熱軋油泥處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

楊大正 ，李宇梁 ，于豐浩 ，徐鵬飛 ，吳文浩 ，曲和庭

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼集團戰(zhàn)略規(guī)劃部，遼寧 鞍山 114009；3.鞍鋼集團工程技術(shù)有限公司，遼寧 鞍山 114021；4.鞍山鋼鐵集團有限公司安環(huán)部，遼寧 鞍山 114021）

大型鋼鐵企業(yè)鋼坯熱軋工序采用潤滑油和潤滑脂對軋輥、輥道等設(shè)備進行潤滑，同時還要對軋制設(shè)備進行水冷卻。鋼坯熱軋時脫落的氧化鐵皮顆粒隨含油冷卻水進入熱軋濁環(huán)水處理系統(tǒng)［1］，該系統(tǒng)一般為三段式處理工藝，即濁環(huán)水經(jīng)過旋流井一次沉淀去除大顆粒氧化鐵皮，再經(jīng)平流沉淀池去除部分小顆粒氧化鐵皮和部分油，最后經(jīng)過濾罐去除部分氧化鐵皮、灰塵和油，最終水中的懸浮物及含油量達(dá)標(biāo)后循環(huán)利用［2］。熱軋油泥主要為平流池沉淀底泥，含有水、油和鐵氧化物等，干基含油率一般為5%～20%。相關(guān)文獻報道熱軋油泥中的油含55%烷烴和烯烴，22%羧酸、酮和芳香烴［3］。熱軋油泥燒后全鐵含量一般為67%～72%，因熱軋工藝設(shè)備流程不同等原因，鋼坯噸鋼油耗不同，造成熱軋油泥含油率波動范圍較大。建成時間較早的熱軋線一般噸鋼油耗較高、熱軋油泥含油率也較高。根據(jù)國內(nèi)幾家熱軋廠鋼材產(chǎn)量和熱軋油泥量的關(guān)系，結(jié)合全國熱軋產(chǎn)品產(chǎn)量估算，全國每年產(chǎn)生熱軋油泥約120萬t。

相比石油石化行業(yè)含油污泥［4-5］，鋼鐵行業(yè)熱軋油泥鐵素資源回收價值較高。國內(nèi)多數(shù)企業(yè)把熱軋油泥作為燒結(jié)或煉鋼原料利用［6］，但是使用過程中會產(chǎn)生含二噁英的有害氣體危害作業(yè)人員健康［3］，且污染大氣。

1 傳統(tǒng)熱軋油泥處理方法

1.1 國外熱軋油泥處理方法

國外常用的熱軋油泥處理方法有如下兩種。

（1）填埋。德國蒂森克虜伯公司曾用真空蒸餾方法處理熱軋油泥，因成本較高，該公司選擇外委填埋方式處理熱軋油泥。

（2）焙燒。塔塔公司英國廠將含油率大于0.5%的含油污泥船運至荷蘭集中焚燒處理，殘渣返回循環(huán)利用。日本JFE福山廠把3萬t含油污泥壓塊后返回?zé)掍摴ば蚴褂?，?萬t含油率較高的污泥外送至水泥廠協(xié)同處置。韓國POSCO公司用回轉(zhuǎn)窯焚燒處理含油污泥［6］。美國鋼企曾把熱軋油泥或其混合料在轉(zhuǎn)底爐中除油，回收鐵素資源。該方法投資較大，運行維護成本高，油煙仍會對環(huán)境造成污染。

1.2 國內(nèi)熱軋油泥處理方法

近年來隨著國家環(huán)保法實施力度的加大，熱軋油泥處理技術(shù)成為研究熱點之一。借鑒石油石化行業(yè)含油污泥處理技術(shù)，如熱脫附［7］、調(diào)質(zhì)機械分離等［8］方法處理熱軋油泥，會造成處理投資大、能耗或藥劑成本高等問題。因此，結(jié)合鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)情況開發(fā)熱軋油泥處理技術(shù)成為研究方向［9-10］。國內(nèi)熱軋油泥處理方法有如下幾種。

