淺議鋼鐵冶金除塵灰的處理工藝

饒利軍，周克成，譚久寬，張周辰

（大冶特殊鋼有限公司，湖北 黃石 435000）

我國在環(huán)境保護(hù)方面投入的工作力度加強對鋼鐵冶金行業(yè)生產(chǎn)提出了更多要求，現(xiàn)階段，在鋼鐵冶金企業(yè)的生產(chǎn)實踐中，需要著重引入發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，重點落實對各類資源的循環(huán)利用。此時，要強化實施對除塵灰的處理與資源化利用，避免產(chǎn)生資源浪費與環(huán)境污染。

1 鋼鐵冶金除塵灰處理背景分析

現(xiàn)階段，我國針對鋼鐵冶金行業(yè)出臺了一系列環(huán)保要求與制度規(guī)范，包括《排污許可管理辦法（試行）》《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》《關(guān)于推進(jìn)實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法（修訂草案）》等，對鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)與排污提出了更多在環(huán)境保護(hù)方面的要求。在這樣的大背景下，鋼鐵冶金企業(yè)為達(dá)成低排放生產(chǎn)要求，普遍實施了超低排放改造，并加大了對鋼鐵冶金除塵灰處理的關(guān)注度，著力落實對鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)實踐中所產(chǎn)生的多種類型除塵灰的回收處理以及資源化利用，盡可能實現(xiàn)“固廢不出廠”以及“減量化、資源化、無害化”，滿足綠色生產(chǎn)各項要求。

2 鋼鐵冶金除塵灰類別與成分分析

在實際的鋼鐵冶金過程中，各類粉塵的產(chǎn)生總量為鋼產(chǎn)量的10%左右。其中，產(chǎn)生的燒結(jié)粉塵量一般維持在每噸礦12kg的水平；產(chǎn)生的高爐粉塵量一般維持在每噸鐵30kg的水平；產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐、電爐煉鋼粉塵量一般維持在每噸鋼15kg的水平。同時，在鋼鐵冶金除塵灰內(nèi)，除了包含碳、鐵之外，還普遍存在大量鈉、鉀、鋅、鉛等元素，如果不對這些除塵灰實施處理或是轉(zhuǎn)移至冶煉工序內(nèi)，則極容易對總體產(chǎn)能、燒結(jié)礦質(zhì)量水平產(chǎn)生一定影響，最終降低高爐運行順利程度或是實際使用年限。相應(yīng)的是，如果針對這些鋼鐵冶金除塵灰實施處理，依托多種工藝完成對其中鈉、鉀、鋅、鉛等元素的富集與回收，不僅能夠促使鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)環(huán)保程度達(dá)標(biāo)，還可以獲取更多高附加值產(chǎn)物，甚至可完成對銀等稀有金屬的回收利用，從而得到更理想的經(jīng)濟(jì)效益。

某鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)實踐中產(chǎn)生的各類除塵灰成分主要如下：在高爐重力除塵器灰中，包含7.97%的氧化硅、4.82%的氧化鈣、31.36%的TFe（總鐵）、32.96%的碳、0.08%的鉛、0.72%的鋅、0.35%的氧化鉀、0.14%的氧化鈉；在高爐千法除塵器灰中，包含6.69%的氧化硅、3.71%的氧化鈣、29.69%的TFe（總鐵）、26.63%的碳、0.69%的鉛、5.91%的鋅、1.59%的氧化鉀、0.37%的氧化鈉；在出鐵場鐵口出塵灰中，包含4.32%的氧化硅、2.51%的氧化鈣、49.74%的TFe（總鐵）、14.86%的碳、0.77%的鉛、0.53%的鋅、1.02%的氧化鉀、0.29%的氧化鈉；在高爐礦槽灰中，包含8.02%的氧化硅、7.48%的氧化鈣、33.96%的TFe（總鐵）、30.11%的碳、0.02%的鉛、0.06%的鋅、0.13%的氧化鉀、0.1%的氧化鈉；在轉(zhuǎn)爐LT灰中，包含1.71%的氧化硅、11.21%的氧化鈣、57.56%的TFe（總鐵）、0.8%的碳、0.29%的鉛、1.21%的鋅、1.93%的氧化鎂、0.4%的氧化鉀、0.42%的氧化鈉、0.016%的砷。

