回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥潔凈生產(chǎn)工藝研究

王德勝，黃彩云

（唐鋼國際工程技術(shù)有限公司，河北唐山 063100）

0 引言

鋼鐵工業(yè)屬于能源、資源密集型產(chǎn)業(yè)，鋼鐵長流程生產(chǎn)工藝從原料、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼到軋鋼，每個(gè)工序都要產(chǎn)生大量的冶金灰塵，每生產(chǎn)1t鋼，約產(chǎn)生灰塵56kg，而這些灰塵中一般含有較高的鐵元素，具有較高的資源回收利用價(jià)值，可以作為含鐵原料重新進(jìn)入燒結(jié)配料。由于高爐煤氣煙塵含有鋅、鈉、鉀等有害元素，因此高爐煤氣的除塵灰中也不同程度地含有鋅、鈉、鉀等有害元素，如果不加處理，而直接作為含鐵原料加入燒結(jié)配料系統(tǒng)，那么這些有害元素將在高爐內(nèi)循環(huán)富集，造成高爐風(fēng)口上翹、爐身上部結(jié)瘤、煤氣上升管及布袋除塵堵塞等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響高爐使用壽命[1]。因此這些含鋅冶金灰塵如何安全處理、循環(huán)利用已成為鋼鐵企業(yè)共同研究的課題。當(dāng)前，采用回轉(zhuǎn)窯處理含鋅冶金塵泥是一種比較理想的工藝，但該工藝也存在著許多環(huán)保不達(dá)標(biāo)的問題，如果不能很好地解決這些問題，將會(huì)制約其在處理含鋅冶金塵泥方面的推廣[2]。而最近國家頒布的鋼鐵行業(yè)超低排放產(chǎn)業(yè)政策，對鋼鐵企業(yè)的粉狀物料存儲(chǔ)、輸送和二次揚(yáng)塵治理都有明確要求，因此必須對回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥環(huán)保不達(dá)標(biāo)問題加以解決。

本文對當(dāng)前我國鋼鐵企業(yè)含鋅冶金灰塵產(chǎn)生情況進(jìn)行介紹，并就當(dāng)前回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥工藝流程及化學(xué)反應(yīng)原理進(jìn)行詳述，同時(shí)對回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥過程中，原料運(yùn)輸、配料、上料、窯渣冷卻、窯渣破碎、返灰處理、產(chǎn)品收集等環(huán)節(jié)存在環(huán)保不達(dá)標(biāo)的問題，提出了解決方案。

1 當(dāng)前回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥工藝

回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥，對其原料的含鋅量及含碳量有要求?；剞D(zhuǎn)窯法比較適合處理電爐除塵灰、高爐除塵灰，得到的氧化鋅產(chǎn)品品位較高，并且可實(shí)現(xiàn)無需配碳處理，經(jīng)濟(jì)效益較好。處理轉(zhuǎn)爐一次、二次除塵灰以及轉(zhuǎn)爐含鐵污泥等則需要進(jìn)行配碳處理，并且其得到的氧化鋅產(chǎn)品品位低，經(jīng)濟(jì)性差。回轉(zhuǎn)窯法也不適合處理燒結(jié)機(jī)機(jī)頭除塵灰，主要是由于燒結(jié)機(jī)機(jī)頭除塵灰中氯元素含量太高，可達(dá)到40%，會(huì)對回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

