鞍钢含铁尘泥的综合利用现状和发展

除尘灰、含铁尘泥、氧化铁红、氧化铁磷综合利用 201 鞍钢含铁尘泥的综合利用现状和发展 丁 勇。潘秀娟 (鞍钢实业集团公司综合利用分公司，辽宁鞍山) 摘要通过对鞍钢钢铁生产过程中产生的固体废弃物来源、品种、数量等调查，取样分析 物理化学性能、粒度、比照国内外相近性质尘泥处理方法利弊，提出了尘泥近期、远期处理方 案。 关键词 尘泥物化性能脱锌处理 ComprehensiveUtilizationandDevelopmentofIron——bearing DustandSludgeinAngang DingyongPanxiu-juan (ComprehensiveUtilizationBranchofAngangIndustryGroupCo．，Ltd．) Abstract：Wehavedonetheresearchaboutthesource，varietyandquantityofsolidmaterials， whichwereemergedintheproductiveprocessofsteel&ironinAngangGroup．Wealsotooksamples andanalyzedthephysical—chemicalpropertiesandstrengthofthem．Thenwecompareditwiththe similariron—-beatingdust&sludgehomeandabroadabouttheadvantagesanddisadvantagesofthe treatmentmethod．Finally，weputforwardthenearfutureandlong—termtreatmentplanoftheiron —bearingdust&sludge． Keywords：dustandsludge，physicochemical，dezinafication，treatmentplan 1前言 含铁尘泥是在钢铁生产过程中从各种不同生 产工艺流程的除尘系统中排出的以铁为主要成份 的粉尘和泥浆的统称。一般由于式除尘器捕集的 称尘，由湿法除尘器捕集的称泥。鞍钢每年产生 100多万吨含铁尘泥，由于回收方法不同，致使理 化性质差异较大，有的粒度很细，具有静电性，流 动性好，不易被水润湿；有的呈悬浮状堆积，水份 不易脱除，很难直接进行资源再利用。这些含铁 尘泥即是巨大的环境污染源又是巨大的二次冶金 资源，如果处理不当，会造成资源浪费和二次扬 尘，污染环境。如何经济、合理地利用含铁尘泥对 鞍钢集团实施发展绿色循环经济和可持续发展战 略具有十分重要的现实意义。 2含铁尘泥的基本特性 2．1尘泥来源、种类 含铁尘泥主要是在钢铁冶炼轧制过程中，产生 的含铁较高的固体物质。按照钢铁冶炼的生产工 艺，含铁尘泥主要产生于烧结、炼铁、炼钢和轧钢等 工序，包括如下几种：烧结原料在转运、烧结过程 中，除尘器收集下来的粉尘，统称为烧结除尘灰；在 高炉煤气净化过程中，重力除尘器收塞下来的粉尘 为瓦基眩，而文氏管洗涤下来的粉尘为瓦斯泥；高 炉出铁场收集的粉尘，称高炉出铁场粉尘，高炉矿 槽除尘灰为高炉矿槽灰；炼钢转炉湿式除尘经浓缩 过滤收集的尘泥称转炉泥滤饼，只浓缩未过滤的混 浊液称为泥浆；炼钢系统有混铁炉除尘灰、铁水预 脱硫扒渣系统除尘灰、转炉一次尘(转炉泥)、转炉 二次尘、LF炉除尘灰、散料(熔剂)系统除尘灰、连 铸系统渣泥、发电系统除尘灰称粉煤灰、给水系统 污水净化污泥。