钢铁企业含锌除尘灰的降害处置及资源化利用

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钢铁企业含锌除尘灰的降害处置及资源化利用
石勤学
（河南安钢泽众冶金设计有限责任公司，河南 安阳 455004）
摘 要：
钢铁企业在生产过程中会产生大量的除尘灰，原料场和烧结环境除尘灰一般采用内部自循环利用，炼铁工序的重力除尘灰、出铁场除尘灰、矿槽除尘灰由于有害元素少，一般也是直接返回原料场或烧结配料室循环利用。

而烧结机头除尘灰、高炉煤气干法除尘灰、部分炼钢除尘灰由于含有大量的钾、钠、锌等有害元素，如果直接循环利用，会对正常生产造成严重影响，例如锌在高炉内富集会造成高炉上部结瘤，炉墙涨裂，甚至堵塞煤气管道，严重影响高炉生产顺行和长寿，而钾、钠在高炉内富集，会催化焦炭的气化反应，加剧烧结矿还原粉化，引起球团矿异常膨胀，破坏高炉内衬，最终导致料柱透气性下降，煤气流分布失调，给高炉的长寿高效带来不利的影响。

因此，对于这些除尘灰必需进行降害处理后才能循环利用。

由于这些除尘灰产生生产工序不同，其成分组成和性质差别很大，需分别选择合适的工艺路线进行处理。

关键词：
除尘；降害处理；资源化利用中图分类号：X757 文献标识码：A 文章编号：
11-5004（2020）16-0230-2收稿日期：
2020-08作者简介：
石勤学，男，生于1966年，汉族，河南林州人，本科，高级工程师，研究方向：冶金设计，冶金工艺。

为了去除灰中的有害元素钾、钠，一般采用水洗工艺，即先
将除尘灰与水充分搅拌，使得钾、钠元素溶解在水中，经压滤机对浆液压滤进行固液分离，压滤渣经干燥后返回烧结工序循环利用，滤液经蒸馏结晶获得氯化钾、氯化钠晶体作为产品外销。

而为了去除除尘灰中的有害元素锌,一般采用转底炉工艺或回转窑工艺，将除尘灰加热到1000-1200℃高温，其中的锌呈气态随烟气排出过程中慢慢冷却，生成氧化锌，经回收后作为产品外销，而转底炉的金属化球团或回转窑尾渣则返回炼钢炉或高炉循环利用。

1 除尘灰化学成分组成
下表为某800万吨/年生产规模钢铁企业部分除尘灰的产生量和化学成分组成。

对表1数据进行分析可以看出，需要进行降害处理的除尘灰
可以分以下三种，一是单纯高锌灰，包括电炉灰1000吨/月，精炼炉和三次除尘灰850吨/月，合计1850吨/月。

二是高锌、高钾、钠灰，高炉干法除尘灰4500吨/月，三是单纯高钾、钠灰，即烧结机头灰1800吨/月，所有需要降害处置的除尘灰约占钢产量的1.2%。

2 转底炉脱锌工艺
转底炉技术属于煤基直接还原工艺中发展较快的一种，目前国内大多数转底炉用于处理钢铁厂含锌粉尘。

钢铁公司的含锌尘泥经过转底炉处理，得到洁净的高炉或炼钢炉料，返回高炉或炼钢作为金属化炉料，同时回收了其中的锌金属，脱除了大部分的铅、钾、钠等有害元素。

文献表明，国内某厂转底炉的球团金属化率达到70%-88%，脱锌率高于90%，铅、钾、钠的脱除率也在80%以上。

表1 钢铁企业除尘灰生产及化学成分
单位
品名月量TFe%CaO%S%K 2O%Na 2O%Zn%一炼轧
转炉二次灰
15012.2651.470.2460.010.180.88三次灰（含转炉和电炉）
8046.178.90.32 1.84 1.09 2.145精炼炉除尘灰20012.9431.8 2.636 2.580.770.23电炉除尘灰100027.2114.97 1.031 2.71 2.277.62二炼轧
转炉二次灰30013.7237.550.97 2.080.730.68转炉三次灰
12044.48.460.450.71 1.01 2.21精炼炉除尘灰45037.0713.960.40.860.93 3.22混铁炉除尘灰10067.710.360.040.010.010.26脱硫除尘灰10031.6821.240.810.50.10.85炼铁厂
高炉干法除尘灰4500
28.74 2.34 1.72310.74 2.47 3.51烧结机头一电场除尘灰
180042.737 1.06 6.860.690.16烧结机头二电场除尘灰30.42 4.65 1.3712.41 1.280.2烧结机头三电场除尘灰25.17 3.22 1.4514.95 1.590.23烧结机头四电场除尘灰
22.15
2.45
1.67
16.12
1.74
0.24
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转底炉脱锌工艺流程如图1所示。