（1）直接作燒結(jié)配礦原料。因傳統(tǒng)的熱軋油泥除油技術(shù)存在成本高、又沒有相應(yīng)的環(huán)保政策和法規(guī)約束等原因，國內(nèi)除少數(shù)大型國企對熱軋油泥進行預(yù)處理再利用外，多數(shù)企業(yè)把熱軋油泥直接作為燒結(jié)原料利用，即把熱軋油泥與其他物料混合形成燒結(jié)混合料。該方法存在的問題如下：一是油泥具有粘性，難以和其他物料混合均勻，最終影響燒結(jié)礦質(zhì)量；二是混合料中油泥的油不完全燃燒產(chǎn)生有害氣體，還有油煙冷凝后與粉塵粘附在燒結(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)子上，破壞風(fēng)機動平衡，易引發(fā)事故；三是熱軋油泥在轉(zhuǎn)運、堆存過程中會污染土壤、水源，散發(fā)的異味污染空氣［11-12］。

（2）壓塊回轉(zhuǎn)爐。寶鋼股份、中國臺灣中鋼公司將低含油率的含油污泥壓塊后返回轉(zhuǎn)爐使用［6］，鞍鋼也曾嘗試采用該方法，但因使用過程中油泥受熱揮發(fā)出難聞的異味、污染作業(yè)環(huán)境和危害作業(yè)人員健康而停用。

（3）水泥窯協(xié)同處置。寶鋼股份把部分含油污泥與其他粉塵混合后外送水泥窯協(xié)同處置，中國臺灣中鋼公司把高含油率含油污泥與煤灰混拌，外送水泥廠協(xié)同處置［6］。該方法不僅造成鋼企鐵素資源流失或支付處置費，而且增加物流成本和轉(zhuǎn)運污染環(huán)境風(fēng)險，水泥窯排放煙氣需要處理后達(dá)標(biāo)排放。

（4）回轉(zhuǎn)窯蒸餾。即先將熱軋油泥脫水，然后用隔燃加熱的回轉(zhuǎn)窯蒸餾去除油，熱油氣經(jīng)冷凝后得到回收油，除油后的鐵鱗可以循環(huán)利用。該方法處理過程環(huán)保，但投資和運行成本較高［13-14］。

（5）回轉(zhuǎn)窯焙燒。即將熱軋油泥與其他物料混合，再入回轉(zhuǎn)窯焙燒。該方法需要對尾氣進行脫硫脫銷處理，實際上往往難以達(dá)標(biāo)排放。且在混料場地散發(fā)出難聞的異味，危害作業(yè)人員健康和污染環(huán)境。

（6）高溫還原。即將熱軋油泥與還原劑混合后置入還原罐中，再把還原罐放入隧道窯中高溫焙燒還原得到海綿鐵［15］。該方法存在投資大、運營成本高和煙氣污染等問題，鞍鋼曾建成生產(chǎn)線，現(xiàn)已拆除。

（7）清洗。即在水中加入熱軋油泥和除油劑清洗除油，得到相對潔凈的鐵鱗，進一步對含油廢水進行處理［16-18］。清洗又分為熱洗和常溫清洗。

熱洗。原本溪鋼鐵公司曾投資建成熱軋油泥清洗線，把堿性除油劑、熱軋油泥按一定比例加入清洗槽中，注入熱水?dāng)嚢枰欢〞r間后，刮去清洗槽表面的廢油并回收利用，除油后鐵鱗沉淀至清洗槽底部后壓濾成濾餅，作為燒結(jié)或煉鋼原料。該方法的特點是投資、能耗和藥劑成本較高，產(chǎn)生含油廢水需要深度處理。

常溫清洗。柳鋼熱軋油泥采用常溫清洗，該工藝是將熱軋油泥置入打漿桶中打漿，同時加入常溫清洗劑，再用渣漿泵把漿液送至淘洗裝置淘洗，產(chǎn)生的含油污水經(jīng)隔油池回收廢油，除油后鐵鱗瀝水作為燒結(jié)原料再利用［19］。該方法有效回收鐵素資源，但需要較大的場地，還需要消耗清洗劑。

