鋼鐵工業(yè)塵泥從何而來？如何處理？
作者：1180發(fā)布時間：2018-07-19
鋼鐵工業(yè)在我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用，為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)立下了汗馬功勞。同時，鋼鐵工業(yè)也是能源、資源消耗及污染物排放大戶。鋼鐵生產(chǎn)過程中粉塵、污泥等固體廢物的產(chǎn)生不可避免。在傳統(tǒng)的高爐-轉(zhuǎn)爐鋼鐵生產(chǎn)長流程工藝中，含鐵塵泥的產(chǎn)生量約為鋼產(chǎn)量的10%，2017年中國鋼鐵企業(yè)的塵泥產(chǎn)生量約為8000萬噸，數(shù)量龐大。塵泥若通過燒結(jié)或球團(tuán)工序簡單處理，然后再次進(jìn)入高爐，會造成塵泥中鋅等元素在高爐內(nèi)的循環(huán)富集，對含鐵爐料、焦炭以及爐內(nèi)耐火材料產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而破壞高爐穩(wěn)定順行，縮短高爐壽命。因此，中國鋼鐵工業(yè)塵泥的資源化回收利用將是決定鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。
鋼鐵工業(yè)塵泥從何而來？
鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的大量塵泥主要來自于燒結(jié)球團(tuán)、高爐煉鐵、煉鋼、軋鋼等各個工序。塵泥中含有鐵、碳、鋅等有價元素，其中鐵含量一般為30%~70%。從資源回收利用的角度來看，鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的塵泥二次資源極具回收價值。鋼鐵企業(yè)塵泥來源多樣，造成了其物相組成復(fù)雜、粒度分布不均勻和多變性，這也增加了塵泥回收利用的難度。鋼鐵冶煉長流程生產(chǎn)過程中，燒結(jié)粉塵、高爐粉塵、轉(zhuǎn)爐粉塵及電爐粉塵產(chǎn)生量分別為8~25千克/噸燒結(jié)礦、20~30千克/噸鐵、8~20千克/噸鋼、10~20千克/噸鋼。其中，高爐工藝產(chǎn)生的塵泥最多，占51%左右（主要為高爐重力灰和布袋灰）；轉(zhuǎn)爐工藝產(chǎn)生的塵泥次之，占22%左右（主要為轉(zhuǎn)爐LT灰和OG泥）；軋鋼工藝產(chǎn)生的氧化鐵鱗約占19%；電爐工藝產(chǎn)生的塵泥約占6%；燒結(jié)除塵灰產(chǎn)生量最少，燒結(jié)機(jī)頭灰為2%。
鋼企塵泥的典型處理工藝有哪些？
鋼鐵企業(yè)塵泥特征工藝參數(shù)主要包括有價元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、塵泥成型性能、自還原性能以及熔分性能等。影響塵泥有價元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的指標(biāo)主要有全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)、鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)和堿金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，影響塵泥成型性能的主要因素有平均粒徑等，影響塵泥自還原性能的塵泥特性主要有碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、碳氧原子比等。此外，堿度對塵泥的成型性能和自還原性能均有較大影響。
鋼鐵企業(yè)塵泥處理工藝主要可分為物理法、濕法和火法三大類。其中，物理法處理工藝一般作為預(yù)處理工藝，濕法處理工藝分為堿浸和酸浸兩種，火法處理工藝主要包括燒結(jié)法、球團(tuán)法、粉塵噴吹法、直接還原法、熔融還原法和造塊返回?zé)掍摲ǖ?。直接還原法和熔融還原法的代表工藝有回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐、OxyCup和DK工藝等。這些工藝能有效回收利用塵泥中的鐵、碳、鋅等有價元素，最終產(chǎn)品為金屬化球團(tuán)或鐵水，處理效果較好。
濕法處理工藝一般用來處理鋅含量較高的塵泥，首先通過酸性或堿性浸出劑將塵泥中的氧化鋅及其他金屬氧化物浸出，然后通過渣分離、凈化、電解、結(jié)晶等工藝步驟獲得金屬鋅和鐵氧化物。典型的濕法工藝有云南紅河鋅聯(lián)公司的瓦斯灰（泥）處理工藝。該工藝的特點是：經(jīng)過火法揮發(fā)富集、窯渣聯(lián)合選礦、濕法提鋅、提鋅殘渣濕法提銦、提銦殘渣濕法提鉍、終渣火法熔煉并分離錫鉛等6道工序后，產(chǎn)出的產(chǎn)品品種多達(dá)5類、9種。該工藝使用包括火法冶金技術(shù)、濕法冶金技術(shù)及聯(lián)合聯(lián)礦技術(shù)等多種技術(shù)手段，最終實現(xiàn)了對粉塵資源中多種有價元素的分類回收與綜合利用。
