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钢铁工业含铁尘泥从何而来?如何处理?

2023.12.13
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钢铁工业在我国基础设施建设过程中发挥着举足轻重的作用,为我国的经济建设立下了汗马功劳。同时,钢铁工业也是能源、资源消耗及污染物排放大户。钢铁生产过程中粉尘、污泥等固体废物的产生不可避免。在传统的高炉-转炉钢铁生产长流程工艺中,含铁尘泥的产生量约为钢产量的10%,2017年中国钢铁企业的尘泥产生量约为8000万吨,数量庞大。尘泥若通过烧结或球团工序简单处理,然后再次进入高炉,会造成尘泥中锌等元素在高炉内的循环富集,对含铁炉料、焦炭以及炉内耐火材料产生不利影响,进而破坏高炉稳定顺行,缩短高炉寿命。因此,中国钢铁工业尘泥的资源化回收利用将是决定钢铁工业实现绿色、可持续发展的关键因素之一。

钢铁工业尘泥从何而来?

钢铁企业产生的大量尘泥主要来自于烧结球团、高炉炼铁、炼钢、轧钢等各个工序。尘泥中含有铁、碳、锌等有价元素,其中铁含量一般为30%~70%。从资源回收利用的角度来看,钢铁企业产生的尘泥二次资源极具回收价值。钢铁企业尘泥来源多样,造成了其物相组成复杂、粒度分布不均匀和多变性,这也增加了尘泥回收利用的难度。钢铁冶炼长流程生产过程中,烧结粉尘、高炉粉尘、转炉粉尘及电炉粉尘产生量分别为8~25千克/吨烧结矿、20~30千克/吨铁、8~20千克/吨钢、10~20千克/吨钢。其中,高炉工艺产生的尘泥.多,占51%左右(主要为高炉重力灰和布袋灰);转炉工艺产生的尘泥次之,占22%左右(主要为转炉LT灰和OG泥);轧钢工艺产生的氧化铁鳞约占19%;电炉工艺产生的尘泥约占6%;烧结除尘灰产生量.少,烧结机头灰为2%。

钢企尘泥的典型处理工艺有哪些?

钢铁企业尘泥特征工艺参数主要包括有价元素质量分数、尘泥成型性能、自还原性能以及熔分性能等。影响尘泥有价元素质量分数的指标主要有全铁质量分数、锌质量分数和碱金属质量分数,影响尘泥成型性能的主要因素有平均粒径等,影响尘泥自还原性能的尘泥特性主要有碳质量分数、碳氧原子比等。此外,碱度对尘泥的成型性能和自还原性能均有较大影响。

钢铁企业尘泥处理工艺主要可分为物理法、湿法和火法三大类。其中,物理法处理工艺一般作为预处理工艺,湿法处理工艺分为碱浸和酸浸两种,火法处理工艺主要包括烧结法、球团法、粉尘喷吹法、直接还原法、熔融还原法和造块返回炼钢法等。直接还原法和熔融还原法的代表工艺有回转窑、转底炉、OxyCup和DK工艺等。这些工艺能有效回收利用尘泥中的铁、碳、锌等有价元素,.终产品为金属化球团或铁水,处理效果较好。

湿法处理工艺一般用来处理锌含量较高的尘泥,首先通过酸性或碱性浸出剂将尘泥中的氧化锌及其他金属氧化物浸出,然后通过渣分离、净化、电解、结晶等工艺步骤获得金属锌和铁氧化物。典型的湿法工艺有云南红河锌联公司的瓦斯灰(泥)处理工艺。该工艺的特点是:经过火法挥发富集、窑渣联合选矿、湿法提锌、提锌残渣湿法提铟、提铟残渣湿法提铋、终渣火法熔炼并分离锡铅等6道工序后,产出的产品品种多达5类、9种。该工艺使用包括火法冶金技术、湿法冶金技术及联合联矿技术等多种技术手段,.终实现了对粉尘资源中多种有价元素的分类回收与综合利用。