能夠看出，該鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)期間所得到的所有除塵灰包含大量值得再次回收利用的元素，因此，需要落實合理處理以及資源化利用，避免產(chǎn)生資源損耗或是高爐使用年限的下降。

3 鋼鐵冶金除塵灰常用處理工藝要點分析

3.1 高爐除塵灰精選碳粉、鐵粉

高爐除塵灰在給料機以及皮帶運輸機的支持下，能夠均勻、持續(xù)、穩(wěn)定地向攪拌桶內(nèi)進(jìn)行供料以及除塵灰轉(zhuǎn)移；將適當(dāng)浮選藥劑（包括捕收劑、起泡劑等）以及循環(huán)清水加入攪拌桶內(nèi)，與高爐除塵灰混合，經(jīng)過強烈的攪拌處理后，其中的混合物能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳡顟B(tài)；此時，桶內(nèi)混合物具備選擇性黏附性能，實現(xiàn)富集以及礦化，并生成焦炭粉（泡沫精礦）；投放并應(yīng)用浮選機，在刮板結(jié)構(gòu)的支持下，保證泡沫精礦能夠及時被刮出并轉(zhuǎn)移至碳粉池內(nèi)集中存放與處理；浮選尾礦漿進(jìn)入螺旋重選后提煉出的精粉轉(zhuǎn)移至鐵粉池內(nèi)集中存放與處理，存在部分氧化鐵以及尾漿會轉(zhuǎn)移至磁選機內(nèi)實施再一次的選鐵粉處理；大量泥漿以及其他雜質(zhì)會迅速轉(zhuǎn)入脫泥機內(nèi)，以此完成濃縮凈化并轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛?；實施壓濾處理，此時所產(chǎn)生的水需要回收處理并投入循環(huán)使用。依托上述處理所生成的富集碳粉可以運輸至化工廠、磚廠等工廠，并作為原料投入實際生產(chǎn)；針對精選出的鐵粉，在判斷其中鈉、鉀、鋅、鉛等成分達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的條件下，即可返回投放至燒結(jié)工序中進(jìn)行處理利用。

3.2 轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊

提取轉(zhuǎn)爐除塵灰，并與適當(dāng)比例的水以及黏結(jié)劑進(jìn)行混合處理，結(jié)合輪碾機的投放與利用，實施對相應(yīng)混合料的均勻攪拌處理；隨后，將這種完成攪拌的混合料轉(zhuǎn)移至的壓球機內(nèi)展開冷壓成型處理；依托烘?zhèn)}的構(gòu)建與啟動運行，對冷壓成型的混合料進(jìn)行烘干，最終將其轉(zhuǎn)變?yōu)槌善非驁F(tuán)。對于這種成品球團(tuán)而言，其運輸便捷程度更加理想，且不容易與料倉黏結(jié)，便于回收利用。在轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊中，普遍包含含量偏高的氧化鐵成分，在實施轉(zhuǎn)爐煉鋼期間，依托轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊的投放，可以承擔(dān)起冷卻劑的任務(wù)，促使渣中氧化鐵含量增高，并推動化渣進(jìn)程的加速展開。在此基礎(chǔ)上，還可以實現(xiàn)對一定量鐵的回收，使得噴濺減少并更好平穩(wěn)吹煉工序，最終達(dá)到降低鋼鐵料消耗量的效果。

在進(jìn)行鋼鐵冶金除塵灰處理中，可以應(yīng)用轉(zhuǎn)底爐開路處理工藝。對于轉(zhuǎn)底爐而言，其主要由鋼坯環(huán)形加熱爐優(yōu)化發(fā)展而成，支持的鋼鐵冶金除塵灰中氯、鉛、鋅、鈉、鉀等元素與鐵元素之間的有效分離，從而為金屬化球團(tuán)的生產(chǎn)提供有力支持，除塵灰、泥，鉛、鋅的回收率普遍維持在不低于90%的水平，直接還原球團(tuán)金屬化率保持在70%左右，可以作為鋼鐵冶金的優(yōu)質(zhì)原料得以利用，最終達(dá)到提升鋼鐵冶金除塵灰處理成效以及鋼鐵冶金除塵灰綜合利用率的效果。