回轉(zhuǎn)窯工藝處理含鐵塵泥能充分利用塵泥中的鐵、碳資源，還能有效地脫除并回收鉛、鋅等元素。日本住友鋼鐵廠SPM法省去了造球、生球干燥、生球預(yù)熱等操作步驟，將混合料直接裝入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行還原焙燒并冷卻后制成海綿鐵，其中直徑7~50毫米的作為成品金屬化球團(tuán)礦，直徑小于7毫米的部分則需要重新回窯焙燒。該工藝設(shè)備簡單、技術(shù)成熟，目前在歐洲國家、美國、日本有廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)有新鋼、昆鋼等鋼企曾采用該技術(shù)處理塵泥。
轉(zhuǎn)底爐是目前關(guān)注度較高的用于處理鋼鐵企業(yè)塵泥的快速直接還原裝置，其優(yōu)勢在于對原料強(qiáng)度的要求低，可有效避免爐襯磨損，易于密封控制，裝置便于操作和維護(hù)，處理效率高，處理能力適中，對能源要求不是很高，能夠很好地處理回收含鐵塵泥中的鐵、鋅等有價元素。目前國內(nèi)外已應(yīng)用多套轉(zhuǎn)底爐裝置進(jìn)行鋼鐵廠粉塵處理，包括日本的新日鐵、神戶制鋼和韓國的浦項，以及中國的寶鋼股份湛江基地、沙鋼、馬鋼等。
德國蒂森-克虜伯公司開發(fā)的OxyCup工藝是能夠綜合回收處理鋼鐵企業(yè)的塵泥資源，并實現(xiàn)工業(yè)化的代表性工藝之一。該工藝原料適應(yīng)性廣，既可以處理鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的包括渣鋼、鐵鱗、廢鐵等塊狀物，也可以處理含鋅粉塵等細(xì)顆粒固體廢物。最終產(chǎn)品鐵水經(jīng)預(yù)處理后可用于轉(zhuǎn)爐煉鋼，同時可產(chǎn)生高熱值煤氣、爐渣、富鋅粉塵等副產(chǎn)品。太鋼集團(tuán)于2011年引進(jìn)了OxyCup工藝處理塵泥。
DK工藝的原料以轉(zhuǎn)爐除塵灰為主，加入石英砂用來調(diào)節(jié)爐渣堿度，配加少量的粗顆粒鐵礦粉來改善燒結(jié)料層透氣性，還原劑為焦炭，利用小高爐進(jìn)行生產(chǎn)，需要大量的氧氣、空氣。該工藝可以利用閑置的小燒結(jié)機(jī)和小高爐，生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備成熟穩(wěn)定，不需要新的投資，是一種技術(shù)風(fēng)險較低的節(jié)能高效鋼鐵廠含鐵廢料處理技術(shù)，該工藝在德國DK公司得到工業(yè)應(yīng)用。北京科技大學(xué)也于2009年提出了“一種處理鋼鐵廠含鐵廢料的方法”，獲得了國家專利。該方法利用中小高爐處理鋼鐵企業(yè)含鐵廢料，將整個鋼鐵廠的廢料集中在中小高爐中處理，從而使塵泥中有害元素對整個鋼鐵廠的生產(chǎn)影響得到有效降低。
鋼企塵泥處理有了新思路
中國鋼鐵行業(yè)需要盡快完成由粗放型向集約環(huán)保型轉(zhuǎn)變，這也符合中國當(dāng)今可持續(xù)發(fā)展的政策。目前，我國鋼鐵企業(yè)廣泛采取的仍是將塵泥返回?zé)Y(jié)的方式進(jìn)行處理，這種處置方式會對高爐順行產(chǎn)生一系列不利影響。如何實現(xiàn)既保證環(huán)境友好，又能高效充分回收利用鋼鐵企業(yè)塵泥中的有價元素，從而提高其附加值是國內(nèi)鋼鐵行業(yè)當(dāng)前亟待解決的問題。
回轉(zhuǎn)窯工藝、轉(zhuǎn)底爐工藝、OxyCup工藝以及DK工藝都能在一定程度上回收處理鋼鐵企業(yè)塵泥資源，但綜合來看，目前仍須結(jié)合實際情況，開發(fā)適合我國國情的塵泥處理工藝。北京科技大學(xué)的科研人員結(jié)合OxyCup工藝與小高爐工藝的優(yōu)勢，提出了一種新型熔融法處理鋼鐵全流程塵泥資源的新工藝，與現(xiàn)有塵泥處理工藝相比，新工藝原燃料適應(yīng)性強(qiáng)，無需燒結(jié)等高溫造塊工藝，污染少。
新型熔融法處理含鋅鐵塵泥工藝的技術(shù)路線如下：首先將鋼鐵企業(yè)含鋅鐵塵泥集中收集，其次將塵泥和一定量的黏結(jié)劑、還原劑混合，冷固結(jié)壓塊制成塵泥團(tuán)塊，最后將塵泥團(tuán)塊與一定比例的燃料和熔劑裝入新型熔融爐中進(jìn)行冶煉，最終得到鐵水和熔渣。經(jīng)渣鐵分離后的鐵水可用于轉(zhuǎn)爐煉鋼或生產(chǎn)鑄鐵；從熔融爐排出的含塵煙氣，經(jīng)煤氣除塵器凈化后可獲得富鋅煙塵，作為制鋅工業(yè)的原料；產(chǎn)生的煤氣可用于發(fā)電等。
