轉(zhuǎn)爐除塵灰資源化利用研究

周鶴斌　梁康　姚雄健　林振

摘? 要：轉(zhuǎn)爐除塵灰是在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中產(chǎn)生的，全鐵含量較高，氧化鈣、氧化鉀、氧化鈉等含量根據(jù)除塵灰的類別差別較大。目前轉(zhuǎn)爐除塵灰的利用方法較多，但主要是針對其中的鐵資源進行回收利用，包括生產(chǎn)燒結(jié)礦、冷壓球團、制備鐵系顏料等。由于球團煉鋼法具備能耗低、降低生產(chǎn)成本、減少石灰用量等優(yōu)勢，且對轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)無影響，已逐漸成為轉(zhuǎn)爐除塵灰未來的利用趨勢。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐除塵灰;鐵資源;回收利用;球團

1 前言

轉(zhuǎn)爐除塵灰是在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中產(chǎn)生的。在吹練過程中產(chǎn)生含鐵粉塵，經(jīng)煙道后進入除塵系統(tǒng)收集所得[1]。因煉鋼溫度較高，因此含鐵粉塵溫度較高，可達1400℃，對除塵系統(tǒng)要求較高。目前主流的除塵方法有兩種，一種為濕法除塵，也就是OG法除塵;另一種為干法除塵，也就是LT法除塵[2]。實際中還存在有以上兩種除塵方法的基礎(chǔ)上進行改進的方法，但總體可分為干法和濕法。由于濕法存在能耗高，且除塵系統(tǒng)復雜，配套要求較高，目前該方法已逐步被淘汰。而干法除塵無需廢水處理設(shè)備，且能耗低，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，因而受到廣大鋼廠歡迎。轉(zhuǎn)爐除塵灰產(chǎn)量非常大，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，冶煉1噸鋼所產(chǎn)生的除塵灰達15～20kg[3]，2018年全國粗鋼產(chǎn)量為8億噸，按噸鋼產(chǎn)生15kg除塵灰統(tǒng)計，產(chǎn)生的除塵灰達1200萬噸。隨著鋼鐵產(chǎn)能的不斷擴大，轉(zhuǎn)爐除塵灰的產(chǎn)量將逐年上升。轉(zhuǎn)爐除塵灰鐵和鈣含量豐富，將其棄置，不僅造成土地污染，同時還會造成資源的浪費。柳州鋼鐵集團目前鋼產(chǎn)能達1300萬噸，每年將有近20萬噸的除塵灰產(chǎn)生。隨著環(huán)保的要求越來越嚴格，除塵灰的資源化利用勢在必行。

2 轉(zhuǎn)爐除塵灰利用狀況

2.1 轉(zhuǎn)爐除塵灰成分

以柳鋼為例，柳鋼轉(zhuǎn)爐除塵灰的的主要成分及含量見表1、圖1、圖2、圖3所示。一次除塵細灰全鐵含量高達55.56%，氧化鈣含量較低，一次除塵粗灰全鐵含量為39.57%，氧化鈣含量較高，二次除塵灰中K2O、Na2O含量較高。

2.2轉(zhuǎn)爐除塵灰的理化性質(zhì)

余雪峰[4]等人通過采用化學分析、激光粒度儀、掃描電鏡和XRD等手段研究發(fā)現(xiàn)，萊鋼轉(zhuǎn)爐除塵灰含鐵品位較高，都在50%上，堿金屬含量較高，鉀、鈉分別為1.01%和1.67%，粒度較細，比表面積較大。任海萍[5]利用BET、XRD、TEM化學分析、激光粒度分析儀、TG-DSC等方法，研究表明，濟鋼轉(zhuǎn)爐除塵灰中的鐵以赤鐵礦和磁鐵礦的形式存在，比表面積較大，大部分顆粒呈球狀。此外轉(zhuǎn)爐除塵灰呈堿性，具有較強的酸中和能力;Zeta電價為呈正值，具有吸附負離子的能力。張沅[6]等人研究表明，蒸發(fā)冷卻器（EC）及靜電除塵器（EP）收集的粉塵中含有較高的TFe和一定量的 CaO，同時C含量少，有害成分S、P所占比例也小。劉周利[7]等人研究表明，轉(zhuǎn)爐除塵灰中的TFe、CaO含量較高，并且200目篩下累積超過90%上，但F，K2O，Na2O，P含量較高，這些雜質(zhì)（有害成分）對后續(xù)的綜合利用有一定影響。

2.3轉(zhuǎn)爐除塵灰利用現(xiàn)狀

目前轉(zhuǎn)爐除塵灰主要有以下幾方面應用：在燒結(jié)方面過程中綜合利用、制備鐵系顏料、合成非正分鐵、制備鐵氧體磁性新材料、代替部分膨潤土生產(chǎn)球團等。

在燒結(jié)過程中的應用主要根據(jù)轉(zhuǎn)爐除塵灰含鐵量、CaO含量高低，按照一定比例配入燒結(jié)礦中，將各種除塵灰按一定的比例混合后，并在一定的溫度范圍內(nèi)進行燒結(jié)。孟祥福[8]等人研究表明，北鋼的高爐/電爐除塵灰以及轉(zhuǎn)爐除塵污泥混合摻入配比在3%時，燒結(jié)礦品位穩(wěn)定在55%～56%、堿度穩(wěn)定率90%以上、返礦率在18%以下，大幅度的降低燒結(jié)礦成本。