1.1 回轉(zhuǎn)窯法處理工藝流程

圖1為當(dāng)前回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥生產(chǎn)工藝流程。由圖1可以看出：含鋅冶金塵泥通過汽車運(yùn)至配料車間，打水后用鏟車進(jìn)行翻混，配水比約15%為宜；翻混均勻后取樣化驗(yàn)，確保翻混均勻的含鋅塵泥中的配碳達(dá)到要求，當(dāng)原料中碳含量不夠時(shí)，可配入碳粉或焦炭粒翻混均勻，直到碳配比達(dá)到要求，然后用鏟車將混配好的原料運(yùn)至料倉；原料從料倉落到圓盤給料機(jī)上，通過圓盤給料機(jī)將原料送至皮帶輸送機(jī)，皮帶輸送機(jī)上的原料通過下料溜管送至回轉(zhuǎn)窯尾進(jìn)行煅燒處理；煅燒后的熱渣經(jīng)水淬后進(jìn)入堆場，煅燒后的含鋅煙氣經(jīng)沉降室、表冷器、除塵器收集氧化鋅粉后，經(jīng)脫硫達(dá)標(biāo)排放。

圖1 當(dāng)前回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥生產(chǎn)工藝流程

1.2 回轉(zhuǎn)窯構(gòu)成及生產(chǎn)工藝

回轉(zhuǎn)窯分為干燥段、預(yù)熱段、反應(yīng)段、冷卻段四段[3]?；剞D(zhuǎn)窯帶有一定的傾斜度，原料隨著回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動(dòng)從窯尾向窯頭運(yùn)動(dòng)，原料運(yùn)動(dòng)的過程中，與窯內(nèi)的熱煙氣充分接觸，當(dāng)溫度達(dá)到907℃時(shí)，塵泥中鋅元素會(huì)快速揮發(fā)成蒸汽狀，鋅蒸汽很快與空氣中的氧反應(yīng)生成氧化鋅。氧化鋅隨著熱煙氣從窯尾排出，煅燒處理后窯渣從窯頭排出。

含氧化鋅熱煙氣從窯尾排出后，經(jīng)沉降室、表冷器、布袋除塵器后，氧化鋅粉被收集，收集的氧化鋅粉裝袋成為氧化鋅產(chǎn)品。布袋除塵器出來的煙氣則進(jìn)入脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫處理，脫硫系統(tǒng)的排煙風(fēng)機(jī)將達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的煙氣送至煙筒排入大氣。

煅燒處理后窯渣從窯頭排出，落入水淬池進(jìn)行水淬冷，然后由撈渣機(jī)撈出，運(yùn)送至窯渣庫堆存或進(jìn)行下一步處理。

沉降室收集的返灰，因其氧化鋅品位低于45%，由刮板輸送機(jī)送至配料庫，配入原料中繼續(xù)送至回轉(zhuǎn)窯處理。

1.3 回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)原理

混配好的原料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)經(jīng)過干燥、預(yù)熱后，進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)區(qū)，此時(shí)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料溫度可達(dá)到1100～1200℃，在高溫環(huán)境及還原性氣氛下，物料中的鋅金屬化合物與瓦斯灰、含碳物料充分接觸，被其中的碳還原為金屬鋅蒸汽而進(jìn)入氣相，在氣相中又被空氣氧化成氧化鋅，高溫?zé)煔饨?jīng)表冷器冷卻后進(jìn)入布袋除塵器收塵系統(tǒng)，使氧化鋅粉被收集。

（1）料層內(nèi)主要化學(xué)反應(yīng)：

C+O=CO

CO2+C=2CO

ZnO+CO=Zn+CO2

ZnO+C=Zn+CO

Fe2O3+CO=2FeO+CO2

FeO+CO=Fe+CO2

ZnO+Fe=Zn+FeO

（2）料層上層主要化學(xué)反應(yīng)：

Zn+1/2O2=ZnO

CO+1/2O2=CO2

2 當(dāng)前回轉(zhuǎn)窯法處理冶金含鋅塵泥存在的問題

2.1 產(chǎn)生揚(yáng)塵污染環(huán)境

（1）由于粉塵顆粒非常細(xì)，容易形成揚(yáng)塵，造成環(huán)境污染。通過自卸車將含鋅除塵灰運(yùn)送至配料車間過程中、配料車間內(nèi)采用鏟車對除塵灰進(jìn)行配水翻混過程中，均會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，造成周圍的環(huán)境污染。