在钢坯轧制过程中产生的铁鳞称 轧钢铁皮，在轧钢废水循环利用中沉淀池回收的污 泥称轧钢二次污泥。这些尘泥含铁量不同，有的较 高，有的很低，但大量尘泥TFe在30％一70％，范围 内。湿式收尘的尘泥含水率较高，达20％一60％。 2．2含铁尘泥的化学成份 瓦斯泥是炼铁厂高炉煤气洗涤污水排放于沉 202 除尘灰、含铁尘泥、氧化铁红、氧化铁磷综合利用 淀池中经沉淀处理而得到的固体废料。主要由铁 矿物、铁的氧化物和Ca、Mg、Si、Al，Zn、Pb等金属 氧化物等组成，呈黑色泥浆状，粒度较细且表面粗 糙，有孑L隙，呈不形状。瓦斯泥铁品位一般为 25％-45％，平均在33．6％左右，铁矿物以Fe，O。 和Fe：0，为主，约占85％。瓦斯灰主要来自高炉 炼铁过程中随高炉煤气一起排出的烟尘，经收集 之后统称为高炉瓦斯灰，又称布袋灰，呈灰色粉未 状，粒度较高炉瓦斯泥粗。由于高炉炼铁过程中 使用的铁矿石、焦炭、石灰石、白云石以及萤石等 原料经过高炉内部炉膛中不同温度区域十分复杂 的氧化一还原等物理化学变化，其排放出来的烟 尘中含有多种元素的自由态和结合态的复合物。 其主要化学成分同高炉瓦斯泥，但铁矿物以FeO 为主。瓦斯灰干燥，易流动，堆放、运输污染严重。 转炉泥是炼钢厂转炉除尘污泥，呈胶体状，很难浓 缩脱水，使用压滤机脱水的滤饼含水也很高，且很 粘，其氧化亚铁成分很高，但其ZnO的含量也高 出其它种类的尘泥，如果利用时不经处理，在高炉 内富集后，将会对炉体产生不良影响。 表1尘泥成份 注：以宝钢焦炉煤气作为加热燃气 2．3粒度分析 31．6％，高炉灰粒度较细，平均粒径仅有37微米， 由表2～6分析结果可知：高炉瓦斯灰粒度较 小于200目部分高达90％，小于325目部分达到 粗，平均粒径为154微米，小于200目部分只有74％，转炉泥粒度介于二者之间。 表2炼钢系统干法集尘粒度 >280280～154154～100100～7171～5656-4343～3l3l一2l21～10(10 I．tm ％ ％ 7．50 21．01 25．44 14．43 6．24 10．97 7．22 2．81 1．15 3．23 151 31．62 14．41 表4瓦斯泥的粒度组成 除尘灰、含铁尘泥、氧化铁红、氧化铁磷综合利用 203 2．4对环境的污染 (1)对大气的污染。含铁尘泥粒度很细，风 于后遇风而起，微细粒粉尘飘散于大气中，严重污 染周围的环境；另外含铁尘泥中含有较多粒径小 的低沸点碱金属，与空气接触时易与空气中的氧 反应，产生自燃(氧化反应)，生成有害气体，从而 造成对大气的污染。 (2)对水资源的污染。含铁尘泥中含有As、 Pb、六价Cr等有害元素，具有较大的化学毒性，这 些堆积物在雨水的作用下，往往会将有害成分浸 入地下，造成对地下水的污染。 (3)对土壤的污染。冶金尘泥的堆放占用了 大量土地，毁坏了农田和森林，而且所含有的有害 成分会随着雨水渗入土壤，改变土壤成分，致使植 物中的有害物质含量超标。 3、含铁尘泥利用技术路线讨论 3．1含铁尘泥利用现状 目前鞍钢所产生的部分瓦斯灰、瓦斯泥、高炉 灰、转炉泥、二次除尘灰和沟渠泥由我公司负责用 综合料场堆取料混匀的方式进行处理。混匀后反 给烧结使用。但由于在2006年lO月4日的检测 中，瓦斯泥中锌的含量达到1．41％，因此目前瓦 斯泥已停止使用，堆放在料场。 几年前，高炉瓦斯灰主要用在东烧烧结中。 