通過應(yīng)用轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊工藝展開鋼鐵冶金除塵灰處理，能夠更好地效緩解鋼鐵冶金企業(yè)在實際生產(chǎn)中所面臨的因除塵灰大量積壓而導(dǎo)致的環(huán)保壓力，同時，還可以回收除塵灰中的鎳、鉻等有價金屬元素，具有較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。實踐中，要著重維護(hù)壓塊成球率始終維持在理想水平，若是在轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊工藝應(yīng)用初期存在成球率不高、生球強度嚴(yán)重不足等問題，應(yīng)當(dāng)及時組織專業(yè)人員對消解工藝、出球皮帶機頭、輥篩等部位設(shè)備以及黏結(jié)劑和水的添加比例進(jìn)行反復(fù)摸索調(diào)整和改進(jìn)，以此獲取更高的壓塊成球率，切實發(fā)揮出轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊工藝的應(yīng)用價值與優(yōu)勢性。

3.3 燒結(jié)處理

對于轉(zhuǎn)爐灰、轉(zhuǎn)爐污泥、氧化鐵皮等物質(zhì)而言，其中所包含的鐵元素含量普遍維持在較高水平，同時，鋅、氧化鉀的含量偏低，因此，能夠?qū)⑾鄳?yīng)物質(zhì)直接返回投放至燒結(jié)工序內(nèi)作為配料以進(jìn)行循環(huán)利用，促使鋼鐵冶金成本得到更好控制。但是，這樣的操作存在著促使燒結(jié)工序產(chǎn)生波動的問題，容易導(dǎo)致燒結(jié)礦質(zhì)量水平下降，且大量有害元素依然會在燒結(jié)工序內(nèi)富集，促使高爐運行的平穩(wěn)程度以及使用年限下降。因此，要合理規(guī)劃設(shè)計并引入更科學(xué)、安全、穩(wěn)定的燒結(jié)處理工藝，具體如下。

（1）小高爐冶煉工藝。綜合收集轉(zhuǎn)爐灰、轉(zhuǎn)爐污泥、氧化鐵皮、鋼渣等鋼鐵廢固，并對其實施分類處理。此時，圍繞不同鋼鐵廢固含鐵品位的不同，可以將所有鋼鐵廢固完成類別劃分，并以此為基礎(chǔ)實施合理配料。在此過程中，選取不同鐵品位的鋼鐵廢固配料成為54%綜合品位的鋼鐵廢固，并將投放至90m2燒結(jié)機內(nèi)實施集中處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊Y(jié)礦。根據(jù)合理配比，在熔融爐內(nèi)投放品位為54%的燒結(jié)礦以及冷造塊、焦丁、焦炭，促使其在熔融爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)殍F水與渣等物質(zhì)；依托出鐵口與排渣口分別將鐵水與渣轉(zhuǎn)移出熔融爐，提取鐵水參與生鐵塊的鑄造工序，而渣則需要與水混合生成水渣；同時，在熔融爐的爐底位置設(shè)置出口，支持稀貴金屬合金物質(zhì)的排出。在整個熔煉過程中，所有產(chǎn)生的煙氣會轉(zhuǎn)移至分離室內(nèi)進(jìn)行分離處理，其中，煙氣內(nèi)包含著的大顆粒物質(zhì)能夠在分離室內(nèi)迅速下降并在回收倉內(nèi)積累，方便后續(xù)循環(huán)利用操作的展開；煙氣內(nèi)包含著的含銦鋅會隨著廢氣一同受到冷卻處理，并在有價元素收集倉內(nèi)積累，從而獲取到次氧化鋅（鋅含量為50%、銦為每噸500g）。含銦鋅經(jīng)過的處理流程主要如下：酸溶-壓濾-除雜-蒸發(fā)結(jié)晶-烘干-七水硫酸鋅（含量為98%）。

