探析鋼鐵企業(yè)塵泥資源再生利用
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1含鋅塵泥資源化利用方法
1．1轉(zhuǎn)底
爐轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原是近幾十年發(fā)展起來的煉鐵及含鋅塵泥處理新工藝，其核心設(shè)備轉(zhuǎn)底爐源于軋鋼用的環(huán)形加熱爐。各種塵泥在一定比例內(nèi)配碳后壓塊，均勻布入轉(zhuǎn)底爐的爐底，爐底載著壓塊勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。在爐內(nèi)各區(qū)，安裝在爐膛兩側(cè)的燒嘴燃燒煤氣，另外補(bǔ)風(fēng)噴嘴吹入空氣使還原反應(yīng)釋出的CO燃燒，為料塊升溫和還原反應(yīng)提供熱量。壓塊在爐內(nèi)的還原時(shí)間一般為10～20min。塵泥中的鋅揮發(fā)后進(jìn)入煙氣收集系統(tǒng)，經(jīng)布袋除塵器收集的粉塵含氧化鋅的純度接近50%，是很好的提鋅原料。轉(zhuǎn)底爐作為精礦粉生產(chǎn)直接還原鐵設(shè)備及含鋅塵泥脫鋅設(shè)備，近幾年在國內(nèi)外鋼廠得到廣泛應(yīng)用，新日鐵、神戶制鋼、浦項(xiàng)、馬鋼、沙鋼等相繼有處理含鋅含鐵塵泥的轉(zhuǎn)底爐項(xiàng)目投產(chǎn)，取得了環(huán)保和經(jīng)濟(jì)雙贏，是鋼鐵廠處理含鋅含鐵塵泥、回收鐵元素和金屬鋅的新途徑。
1．2豎爐
德國蒂森鋼鐵集團(tuán)采用豎爐工藝處理含鋅含鐵塵泥取得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益;中國太鋼集團(tuán)也已投產(chǎn)了采用含鋅塵泥為原料的豎爐生產(chǎn)鐵水工藝。豎爐的冶煉過程類似于小型高爐，豎爐原料為含碳六角形塵泥壓塊、鑄造焦、廢鋼。除塵污泥的含鋅量為16%，必須將污泥回用豎爐，使鋅富集到30%以上外銷。國內(nèi)淘汰的小高爐可以用來處理含鋅含鐵塵泥，但在環(huán)保、塵泥的運(yùn)輸成本和鋅的有效回收利用等方面有所欠缺。由于豎爐本身的特點(diǎn)，豎爐原料需至少添加約20%的廢鋼，直接提升了豎爐的經(jīng)濟(jì)效益，這在一定程度上使豎爐充當(dāng)了廢鋼的熔化爐，日本JFE在2008年建造的豎爐就專門作為廢鋼的熔化爐。
1．3轉(zhuǎn)底爐和豎爐工藝的比較
兩種工藝都有本身的優(yōu)缺點(diǎn)。轉(zhuǎn)底爐現(xiàn)階段對于處理鋼鐵廠含鐵塵泥能取得一定效果，但對處理高鋅塵泥仍然存在產(chǎn)品殘留鋅含量，不能滿足大高爐入爐要求的缺陷。豎爐產(chǎn)品鐵水可直接進(jìn)入煉鋼系統(tǒng)使用，不必考慮產(chǎn)品含鋅量的問題，但是存在含鋅粉塵等在豎爐爐膛內(nèi)揮發(fā)，對爐襯耐火材料進(jìn)行附著，造成耐火材料使用壽命降低;豎爐生產(chǎn)的鐵水含硫率超過煉鋼廠的入爐標(biāo)準(zhǔn);含鋅塵泥的鋅元素不能有效回收利用等問題。結(jié)合鋼鐵企業(yè)自身特點(diǎn)，從物流條件、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、技術(shù)成熟度、生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定程度等因素考慮，目前認(rèn)為轉(zhuǎn)底爐工藝方案作為主工藝將更適合處置鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有含鐵塵泥物料。
2寶鋼塵泥資源化利用途徑探討
2．1寶鋼塵泥的種類及特點(diǎn)
預(yù)計(jì)2015年寶鋼股份本部未返回原料單元直接利用的含鐵塵泥總量約為47．9萬t/a，其中除塵灰量約22．7萬t/a，污泥量約25．2萬t/a(含水率25%)。原料主要品種有:高爐瓦斯泥、煉鋼OG泥、煉鋼LT除塵灰、煉鋼除塵灰(含轉(zhuǎn)爐二次灰、鐵水預(yù)處理灰等)、電爐除塵灰、燒結(jié)機(jī)頭除塵灰、高爐除塵灰、各類軋鋼鐵泥等。含鐵塵泥含有的有用元素有Fe、C等元素，有害元素主要有S、P及少量Zn等。
2．2寶鋼含鋅塵泥處理現(xiàn)狀
塵泥中的大部分鋅元素仍在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)和富集，缺乏有效的脫鋅手段;其余的塵泥委外加工或?qū)ν怃N售，造成物流成本高及過程污染，鐵資源未得到100%利用，與國內(nèi)外先進(jìn)的固廢資源利用水平存在差距。社會化利用所采取的措施———小高爐冶煉隨國家產(chǎn)業(yè)政策要求將逐步關(guān)停，勢必造成含鋅塵泥無法社會化處置，因此寶鋼自身設(shè)置含鋅含鐵塵泥處置設(shè)施，脫除限制返生產(chǎn)利用的有害元素后，使含鋅塵泥得到100%返生產(chǎn)利用，是寶鋼提高鐵資源利用率、降低鋼鐵生產(chǎn)成本、減輕污染、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。
