钢铁冶金尘泥的产生和处置利用技术

钢铁冶金尘泥的产生和处置利用技术

蔡鑫

湖南博一环保科技有限公司

摘要：冶金尘泥组成成分不同，所采用的冶金尘泥利用方式也存在一定的差异，当冶金尘泥组成成分中含有较低的杂质时，要优先选用直接回工序利用方式。当冶金尘泥组成成分中含有重金属、碱金属等多种杂质时，要优先选用去杂质技术利用方式，有效去除尘泥中的杂质，该技术的应用将是未来尘泥利用核心领域，另外，通过利用湿法分离技术，利用高温反应挥发原理，从尘泥中去除杂质。基于此，对钢铁冶金尘泥的产生和处置利用技术进行研究，以供参考。

关键词：冶金尘泥；组成；处置；资源化利用

引言

尘泥含碳团块还原温度、还原时间和生物污泥所占质量比均对团块的金属化率和锌脱除率存在影响。团块的金属化率和锌脱除率与生物污泥所占质量比呈正比，增大反应温度和延长反应时间，团块的金属化率和锌脱除率也都随之增大。当电炉灰和生物污泥的质量比为1:0.69，在1300℃下，反应20min，团块的金属化率可达98.48%，锌脱除率可达98.95%。

1概述

钢铁尘泥处理技术主要有物理法、湿法和火法。物理法主要是返回烧结工序，但由于碱金属、锌及铅等有价元素的循环富集，导致尘泥量用量较少。湿法和火法是处理尘泥的主流工艺，但由于不同环节产生的尘泥成分差异较大，给处理工艺带来一定难度，如：湿法工艺处理有价元素较低尘泥时，有价元素浸出率较低；而火法处理尘泥温度较高，不利于碳中和、碳达峰。在此背景下，本文对当前火法与湿法工艺回收尘泥有价元素进行介绍，分析其优点与面临的挑战，并提出火法富集和湿法提取的联合新工艺，旨在为钢铁尘泥二次利用提供借鉴与参考。

2冶金尘泥的化学组成特点

所产生的尘泥化学组成成分主要包含Fe、CaO、C三种物质，但是，这些尘泥化学组成中所含有的K、Zn、Pb等杂质含量存在一定的差异，例如：烧结灰中含有较高的挤扩杂质含量；在进行炼铁工序期间，所形成的除尘灰中含有较高的Zn杂质含量。

3冶金尘泥的处置及资源化利用

3.1火法

目前，火法冶金提取含锌冶金粉尘中锌的技术应用较多。Ｗａｅｌｚ工艺作为最古老的处理含锌粉尘的方法之一，其通过对混合焦炭的粉尘在回转窑中加热还原，分离获取粉尘中的锌。此工艺虽然应用广泛，但也有较为明显的缺点，如热效率较低，回收锌质量分数低的粉尘经济效益不高。转底炉工艺在处理含锌粉尘方面也是使用居多，其工艺简单，适合处理多种含锌尘泥，且在处理过程中不会产生多余铁粉，避免影响含锌产物的质量。但上述工艺都是以粗ＺｎＯ形式回收，产品质量较差，本文重点研究直接回收锌产品的工艺，在还原性气氛下添加ＣａＯ，利用ＣａＯ不断与铁氧化物结合，促进Ｆｅ０.８５－ｘＺｎｘＯ转化为ＦｅＯ和锌的释放，从而达到锌铁分离的目的。研究结果显示，当焙烧温度达到９００℃，在添加ＣａＯ后调整ＣＯ体积分数到５０％时，锌的挥发率达到８０％以上。在ＣＯ还原体系下ＣａＯ和含锌矿相的反应机理。此工艺虽然降低了高温能耗，但在回收效率上并不高，ＣＯ体积分数出现偏差会使试验结果产生较大差异，而且试验过程中其它物质和外部环境均会对试验反应造成影响。

3.2制备磁性材料

部分尘泥所含有的铁氧化物具有较高的组成纯度，含铁氧化物内的TFe含量相对较高，达到75%以上，氧化铁红主要含有Fe2O3。永磁材料在实际生产中，主要采用两种方法，分别是干法和湿法，其中，干法所使用的原料主要以氧化铁皮为主，通过与钡氧化物进行充分结合后，可以达到造球的目的，并对其进行预氧化处理、预烧结处理等。湿法所使用的原料主要以氧化铁红为主，通过将其与钡氧化物进行充分结合，并对其进行湿混、烧结、粉碎处理。