（2）回轉(zhuǎn)窯工藝。針對鋼鐵冶金企業(yè)在生產(chǎn)實踐中獲取到的轉(zhuǎn)爐塵灰、高爐除塵灰、燒結(jié)除塵灰，在處理過程中，可以引入回轉(zhuǎn)窯工藝。此時，選取除塵灰與適量焦粉、鋅鉛礦進(jìn)行混合處理，投放并應(yīng)用回轉(zhuǎn)窯，針對除塵灰實施焙燒以及還原處理；針對在此過程中所產(chǎn)生的煙氣，轉(zhuǎn)移至分離室內(nèi)完成對其中所包含著鋅等元素的回收處理，從而為鋼鐵冶金塵灰的資源化利用的實現(xiàn)提供有力支持。

另外，依托棒磨工藝的應(yīng)用并落實對窯渣的干法處理，即可實現(xiàn)對鐵元素的回收利用。該工藝在處理鋼鐵冶金塵灰時有著更理想的資源回收利用率。

通常情況下，在進(jìn)行鋼鐵冶金除塵灰燒結(jié)處理時，需要落實的基本流程如下所示：選取鋼鐵冶金除塵灰（含鐵原料）以及熔劑、燃料、返礦展開合理的配料處理；結(jié)合水的混入展開生石灰消化；組織一混，并在添加水后進(jìn)行二混，獲取混合料并組織取樣檢測；在檢測結(jié)果達(dá)到預(yù)期后，進(jìn)行布料、點火以及燒結(jié)操作，獲取燒結(jié)礦；展開燒結(jié)礦的落下以及分級，針對粒徑不超過5mm的燒結(jié)礦作為返礦轉(zhuǎn)入新一輪燒結(jié)處理工序，針對粒徑超過5cm的燒結(jié)礦進(jìn)行匯總存放以及質(zhì)量檢測。

3.4 資源化利用

（1）火濕聯(lián)用。在使用燒結(jié)處理方法展開鋼鐵冶金除塵灰處理時，為了更好地實現(xiàn)對鋼鐵冶金除塵灰的資源化利用，可以引入火濕聯(lián)用工藝。在此過程中，主要基于鋼鐵冶金企業(yè)已有的回轉(zhuǎn)窯火法富集工藝的基礎(chǔ)上，開展火濕聯(lián)用的技術(shù)方案，將富含氧化鉀、氧化鈉除塵灰水洗脫去堿金屬，濕法浸出硫酸鋅通過氣泡液膜反應(yīng)器合成高附加值的納米堿式碳酸鋅前驅(qū)體，通過干燥焙燒得到納米氧化鋅,極大地提升產(chǎn)品的附加值，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值。

實踐中，需要利用物理分離工藝針對鋼鐵冶金除塵灰實施預(yù)處理，確保后續(xù)鋼鐵冶金除塵灰處理過程更為順利。在此過程中，針對主要成分不同的鋼鐵冶金除塵灰，應(yīng)當(dāng)選取差異性的物理分離工藝，包括磁選分離、機械分離等。例如，對于含鋅塵泥，可以先依托物理篩分操作的實施進(jìn)行分析。

隨后，選取分離后的粗粉直接投入煉鋼工序，選取分離后的細(xì)粉展開后續(xù)資源化處理利用。對于磁選分離工藝而言，其主要依托對瓦斯灰粒度分布特點及對應(yīng)磁性強弱的特性的利用，結(jié)合磁選或是離心的方式實現(xiàn)對鋅元素的富集。

