实现铜渣和冶金尘泥的协同利用，铜渣在回转窑外层高温氧化性气氛中实现砷的脱除，无砷铜渣和冶金尘泥两次造球进入回转窑，铜渣中的硅和冶金尘泥中的钙搭配形成合理的渣系，有助于铁锌氧化物的还原，制备高质量直接还原铁，且充分利用了回转窑窑体余热;本发明解决了铜渣中砷高的问题，实现了回转窑窑体热能回收利用，实现了铜渣和冶金尘泥协同处置利用生产高质量直接还原铁的目的，双层球团工艺有效避免了结圈现象。
[0064]2、本发明改进了传统回转窑工艺，利用回转窑余热以及同时鼓入富氧空气的方式为铜渣脱砷，实现了铜渣制备高质量还原铁的目标，同时实现了冶金尘泥和铜渣的协同处置以及回转窑余热利用。
[0065]3、本发明利用富氧空气除了促进砷的脱除之外，还起到为三氧化二砷解毒的作用，环保效益较好。
[0066]4、本发明利用铜渣酸性渣特点以及OG泥碱性渣特点，合理搭配原料使二元碱度维持在合理空间，促进铁以及锌的还原。
[0067]5、本发明采用二次成型方式使还原剂裹在球团外部，避免了传统还原剂和物料混合使用硫和金属铁结合的弊端，可以制造低硫直接还原铁。
[0068]6、本发明利用高灰熔点煤分层造球可以在球团外部形成一层保护层，防止球团内部硅酸铁等低熔点物质粘连到回转窑耐火砖上，从而避免结圈现象的产生，铁高了回转窑作业率。
附图说明
[0069]图1是本发明回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法的工艺流程图;
[0070]图2是本发明回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统的结构示意图;
[0071]图3是本发明的回转窑的结构示意图;
[0072]图中，1、双层回转窑;2、一号圆盘造球机;3、二号圆盘造球机;4、破碎机;5、干式磁选机;6、压球机;7、还原层鼓风机;8、氧化层鼓风机;9、锌粉收集器;10、氧化层收尘器;11、铜渣仓;12、尘泥仓;13、粘结剂仓;14、煤粉仓;15、空气进口;16、烟气出口;17、加料口;18、出料口。
具体实施方式
[0073]为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0074]本发明回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法和系统，能够实现铜渣和冶金尘泥的协同利用，铜渣在双层回转窑外层，在高温氧化性气氛中实现砷的脱除，脱砷铜渣和冶金尘泥两次造球进入双层回转窑内层，脱砷铜渣中的硅和冶金尘泥中的钙搭配形成合理的渣系，有助于铁锌氧化物的还原，制备高质量直接还原铁，且充分利用了回转窑窑体余热。本发明解决了铜渣中砷高的问题，实现了回转窑窑体热能回收利用，实现了铜渣和冶金尘泥协同处置利用生产高质量直接还原铁的目的，双层球团工艺防止有效的控制了结圈。
[0075]结合图1所示，本发明提供了一种回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法，包括以下步骤：
[0076]S1，铜渣脱砷，将铜渣加入到双层回转窑外层的氧化层中，并鼓入富氧空气，在温度≥300℃的条件下，铜渣在氧化层完成砷的脱除和水分的蒸发，获得脱砷铜渣;
[0077]本步骤的目的是铜渣脱砷，铜渣为铜冶炼成选铜后余下的铜渣，在铜渣中，铁含量为38～43%，锌含量1.5～3%，二氧化硅含量28～34%，砷含量0.2～0.8%，二元碱度(氧化钙和二氧化硅的比值)为0.03～0.1，水含量约10～12%;
[0078]双层回转窑的转速为1.5～3min/圈，斜度为3～3.5%，双层回转窑长径比为15～17，直径为3～4.2m;外层的氧化层中物料的停留时间为2.3～2.7h填充率为10～12%。