轉(zhuǎn)爐除塵灰中Fe2O3或FeO的含量比較高，是制取氧化鐵紅顏料的理想原料，目前國內(nèi)對此已進行深入研究，并取得一定進展。制備鐵紅的基本方法是利用硫酸將除塵灰中鐵浸出，得到含F(xiàn)e2+、Fe3+、SO42-的混合溶液，對混合溶液進行中和，控制條件可制備生成鐵黃、鐵棕、鐵黑、鐵綠等顏料，再將這些原料進行高溫煅燒，即可獲得鐵紅顏料[9]。

非正分鐵是指Fe3O4向α-Fe2O3轉(zhuǎn)變過程中的亞穩(wěn)定相，即γ-Fe2O3。由于γ-Fe2O3具有良好的磁致伸縮系數(shù)和較穩(wěn)定的化學性質(zhì)，經(jīng)常用來當磁選粉使用。轉(zhuǎn)爐除塵灰中Fe2O3或FeO含量較高，非常適合用來制備非正分鐵，主要方法是利用硫酸浸出除塵灰中的鐵，得到H2SO4的浸漬液，再加入鐵粉還原Fe3+，再利用燒堿中和沉淀，將沉淀在200℃烘干即得到產(chǎn)品[10]。

鐵氧體是一種具有鐵磁性的金屬氧化物。鐵氧體的電阻率較大，具備較高的介電性能。高頻時具備較高的磁導率。在高頻弱電領(lǐng)域應用廣泛。天津大學張永祥[11]等人研究表明，轉(zhuǎn)爐除塵灰可以用于制備鎖鐵氧體磁性材料，該材料具備優(yōu)異的介電性能。

劉周利[7]等人研究表明，利用2%的轉(zhuǎn)爐除塵灰替代0.6%膨潤土后生成的生球和成品球的各項指標均滿足高爐要求。但添加除塵灰后，鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯預熱溫度需控制在工藝要求的溫度上限才能保證干球的抗壓強度，且除塵灰的摻量較小。

2.4轉(zhuǎn)爐除塵灰利用趨勢

轉(zhuǎn)爐除塵灰多種多樣，但目前最受歡迎的還是將其中的鐵資源進行循環(huán)利用，此種利用方法不僅效率高，而且能夠顯著降低生產(chǎn)成本，提高鐵資源的回收利用，具有顯著的社會效益和環(huán)保效益。燒結(jié)煉鐵和球團煉鋼是回收鐵資源的兩種方法。燒結(jié)煉鐵將除塵灰進行燒結(jié)處理后利用其中鐵資源進行配礦，進高爐、轉(zhuǎn)爐使用。球團煉鋼法將除塵灰制球，替代部分鐵礦石和用作造渣劑，但適用范圍僅限于轉(zhuǎn)爐。顏根發(fā)[12]等人研究表明，利用轉(zhuǎn)爐除塵灰制球進行循環(huán)使用不僅金屬鐵流失率低，而且能耗也遠低于轉(zhuǎn)爐除塵灰在燒結(jié)中回收利用，能耗僅為利用除塵灰制備燒結(jié)礦的40%。此外，由于轉(zhuǎn)爐除塵灰粒度較細，根據(jù)燒結(jié)工藝的要求，適用于燒結(jié)的原料粒較粗，一般粒度<104μm在20%以下，而轉(zhuǎn)爐粉塵的粒度一般小于74μm的占85%以上[13]，故除塵灰的回收利用更適合進行制球。

在生產(chǎn)實踐中也表明，將轉(zhuǎn)爐灰用于燒結(jié)生產(chǎn)，造成燒結(jié)礦成分偏析，導致一級晶率下降5%;此外燒結(jié)料層透氣層惡化，相應垂直燒結(jié)速度下降，燒結(jié)機利用系數(shù)降低而產(chǎn)量減少[14]。而在用于煉鋼生產(chǎn)時，冶金效果顯著，具有能減少石灰的消耗量、提前化渣、減少鋼鐵材料的消耗等優(yōu)點[15]。

我公司（柳鋼環(huán)保股份有限公司）目前采用冷壓球方法對轉(zhuǎn)爐除塵灰進行回收利用，生產(chǎn)線設(shè)計年產(chǎn)量為20萬噸，轉(zhuǎn)爐廠每月電除塵細灰產(chǎn)量將近1萬噸，將除塵灰進行冷壓球回轉(zhuǎn)爐使用，不僅有效降低轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)成本，減少除塵灰堆積造成的揚塵和場地浪費，具有一定的環(huán)保效益和社會效益。

3 結(jié)論

1、轉(zhuǎn)爐除塵灰全鐵含量較高，氧化鈣、氧化鉀、氧化鈉含量根據(jù)種類不同差別較大，且呈堿性，粒度較細，比表面積較大;

2、目前轉(zhuǎn)爐除塵灰主要在燒結(jié)礦、制備鐵系顏料、合成非正分鐵、生產(chǎn)球團等方面進行利用;

3、轉(zhuǎn)爐除塵灰回收利用主要是針對其中的鐵資源進行，由于生產(chǎn)球團具有能耗低、降低生產(chǎn)成、減少石灰消耗量本等優(yōu)勢，未來應用趨勢以轉(zhuǎn)爐應用為主。

參考文獻

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[3]? 張東麗，毛艷麗，曲余玲. 轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù)應用現(xiàn)狀 [J]. 冶金管理，2010（07）：57-60.

[4]? 佘雪峰，薛慶國，董杰吉，等. 鋼鐵廠典型粉塵的基本物性與利用途徑分析 [J]. 過程工程學報，2009（s1）.

[5]? 任海萍. 納米零價鐵、煉鋼粉塵的表征及吸附性能研究 [D].濟南大學，2008.

[6]? 張沅，徐鐵，陳高亮. 轉(zhuǎn)爐除塵灰的循環(huán)利用技術(shù)和應用 [J]. 包鋼科技，2017