適用于轉(zhuǎn)底爐處置含鐵、鋅粉塵的消解工藝*

趙丹丹， 吳傳文

(上海梅山工業(yè)民用工程設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 南京 210039)

1 概 述

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量有利用價(jià)值的各種含鐵、鋅的粉塵、污泥，主要是燒結(jié)除塵灰、高爐除塵灰、電弧爐粉塵、轉(zhuǎn)爐除塵灰等，同時(shí)含有部分鋅、鉛、鉀、鈉等有害元素。采用目前常規(guī)的利用方式已經(jīng)影響了設(shè)備使用壽命、工藝生產(chǎn)順行，致使相當(dāng)一部分粉塵只能采取棄置、填埋等處置。循環(huán)、高效的固廢處理是當(dāng)前國家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)；轉(zhuǎn)底爐直接還原技術(shù)，將含鐵、鋅塵泥進(jìn)行資源循環(huán)處置，被廣大的鋼鐵企業(yè)關(guān)注并實(shí)施。由于鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)原料的不同、生產(chǎn)工藝的差異，含鐵、鋅塵泥的物理特性、化學(xué)成分具有差異性；針對(duì)不同的物料組合，選擇適宜的預(yù)處理措施，是保證生產(chǎn)線正常運(yùn)行的先決條件。

含鐵、鋅塵泥是鋼鐵工業(yè)種類最多、成分最雜的廢棄物，是鋼鐵企業(yè)在原料準(zhǔn)備、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵、煉鋼和軋鋼等工藝過程中所排煙塵進(jìn)行干法除塵、濕法除塵和廢水處理后的固態(tài)廢物。例如：高爐除塵灰是高爐煉鐵過程中礦槽、篩分、出鐵場等除塵工藝收集到的粉塵；燒結(jié)除塵灰是燒結(jié)原料在轉(zhuǎn)運(yùn)、配料、燒結(jié)過程中，除塵器收集下來的粉塵；轉(zhuǎn)爐LT灰是轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收的粉塵。這些除塵灰的總鐵含量(TFe)一般在20%-70%，還含有Zn,Ca,Mg及C,P,S等元素。

轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝是將含鐵、鋅塵泥配碳和粘結(jié)劑后混合造球，生球經(jīng)烘干后置于轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)底爐轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)生球被加熱，至1100 ℃左右時(shí)ZnO被還原，還原出的Zn被蒸發(fā)并隨煙氣一起排出，經(jīng)冷卻系統(tǒng)時(shí)被氧化成ZnO后沉積在除塵器收集后銷售，生產(chǎn)的直接還原鐵(DRI)和余熱回收的蒸汽可循環(huán)利用。通過含鐵、鋅粉塵化學(xué)成分的測定和潤濕試驗(yàn)，為消解工藝路線的選擇提供強(qiáng)有力的支撐。

以某鋼廠提供的除塵灰樣本為例進(jìn)行試驗(yàn)，化學(xué)成分如表1所示。

表1 含鋅塵泥的化學(xué)成分分析 / %

由表可見，三種含鋅粉塵鐵品位相差較大，轉(zhuǎn)爐LT灰含鐵量最高，高爐布袋灰含Zn及含C量最高。三種粉塵中Fe，Zn，Ca，Mg及C等元素均具有回收利用價(jià)值。三種含鋅粉塵中CaO含量均較高，尤其轉(zhuǎn)爐除塵灰中氧化鈣含量高達(dá)23.84%。由于CaO吸水后體積膨脹150%-250%，在成球加水后，會(huì)導(dǎo)致球團(tuán)內(nèi)部爆裂，降低成球率，是生產(chǎn)流程上的關(guān)鍵一環(huán)，為此需進(jìn)行潤濕試驗(yàn)探明潤濕機(jī)理。

2 潤濕試驗(yàn)

將三種含鐵、鋅粉塵進(jìn)行潤濕試驗(yàn)，即將三種粉塵及配碳和粘結(jié)劑后的混合料，分別潤濕0，5，10，20，30 min，然后在150℃左右鋪一薄層快速干燥。通過潤濕試驗(yàn)，對(duì)三種含鋅粉塵和外配含碳粉(CDQ粉)進(jìn)行XRD分析，探明原料的物相組成，Zn和Ca元素的賦存狀態(tài)，然后考察三種含鋅粉塵及混合料潤濕過程游離CaO含量及化合水含量的增量隨潤濕時(shí)間的變化關(guān)系。CaO含量最高的轉(zhuǎn)爐除塵灰物相分析圖如圖1所示。

