鋼鐵企業(yè)含鋅除塵灰的降害處置及資源化利用

石勤學(xué)

（河南安鋼澤眾冶金設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，河南 安陽 455004）

為了去除灰中的有害元素鉀、鈉，一般采用水洗工藝，即先將除塵灰與水充分?jǐn)嚢?，使得鉀、鈉元素溶解在水中，經(jīng)壓濾機(jī)對漿液壓濾進(jìn)行固液分離，壓濾渣經(jīng)干燥后返回?zé)Y(jié)工序循環(huán)利用，濾液經(jīng)蒸餾結(jié)晶獲得氯化鉀、氯化鈉晶體作為產(chǎn)品外銷。而為了去除除塵灰中的有害元素鋅,一般采用轉(zhuǎn)底爐工藝或回轉(zhuǎn)窯工藝，將除塵灰加熱到1000-1200℃高溫，其中的鋅呈氣態(tài)隨煙氣排出過程中慢慢冷卻，生成氧化鋅，經(jīng)回收后作為產(chǎn)品外銷，而轉(zhuǎn)底爐的金屬化球團(tuán)或回轉(zhuǎn)窯尾渣則返回?zé)掍摖t或高爐循環(huán)利用。

1 除塵灰化學(xué)成分組成

下表為某800萬噸/年生產(chǎn)規(guī)模鋼鐵企業(yè)部分除塵灰的產(chǎn)生量和化學(xué)成分組成。

對表1數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看出，需要進(jìn)行降害處理的除塵灰可以分以下三種，一是單純高鋅灰，包括電爐灰1000噸/月，精煉爐和三次除塵灰850噸/月，合計(jì)1850噸/月。二是高鋅、高鉀、鈉灰，高爐干法除塵灰4500噸/月，三是單純高鉀、鈉灰，即燒結(jié)機(jī)頭灰1800噸/月，所有需要降害處置的除塵灰約占鋼產(chǎn)量的1.2%。

2 轉(zhuǎn)底爐脫鋅工藝

轉(zhuǎn)底爐技術(shù)屬于煤基直接還原工藝中發(fā)展較快的一種，目前國內(nèi)大多數(shù)轉(zhuǎn)底爐用于處理鋼鐵廠含鋅粉塵。鋼鐵公司的含鋅塵泥經(jīng)過轉(zhuǎn)底爐處理，得到潔凈的高爐或煉鋼爐料，返回高爐或煉鋼作為金屬化爐料，同時回收了其中的鋅金屬，脫除了大部分的鉛、鉀、鈉等有害元素。文獻(xiàn)表明，國內(nèi)某廠轉(zhuǎn)底爐的球團(tuán)金屬化率達(dá)到70%-88%，脫鋅率高于90%，鉛、鉀、鈉的脫除率也在80%以上。

表1 鋼鐵企業(yè)除塵灰生產(chǎn)及化學(xué)成分

轉(zhuǎn)底爐脫鋅工藝流程如圖1所示。首先將粉塵配加還原劑（煤粉）、黏結(jié)劑等進(jìn)行造球，造好的具有一定強(qiáng)度的生球經(jīng)烘干機(jī)烘干后生球的水分降低至3%以下，然后將烘干的生球通過振動布料機(jī)均勻布置在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，轉(zhuǎn)底爐爐內(nèi)溫度控制在1100℃～1300℃，球團(tuán)在爐內(nèi)發(fā)生直接還原反應(yīng)，70%以上的鐵氧化物還原為金屬鐵保留在金屬化球團(tuán)中，而同時球團(tuán)中的鋅、鉛、鉀和鈉還原或揮發(fā)后進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐煙氣系統(tǒng)排出，最終實(shí)現(xiàn)球團(tuán)中鐵與鋅、鉀、鈉的分離，從而實(shí)現(xiàn)鐵回收利用、鋅及鉀和鈉的分離。

圖1 轉(zhuǎn)底爐工藝流程圖

3 回轉(zhuǎn)窯脫鋅工藝

回轉(zhuǎn)窯法脫鋅工藝來源于濕法煉鋅工藝中浸出渣提煉鋅工藝，是將鋼鐵固廢塵泥預(yù)處理后同還原劑混合，一同送入回轉(zhuǎn)窯，在窯內(nèi)加熱，使固廢塵泥中的氧化鋅被還原成鋅金屬，在高溫下蒸發(fā)并與排出的煙氣一起離開回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過沉降室、表冷器、除塵器等裝置氧化鋅沉降后收集氧化鋅粉塵，含鐵尾渣冷卻后送往高爐或燒結(jié)廠作為原料。其工藝流程見圖2。

圖2 回轉(zhuǎn)窯工藝流程圖

4 轉(zhuǎn)底爐脫鋅生產(chǎn)實(shí)例

馬鋼轉(zhuǎn)底爐是國內(nèi)第一條轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線，轉(zhuǎn)底爐直徑為30m，設(shè)計(jì)產(chǎn)能20萬噸/年，實(shí)際產(chǎn)能12～13萬噸/年。主要原料為高爐環(huán)境除塵灰、高爐瓦斯泥等，配加少部分的電爐灰（配加電爐灰多了會影響機(jī)組正常生產(chǎn)）。脫鋅率約為80-85%，氧化鋅顆粒的品位在60%左右，直接外銷。金屬化成品球返回?zé)掍撌褂谩?/p>