东烧厂在反浮选赤铁精矿中配加入一定量的热瓦 斯灰，用以调节反浮选赤铁精矿的水份，改善其 细、泥、粘的特性。但由于瓦斯灰中，碳和铁的含 量波动较大，造成烧结混合料中含碳量不均，导致 烧结中烧结中铁和氧化亚铁含量的不稳定。并且 在二次配加过程中二次污染严重。自从选矿工艺 改造后，精矿水份降低，东烧已停用瓦斯灰。目 前，瓦斯灰装火车运往料场，夏季、秋季简单加湿 后返回烧结参加配料，在烧结中使用量约是瓦斯 灰产生量的一半，另一半外销水泥厂。炼铁杂灰、 炼钢杂灰自2006年经简单混料，做为烧结原料。 转炉泥自2004年7月起经管道输送给烧结一次 混合机喷浆使用。轧钢油泥部分参加混料供烧 结，部分含油较高并且含有生活垃圾难以利用，外 销处理。 目前生产方法存在的问题是：运输，晾晒过程 中污染大：自然干燥时间长，占地大；成品料成份 波动大；冬季雨季不能生产；难以有效除去ZnO、 PbO、等有害杂质，甚至造成瓦斯泥无法使用的现 状。 3．2近期处理方案一机械强混调湿返回烧结利 用 在建有烧结厂的企业中，将含铁尘泥做为原 料的一部分配人烧结混合料中是最简单的一种方 法。这种方法国内的许多企业都在使用，投入少、 见效快；对瓦斯灰、炼钢杂灰等铁品位较低的尘泥 也能作为烧结原料使用。尘泥混合料中的c燃 烧可降低烧结的燃料消耗，尘泥中的金属铁和 FeO在烧结过程中氧化放热可进一步降低烧结的 燃料消耗。本处理方法工艺流程见图1。 但由于该工艺不能去除有害金属杂质，因此 必须限制进口矿和废钢中的有害元素的含量，定 期检测尘泥中的Pb、zn、K、Na等有害元素的含 量，关注富集程度。 3．3远期处理方案一金属化球团 该方法可以彻底解决尘泥利用问题，根据尘 泥含铁品位和杂质的不同，将尘泥分两部分处理。 3．3．1轧钢铁皮生产金属化球团供给转炉炼钢。 轧钢铁皮总铁含量74％左右，利用其生产金 属化球团工艺相对简单，产品质量好，可以代替废 钢在转炉中使用。世界金属化球团工艺已进入技 术成熟、稳步发展阶段。作为金属化球团，由于其 成分稳定，有害元素含量低，特别是不易氧化的金 属夹杂元素少，粒度均匀，不仅可以补充废钢的不 足，而且作为转炉炼钢的冷却剂，对保证我国钢材 的质量，特别是合金钢的质量，起着不可替代的作 用。金属化球团(即海绵铁)的生产工艺根据使 204 用的燃料不同，分为两大类：用煤气作气体还原剂 除尘灰、含铁尘泥、氧化铁红、氧化铁磷综合利用 和载热体的气基法；以固体煤作为还原剂和热源 布袋除尘 布袋除尘 布袋除尘 抓斗机 ● 斗式提升机 I l 1r 1r 、r ◆ ◆ —叫转炉泥仓 瓦斯灰仓 裔炉灰仓 炼钢杂灰仓 轧钢油泥 管沟渠泥 上 上 、 ， 上 上 上 刮扳机 回转阀 回转阀 回转阀 刮板机 刮扳机 1r 螺旋排科祝 上 刮扳机 上． 蠖旋排料机 上 配抖度带 上 调湿机 上 双轴搅拌机 上 混匀成品 斗式提升机 上 -L 装车 烧结精矿仓 ▲ 抓斗机 转炉泥．J 图l 转炉泥与其它干尘机械强混工艺流程 的煤基法。气基法中的还原气常用天然气、焦炉 煤气、液化石油气、重油等转化制造。煤基法使用 的煤以烟煤为宜。金属化球团的代表工艺有 Midrex竖炉法、HYL，反应罐法、流态化法、回转窑 工艺、隧道窑工艺、倒焰窑工艺、转底炉法、A—C 工艺和斜坡炉装罐工艺。(各工艺比较见表7)鉴 于我国煤炭资源丰富，而燃气资源不足的现状，建 议使用气基本法，工艺流程见图2。 除尘灰、含铁尘泥、氧化铁红、氧化铁磷综合利用 205 3．3．