鋼鐵企業塵泥資源再生利用問題的思考論文

鋼鐵企業塵泥資源再生利用問題的思考論文

　　1含鋅塵泥資源化利用方法

　　1．1轉底

　　爐轉底爐煤基直接還原是近幾十年發展起來的煉鐵及含鋅塵泥處理新工藝，其核心設備轉底爐源于軋鋼用的環形加熱爐。各種塵泥在一定比例內配碳后壓塊，均勻布入轉底爐的爐底，爐底載著壓塊勻速轉動。在爐內各區，安裝在爐膛兩側的燒嘴燃燒煤氣，另外補風噴嘴吹入空氣使還原反應釋出的CO燃燒，為料塊升溫和還原反應提供熱量。壓塊在爐內的還原時間一般為10～20min。塵泥中的鋅揮發后進入煙氣收集系統，經布袋除塵器收集的粉塵含氧化鋅的純度接近50%，是很好的提鋅原料。轉底爐作為精礦粉生產直接還原鐵設備及含鋅塵泥脫鋅設備，近幾年在國內外鋼廠得到廣泛應用，新日鐵、神戶制鋼、浦項、馬鋼、沙鋼等相繼有處理含鋅含鐵塵泥的轉底爐項目投產，取得了環保和經濟雙贏，是鋼鐵廠處理含鋅含鐵塵泥、回收鐵元素和金屬鋅的新途徑。

　　1．2豎爐

　　德國蒂森鋼鐵集團采用豎爐工藝處理含鋅含鐵塵泥取得了良好的經濟和環保效益;中國太鋼集團也已投產了采用含鋅塵泥為原料的豎爐生產鐵水工藝。豎爐的冶煉過程類似于小型高爐，豎爐原料為含碳六角形塵泥壓塊、鑄造焦、廢鋼。除塵污泥的含鋅量為16%，必須將污泥回用豎爐，使鋅富集到30%以上外銷。國內淘汰的小高爐可以用來處理含鋅含鐵塵泥，但在環保、塵泥的運輸成本和鋅的有效回收利用等方面有所欠缺。由于豎爐本身的特點，豎爐原料需至少添加約20%的廢鋼，直接提升了豎爐的經濟效益，這在一定程度上使豎爐充當了廢鋼的熔化爐，日本JFE在2008年建造的豎爐就專門作為廢鋼的熔化爐。

　　1．3轉底爐和豎爐工藝的比較

　　兩種工藝都有本身的優缺點。轉底爐現階段對于處理鋼鐵廠含鐵塵泥能取得一定效果，但對處理高鋅塵泥仍然存在產品殘留鋅含量，不能滿足大高爐入爐要求的缺陷。豎爐產品鐵水可直接進入煉鋼系統使用，不必考慮產品含鋅量的問題，但是存在含鋅粉塵等在豎爐爐膛內揮發，對爐襯耐火材料進行附著，造成耐火材料使用壽命降低;豎爐生產的鐵水含硫率超過煉鋼廠的入爐標準;含鋅塵泥的鋅元素不能有效回收利用等問題。結合鋼鐵企業自身特點，從物流條件、經濟效益、環境效益、技術成熟度、生產運行穩定程度等因素考慮，目前認為轉底爐工藝方案作為主工藝將更適合處置鋼鐵企業現有含鐵塵泥物料。

　　2寶鋼塵泥資源化利用途徑探討

　　2．1寶鋼塵泥的種類及特點

　　預計2015年寶鋼股份本部未返回原料單元直接利用的含鐵塵泥總量約為47．9萬t/a，其中除塵灰量約22．7萬t/a，污泥量約25．2萬t/a(含水率25%)。原料主要品種有:高爐瓦斯泥、煉鋼OG泥、煉鋼LT除塵灰、煉鋼除塵灰(含轉爐二次灰、鐵水預處理灰等)、電爐除塵灰、燒結機頭除塵灰、高爐除塵灰、各類軋鋼鐵泥等。含鐵塵泥含有的有用元素有Fe、C等元素，有害元素主要有S、P及少量Zn等。

　　2．2寶鋼含鋅塵泥處理現狀

　　塵泥中的大部分鋅元素仍在系統內部循環和富集，缺乏有效的脫鋅手段;其余的塵泥委外加工或對外銷售，造成物流成本高及過程污染，鐵資源未得到100%利用，與國內外先進的固廢資源利用水平存在差距。社會化利用所采取的措施———小高爐冶煉隨國家產業政策要求將逐步關停，勢必造成含鋅塵泥無法社會化處置，因此寶鋼自身設置含鋅含鐵塵泥處置設施，脫除限制返生產利用的有害元素后，使含鋅塵泥得到100%返生產利用，是寶鋼提高鐵資源利用率、降低鋼鐵生產成本、減輕污染、實現可持續發展的必由之路。