（2）回轉(zhuǎn)窯沉降室收集的除塵灰，因氧化鋅品位達(dá)不到要求，需要通過刮板輸送機(jī)送至配料庫，配入原料中繼續(xù)送至回轉(zhuǎn)窯處理。返灰在配料翻混過程中也會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，造成周圍的環(huán)境污染。

2.2 產(chǎn)生大量有害蒸汽和煙氣外溢

（1）窯渣從回轉(zhuǎn)窯窯頭排出，直接落到渣池中水淬。此時(shí)熱窯渣的溫度高達(dá)900℃以上，遇水會(huì)產(chǎn)生大量白蒸汽，而這些白蒸汽中含有硫化物，對周圍環(huán)境造成污染。窯渣轉(zhuǎn)運(yùn)堆放或進(jìn)一步破碎處理，仍存在造成環(huán)境污染的可能。

（2）窯頭一般采用半密封罩除塵，存在一定的煙氣外溢現(xiàn)象。

2.3 氧化鋅灰裝袋產(chǎn)生二次揚(yáng)塵

表冷器及布袋除塵器收集的氧化鋅灰，被收集在灰倉中，通過卸灰閥將氧化鋅灰裝入噸包袋中，一般采用人工裝袋，裝袋過程中容易產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，造成周圍環(huán)境污染。

3 解決方案

通過對上述問題的分析，提出了回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥環(huán)保解決方案，圖2為改進(jìn)后的回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥潔凈生產(chǎn)工藝流程。由圖2可以看出，此次潔凈生產(chǎn)工藝流程改造主要包括：除塵灰配料及上料、窯渣冷卻、窯渣破碎、沉降室返灰處理、氧化鋅灰收集裝袋等工藝。

3.1 除塵灰配料及上料工藝

回轉(zhuǎn)窯配料室設(shè)置干灰倉，頂部設(shè)置倉頂除塵器，確保卸灰過程無揚(yáng)塵產(chǎn)生；增設(shè)雙螺旋加濕攪拌機(jī)，對含鋅干灰及其他原燃料進(jìn)行加水?dāng)嚢?，避免攪拌產(chǎn)生揚(yáng)塵。

含鋅干灰直接由吸排罐車送至干灰倉，通過星型卸灰閥放到密封的管式皮帶秤上，然后通過管式皮帶秤卸到密封的刮板輸送機(jī)，通過密封的刮板輸送機(jī)送至雙螺旋加濕攪拌機(jī)，沿途各落料點(diǎn)均設(shè)置單體除塵器。通過雙螺旋配水?dāng)嚢铏C(jī)攪拌均勻后，含塵灰變成含水約15%的塵泥，經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)送到窯尾下料溜管，進(jìn)入到回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行煅燒處理，可實(shí)現(xiàn)全過程不產(chǎn)生揚(yáng)塵。

含水約15%的含鐵污泥可通過自卸車卸入地倉，然后通過地倉底部的螺旋輸送機(jī)將污泥送至輸送皮帶機(jī)，通過皮帶機(jī)將含鐵污泥送至污泥中間存儲(chǔ)倉，在存儲(chǔ)倉下設(shè)拖拉皮帶秤，通過拖拉皮帶秤將含鐵污泥送至雙螺旋混料機(jī)，同時(shí)將焦炭粒配入雙螺旋混料機(jī)進(jìn)行混勻，混勻后的含鐵污泥通過皮帶輸送機(jī)送至回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行煅燒處理。

焦炭?？赏ㄟ^自卸車卸入焦炭地倉，然后通過地倉底部的螺旋輸送機(jī)將焦炭粒送至輸送皮帶機(jī)，通過皮帶機(jī)將焦炭粒送至中間存儲(chǔ)倉，在存儲(chǔ)倉下設(shè)拖拉皮帶秤，通過拖拉皮帶秤將焦炭粒送至雙螺旋混料機(jī)，用于污泥及干灰的配碳。