[0079]双层回转窑氧化层从空气进口鼓入富氧空气，氧含量为25～30%;氧化层内的温度依靠双层回转窑内层热传导，控制氧化层温度为500～600℃;
[0080]铜渣中的砷主要是以五氧化二砷、三氧化二砷、硫化砷(As2S3、As2S2)、单质砷以及极少量的砷酸盐的形式存在，在氧化性气氛中，温度超过300℃的条件下，砷酸钠等部分砷酸盐分解成五氧化二砷(As2O5)和水蒸气。五氧化二砷进一步分解成三氧化二砷，三氧化二砷不易分解，沸点为460℃，三氧化二砷挥发进到烟气中，硫化砷、单质砷在富氧空气作用下发生氧化反应生产三氧化二砷挥发。主要发生以下化学反应：
[0081]As2O5=As2O3↑+O2↑
[0082]2As2S3+9O2=2As2O3↑+6SO2↑
[0083]2As2S2+5O2=2As2O3↑+2SO2↑
[0084]4As+3O2=2As2O3↑
[0085]在双层回转窑氧化层气氛为强氧化性气氛时，有利于铜渣中砷的脱除，铜渣在该气氛内完成砷的脱除以及水分的蒸发，脱砷后的脱砷铜渣的砷含量降低至0.05%以下，脱砷铜渣中砷元素主要以砷酸钙等难分解的物相存在。在具体的实施例中，脱砷铜渣的铁含量38～43%，锌含量1.5～3%，二氧化硅含量28～34%，砷含量≤0.05%，硫含量≤0.08%，水含量≤0.1%，脱砷铜渣的二元碱度(氧化钙和二氧化硅的比值)为0.03～0.1;
[0086]氧化层烟气含有三氧化二砷，从氧化层烟气出口出来的高温烟气中由于富氧空气的存在，在100～200℃条件下，三氧化二砷被氧化生成五氧化二砷，富氧空气除了有助于脱砷，还有解除三氧化二砷毒性的作用。
[0087]上述从双层回转窑外层氧化层烟气出口出来的高温烟气温度为200～300℃，高温烟气由氧化层收尘器收集无毒烟尘后返回双层回转窑的还原层作助燃空气。
[0088]S2，将脱砷铜渣与钢铁冶金尘泥、粘结剂混合后进行一次造球，获得一次球团，之后将一次球团与煤粉进行二次造球获得二次球团;
[0089]本步骤的目的是直奔双层球团(即二次球团)。
[0090]钢铁冶金尘泥选用炼钢厂的OG泥或LT灰;钢铁冶金尘泥中，铁含量55～60%，锌含量4～6%，氧化钙含量6～10%,，二氧化硅含量2～4%，碳含量2～5%，硫含量≤0.05%，该钢铁冶金尘泥的二元碱度2～5。其中OG泥的水含量控制在20～25%。
[0091]粘结剂选用淀粉粘结剂，有利于促进成型和提高球团强度的作用。
[0092]上述的钢铁冶金尘泥、脱砷铜渣与粘结剂的干基质量比为100：(15～20)：3;钢铁冶金尘泥、脱砷铜渣通过重量秤按上述比例配料后进行造球成型系统的一号圆盘造球机进行一次造球获得一次球团，该一次球团的铁含量45～56%，锌含量3～6%，二元碱度为0.8～1.4，水分含量 8～12%;该一次球团的直径为9～13mm。将一次球团的二元碱度控制在0.8～1.4，有利于球团内部铁的还原以及铁晶粒的聚集和长大。
[0093]煤粉作为还原剂，其固定碳含量为85%以上，灰熔点大于1230℃，粒度<0.015mm。煤粉由煤粉仓直接加入到二号圆盘造球机中，将一次球团与煤粉的干基质量比为100：(20～27)进行二次造球获得二次球团，该二次球团的直径为11～15mm，煤粉层厚度为2～3mm，该二次球团的还原剂过剩系数为1.5～2.0。
[0094]通过上述的两次造球得到的二次球团，后续在双层回转窑内层还原过程中，通过二次球团表面的煤粉层的燃烧提供发热剂和还原剂的作用，且煤粉层的硫全部燃烧进入烟气，不易进进到球团内部，从而可以制备硫含量较低的金属化球团。
[0095]S3，二次球团由窑尾加入到双层回转窑内层的还原层中依次进行预热、脱水、燃烧、还原，之后在出料段冷却后得到金属化球团;
[0096]本步骤中，将二次球团由窑尾加入到双层回转窑内层的还原层中，双层回转窑的窑头设有煤气喷嘴，可通过燃烧煤气控制窑内温度，具体温度控制如表1所示。
[0097]表1