2．3寶鋼含鋅塵泥的處理工藝探討
寶鋼高爐目前的鋅負(fù)荷為117g/t，在不打破鋅平衡的基礎(chǔ)上，高爐目前還能接受的最大總鋅量為370t。根據(jù)計(jì)算，按照轉(zhuǎn)底爐脫鋅率90%計(jì)算，剩余金屬化球團(tuán)產(chǎn)品中含鋅總量為516．6t，超過煉鐵廠要求的小于370t鋅量的指標(biāo)，將造成產(chǎn)品金屬化球團(tuán)無法全部返回高爐使用的情況。根據(jù)物料特點(diǎn)，結(jié)合寶鋼情況，寶鋼股份本部產(chǎn)生的含鐵含鋅塵泥50%直接回用燒結(jié)，其余50%(即表3中所列物料)選擇轉(zhuǎn)底爐工藝作為主工藝處置含鐵較高含鋅較低且揮發(fā)性較低的物料，而回轉(zhuǎn)窯工藝作為輔助工藝處置含鋅較高及揮發(fā)性較高物料的聯(lián)合工藝。(1)中含鋅量較高的物料，即編號1的煉鋼除塵灰(總量為5萬t/a、含鋅量約2．23%)、編號4的電爐除塵灰(總量為4萬t/a、含鋅量約3．64%)不納入主工藝即轉(zhuǎn)底爐工藝中進(jìn)行處置，而改由對處置含鋅較高物料更為適合的回轉(zhuǎn)窯工藝作為輔助工藝進(jìn)行處置。通過計(jì)算，進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐設(shè)備的含鐵塵泥中含鋅總量為2608t/a，按照轉(zhuǎn)底爐脫鋅率90%計(jì)算，剩余金屬化球團(tuán)產(chǎn)品中含鋅總量為260．8t/a，符合煉鐵廠要求的鋅量不超過370t/a的要求，產(chǎn)品金屬化球團(tuán)(其中鐵含量17．88萬t/a)可以全部返高爐使用，同時(shí)回收的副產(chǎn)品氧化鋅粉(ZnO含量約50%)0．58萬t/a可直接外賣給從事鋅加工的企業(yè)。(2)將總量為9萬t/a的煉鋼除塵灰、電爐除塵灰，以及沒有納入表3但含鋅量較高的冷軋含鋅污泥(產(chǎn)生量折算成干基約2．5萬t/a)作為原料，建設(shè)一座年處理規(guī)模為11萬t的回轉(zhuǎn)窯工藝設(shè)備進(jìn)行處置。由于三種物料含鋅率均較高，用回轉(zhuǎn)窯設(shè)備脫鋅效果更好，經(jīng)回轉(zhuǎn)窯還原焙燒脫鋅后，回收含鋅粉塵(ZnO含量約50%)約1．23萬t/a，可直接銷售給從事鋅加工的企業(yè);回轉(zhuǎn)窯窯渣可經(jīng)過破碎、磁選后得到部分產(chǎn)品還原鐵粉，剩余含鐵較低的尾料可作為建筑材料骨料使用。
2．4三種處理工藝經(jīng)濟(jì)比較
筆者對寶鋼股份本部未返回原料單元直接利用的含鐵塵泥(約為47．9萬t/a)進(jìn)行了OxyCup豎爐工藝、轉(zhuǎn)底爐工藝及轉(zhuǎn)底爐+回轉(zhuǎn)窯聯(lián)合工藝三種處理工藝的投資對比分析。金屬化球團(tuán)作為高爐的煉鐵原料會降低焦比，提高產(chǎn)量，每使用1t金屬化球團(tuán)約減少230kg的焦炭使用量。因此高爐能耗降低的間接經(jīng)濟(jì)效益也很可觀。由表4可以看出，以轉(zhuǎn)底爐工藝作為主工藝，回轉(zhuǎn)窯工藝作為輔助工藝的聯(lián)合工藝是處置寶鋼現(xiàn)有含鋅塵泥較為適合的方法。另外回轉(zhuǎn)窯工藝還可以焚燒處理含鐵含油污泥(產(chǎn)生量約為每噸鋼1kg左右)，最大化地做到寶鋼含鋅含鐵塵泥中鐵、鋅資源的回收利用。
3結(jié)語
轉(zhuǎn)底爐處理含鋅塵泥，在實(shí)現(xiàn)回收減排的同時(shí)，可有效回收鋅資源，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。轉(zhuǎn)底爐技術(shù)在資源化利用鋼鐵企業(yè)含鋅塵泥及環(huán)境保護(hù)方面潛力巨大。將轉(zhuǎn)底爐工藝作為主工藝，回轉(zhuǎn)窯工藝作為輔助工藝的聯(lián)合工藝是較為適合處置寶鋼現(xiàn)有含鋅塵泥的工藝。返燒結(jié)直接利用加上聯(lián)合工藝處理，寶鋼的塵泥可以做到100%有效利用。鋼鐵企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身特點(diǎn)選擇合適的含鋅塵泥的處理工藝，本文為鋼鐵企業(yè)選擇適合自身?xiàng)l件的含鋅塵泥資源化利用途徑提供了思路。
作者：劉平 曹克 單位：上海寶鋼節(jié)能技術(shù)有限公司