　　2．3寶鋼含鋅塵泥的處理工藝探討

　　寶鋼高爐目前的鋅負荷為117g/t，在不打破鋅平衡的基礎上，高爐目前還能接受的最大總鋅量為370t。根據計算，按照轉底爐脫鋅率90%計算，剩余金屬化球團產品中含鋅總量為516．6t，超過煉鐵廠要求的小于370t鋅量的指標，將造成產品金屬化球團無法全部返回高爐使用的情況。根據物料特點，結合寶鋼情況，寶鋼股份本部產生的含鐵含鋅塵泥50%直接回用燒結，其余50%(即表3中所列物料)選擇轉底爐工藝作為主工藝處置含鐵較高含鋅較低且揮發性較低的物料，而回轉窯工藝作為輔助工藝處置含鋅較高及揮發性較高物料的聯合工藝。(1)中含鋅量較高的物料，即編號1的煉鋼除塵灰(總量為5萬t/a、含鋅量約2．23%)、編號4的電爐除塵灰(總量為4萬t/a、含鋅量約3．64%)不納入主工藝即轉底爐工藝中進行處置，而改由對處置含鋅較高物料更為適合的回轉窯工藝作為輔助工藝進行處置。通過計算，進入轉底爐設備的含鐵塵泥中含鋅總量為2608t/a，按照轉底爐脫鋅率90%計算，剩余金屬化球團產品中含鋅總量為260．8t/a，符合煉鐵廠要求的鋅量不超過370t/a的要求，產品金屬化球團(其中鐵含量17．88萬t/a)可以全部返高爐使用，同時回收的副產品氧化鋅粉(ZnO含量約50%)0．58萬t/a可直接外賣給從事鋅加工的企業。(2)將總量為9萬t/a的煉鋼除塵灰、電爐除塵灰，以及沒有納入表3但含鋅量較高的冷軋含鋅污泥(產生量折算成干基約2．5萬t/a)作為原料，建設一座年處理規模為11萬t的回轉窯工藝設備進行處置。由于三種物料含鋅率均較高，用回轉窯設備脫鋅效果更好，經回轉窯還原焙燒脫鋅后，回收含鋅粉塵(ZnO含量約50%)約1．23萬t/a，可直接銷售給從事鋅加工的企業;回轉窯窯渣可經過破碎、磁選后得到部分產品還原鐵粉，剩余含鐵較低的尾料可作為建筑材料骨料使用。

　　2．4三種處理工藝經濟比較

　　筆者對寶鋼股份本部未返回原料單元直接利用的含鐵塵泥(約為47．9萬t/a)進行了OxyCupL豎爐工藝、轉底爐工藝及轉底爐+回轉窯聯合工藝三種處理工藝的投資對比分析。金屬化球團作為高爐的煉鐵原料會降低焦比，提高產量，每使用1t金屬化球團約減少230kg的焦炭使用量。因此高爐能耗降低的間接經濟效益也很可觀。由表4可以看出，以轉底爐工藝作為主工藝，回轉窯工藝作為輔助工藝的聯合工藝是處置寶鋼現有含鋅塵泥較為適合的方法。另外回轉窯工藝還可以焚燒處理含鐵含油污泥(產生量約為每噸鋼1kg左右)，最大化地做到寶鋼含鋅含鐵塵泥中鐵、鋅資源的回收利用。

　　3結語

　　轉底爐處理含鋅塵泥，在實現回收減排的同時，可有效回收鋅資源，具有很好的經濟效益和環境效益。轉底爐技術在資源化利用鋼鐵企業含鋅塵泥及環境保護方面潛力巨大。將轉底爐工藝作為主工藝，回轉窯工藝作為輔助工藝的聯合工藝是較為適合處置寶鋼現有含鋅塵泥的工藝。返燒結直接利用加上聯合工藝處理，寶鋼的塵泥可以做到100%有效利用。鋼鐵企業應結合自身特點選擇合適的含鋅塵泥的處理工藝，本文為鋼鐵企業選擇適合自身條件的含鋅塵泥資源化利用途徑提供了思路。

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