[0098]
回转窑区域生料段干燥段燃烧段还原段(保温)出料段温度300～600℃600～800℃800～1200℃1200～1230℃1200～1000℃
[0099]结合表1所示，二次球团在双层回转窑的生料段完成预热，在干燥段完成脱水，在燃烧段球团表层的煤粉层开始燃烧生产一氧化碳，一氧化碳和碳向球团内部扩散和铁锌氧化物开始反应，在还原段完成铁锌氧化物的还原，在出料段冷却后出炉得到金属化球团;其中预热温度为300～600℃，脱水温度为600～800℃，燃烧温度为800～1200℃，还原温度为1200～1230℃，出料段的温度为1200～1000℃。具体反应原理如下：
[0100]3ZnFe2O4 + CO = 2Fe3O4 + 3ZnO(g)+CO2(g)
[0101]3ZnFe2O4 + C= 2Fe3O4 + 3ZnO(g)+CO(g)
[0102]ZnO + C = Zn(g) + CO (g)
[0103]ZnO + CO = Zn (g)+ CO2 (g)
[0104]PbO + C = Pb(g) + CO(g)
[0105]PbO + CO = Pb(g)+ CO2 (g)
[0106]Fe3O4 + 3C = 3FeO + 3CO(g)
[0107]Fe3O4 + 3CO = 3FeO + 3CO2 (g)
[0108]Fe2O3 + C = 2FeO + CO(g)
[0109]Fe2O3 + CO = 2FeO+ CO2(g)
[0110]CO2 + C = 2CO(g)
[0111]上述的双层回转窑的转速为1.5～3min/圈，斜度3～3.5%，内层物料的停留时间为2.5～3.5。
[0112]上述获得的金属化球团的全铁含量62～65%，金属化率70～85%，残锌0.3%以下，硫0.05%以下，砷0.01%以下;该金属化球团表面为灰熔点≥1200℃的灰分层，这一灰分层可防止球团内低熔点物质和窑壁粘连形成结圈物：例如铜渣中的硅酸铁，熔点1220℃，容易熔化引起结圈。
[0113]二次球团的锌氧化物被还原后由锌粉收集器收集得到锌品位≥60%的次氧化锌粉。
[0114]S4，金属化球团经破碎、干式磁选后得到铁品位≥90%的高质量铁粉，高质量铁粉压块后得到铁粉球团。
[0115]本步骤中，破碎处理是通过破碎机将金属化球团破碎至粒度<100目，所用的破碎机可以是带有筛分装置的对辊破碎机。干式磁选所用的干式磁选机的磁场强度为1200～1600 Oe。干式磁选后的高质量铁粉的硫含量≤0.07%，砷含量≤0.01%。
[0116]上述获得的铁粉球团的抗压强度≥1500N，该铁粉球团直接送给炼钢长作为炼钢原料。
[0117]结合图2、图3所示，本发明还提供一种回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统，用以执行上述的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法，系统包括双层回转窑1、造球成型系统、破碎机4、干式磁选机5和压球机6。
[0118]结合图3所示，双层回转窑1分为内层和外层，其外层为用以脱去铜渣中的砷的氧化层，内层为用以将二次球团的铁锌氧化物还原的还原层。氧化层在窑尾位置设有烟气出口16和加料口17，该氧化层的窑头位置设有出料口18和空气进口15;该氧化层由空气进口15鼓入富氧空气，目的是脱除铜渣中的砷;该氧化层的温度由内层还原层的热传导提供。还原层从窑尾至窑头依次设有生料段、干燥段、燃烧段、还原段和出料段，该还原层的出料段与还原层鼓风机7连接;还原层的二次球团通过窑尾加料溜槽加入，还原后的金属化球团由窑头出料。双层回转窑1的窑头设有用以燃烧煤气供热的煤气烧嘴。