3.3湿法

对于处理钢铁尘泥中锌的工艺，虽然火法冶金应用得比较广泛，但它在环境和经济方面存在问题。其高温加热过程中产生的气体对空气污染严重，另外火法冶金在处理过程中要用碳作为还原剂，需要达到较高的还原温度，商业价值不高。与火法冶金相比，湿法工艺从钢铁尘泥中回收锌的优点是能耗低。在回收流程中，可以使用酸性或者碱性介质浸出ＺｎＯ，利用常规硫酸浸出虽然试剂成本较低，但在高回收量的情况下会带入大量杂质，从而产生提纯等一系列问题。碱液浸出能实现锌的选择性提取，可以避免此种情况发生。采用在ＮＨ３⁃Ｈ２Ｏ体系中加入ＣＨ３ＣＯＯＮＨ４来处理含锌高炉粉尘，锌离子可以与羧酸根阴离子结合形成锌络合物，促进了氧化锌的分解和锌的提取。研究结果显示，当总氨浓度为５ｍｏｌ／Ｌ、搅拌速度为３００ｒ／ｍｉｎ、［ＮＨ３］与［ＮＨ４＋］的物质的量比为１∶１、固液比为１∶４、浸出温度为４５℃时，锌的浸出率可达７７.７９％。此工艺成本低，较为环保。

3.4回转窑高温段位置控制原理

根据窑内各区间温度变化，一般从窑尾至窑头按温度从高到低划分为四段，依次为干燥段、预热段、高温段和冷却段。其中，高温段是锌被还原析出的主要反应段。生产实践表明，高温段温度以1100～1200℃、高温段长度以窑身总长的1/3～2/3为宜，焙烧终点位置距窑头挡料圈0.5m左右。除稳定的固定碳量与鼓风供氧外，适当增加鼓风量和窑尾负压，可以延长高温段长度，提高烟气温度，增加产品的收得率，但高温段长度过长造成后面收尘设施的负荷增大，有烧坏布袋的风险。回转窑高温段位置控制原理：通过回转窑外壁温度红外连续测定轴向温度，若高温段在合理范围内，则维持现有生产参数；若高温段不在合理范围内，则通过窑头变频罗茨风机、窑尾变频主抽风机调整压头、风量来调整高温段的位置。具体调节为：当高温段靠近窑头时，通过增加窑头鼓风量以及增加窑尾负压来使高温段向窑尾移动，反之则减小窑头鼓风量以及减小窑尾负压来使高温段向窑头移动。

4设备作业率及性能指标

转底炉本身是通过沿炉子内外环一周布置的烧嘴燃烧煤气来确保提供高温条件的，通过调节空煤气流量，可实现炉内温度及气氛的动态实时调整，操作灵活便捷，各项技术指标良好，金属化率可达６５％～７５％，脱锌率可达到８５％～９０％。另外，由于球团在炉内是静态停留的，且球团与炉底耐材层之间铺有保护层，不存在与炉底耐材接触侵蚀问题，维护检修方便，系统年作业率可达９０％以上。回转窑工艺中，物料是以粉态在窑内不停地翻滚前进，逐渐从低温度迁移至高温段，炉内温度场难以有效监测、操作调节困难，滞后性大，物料极易与耐材形成低熔点化合物，发生局部软化熔融，逐渐形成炉内结圈结瘤，直至被迫停炉，特别是铁氧化物甚至是单质铁形成的致密层，质地坚硬处理起来十分困难。

结束语

我国钢铁生产工艺以高炉—转炉长流程为主，产污环节多、能耗高，尤其是钢铁尘泥的产生量较大，约占粗钢产量的１０％，２０２１年粗钢产量达到了１０.３５亿吨，而钢铁尘泥产生量约为１.０３３亿吨。因此，冶金粉尘资源化处理己成为钢铁行业亟待解决的问题，也给生态环境和钢铁行业的绿色发展带来了巨大的挑战。

参考文献

[1]周游.钢铁冶金尘泥的产生及处置利用技术分析[J].冶金与材料,2022,42(05):151-153.

[2]李梦婷,胡孝武,谭龙辉.钢铁冶炼尘泥综合利用技术与实践[J].山东冶金,2022,44(04):67-70.

[3]何军,郑伟成,黄权,李钢,龙红明,魏汝飞.钢铁尘泥还原与窑渣选铁研究[J].冶金动力,2022(01):113-115+119.

[4]吴瑞琴,王梅菊.关于钢铁厂含锌尘泥综合利用的探讨[J].新疆钢铁,2021(01):6-8.

[5]田玮,岳昌盛,彭犇.钢铁冶金尘泥的产生及处置利用技术分析[J].矿产保护与利用,2019,39(03):105-110.