3.2 尾渣冷卻、破碎工藝

熱渣從回轉(zhuǎn)窯窯頭排出后，溫度達(dá)到900℃左右，可采用全封閉溜管送到單筒冷卻機(jī)進(jìn)行冷卻，并且回轉(zhuǎn)窯窯頭采用封閉式窯頭，窯頭可形成負(fù)壓狀態(tài)。單筒冷卻機(jī)機(jī)頭安裝有鼓風(fēng)機(jī)，送進(jìn)單筒冷卻機(jī)的冷風(fēng)經(jīng)過熱渣帶走熱量，通過回轉(zhuǎn)窯尾部的風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)抽到回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，單筒冷卻機(jī)內(nèi)和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)均呈負(fù)壓狀態(tài)，避免煙塵外溢，不僅能夠達(dá)到環(huán)保要求，還能夠?qū)崿F(xiàn)尾渣余熱高效回收利用。

單筒冷卻機(jī)排出的窯渣，溫度達(dá)到180℃以下，可通過斗提機(jī)提升至顎式破碎機(jī)進(jìn)行粗破碎，然后再進(jìn)入振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，將直徑8mm以下篩出物直接送至匯總倉，直徑8mm以上的篩出物進(jìn)入錐式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎，然后再送至匯總倉。匯總倉下設(shè)轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶將合格的窯渣運(yùn)送至燒結(jié)系統(tǒng)，作為燒結(jié)原料。所有受料點(diǎn)均設(shè)除塵罩，除塵罩連接至一臺(tái)單體除塵器上。

3.3 沉降室返灰處理工藝

沉降室下設(shè)置封閉的刮板輸送機(jī)，并增設(shè)配水?dāng)嚢铏C(jī)。刮板輸送機(jī)將沉降室收集的返灰送至新增設(shè)的配水?dāng)嚢铏C(jī)進(jìn)行配水，配水量控制在12%～15%，配水后的返灰通過斗提機(jī)送至上料皮帶機(jī)，通過皮帶機(jī)送至回轉(zhuǎn)窯煅燒。改進(jìn)后的沉降室返灰處理工藝，全過程不產(chǎn)生逸塵，返灰進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯可形成閉環(huán)處理。

3.4 氧化鋅灰收集工藝

氧化鋅灰倉下增設(shè)自動(dòng)裝袋機(jī)。表冷器及布袋除塵器收集的合格氧化鋅灰，通過密封的刮板輸送機(jī)送至氧化鋅灰倉，經(jīng)灰倉下自動(dòng)裝袋機(jī)裝袋。裝袋機(jī)落料點(diǎn)除塵罩接入單體除塵器，自動(dòng)裝袋機(jī)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動(dòng)封裝，不會(huì)產(chǎn)生逸塵。

4 結(jié)語

隨著國家關(guān)于重點(diǎn)行業(yè)執(zhí)行國家大氣污染物特別排放限值以及國家頒布的鋼鐵行業(yè)超低排放產(chǎn)業(yè)政策的落地，現(xiàn)行中越來越多的生產(chǎn)工藝不能滿足上述要求，企業(yè)要想在新的環(huán)保政策下求生存、謀發(fā)展，就采用新技術(shù)、新工藝改變現(xiàn)狀，努力使鋼鐵企業(yè)全流程的污染物排放指標(biāo)達(dá)到現(xiàn)行政策要求。

本文針對現(xiàn)行回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥存在的環(huán)保問題，從除塵灰配料、上料，窯渣冷卻、破碎，沉降室返灰處理，氧化鋅灰收集裝袋等問題環(huán)節(jié)，提出了環(huán)保解決方案。改進(jìn)后的塵泥處理工藝，可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥全流程潔凈生產(chǎn)。這些成果的取得對采用回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥的企業(yè)有很好的借鑒作用，對回轉(zhuǎn)窯法處理含鋅冶金塵泥工藝的推廣應(yīng)用有積極的促進(jìn)作用，對固廢資源化利用和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。