首先将粉尘配加还原剂（煤粉）、黏结剂等进行造球，造好的具有一定强度的生球经烘干机烘干后生球的水分降低至3%以下，然后将烘干的生球通过振动布料机均匀布置在转底炉内，转底炉炉内温度控制在1100℃~1300℃，球团在炉内发生直接还原反应，70%以上的铁氧化物还原为金属铁保留在金属化球团中，而同时球团中的锌、铅、钾和钠还原或挥发后进入转底炉烟气系统排出，最终实现球团中铁与锌、钾、钠的分离，从而实现铁回收利用、锌及钾和钠
的分离。

图1 转底炉工艺流程图
3 回转窑脱锌工艺
回转窑法脱锌工艺来源于湿法炼锌工艺中浸出渣提炼锌工艺，是将钢铁固废尘泥预处理后同还原剂混合，一同送入回转窑，在窑内加热，使固废尘泥中的氧化锌被还原成锌金属，在高温下蒸发并与排出的烟气一起离开回转窑，经过沉降室、表冷器、除尘器等装置氧化锌沉降后收集氧化锌粉尘，含铁尾渣冷却后送往高炉或烧结厂作为原料。

其工艺流程见图
2。

图2 回转窑工艺流程图
4 转底炉脱锌生产实例
马钢转底炉是国内第一条转底炉生产线，转底炉直径为30m，设计产能20万吨/年，实际产能12~13万吨/年。

主要原料为高炉环境除尘灰、高炉瓦斯泥等，配加少部分的电炉灰（配加电炉灰多了会影响机组正常生产）。

脱锌率约为80-85%，氧化锌颗粒的品位在60%左右，直接外销。

金属化成品球返回炼钢使用。

沙钢转底炉车间于2010年10月投产，设计处理能力为30万吨/年，实际产能为18万吨/年。

主要原料为环境除尘灰、炼钢污泥、电炉灰，其中，电炉灰占比20%。

脱锌率约为80-85%，氧化锌品位60%，金属化球团返转炉、电炉使用。

5 回转窑脱锌生产实例
南京盛昌再生资源有限公司采用回转窑工艺处理南钢的高炉干法灰和电炉除尘灰，其中高炉灰的锌含量为3%~4%，电炉灰锌含量为10%~12%。

投产于2012年，设计能力10万吨/年，回转窑主体设备尺寸Φ3.2m×45m。

处理后尾渣中含锌量为0.5%，尾渣铁品位54%以上，回收氧化锌品位30%。

该生产线投产初期效果差、生产间断，后通过控制窑温在950℃~1000℃范围内，在有效提取锌的基础上，尽可能降低铁元素还原，所以生产中很少有结圈现象。

而利用高炉干法灰中的碳元素实现自生发热，基本不需要再添加其他燃料的使用，生产成本非常低，吨灰处理成本约200元。

马鞍山利民冶金固体废物综合利用科技有限公司回转窑主体设备尺寸Φ4m×65m，总投资8000多万元，设计能力20万吨/年。

主要原料为高炉干法灰和电炉灰，添加燃料为煤，煅烧温度在1200℃左右，工艺运行过程中有结圈现象，需定期清理。

处理后尾渣中锌含量＜1%，尾渣水淬后返回烧结配料。

日钢回转窑除尘灰提锌生产线归属于日钢循环经济部转底炉工场，原有设计能力为2×20万吨/年的转底炉生产线，因多种原因停用。

2019年4月投资2.2亿元，建设设计能力为2×25万吨/年的两条回转窑生产线。

原料为高炉布袋除尘灰、转炉一次灰，其中高炉布袋灰先经水洗预处理。

由于主生产工艺添加轻薄废钢较多，除尘灰中锌含量都比较高，转炉除尘灰锌含量4%~8%，高炉布袋灰锌含量6%~8%。

回转窑生产线投产后整体生产运行比较平稳，达到设计效果，脱锌率达到90%以上，回收锌含量60%~70%，尾渣锌含量≤0.6%，TFe＞50%，生产过程温度控制在1100℃，结圈现象较少。

6 转底炉工艺与回转窑工艺比较
回转窑系统工艺环节少，占地面积小，工程投资少，设备组成简单，操作稳定可靠，生产成本低，且脱锌率可达90%以上。

但尾渣采用水淬冷却，一方面大量的热量无法回收，同时大量水蒸汽外冒，对周围环境造成影响。

转底炉工艺近年来推广力度较大，我国也有多套转底炉投入运行，从投产的转底炉生产业绩看，转底炉投资大，运行部件多，控制要求高，设备稳定性和产品稳定性都需要进一步改善。

另外，回转窑脱锌工艺对原料中含锌量没有限制，原料中含锌越高企业效益更好。

而转底炉脱锌工艺对原料中的锌含量需要一定的控制，高于5%时烟气系统容易发生堵塞，现场调研沙钢、马钢等单位时，都明确指出转底炉不能配加过多的含锌高的电炉灰。

7 结语
对除尘灰的脱锌降害处理是钢铁企业固废循环利用的必须途径，两种生产工艺都能达到90%以上的脱锌率，可以满足高炉对原料的要求，企业选择哪种工艺，需要与自身条件相结合，处理含锌高的电炉除尘灰应该尽量避免选择转底炉工艺，对于环保要求高的地区，应尽量避免选择回转窑工艺。

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