[0119]造球成型系统，其包括依次连接的一号圆盘造球机2和二号圆盘造球机3，一号圆盘造球机2用以将双层回转窑1氧化层获得的脱砷铜渣与钢铁冶金尘泥、粘结剂造球获得一次球团;二号圆盘造球机3用以将一次球团与煤粉进行二次造球获得二次球团，该二号圆盘造球机3获得的二次球团由双层回转窑1的窑尾进入还原层;
[0120]破碎机4，用以将由双层回转窑1还原层窑头出来的金属化球团进行破碎;
[0121]干式磁选机5，用以将破碎机4破碎后的金属化球团粉进行磁选;
[0122]压球机6，用以将干式磁选机5磁选后的铁粉压块得到铁粉球团;
[0123]结合图3所示，双层回转窑1的内层和外层砌筑有耐火材料，内层为100～150mm厚度的耐火砖，该耐火砖的材质为磷酸铝材料，外层为300～350mm厚度的刚玉浇注料;
[0124]双层回转窑1内层的长径比为15～17，双层回转窑1的直径为3～4.2m，外层与内层的间隙为600～800mm，外层的长度为内层长度的2/3。其中，该双层回转窑1转速可控制为1.5～3min/圈，斜度可设置为3～3.5%，内层物料停留时间2.5～3.5h，外层氧化层物料停留时间为2.3～2.7h，填充率10～12%。该双层回转窑1外层氧化层内的温度依靠内层还原层热传导，可确保氧化层的温度控制在500～600℃，氧化层烟气出口16出来的烟气温度在200～300℃，收尘后可返回双层回转窑1的还原层做助燃空气。
[0125]结合图2所示，双层回转窑1氧化层的烟气出口16与氧化层收尘器10连接，氧化层收尘器10上设有引风机;氧化层的空气进口15与氧化层鼓风机8连接;
[0126]双层回转窑1还原层的窑尾与锌粉收集器9连接，该锌粉收集器9出口设有引风机。
[0127]结合图3所示，回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统还包括铜渣仓11、尘泥仓12、粘结剂仓13和煤粉仓14;铜渣仓11、尘泥仓12、粘结剂仓13分别与一号圆盘造球机2连接，铜渣仓11还与双层回转窑1氧化层的出料口18连接;煤粉仓14与二号圆盘造球机3连接。
[0128]实施例1
[0129]本实施例中回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统，包括双层回转窑1、造球成型系统、破碎机4、干式磁选机5和压球机6。
[0130]双层回转窑1的窑头设有燃烧煤气的煤气烧嘴，外层为氧化层，内层为还原层，氧化层的窑尾位置设有烟气出口16和加料口17，窑头位置设有出料口18和空气进口15;氧化层的温度由内层还原曾的热传导提供。还原层从窑尾至窑头依次设有生料段、干燥段、燃烧段、还原段和出料段，该还原层的出料段与还原层鼓风机7连接。双层回转窑1氧化层的烟气出口16与氧化层收尘器10连接，氧化层收尘器10上设有引风机;氧化层的空气进口15与氧化层鼓风机8连接。双层回转窑1的内层和外层砌筑有耐火材料，内层为100～150mm厚度的耐火砖，该耐火砖的材质为磷酸铝材料，外层为300～350mm厚度的刚玉浇注料。双层回转窑1内层的长径比15，双层回转窑1直径3m，外层的长度为内层长度的2/3;外层间隙620mm，斜度3%，转速3min/圈，内层物料停留时间3.5h，外层物料停留时间2.7h。
[0131]双层回转窑1还原层的出料段依次设置有破碎机4、干式磁选机5和压球机6。
[0132]造球成型系统包括依次连接的一号圆盘造球机2和二号圆盘造球机3;一号圆盘造球机2分别与铜渣仓11、尘泥仓12、粘结剂仓13连接，铜渣仓11与双层回转窑1氧化层的出料口18连接;二号圆盘造球机3与煤粉仓14连接，二号圆盘造球机3的出口与双层回转窑1还原层连接。
[0133]本实施例中回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法如下：
