鋼鐵冶金塵泥的產(chǎn)生及處置利用技術(shù)分析

劉福利，楊 燁，鄒宗來(lái)，李智勇

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

近年來(lái)，在鋼鐵企業(yè)的快速發(fā)展取得一定成績(jī)的同時(shí)，也暴露出了設(shè)備及技術(shù)落后的問(wèn)題，這就導(dǎo)致生產(chǎn)水平無(wú)法提高，無(wú)法應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)環(huán)境的變化，特別是隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)全球化的深入，也無(wú)法滿(mǎn)足客戶(hù)的多樣化需求。經(jīng)濟(jì)全球化使得世界市場(chǎng)之間的聯(lián)系更加密切，中國(guó)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家之間的溝通和協(xié)作成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而經(jīng)濟(jì)全球化所引發(fā)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，造成我國(guó)鋼鐵企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中面臨著巨大的發(fā)展壓力，如何在國(guó)際市場(chǎng)中提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和獲得更充足的發(fā)展空間，是未來(lái)鋼鐵企業(yè)發(fā)展中所亟需解決的問(wèn)題。因此，鋼鐵企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)自身經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的管理，充分挖掘鋼鐵能源利用效率，有效解決鋼鐵行業(yè)在發(fā)展過(guò)程中所面臨的問(wèn)題。

1 鋼鐵冶金塵泥相關(guān)理論概述

1.1 鋼鐵冶金塵泥的概念

鋼鐵冶金塵泥主要是鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)冶煉時(shí)產(chǎn)生的固體廢物、氣體和飛灰等[1]。在實(shí)際冶煉作業(yè)中，產(chǎn)生的大量廢氣致使環(huán)境污染問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。鋼鐵行業(yè)所帶來(lái)的環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)發(fā)展匹配問(wèn)題日益凸顯。此外，鋼鐵冶煉時(shí)需要消耗含鐵物料和大量燃料，如何高效利用礦產(chǎn)資源及燃料是亟需解決的問(wèn)題。

1.2 煉鋼污泥的生成機(jī)理

1）煉鋼污泥主要是煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行濕法除塵產(chǎn)生的，由于該過(guò)程不斷排放大量的粉末，使得含碳量不斷增多，顆粒物、灰漿和其他雜質(zhì)大量充斥在空氣之中[2]。一方面，在鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)會(huì)排放大量的污水，且在鋼鐵冶煉爐中排放的污水多為酸性物質(zhì)，會(huì)使工業(yè)廢水形成酸堿溶液，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危害。

2）煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行濕法除塵過(guò)程中，大量的冶金粉塵與水混合在一起，降低了環(huán)境粉塵含量，有利于改善現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作環(huán)境，從而保障現(xiàn)場(chǎng)工人的身體健康[3]。近年來(lái)，隨著環(huán)保力度不斷加大，社會(huì)愈發(fā)對(duì)環(huán)境加以關(guān)注，在這種背景下，對(duì)鋼鐵企業(yè)而言，勢(shì)必需要加強(qiáng)對(duì)污染的防治力度，通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的環(huán)保設(shè)備來(lái)減少鋼鐵冶金生產(chǎn)過(guò)程中給人類(lèi)帶來(lái)的不利因素，從而促進(jìn)鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，為鋼鐵行業(yè)的未來(lái)發(fā)展奠定重要基礎(chǔ)。

1.3 固體廢棄物的處置和利用

在鋼鐵冶金過(guò)程中，大量的燃煤經(jīng)過(guò)燃燒之后從煙囪中排放出來(lái)，經(jīng)回收后，包含大量的細(xì)灰，被稱(chēng)為飛灰。通過(guò)對(duì)飛灰進(jìn)行合理回收和利用，能夠使其在農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，也可以用于建筑工程、市政工程、道路工程、塑料行業(yè)、建材行業(yè)等[4]。對(duì)煙氣中的細(xì)灰進(jìn)行回收，能夠生成粉煤灰，其中包含大量的鋁、鐵等金屬，也可進(jìn)行回收再利用。粉煤灰作為一種顆粒較小、孔隙率較高的物質(zhì)，能夠?yàn)橹参锏纳L(zhǎng)提供必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。鋼鐵生產(chǎn)的每個(gè)階段，如燃料燃燒、原料運(yùn)輸、燒結(jié)、冶煉和軋制等工序都會(huì)產(chǎn)生大量的灰塵，例如，2022 年國(guó)內(nèi)鋼鐵總產(chǎn)量為99 985 萬(wàn)t，鐵粉產(chǎn)量為9 856 萬(wàn)t。鐵粉是煉鋼過(guò)程中的重要原料之一，隨著鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，需要對(duì)鐵粉進(jìn)行合理的回收和利用，這不僅能夠減少粉塵污染，還能夠充分提高煉鋼的資源效率，這也是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最需要解決的問(wèn)題之一。

2 鋼鐵冶金塵泥的來(lái)源及組成

2.1 粉塵污泥燒結(jié)

粉塵污泥燒結(jié)主要由產(chǎn)品造粒、冷卻、燒結(jié)機(jī)頭、機(jī)尾組成。粉塵污泥燒結(jié)需要使用多種類(lèi)型的除塵器，燒結(jié)機(jī)頭主要使用多管除塵器進(jìn)行除塵。