2 新型熱軋油泥處理方法——攪拌氣浮法

熱軋濁環(huán)水中懸浮物和油含量高，不僅造成過濾罐濾料板結(jié)和頻繁更換濾料，而且易堵塞管道噴嘴，因此熱軋企業(yè)十分重視濁環(huán)水處理技術(shù)的開發(fā)，如在傳統(tǒng)的濁環(huán)水處理系統(tǒng)中增加化學(xué)除油［20］、加藥稀土磁盤過濾［21］、纖維球雙螺旋過濾［22］、氣浮除油［23］及以上各種技術(shù)組合處理［2］，以保證濁環(huán)水水質(zhì)，但以上技術(shù)產(chǎn)生的熱軋油泥仍需進一步處理。攪拌氣浮降低平流池?zé)彳堄湍嗪吐始夹g(shù)不僅能降低平流池底泥含油率，還能改善熱軋濁環(huán)水水質(zhì)，使生產(chǎn)順行，降低過濾罐維護成本。

鞍鋼股份有限公司在中試的基礎(chǔ)上開發(fā)出平流池來水在線攪拌氣浮除油降低池底油泥含油率關(guān)鍵技術(shù)及裝備，成功應(yīng)用于該公司熱軋帶鋼廠1780生產(chǎn)線濁環(huán)水處理系統(tǒng)［24-25］，并進一步形成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［26］。

2.1 在線攪拌氣浮除油原理

進入平流池的濁環(huán)水中含有小顆粒氧化鐵皮、雜質(zhì)和油，表面附有油的氧化鐵皮和雜質(zhì)形成顆粒團，在機械攪動、水力攪動或溶氣水強化沖擊作用下被解散，油被從氧化鐵皮和雜質(zhì)表面剝離至水中，除油后密度大的氧化鐵皮沉淀至平流池底部。水中的油和輕雜質(zhì)與氣浮裝置產(chǎn)生的微米級氣泡粘附，上浮至平流池水面形成含雜質(zhì)的廢油，通過撇油刮渣機回收后利用。含油污水中70%～80%為浮油和分散油［27］，可以通過氣浮方式去除。

2.2 在線攪拌氣浮除油工藝

平流池來水在線攪拌氣浮除油工藝流程［28-29］如圖1所示。平流池來水在配水墻中經(jīng)過攪拌器攪拌后進入平流池，壓縮空氣與部分平流池出水進入高效溶氣裝置產(chǎn)生高壓溶氣水，溶氣水經(jīng)溶氣釋放器釋放出的微米級氣泡粘附到來水中的油和懸浮物上，使其上浮至平流池表面形成廢油，由撇油刮渣機收集，平流池中密度大的氧化鐵皮沉入平流池底部。

圖1 平流池來水在線攪拌氣浮除油工藝流程Fig.1 Process Flow for Air-floated Oil Removal Depending on On-line Stirring Water Coming down from Horizontal Tank

2.3 與傳統(tǒng)熱軋油泥處理技術(shù)對比

新型在線攪拌氣浮除油技術(shù)與傳統(tǒng)熱軋油泥處理技術(shù)的對比如表1所示。

表1 新型在線攪拌氣浮除油技術(shù)與傳統(tǒng)熱軋油泥處理技術(shù)的對比Table 1 Comparison of New Technology and Traditional Technology

由表1可知，與傳統(tǒng)的熱軋油泥處理技術(shù)相比，平流池在線攪拌氣浮除油技術(shù)具有成本低、無二次污染的特點。但該技術(shù)仍存在不足，如除油后鐵鱗的含油率為2.17%，盡管能夠達(dá)到作為燒結(jié)原料標(biāo)準(zhǔn)要求，但鐵鱗中仍有殘余油，而焙燒或蒸餾方法所得鐵鱗含油率較低。為此，近年來開發(fā)了熱軋油泥離線攪拌氣浮除油技術(shù)，該技術(shù)可使除油后鐵鱗的含油率降低至≤0.5%。