[0134](1)铜渣为铜冶炼成选铜后余下的铜渣，铁含量38%，锌含量1.5%，砷含量0.73%，二氧化硅含量 33.15%，二元碱度为0.046，水含量10%，将铜渣由进料口加入到双层回转窑外层的氧化层，鼓入富氧空气(含氧量30%)，在温度为500℃下，铜渣完成砷的脱除和水分蒸发，得到脱砷铜渣，其成分参见表2所示，脱砷铜渣的铁含量38.26%，锌含量1.51%，氧化钙含量1.54%，二氧化硅含量33.23%，二元碱度0.046，砷含量0.048%，硫含量≤0.08%，水含量≤0.1%，具体参见表2所示。
[0135]由氧化层烟气出口出来的高温烟气的温度为210℃，由氧化层收尘器收集无毒烟尘后返回双层回转窑的还原层作助燃空气。
[0136]
全铁含量/%锌含量/%氧化钙含量/%二氧化硅含量/%二元碱度干基重量/gOG泥55.374.209.902.004.95100.00脱砷铜渣38.261.511.5433.230.04615.00OG泥与脱砷铜渣混合52.523.758.517.211.18115.00一次球团45.673.267.406.271.18118.00
[0137]表2
[0138](2)钢铁冶金尘泥选用炼钢厂的OG泥，水分含量为22%，铁含量55.37%，锌含量4.20%，氧化钙含量9.9%,二氧化硅含量2%，碳含量2%，硫含量0.04%，二元碱度4.95。粘结剂选用淀粉粘结剂。煤粉的固定碳含量为85.26%，灰熔点 1250℃，粒度<0.015mm。
[0139]将OG泥、脱砷铜渣与粘结剂按照干基质量比为100：15：3配料混合后在一号圆盘造球机中进行一次造球获得直径为9～13mm的一次球团，一次球团铁含量 45.67%，锌含量3.26%，氧化钙含量为7.4%，二氧化硅含量为 6.27%，二元碱度为1.18，水分含量8～12%。
[0140]将一次球团与煤粉按干基质量比为100：20配料，在二号圆盘造粒机中进行二次造球得到直径为12～14mm的二次球团，煤粉层厚度为2～3mm，还原剂过剩系数1.55。
[0141](3)二次球团由窑尾加入到双层回转窑内层的还原层中，物料填充率为10.2%，双层回转窑的窑头设有煤气喷嘴，可通过燃烧煤气控制窑内温度，具体温度入表3所示。
[0142]表3
[0143]
回转窑区域生料段干燥段燃烧段还原段(保温)出料段温度300℃600℃800℃1200℃1000℃
[0144]二次球团在双层回转窑内层的生料段完成预热，在干燥段完成脱水，在燃烧段球团表层的煤粉层开始燃烧生产一氧化碳，一氧化碳和碳向球团内部扩散和铁锌氧化物开始反应，在还原段完成铁锌氧化物的还原，在出料段冷却后出炉得到金属化球团，该金属化球团的铁品位62%，金属化率72.33%，残锌0.29%，硫0.03%，砷0.0087%，该金属化球团的表面为灰熔点≥1200℃的灰分层;二次球团的锌氧化物被还原后由锌粉收集器收集得到锌品位61.28%的次氧化锌粉。
[0145](4)金属化球团由破碎机破碎至粒度<100目，之后经干式磁选机的磁选(磁场强度为1600 Oe)获得铁品位90.05%、硫含量0.04%、砷含量0.009%的高质量铁粉，将高质量铁粉压块后得到抗压强度>1500N的铁粉球团，其代替废钢直接进炼钢转炉。
[0146]实施例2
[0147]本实施例采用实施例1的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统，区别之处在于：双层回转窑内层的长径比16，双层回转窑直径3.5m，外层的长度为内层长度的2/3;外层间隙700mm，斜度3.2%，转速2min/圈，内层物料停留时间3h，外层物料停留时间2.3h。
[0148]本实施例中回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法如下：