沙鋼轉(zhuǎn)底爐車間于2010年10月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)處理能力為30萬噸/年，實(shí)際產(chǎn)能為18萬噸/年。主要原料為環(huán)境除塵灰、煉鋼污泥、電爐灰，其中，電爐灰占比20%。脫鋅率約為80-85%，氧化鋅品位60%，金屬化球團(tuán)返轉(zhuǎn)爐、電爐使用。

5 回轉(zhuǎn)窯脫鋅生產(chǎn)實(shí)例

南京盛昌再生資源有限公司采用回轉(zhuǎn)窯工藝處理南鋼的高爐干法灰和電爐除塵灰，其中高爐灰的鋅含量為3%～4%，電爐灰鋅含量為10%～12%。投產(chǎn)于2012年，設(shè)計(jì)能力10萬噸/年，回轉(zhuǎn)窯主體設(shè)備尺寸Φ3.2m×45m。處理后尾渣中含鋅量為0.5%，尾渣鐵品位54%以上，回收氧化鋅品位30%。該生產(chǎn)線投產(chǎn)初期效果差、生產(chǎn)間斷，后通過控制窯溫在950℃～1000℃范圍內(nèi)，在有效提取鋅的基礎(chǔ)上，盡可能降低鐵元素還原，所以生產(chǎn)中很少有結(jié)圈現(xiàn)象。而利用高爐干法灰中的碳元素實(shí)現(xiàn)自生發(fā)熱，基本不需要再添加其他燃料的使用，生產(chǎn)成本非常低，噸灰處理成本約200元。

馬鞍山利民冶金固體廢物綜合利用科技有限公司回轉(zhuǎn)窯主體設(shè)備尺寸Φ4m×65m，總投資8000多萬元，設(shè)計(jì)能力20萬噸/年。主要原料為高爐干法灰和電爐灰，添加燃料為煤，煅燒溫度在1200℃左右，工藝運(yùn)行過程中有結(jié)圈現(xiàn)象，需定期清理。處理后尾渣中鋅含量＜1%，尾渣水淬后返回?zé)Y(jié)配料。

日鋼回轉(zhuǎn)窯除塵灰提鋅生產(chǎn)線歸屬于日鋼循環(huán)經(jīng)濟(jì)部轉(zhuǎn)底爐工場，原有設(shè)計(jì)能力為2×20萬噸/年的轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線，因多種原因停用。2019年4月投資2.2億元，建設(shè)設(shè)計(jì)能力為2×25萬噸/年的兩條回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線。原料為高爐布袋除塵灰、轉(zhuǎn)爐一次灰，其中高爐布袋灰先經(jīng)水洗預(yù)處理。由于主生產(chǎn)工藝添加輕薄廢鋼較多，除塵灰中鋅含量都比較高，轉(zhuǎn)爐除塵灰鋅含量4%～8%，高爐布袋灰鋅含量6%～8%?；剞D(zhuǎn)窯生產(chǎn)線投產(chǎn)后整體生產(chǎn)運(yùn)行比較平穩(wěn)，達(dá)到設(shè)計(jì)效果，脫鋅率達(dá)到90%以上，回收鋅含量60%～70%，尾渣鋅含量≤0.6%，TFe＞50%，生產(chǎn)過程溫度控制在1100℃，結(jié)圈現(xiàn)象較少。

6 轉(zhuǎn)底爐工藝與回轉(zhuǎn)窯工藝比較

回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)工藝環(huán)節(jié)少，占地面積小，工程投資少，設(shè)備組成簡單，操作穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)成本低，且脫鋅率可達(dá)90%以上。但尾渣采用水淬冷卻，一方面大量的熱量無法回收，同時大量水蒸汽外冒，對周圍環(huán)境造成影響。

轉(zhuǎn)底爐工藝近年來推廣力度較大，我國也有多套轉(zhuǎn)底爐投入運(yùn)行，從投產(chǎn)的轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)業(yè)績看，轉(zhuǎn)底爐投資大，運(yùn)行部件多，控制要求高，設(shè)備穩(wěn)定性和產(chǎn)品穩(wěn)定性都需要進(jìn)一步改善。

另外，回轉(zhuǎn)窯脫鋅工藝對原料中含鋅量沒有限制，原料中含鋅越高企業(yè)效益更好。而轉(zhuǎn)底爐脫鋅工藝對原料中的鋅含量需要一定的控制，高于5%時煙氣系統(tǒng)容易發(fā)生堵塞，現(xiàn)場調(diào)研沙鋼、馬鋼等單位時，都明確指出轉(zhuǎn)底爐不能配加過多的含鋅高的電爐灰。

7 結(jié)語

對除塵灰的脫鋅降害處理是鋼鐵企業(yè)固廢循環(huán)利用的必須途徑，兩種生產(chǎn)工藝都能達(dá)到90%以上的脫鋅率，可以滿足高爐對原料的要求，企業(yè)選擇哪種工藝，需要與自身?xiàng)l件相結(jié)合，處理含鋅高的電爐除塵灰應(yīng)該盡量避免選擇轉(zhuǎn)底爐工藝，對于環(huán)保要求高的地區(qū)，應(yīng)盡量避免選擇回轉(zhuǎn)窯工藝。