高爐瓦斯灰火法富集回收鋅處理工藝

徐華軍

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

0 前言

高爐瓦斯灰是高爐煉鐵過程中產(chǎn)生的固體廢棄物。在高溫下鐵礦石中的雜質(zhì)鉛、鋅等被還原成蒸汽，與礦石、焦炭和熔劑等粉塵一起隨著高爐煤氣攜帶出爐外，由煤氣除塵凈化裝置捕集，第一級除塵器捕集下來的干式粗粒粉塵稱為重力灰，可返回配料；而第二級布袋除塵器捕集的干式細粒塵稱為高爐瓦斯灰(簡稱瓦斯灰)。生產(chǎn)1 t鐵大約產(chǎn)生15～25 kg高爐煙塵，按我國高爐產(chǎn)鐵10億t/a計算，高爐煙塵高達2 000萬t/a，其中60%～70%為重力塵，30%～40%為瓦斯灰[1]。高爐瓦斯灰中的主要成分見表1。

表1 高爐瓦斯灰的主要成分

我國目前雖未將瓦斯灰列為危廢，但若其得不到妥善處置，將占用大量堆放土地，同時也將造成其中有價金屬的資源浪費，還將會給環(huán)境帶來安全隱患。因此，高爐瓦斯灰的資源利用具有重要意義，生產(chǎn)中一般是先火法富集回收鋅，得到高品位的氧化鋅煙塵，再進行濕法氧化鋅浸出處理。目前工業(yè)廣泛應(yīng)用的火法富集工藝主要有轉(zhuǎn)底爐法和回轉(zhuǎn)窯法,本文對這兩種工藝和設(shè)備特點進行了介紹。

1 轉(zhuǎn)底爐火法富集工藝

1.1 轉(zhuǎn)底爐的發(fā)展

轉(zhuǎn)底爐由軋鋼使用的環(huán)形加熱爐演變而來，具有環(huán)形爐膛和可轉(zhuǎn)動的爐底，爐膛為一個固定的環(huán)狀容器，爐側(cè)壁和爐膛頂部配有高效燃氣燒嘴和熱風(fēng)噴嘴，用于控制爐內(nèi)溫度和氣氛。轉(zhuǎn)底爐最早由加拿大國際鎳集團開發(fā)用于處理不銹鋼的粉塵，在20世紀90年代開始應(yīng)用于處理鋼鐵廠的含鋅煙塵，目前我國、日本、美國和韓國等都有規(guī)?；瘧?yīng)用。

2009年我國萊鋼與北京科技大學(xué)合作建設(shè)了一條轉(zhuǎn)底爐火法富集生產(chǎn)線，處理含鋅煙塵32萬t/a，該生產(chǎn)線可獲得氧化鋅煙塵，同時生產(chǎn)出金屬化球團[2]。馬鋼、萊鋼和沙鋼也在2010年左右開始采用此工藝處理鋼鐵廠塵泥。

1.2 轉(zhuǎn)底爐法的工藝流程

轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括原料運輸存儲、配料、混料、壓球、烘干、焙燒還原、冷卻和儲存等[3]。瓦斯灰與其他煙塵一起先配料，在強力混合機內(nèi)配水和膨潤土等粘結(jié)劑充分混勻，再用對輥壓球機壓球送入鏈蓖機內(nèi)烘干至含水3%以下，烘干好的生球經(jīng)布料器均勻分布到轉(zhuǎn)底爐床上。爐料隨著爐底一起轉(zhuǎn)動，不受擠壓，先在預(yù)熱區(qū)加熱到1 000 ℃以上，再進入還原區(qū)。在爐內(nèi)高溫1 250～1 350 ℃下，球團內(nèi)氧化鐵被還原金屬化，物料中的鉛鋅氧化物被碳還原，形成金屬蒸汽進入煙氣，在氣相時又重新形成金屬氧化物隨煙氣進入余熱回收和煙塵凈化處理系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)底爐的煙氣約1 100 ℃，先經(jīng)余熱鍋爐進行余熱回收，接著進入換熱器預(yù)熱助燃風(fēng)和二次風(fēng)，最后進入低壓蒸汽發(fā)生器和布袋除塵器，充分回收熱量并收集得到粗氧化鋅煙塵。轉(zhuǎn)底爐出料口設(shè)置螺旋出料機將高溫球團通過溜槽排入振動冷卻機組，經(jīng)冷卻水間接冷卻后，可作為配料返回加入電爐或高爐中煉鐵。

1.3 轉(zhuǎn)底爐法的工藝特點

轉(zhuǎn)底爐工藝不僅可富集回收瓦斯灰里鉛鋅，外售給鋅廠進一步提取回收鋅。同時可以使煙塵里的鐵金屬化，回收金屬Fe。生產(chǎn)中鋅回收率為90%，鐵金屬化率為70%，具有脫鋅率高、金屬化率高和自動化程度較高等優(yōu)點。但一般瓦斯灰里的鐵含量較低，金屬化球團中還含有較高的硫和其他雜質(zhì)，而球團含鐵品位要求高于60%，所以不能單獨直接處理高爐瓦斯灰，必須配入鐵精礦或高品位電爐灰或轉(zhuǎn)爐灰等含鐵物料，才能產(chǎn)出合格的直接還原球團。同時轉(zhuǎn)底爐對進料粒度要求嚴格，原料備料復(fù)雜，需要成球團和烘干。而且生產(chǎn)中還需要大量的燃氣來提供熱量維持爐內(nèi)溫度，雖后期建設(shè)的沙鋼工程采用了蓄熱式轉(zhuǎn)底爐但同樣需要消耗大量的燃氣。對于鋅冶煉廠來說，一般都沒有自產(chǎn)煤氣，而天然氣價格較高，燃料選擇受限，推廣較難，故轉(zhuǎn)底爐法大多只在鋼鐵廠使用。