圖1 LGC粉塵X射線衍射分析圖譜

由圖可以看出，該原料中的Ca主要以CaO和Ca(OH)2形式存在，Zn元素主要賦存于ZnS和ZnO中，F(xiàn)e主要賦存于Fe3O4中；原料中還含有一定量的MgO，NaCl，NaSO4及少量C。

3 CaO消化特性

3.1潤濕過程CaO消化特性

考察三種含鐵、鋅粉塵及混合料在潤濕水分10%時(shí)，物料中游離CaO的含量隨時(shí)間的變化，得到的結(jié)果如表2和圖2所示。由此可見，隨著潤濕時(shí)間增加，轉(zhuǎn)爐LT灰中游離CaO含量由2.22%減少至2.09%，高爐布袋灰中的游離CaO基本不變，由之前的化學(xué)成分分析和XRD分析可以看出，這兩種原料中的CaO含量較少；轉(zhuǎn)爐除塵灰中游離CaO含量較多，化學(xué)成分分析表明該原料中CaO總含量高達(dá)23.84%，而未潤濕游離CaO含量為19.66%，隨著潤濕時(shí)間增加至30 min，轉(zhuǎn)爐除塵灰中游離CaO含量降低至19.27%；混合料中游離CaO含量由1.77%減少至1.36%。

表2 游離氧化鈣含量/%

圖2 游離CaO含量與潤濕時(shí)間的關(guān)系

3.2 潤濕過程原料溫度變化

通過對(duì)潤濕過程物料溫度的考察，潤濕水分在16%時(shí)，原料的溫度隨時(shí)間的變化過程，得到的結(jié)果如表3和圖3所示。

表3 潤濕過程原料溫度變化/℃

圖3 潤濕過程原料溫度變化

由圖3可以看出，潤濕過程三種粉塵都發(fā)生了消解，尤其是煉鋼LGC粉塵，隨著時(shí)間延長，其溫度能達(dá)到98 ℃；混合料在潤濕時(shí)間達(dá)到5 min后，物料溫度能達(dá)到50 ℃左右。潤濕時(shí)間超過30 min時(shí)，物料溫度才開始下降，說明潤濕10 min后成球的過程中，物料的溫度仍較高，造球過程中球團(tuán)的水分也在不斷減少。

4 工藝設(shè)施

根據(jù)物料成分進(jìn)行配比計(jì)算，為滿足轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝的要求，針對(duì)CaO含量高的粉塵設(shè)置工藝設(shè)施進(jìn)行集中消解。如某鋼鐵企業(yè)設(shè)置消解場所——消解庫專門用于含鐵、鋅粉塵的消解，其作為煉鋼LT灰和煉鋼除塵灰的消解設(shè)施，可滿足煉鋼LT灰在線、離線消解及煉鋼除塵灰離線消解工藝，兼顧原料堆存場所，目前使用良好。

在線消解，即在除塵灰收集倉下設(shè)置加濕卸灰機(jī)進(jìn)行加水，經(jīng)膠帶輸送機(jī)將加過水的粉塵送入消解庫中在線消解斗內(nèi)，在線消解斗的大小根據(jù)物料量和消解時(shí)間確定，消解后的物料經(jīng)膠帶輸送機(jī)運(yùn)送至配料環(huán)節(jié)。

離線消解，將除塵灰堆存在消解庫的消解區(qū)域進(jìn)行消解。消解庫堆存區(qū)域根據(jù)粉塵情況設(shè)置擋墻，堆存面積需保證粉塵情況。除塵灰和其他散料可通過密閉罐車或自卸汽車運(yùn)輸?shù)较鈳爝M(jìn)行卸車作業(yè)，正常生產(chǎn)時(shí)作為除塵灰落地消解場地，也可將除塵灰通過氣力吸排罐車打灰到接收倉，通過接收倉下口的加濕卸灰機(jī)加濕后落地消解，然后通過庫內(nèi)設(shè)置的抓斗起重機(jī)將消解好的物料抓入消解上料斗進(jìn)入配料系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)底爐檢修時(shí)，消解庫也可以作為落地除塵灰或其他散裝料的堆存上料設(shè)施。

消解工藝設(shè)施根據(jù)場地、生產(chǎn)規(guī)模、作業(yè)率等因素綜合考慮，由于消解是一個(gè)放熱過程，從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，充分利用噴霧抑塵等技術(shù)措施。

5 結(jié)束語

對(duì)含游離鈣高的粉塵設(shè)置消解設(shè)施，降低其游離鈣的含量，是保證成球率的重要技術(shù)手段。根據(jù)不同原料進(jìn)行合理的預(yù)處理工藝，是保證轉(zhuǎn)底爐處理含鐵、鋅粉塵資源利用項(xiàng)目高效、穩(wěn)定生產(chǎn)的先決條件。