本鋼高鋅含鐵塵泥回轉窯處理工藝研究
2016-04-13
張慶明 ，段志軍 ，幺田林，靳朝暉
本溪鋼鐵公司新實業有限公司
含鐵塵泥(Fe-bearing dusts and sludges)是指鋼鐵生產過程中對所排煙塵進行干法除塵、濕法除塵和廢水處理后的固體廢物，其作為燒結、球團原料在企業內部鋼鐵生產工藝上直接循環利用是鋼鐵企業對含鐵塵泥處理的主要方式之一。但為了提高原料品質，需要對含鐵塵泥中的有害成分進行加工處理。鋅是有害元素之一，對高爐生產容易產生較大的危害。本鋼借鑒國內塵泥脫鋅工藝經驗，結合自身實際，摸索出了一套適合鋼鐵企業實際的回轉窯處理高鋅含鐵塵泥工藝，為鋼鐵企業實現循環經濟做出了有益的探索。
1 含鐵塵泥的來源及處置
1.1 含鐵塵泥的來源
含鐵塵泥中主要化學成分有T.Fe、CaO、MgO、SiO2、Al2O3、P2O5、TiO2、MnO、ZnO、Pb、C、S和堿金屬(Na2O + K2O)等，其中可以在鋼鐵生產過程中直接回收利用的成分T.Fe、CaO、MgO、C等為有用成分，不能在鋼鐵生產過程中直接回收利用、且對鋼鐵生產過程有害的成分Zn、Pb、K、Na、S、P等為有害成分。
含鐵塵泥來源及主要成分如表1所示。
由表1可見，含鐵塵泥來源主要包括燒結塵泥、球團塵泥、高爐瓦斯灰、高爐瓦斯泥、煉鋼塵泥、轉爐污泥、電(轉)爐除塵灰、冷(熱)軋污泥、軋鋼氧化鐵鱗、原料場集塵和出鐵場集塵等，其中高爐瓦斯灰、高爐瓦斯泥、電(轉)爐除塵灰含鋅量較高。一般而言，對鋅含量≥1%的中高鋅含鐵塵泥均需進行脫鋅處理后才能返回鋼鐵工藝。
表1 含鐵塵泥來源及主要成分
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塵泥 種類 |
來源 |
收集方式 |
性質 |
主要成分 |
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原料準備塵泥 |
在原料場、燒結、球團、煉鐵、煉鋼和軋鋼等工藝的原料準備過程中產生的塵泥。 |
多管除塵器、電除塵器和布袋等。 |
粉體為主，隨工藝變化較大。 |
Fe, Ca等，隨工藝變化較大 |
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燒結塵泥 |
在燒結原料準備、配料、燒結與成品處理等過程中，除塵器收集的粉塵，包括燒結機機頭、機尾、成品整粒和冷卻篩分等收集的煙粉塵。 |
干法：多管除塵器、電除塵器和布袋等。 |
粉體，其細度在5~40μm之間。 |
TFe含量約50% |
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球團塵泥 |
在球團原料準備、配料、焙燒與成品處理等過程中，除塵器收集下來的煙塵、粉塵。 |
干法：多管除塵器或電除塵器 |
同上 |
TFe含量50%左右 |
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高爐 瓦斯泥 |
在高爐煉鐵過程中高爐煤氣洗滌污水排放于沉淀池中經沉淀處理而得到的固體廢物。 |
濕法：文丘里洗滌等 |
呈黑色泥漿狀，表面粗糙，有孔隙，粒度<75μm占50%~85%。 |
TFe=25~45%，鋅含量較高。 |
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高爐 瓦斯灰 |
在高爐煉鐵過程中隨高爐煤氣一起排出，經干式除塵器收集的粉塵。 |
干法：多管除塵器或電除塵器等。 |
呈灰色粉末狀，粒度較高爐瓦斯泥粗，干燥，易流動，堆放、運輸污染嚴重 |
TFe以FeO為主,鋅含量較高 |
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高爐 除塵灰 |
高爐煉鐵過程中礦槽、篩分、轉運、爐頂、出鐵場等除塵收集到的粉塵 |
干法：多管除塵器或電除塵器等。 |
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轉爐塵泥 |
轉爐煉鋼過程中經文丘里洗滌器或干式靜電除塵器收集而得的固體廢物，包括轉爐污泥和轉爐粉塵。 |
文丘里洗滌器或干式靜電除塵器 |
呈膠體狀，很粘，難以濃縮脫水，粒度<40μm顆粒占80%。 |
Fe、Zn成分較高，TFe在50% ~ 60%。 |
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電爐粉塵 |
電爐煉鋼時產生的粉塵 |
干式靜電除塵器等 |
粒度很細，<2μm顆粒>90%。 |
TFe約30%，鋅鉛10~20%。 |
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軋鋼塵泥 |
在軋鋼過程中回收的塵泥，不包括含油、含酸堿的塵泥。 |
干式靜電除塵器等 |
隨工藝變化較大。 |
/ |
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氧化鐵皮 |
在鋼材軋制過程剝落的固體物質。 |
干濕法收集 |
鐵含量最高的廢渣。 |
TFe>70%。 |
1.2 含鐵塵泥的處置
發達國家由于有嚴格的法律規定及較為完整的環保產業鏈，大多數鋼鐵企業基于集中管理和處理的原則，由環保公司統一處理。目前國外含鐵塵泥典型塵泥處理技術包括：塵泥冷固結造塊回用高爐煉鐵技術、轉底爐處理高鋅塵泥技術、熔融還原法處理塵泥技術。這些技術存在投資高，加大生產成本，同時伴有能源浪費的問題，不適在國內推廣。
國內鋼鐵企業主要采用直接配入燒結系統回用的方式處理含鐵塵泥，存在的問題：燒結透氣性差，燒結生產波動較大，影響燒結產品質量及正常生產;由于雜質元素(鋅、鉛、鉀、鈉)等有害元素，影響燒結除塵和高爐的正常生產。
具體而言，鋅對高爐生產危害主要是隨燒結礦進入高爐，并在高爐內循環富集，致使高爐結瘤，影響高爐正常生產。因此，直接回用燒結的方式不能徹底解決鋼鐵塵泥高效資源化回收利用問題，需要開發均質化、整粒和除雜工藝來避免對燒結生產和燒結礦質量的負面影響。
2 本鋼高鋅含鐵塵泥的處理措施
……
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