2.2 高爐布袋灰粉塵

在高爐煉鐵過(guò)程中，高爐煤氣是通過(guò)干法除塵進(jìn)行凈化的，高爐煤氣通過(guò)布袋除塵器，將煤氣中大顆粒的粉塵用布袋進(jìn)行攔截，從而獲得比較純凈的高爐煤氣，供用戶(hù)使用，產(chǎn)生的大顆粒粉塵就是高爐布袋灰，在除塵系統(tǒng)中通過(guò)除塵器進(jìn)行處理，能夠有效地回收有色金屬蒸氣，重力除塵器的粒徑較大，含碳量相對(duì)較高。一些空氣中的灰燼中含有較高比例的金屬，如鋅和鉛，總鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到30%左右。

2.3 煉鋼粉塵的回收

煉鋼粉塵的回收可分兩種方法：轉(zhuǎn)爐粉塵通過(guò)煙道后，被洗滌劑回收利用；轉(zhuǎn)爐粉塵通過(guò)可移動(dòng)罩，經(jīng)過(guò)蒸汽鍋爐和冷卻劑后，經(jīng)過(guò)干燥被捕捉和回收。應(yīng)用靜電除塵器對(duì)轉(zhuǎn)爐粉塵進(jìn)行捕捉和回收，其w（Fe）能夠達(dá)到60%左右，細(xì)度小于40 μm。粉塵中除了有大量的鐵元素外，還包含鉛、鉻、鋅等金屬元素，具體的化學(xué)成分及含量因工藝而有所不同。轉(zhuǎn)爐粉塵的廢渣中w（Fe）能夠達(dá)到30%左右，也包含一定的鋅、鉛，細(xì)度小于2 μm。

3 鋼鐵冶金塵泥的特性分析

3.1 粉塵特性

鋼鐵冶金粉末中的元素主要是鐵和錳，其主要特點(diǎn)是：含氧顆粒占比大，在鋼鐵冶金的酸性環(huán)境中穩(wěn)定性高；粉末中硫元素和氮元素化合物含量高，其不穩(wěn)定性導(dǎo)致吸收過(guò)程中釋放出一些氣體或顆粒，大量的粉末也導(dǎo)致大量的顆粒填充在冶金生產(chǎn)線(xiàn)上；鋼鐵鑄造廠生產(chǎn)的顆粒由含量均勻的混合物和以粉末形式存在的復(fù)雜混合物為主，或具有各種差異和形狀的固體粉末組成；粉末的顆粒分布不均勻，顆粒之間有很大的空隙，這可能導(dǎo)致形成大量沉積物；由于空氣中水分和灰分含量高，當(dāng)溫度達(dá)到200 ℃左右時(shí)，灰分含量明顯增加。粉體本身的高流動(dòng)性使粉塵表面物質(zhì)黏附在粉體表面，進(jìn)一步加強(qiáng)了顆粒之間的相互結(jié)合，在風(fēng)吹條件下引起振動(dòng)，有利于大量堆積物的積累。

3.2 揮發(fā)分含量大

鋼鐵作為金屬材料的重要組成部分，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的情況下，粉塵揮發(fā)分含量大還影響鋼鐵的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量。而在鋼鐵的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于工藝水平不佳等問(wèn)題，會(huì)致使大量含水量高、揮發(fā)性強(qiáng)的粉塵不斷產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，通過(guò)更新設(shè)備，加大環(huán)保投入，以及技術(shù)的進(jìn)步，使所產(chǎn)生的冶金塵泥比例不斷下降，這對(duì)我國(guó)鋼鐵企業(yè)的發(fā)展造成了一定競(jìng)爭(zhēng)壓力。

3.3 固體顆粒物易結(jié)塊

目前我國(guó)的鋼鐵公司已經(jīng)在逐步改進(jìn)生產(chǎn)工藝，并不斷引進(jìn)先進(jìn)的環(huán)保設(shè)備，但是在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中仍然會(huì)產(chǎn)生部分大顆粒粉塵和固體廢棄物，這些廢棄物主要以含鐵礦砂和鋁鎂合金以及細(xì)小的硫鋁銅陶瓷為主，如果未能及時(shí)進(jìn)行處理，將會(huì)大量堆積，且這些粉塵中包含一定的有害氣體，會(huì)影響空氣質(zhì)量。

4 鋼鐵冶金塵泥處置利用技術(shù)

4.1 濕法工藝

濕法工藝是用機(jī)械方法去除鋼鐵塵泥中的有害物。濕法工藝通過(guò)對(duì)排煙道中的粉塵氣體進(jìn)行有效回收，經(jīng)過(guò)高溫加熱后，鋼鐵冶金的內(nèi)部溫度達(dá)到最大值，所產(chǎn)生的冶金渣包含的元素主要以鐵元素和氯元素為主。污染物也可以采用濕法工藝進(jìn)行有效處理。

4.2 火法工藝

火法工藝主要是指在煉鋼過(guò)程中有效處理粉塵、灰燼和其他有害物質(zhì)，并在符合排放標(biāo)準(zhǔn)和減少污染的條件下實(shí)現(xiàn)最終排放。目前，鋼鐵行業(yè)的煉鋼消耗了大量的鐵礦石資源，這些鐵礦石在燃燒使用時(shí)，會(huì)影響周?chē)用竦慕】怠４送?，燃燒原料也?huì)對(duì)城市空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響，使用火法工藝是有效清除排放物和固體廢物的有效手段。

5 結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和公眾環(huán)保意識(shí)的不斷提高，在新形勢(shì)發(fā)展背景下，國(guó)家對(duì)鋼鐵企業(yè)的發(fā)展提出了新要求，這就需要加強(qiáng)鋼鐵企業(yè)的環(huán)境管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。為了促進(jìn)鋼鐵企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步提高鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，需要開(kāi)發(fā)一套合適的鋼鐵冶煉設(shè)備，并對(duì)鋼鐵冶金塵泥進(jìn)行有效處置和利用。