回转窑工艺处理含铁尘泥能充分利用尘泥中的铁、碳资源,还能有效地脱除并回收铅、锌等元素。日本住友钢铁厂SPM法省去了造球、生球干燥、生球预热等操作步骤,将混合料直接装入回转窑进行还原焙烧并冷却后制成海绵铁,其中直径7~50毫米的作为成品金属化球团矿,直径小于7毫米的部分则需要重新回窑焙烧。该工艺设备简单、技术成熟,目前在欧洲国家、美国、日本有广泛的应用。国内有新钢、昆钢等钢企曾采用该技术处理尘泥。

转底炉是目前关注度较高的用于处理钢铁企业尘泥的快速直接还原装置,其优势在于对原料强度的要求低,可有效避免炉衬磨损,易于密封控制,装置便于操作和维护,处理效率高,处理能力适中,对能源要求不是很高,能够很好地处理回收含铁尘泥中的铁、锌等有价元素。目前国内外已应用多套转底炉装置进行钢铁厂粉尘处理,包括日本的新日铁、神户制钢和韩国的浦项,以及中国的宝钢股份湛江基地、沙钢、马钢等。

德国蒂森-克虏伯公司开发的OxyCup工艺是能够综合回收处理钢铁企业的尘泥资源,并实现工业化的代表性工艺之一。该工艺原料适应性广,既可以处理钢铁企业产生的包括渣钢、铁鳞、废铁等块状物,也可以处理含锌粉尘等细颗粒固体废物。.终产品铁水经预处理后可用于转炉炼钢,同时可产生高热值煤气、炉渣、富锌粉尘等副产品。太钢集团于2011年引进了OxyCup工艺处理尘泥。

DK工艺的原料以转炉除尘灰为主,加入石英砂用来调节炉渣碱度,配加少量的粗颗粒铁矿粉来改善烧结料层透气性,还原剂为焦炭,利用小高炉进行生产,需要大量的氧气、空气。该工艺可以利用闲置的小烧结机和小高炉,生产技术和设备成熟稳定,不需要新的投资,是一种技术风险较低的节能 钢铁厂含铁废料处理技术,该工艺在德国DK公司得到工业应用。北京科技大学也于2009年提出了“一种处理钢铁厂含铁废料的方法”,获得了国家..。该方法利用中小高炉处理钢铁企业含铁废料,将整个钢铁厂的废料集中在中小高炉中处理,从而使尘泥中有害元素对整个钢铁厂的生产影响得到有效降低。

钢企尘泥处理有了新思路

中国钢铁行业需要尽快完成由粗放型向集约环保型转变,这也符合中国当今可持续发展的政策。目前,我国钢铁企业广泛采取的仍是将尘泥返回烧结的方式进行处理,这种处置方式会对高炉顺行产生一系列不利影响。如何实现既 环境友好,又能 充分回收利用钢铁企业尘泥中的有价元素,从而提高其附加值是国内钢铁行业当前亟待解决的问题。

回转窑工艺、转底炉工艺、OxyCup工艺以及DK工艺都能在一定程度上回收处理钢铁企业尘泥资源,但综合来看,目前仍须结合实际情况,开发适合我国国情的尘泥处理工艺。北京科技大学的科研人员结合OxyCup工艺与小高炉工艺的优势,提出了一种新型熔融法处理钢铁全流程尘泥资源的新工艺,与现有尘泥处理工艺相比,新工艺原燃料适应性强,无需烧结等高温造块工艺,污染少。

新型熔融法处理含锌铁尘泥工艺的技术路线如下:首先将钢铁企业含锌铁尘泥集中收集,其次将尘泥和一定量的黏结剂、还原剂混合,冷固结压块制成尘泥团块,.后将尘泥团块与一定比例的燃料和熔剂装入新型熔融炉中进行冶炼,.终得到铁水和熔渣。经渣铁分离后的铁水可用于转炉炼钢或生产铸铁;从熔融炉排出的含尘烟气,经煤气除尘器净化后可获得富锌烟尘,作为制锌工业的原料;产生的煤气可用于发电等。


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