3 工業(yè)化實例

2016年11月，鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠1780生產(chǎn)線大修時，對平流池濁環(huán)水系統(tǒng)進行技術(shù)改造，增加攪拌和氣浮裝置，2017年2月工程竣工并成功負(fù)荷試車。在不加藥劑的情況下，優(yōu)化攪拌氣浮工藝參數(shù)，跟蹤檢測平流池底泥含油率和平流池出水懸浮物、含油量。圖2為采用在線攪拌氣浮技術(shù)后平流池底泥含油率情況，由圖2可以看出，熱軋油泥平均含油率由16.1%降至2.17%，低于5%的預(yù)期控制值。水質(zhì)的檢測結(jié)果為懸浮物由29.3 mg/L降至21.5 mg/L（控制值為40 mg/L），油由 9.8 mg/L 降至 7.8 mg/L（控制值為9 mg/L）。

圖2 采用在線攪拌氣浮技術(shù)后平流池底泥含油率情況Fig.2 Oil Content in Sludge at Bottom of Horizontal Tank after Applying New Technology

平流池在線攪拌氣浮除油技術(shù)得到的底泥和廢油可直接利用，不產(chǎn)生二次污染，不需增加定員，投資少，運行成本低，自動化程度高，避免油泥焙燒過程中產(chǎn)生二噁英、油煙等有害氣體，改善平流池出水水質(zhì)，使設(shè)備順行，提高鋼板表面質(zhì)量，減少過濾罐濾料消耗和檢修次數(shù)。該技術(shù)解決了困擾鋼鐵行業(yè)多年的熱軋油泥處理成本高和產(chǎn)生二次污染的難題，不必投資建設(shè)專門的熱軋油泥生產(chǎn)線，節(jié)約處置費。鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠采用該技術(shù)后，回收熱軋油泥中的鐵泥和廢油并節(jié)省企業(yè)處置費，每年創(chuàng)效1.13億元。

4 結(jié)語與展望

傳統(tǒng)的熱軋油泥處理方法，如直接燒結(jié)配礦、壓塊回轉(zhuǎn)爐方法具有投資少、處理流程短的優(yōu)點，但處理過程中油泥受熱產(chǎn)生有害氣體危害作業(yè)人員健康和污染環(huán)境；水泥窯協(xié)同處置方法處理熱軋油泥，鋼企要負(fù)擔(dān)處置費或造成鐵素資源流失，且協(xié)同處理過程中仍會產(chǎn)生有害氣體；回轉(zhuǎn)窯蒸餾處理熱軋油泥方法盡管處理過程環(huán)保，實現(xiàn)鐵素和廢油回收，但存在投資和運行成本較高的問題；回轉(zhuǎn)窯焙燒或高溫還原法處理熱軋油泥能夠回收鐵素資源，但投資和運行成本高、處理過程中會產(chǎn)生有害氣體污染環(huán)境；加入化學(xué)藥劑清洗熱軋油泥方法能夠回收鐵素和廢油，但投資和運行成本較高，產(chǎn)生的含油廢水需要深度處理。

采用平流池在線攪拌氣浮技術(shù)處理熱軋油泥能夠降低鐵泥的含油率至3%以下，同時濕法回收廢油除油后鐵泥作為燒結(jié)原料利用，比直接配燒結(jié)礦法顯著降低有害氣體排放。該方法投資少，處理過程不產(chǎn)生二次污染，同時改善熱軋濁環(huán)水水質(zhì)，使設(shè)備順行，降低過濾系統(tǒng)維護成本。

為進一步降低平流池鐵泥含油率至0.5%以下，可采用離線攪拌氣浮除油方法，該方法已形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并通過鋼標(biāo)委審定。秉承綠色理念，熱軋油泥和濁環(huán)水及油渣協(xié)同處理是未來的發(fā)展趨勢。