2 回轉(zhuǎn)窯火法富集工藝

回轉(zhuǎn)窯法(又稱威爾茲法)，1926年波蘭首先用于處理低品位鋅氧化礦[4]，后被廣泛應(yīng)用到鋅浸出渣、鉛鼓風(fēng)爐高鋅水淬渣和其它含鋅煙塵廢料的處理上。我國鋼廠煙塵綜合回收的鋅冶煉工廠大多采用回轉(zhuǎn)窯工藝，主要集中在云南、河北、湖南和臺灣等地。

2.1 回轉(zhuǎn)窯法的工藝流程

處理高爐瓦斯灰的回轉(zhuǎn)窯與處理濕法煉鋅浸出渣的回轉(zhuǎn)窯在工藝和裝備都基本相同，但因瓦斯灰粒度更細，為提高粗氧化鋅煙塵品質(zhì)，一般在入窯前要求混合制粒。生產(chǎn)中可根據(jù)瓦斯灰中的含碳量來計算還原劑焦粉的配入量，含碳量高時，基本不用額外添加焦粉，只需加入熔劑調(diào)整渣型。

混合物料通過膠帶輸送機先送入強力混合制粒機中造粒，為增加強度，球粒一般先晾曬7天左右，再送入斜率為2%～5%的回轉(zhuǎn)窯中。窯內(nèi)分干燥段、預(yù)熱段、反應(yīng)段和冷卻段，爐料隨回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動向窯頭運動，而高壓空氣從窯頭罩鼓入并直接向高溫爐料噴吹。高壓風(fēng)作用既可以加劇焦炭的燃燒，還可以掀動爐料延長反應(yīng)帶使反應(yīng)更充分。爐料與煙氣在逆向運動中被煙氣加熱，在干燥段首先進行水的蒸發(fā)，窯內(nèi)反應(yīng)段溫度能達到1 200～1 300 ℃，高溫下鉛鋅等金屬氧化物被碳還原成金屬，然后以蒸汽的形式從料層中揮發(fā)出來，在窯內(nèi)上部空間又和氧結(jié)合，重新生成金屬氧化物，并隨煙氣一起離開回轉(zhuǎn)窯進入余熱回收和收塵凈化系統(tǒng)?；剞D(zhuǎn)窯產(chǎn)生的含塵煙氣，先進入窯尾沉塵室，收集出的鋅低鐵高的粗粒煙塵返回配料。沉塵室出口煙氣溫度在750 ℃左右，余熱鍋爐回收余熱，再經(jīng)電收塵器收塵，余熱鍋爐和電收塵器收集得到高品位氧化鋅煙塵，送鋅廠氧化鋅浸出車間提煉鋅，除塵后的煙氣送脫硫系統(tǒng)，尾氣達標后排放。

回轉(zhuǎn)窯法是半熔化揮發(fā)，爐料中各物質(zhì)互相嵌布緊密。窯頭排出的熱渣一般進行水淬，熱焓沒有回收且還會產(chǎn)生大量蒸汽。窯渣中含有30%左右的Fe，其中60%～70%被金屬化了，同時還含有5%～15%左右的殘?zhí)?。窯渣經(jīng)磁選后可產(chǎn)出鐵磁精礦，因含硫難以作為煉鐵原料返回鐵廠，一般只可作為有色金屬冶煉的鐵熔劑。部分鋅廠還對窯渣進行了搖床選碳，選出的部分焦粉返回回轉(zhuǎn)窯配料使用，降低能耗[5]。

2.2 回轉(zhuǎn)窯法的工藝特點

回轉(zhuǎn)窯法具有設(shè)備簡單、建設(shè)投資低和動力消耗小等優(yōu)點，是目前常用的二次鋅物料處理工藝，被大多中小型鋅冶煉廠采用?；剞D(zhuǎn)窯法目前在窯機械部分、節(jié)能和環(huán)保等多方面做了較大的改進，其生產(chǎn)更趨大型化和現(xiàn)代化，但還存在一些待改進的地方。主要體現(xiàn)在：爐襯壽命短、作業(yè)率低、年實際工作日一般只有240～300天、維修費用較高、生產(chǎn)能力低、設(shè)備占地面積大、需要價格昂貴的焦炭、經(jīng)濟效益較差、操作環(huán)境不好以及熱渣熱焓沒有等到回收等。

3 結(jié)束語

我國高爐瓦斯灰產(chǎn)量大，是良好的鋅二次資源。鋅冶煉企業(yè)從中既可回收金屬鋅，提高本廠的經(jīng)濟效益，又可解決鋼鐵行業(yè)瓦斯灰的堆存處理問題，發(fā)展前景良好。氧化鋅煙塵的濕法浸出工藝基本成熟，而瓦斯灰前段的火法富集回收鋅工藝，轉(zhuǎn)底爐法和回轉(zhuǎn)窯法是目前常見的工藝，但仍存在一些問題。改進和發(fā)展火法富集回收鋅處理工藝和設(shè)備是未來的發(fā)展趨勢。