（2）除塵灰水洗分鹽技術(shù)。除塵灰水洗分鹽系統(tǒng)主要由水洗脫氯（布袋灰、燒結(jié)電場灰）、廢水預(yù)處理生產(chǎn)線以及多效蒸發(fā)提鹽生產(chǎn)線構(gòu)成，依托相應(yīng)系統(tǒng)在鋼鐵冶金除塵灰處理中的利用，能夠脫除并回收除重灰中的高氯高鹽有害組分，以徹底解決其對燒結(jié)、高爐等主流程的負(fù)面影響，同時，也實現(xiàn)對鋼鐵冶金除塵灰的資源化利用。在此過程中，所應(yīng)用的核心技術(shù)為除塵灰水洗分鹽技術(shù)，依托“鋼鐵煙塵水洗脫氯除重-回轉(zhuǎn)窯煙化富集-梯次回收”技術(shù)工序的搭建與落實，能夠促使鋼鐵企業(yè)真正實現(xiàn)“固廢不出廠”以及“減量化、資源化、無害化”。

（3）水泥熟料配料。將鋼鐵冶金除塵灰集中積累，并統(tǒng)一運輸至水泥制造企業(yè)中進(jìn)行資源化處理。在此過程中，相應(yīng)除塵灰能夠作為水泥熟料的優(yōu)化配料得以利用。在鋼鐵冶金除塵灰中，普遍包含含量偏高的三氧化二鋁、鐵，且二氧化硅的含量維持在較低水平，因此，可以作為鋁質(zhì)以及鐵質(zhì)的校正原料得到資源化使用。

（4）制備磁性材料。對于部分鋼鐵冶金除塵灰而言，其中所包含的含鐵氧化物組成純度維持在較高水平，如氧化鐵皮等，將其設(shè)定為磁性材料的原材料加以加工與利用，能夠獲取更理想的附加價值。在鍛造以及熱軋熱加工期間，鋼材表面會形成氧化鐵皮（磷），其中普遍包含70%的TFe；在冷軋廢鹽酸處理鐵銹再生期間，會生成副產(chǎn)物氧化鐵紅，三氧化二鐵為其主要成分，通過深加工處理，可以將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為附加價值更高的永磁材料、軟磁材料，因此，在鋼鐵冶金除塵灰處理中，可以將氧化鐵皮投放至磁性體材料生產(chǎn)線中。

（5）除塵灰再生氧化鋅生產(chǎn)線設(shè)備的使用。除塵灰再生氧化鋅生產(chǎn)線設(shè)備主要由配料系統(tǒng)設(shè)備、回轉(zhuǎn)窯、冷卻系統(tǒng)設(shè)備、除塵系統(tǒng)設(shè)備和輸送系統(tǒng)設(shè)備等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，能夠完成對鋼鐵廠煙塵等含重金屬冶金固危廢進(jìn)行資源化、無害化處理，促使固體廢棄物的綜合利用成為現(xiàn)實，進(jìn)一步消除環(huán)境污染，同時，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，并為有色金屬冶煉提供新的再生原料來源，對推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排，建立清潔生產(chǎn)模式、建立可持續(xù)發(fā)展社會具有重要的示范作用和意義。

另外，通過水洗、球磨、磁選、壓濾、蒸發(fā)結(jié)晶工藝的應(yīng)用，能夠基本解決鋼鐵冶金企業(yè)目前的燒結(jié)灰的處理，實現(xiàn)固廢不出廠的環(huán)保要求，同時，通過制取氯化鉀和生產(chǎn)富鐵粉，達(dá)到實現(xiàn)廢棄物資源化利用和節(jié)能減排的目的，支持著鋼鐵冶金企業(yè)的綠色生產(chǎn)。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段，鋼鐵冶金企業(yè)為達(dá)到低排放生產(chǎn)要求，普遍實施了超低排放改造，并加大對鋼鐵冶金除塵灰處理的關(guān)注度，著力落實對鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)實踐中所產(chǎn)生的多種類型除塵灰的回收處理以及資源化利用，依托轉(zhuǎn)爐除塵灰冷壓塊、小高爐冶煉工藝、回轉(zhuǎn)窯工藝、火濕聯(lián)用、除塵灰水洗分鹽技術(shù)、水泥熟料配料、制備磁性材料等工藝操作的合理使用，實現(xiàn)了對除塵灰內(nèi)大量化學(xué)元素與高價值物質(zhì)的回收利用，促使鋼鐵冶金的“減量化、資源化、無害化”生產(chǎn)成為現(xiàn)實。