2高炉用金属化球团 由于转炉泥和瓦斯泥中含锌量较高(近期 检测瓦斯泥严重超标已无法循环利用)，从综 合利用和资源回收的角度分析，其处置必须具 有脱锌手段，才能在综合利用过程中体现良性 循环的价值，而目前采用直接还原技术具有脱 锌的功效，完全可以生产出符合冶炼工艺要求 的高品位金属化球团，并回收少量富含氧化锌 的粉尘，从此方面看，鞍钢含铁尘泥采用直接 还原工艺进行处理使符合循环经济技术要求的 最佳工艺路线。 图2利用轧钢铁皮生产炼钢用 金属化球团工艺流程 表7 转炉用金属化球团生产工艺比较 国际上采用直接还原技术处理钢铁行业含铁 尘泥早在上世纪八、九十年代就已进入了工业化应 用阶段，随着技术的发展，应用更广泛更成熟。目 前国际上应用成熟的处理方法主要有：转底炉法和 回转窑法。两种工艺的技术经济指标差别不大，但 对原料的适应性要求不同，回转窑法要求原料以块 矿或氧化球团为主，原料具有一定的强度，而转底 炉法对原料的适应性较广，同时，转底炉法可以实 行内配碳技术，使碳和铁的氧化物紧密接触，增加 氧化物的还原速度，提高生产率。由于鞍钢含铁尘 泥以粉料和泥浆为主，压制成球后强度不高，故建 议采用转底炉法处理。产品技术指标：金属化率 65％一95％，全铁品位68％一90％，脱锌率60％～ 90％，粒度14～70，还原温度1050～1150。C。工艺 流程可概述为：含铁尘泥原料制备，含铁尘泥原料 干燥、破碎，配料混合，压球及筛分，转底炉预还原 及产品输出。具体工艺流程见图3。 4结语 人类赖以生存的资源是有限的，科学地综合利 用资源是我们义不容辞的责任。鞍钢生产过程中 产生的种类繁多、数量较大的含铁尘泥，是鞍钢重 要的二次资源。目前对这些含铁尘泥采用的利用 方法存在着较大的弊端，且经济效益差。因此，发 展含铁尘泥的处理技术势在必行。对比综合利用 国际先进水平，科学利用有限的资源，开拓、再生废 物资源以综合利用，降低企业生产成本，还具有广 阔的创造、发展空间，我们将继续努力，力争做到含 铁尘泥的“全封闭”利用，在降成本，增效益和保护 环境等方面发挥更为显著的作用。 206 除尘灰、含铁尘泥、氧化铁红、氧化铁磷综合利用 图3转底炉工艺流程 击 鞍钢含铁尘泥的综合利用现状和发展 作者： 丁勇， 潘秀娟 作者单位： 鞍钢实业集团公司综合利用分公司,辽宁 鞍山 本文读者也读过(9条) 1. 周渝生.陈亮.张美芳 用转炉红热钢渣处理宝钢高锌含铁尘泥[会议]-2003 2. 周渝生.王东彦.陈亮.张美芳 宝钢高锌含铁尘泥烧结杯脱锌试验研究[会议论文]-2000 3. 晁月盛.余武明.沈晓林.王东彦 利用钢生产中的废弃资源制备磁流变液和氮化铁磁粉[会议论文]-2006 4. 于淑娟.吕志升.侯洪宇.王向锋.杨大正.修国涛 含铁尘泥球团自还原试验研究[会议论文]-2009 5. 周明顺.刘万山.刘玉明.曾刚.刘凯.李艳茹.翟立委 含一定量结晶水的铁矿粉用于鞍钢烧结的实验研究[会议论文]-2005 6. 高歧良.Gao Qiliang 低价原料的综合利用及在鞍钢的实践[期刊论文]-金属矿山2001(4) 7. 饶家庭 优化炉料结构改善烧结矿质量研究[会议论文]-2007 8. 汤清华.王前 鞍钢炼铁近年来的技术进步[会议论文]-2001 9. 胡利光 高炉含锌污泥处理的研究与探讨[会议论文]-2004 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6464615.aspx