[0149](1)铜渣为铜冶炼成选铜后余下的铜渣，铁含量40%，锌含量2.5%，砷含量0.51%，二氧化硅含量29.57%，二元碱度为0.089，水含量11%;将铜渣由进料口加入到双层回转窑外层的氧化层，物料填充率11%，鼓入富氧空气(含氧量28%)，在温度为550℃下，铜渣完成砷的脱除和水分蒸发，得到脱砷铜渣，其成分参见表4所示，脱砷铜渣的铁含量40.27%，锌含量2.55%，氧化钙含量2.6%，二氧化硅含量30%，二元碱度0.09，砷含量0.048%，硫含量≤0.08%，水含量≤0.1%，具体参见表4所示。
[0150]由氧化层烟气出口出来的高温烟气的温度为240℃，由氧化层收尘器收集无毒烟尘后返回双层回转窑的还原层作助燃空气。
[0151]表4
[0152]
全铁含量/%锌含量/%氧化钙含量/%二氧化硅含量/%二元碱度干基重量/gOG泥58.904.987.002.502.80100.00脱砷铜渣40.272.552.6030.000.0918.00OG泥与脱砷铜渣混合55.804.576.277.080.88118.00一次球团47.293.875.316.000.88121.00
[0153](2)钢铁冶金尘泥选用炼钢厂的OG泥，水分含量为23%，铁含量58.90%，锌含量4.98%，氧化钙含量7.0%,二氧化硅含量2.5%，碳含量4%，硫含量0.03%，二元碱度2.80。粘结剂选用淀粉粘结剂。煤粉的固定碳含量为85.26%，灰熔点1250℃，粒度<0.015mm。
[0154]将OG泥、脱砷铜渣与粘结剂按照干基质量比为100：18：3配料混合后在一号圆盘造球机中进行一次造球获得直径为9～13mm的一次球团，一次球团的铁含量47.29%，锌含量3.87%，氧化钙含量为5.31%，二氧化硅含量为6%，二元碱度为0.88，水分含量8～12%。
[0155]将一次球团与煤粉按干基质量比为100：24配料，在二号圆盘造粒机中进行二次造球得到直径为11～15mm的二次球团，煤粉层厚度为2～3mm，还原剂过剩系数1.8。
[0156](3)二次球团由窑尾加入到双层回转窑内层的还原层中，物料填充率为11%，双层回转窑的窑头设有煤气喷嘴，可通过燃烧煤气控制窑内温度，具体温度入表5所示。
[0157]表5
[0158]
回转窑区域生料段干燥段燃烧段还原段(保温)出料段温度400℃800℃1000℃1220℃1000℃
[0159]二次球团在双层回转窑内层的生料段完成预热，在干燥段完成脱水，在燃烧段球团表层的煤粉层开始燃烧生产一氧化碳，一氧化碳和碳向球团内部扩散和铁锌氧化物开始反应，在还原段完成铁锌氧化物的还原，在出料段冷却后出炉得到金属化球团，该金属化球团的铁品位64%，金属化率78.33%，残锌0.18%，硫 0.025%，砷0.005%;二次球团的锌氧化物被还原后由锌粉收集器收集得到锌品位62.36%的次氧化锌粉。
[0160](4)金属化球团由破碎机破碎至粒度<100目，之后经干式磁选机的干式磁选(磁场强度为1400 Oe)获得铁品位92.11%、硫含量0.03%、砷含量0.007%的高质量铁粉，将高质量铁粉压块后得到抗压强度>1500N的铁粉球团，其代替废钢直接进炼钢转炉。
[0161]实施例3
[0162]本实施例采用实施例1的回转窑处理冶金尘泥与铜渣的系统，区别之处在于：双层回转窑内层的长径比17，双层回转窑直径4m，外层的长度为内层长度的2/3;外层间隙800mm，斜度3.5%，转速1.5min/圈，内层物料停留时间2.5h，外层物料停留时间2.3h。
[0163]本实施例中回转窑处理冶金尘泥与铜渣的方法如下：
[0164](1)铜渣为铜冶炼成选铜后余下的铜渣，铁含量39%，锌含量2%，砷含量0.33%，二氧化硅含量32.93%，二元碱度为0.055，水含量10%;将铜渣由进料口加入到双层回转窑外层的氧化层，物料填充率12%，鼓入富氧空气(含氧量25%)，在温度为600℃下，铜渣完成砷的脱除和水分蒸发，得到脱砷铜渣，其成分参见表6所示，脱砷铜渣的铁含量39.77%，锌含量2.01%，氧化钙含量1.83%，二氧化硅含量33%，二元碱度0.06，砷含量0.048%，硫含量≤0.08%，水含量≤0.1%，具体参见表6所示。
[0165]由氧化层烟气出口出来的高温烟气的温度为295℃，由氧化层收尘器收集无毒烟尘后返回双层回转窑的还原层作助燃空气。
[0166]表6
[0167]
全铁含量/%锌含量/%氧化钙含量/%二氧化硅含量/%二元碱度干基重量/gOG泥59.685.906.892.003.45100.00脱砷铜渣39.772.011.8333.000.0620.00OG泥与脱砷铜渣混合56.365.256.057.170.84120.00一次球团46.974.385.045.980.84123.00
[0168](2)钢铁冶金尘泥选用炼钢厂的OG泥，水分含量为25% ，铁含量59.68%，锌含量5.90%，氧化钙含量6.89%,二氧化硅含量2.0%，碳含量5%，硫含量0.03%，二元碱度3.45。粘结剂选用淀粉粘结剂。煤粉的固定碳含量为85.26%，灰熔点1250℃，粒度<0.015mm。
[0169]将OG泥、脱砷铜渣与粘结剂按照干基质量比为100：20：3配料混合后在一号圆盘造球机中进行一次造球获得直径为9～13mm的一次球团，该一次球团的铁含量46.97%，锌含量4.38%，氧化钙含量为5.04%，二氧化硅含量为5.98%，二元碱度为0.84，水分含量12%。
[0170]将一次球团与煤粉按干基质量比为100：27配料，在二号圆盘造粒机中进行二次造球得到直径为11～15mm的二次球团，煤粉层厚度为2～3mm，还原剂过剩系数2。
[0171]二次球团由窑尾加入到双层回转窑内层的还原层中，物料填充率为12%，双层回转窑的窑头设有煤气喷嘴，可通过燃烧煤气控制窑内温度，具体温度入表7所示。
[0172]表7
[0173]
回转窑区域生料段干燥段燃烧段还原段(保温)出料段温度600℃900℃1100℃1230℃1000℃
[0174]二次球团在双层回转窑内层的生料段完成预热，在干燥段完成脱水，在燃烧段球团表层的煤粉层开始燃烧生产一氧化碳，一氧化碳和碳向球团内部扩散和铁锌氧化物开始反应，在还原段完成铁锌氧化物的还原，在出料段冷却后出炉得到金属化球团，该金属化球团的铁品位64%，金属化率84.23%，残锌0.1%，硫0.02%，砷0.005 %;二次球团的锌氧化物被还原后由锌粉收集器收集得到锌品位63.48%的次氧化锌粉。
[0175]金属化球团由破碎机破碎至粒度<100目，之后经干式磁选机的磁选(磁场强度为1200 Oe)获得铁品位95.22%、硫含量0.01%、砷含量0.005%的高质量铁粉，将高质量铁粉压块后得到抗压强度>1500N的铁粉球团，其代替废钢直接进炼钢转炉。
[0176]综上所述，本发明改进了传统回转窑工艺，利用双层回转窑内层余热以及同时鼓入富氧空气的方式为铜渣脱砷，实现了铜渣制备高质量还原铁的目标，同时实现了冶金尘泥和铜渣的协同处置以及回转窑余热利用;双层回转窑外层所用的富氧空气除了促进砷的脱除之外，还起到为三氧化二砷解毒的作用，环保效益较好;利用铜渣酸性渣特点以及OG泥碱性渣特点，合理搭配原料使二元碱度维持在合理空间，促进铁以及锌的还原。二次造球方式使还原剂裹在球团外部，避免了传统还原剂和物料混合使用硫和金属铁结合的弊端，可以制造低硫直接还原铁。利用高灰熔点煤粉层造球可以在球团外部形成一层保护层，防止球团内部硅酸铁等低熔点物质粘连到回转窑耐火砖上，从而避免结圈现象的产生，铁高了回转窑作业率。
[0177]本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
说明书附图(3)
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