回转窑法处理含锌冶金尘泥洁净生产工艺研究

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冶金冶炼
回转窑法处理含锌冶金尘泥洁净生产工艺研究
王志红
摘要：鉴于钢铁企业规模的不断扩大，致使钢铁废弃物的排放量也在逐年增多，对企业周边的生产与生活环境造成严重的影响。

为了使钢铁企业绿色可持续发展，需要对钢铁废弃物进行有效地处理，使其能够被合理的回收与利用。

在钢铁冶炼中产出了一种含铁、碳、锌较高的固体物质—尘泥，这种物质在很多钢铁厂得到回收与利用，使经济效益和社会效益都显著提高。

但含锌尘泥中的锌元素大量聚集在高炉中，使高炉一直在高锌负荷的状态下运行，对高炉的生产造成了影响。

基于此，本篇文章对回转窑法处理含锌冶金尘泥洁净生产工艺进行研究，以供参考。

关键词：回转窑法；含锌冶金尘泥；洁净生产工艺
钢铁行业密集着大量的资源和能源，它在生产过程中不仅会消耗大量的能源，而且也会排出大量的废弃物，通过相关数据可以得出，钢铁行业的固体废弃物产量在整个工业中固废产量是最高的，而整体的利用率却保持在70%左右，虽然大部分的固体废弃物实现了循环再利用，但是，仍有一些问题困扰着钢铁企业的发展，比如钢渣和含锌尘泥的处理问题。

因此，就要把研究方向放到尘泥脱锌的内容上，对含锌尘泥做好处理工作，使其能够被充分的循环再利用。

含锌含铁尘泥利用的关键是先行脱除锌元素，脱锌的工艺较多，主要分为火法和湿法脱锌工艺两类，湿法脱锌多存在成本高、二次污染等问题，火法工艺处理效率较高，是目前含锌尘泥资源化利用的主要途径。

1 概述
1.1 钢铁冶金尘泥特性
在钢铁冶金尘泥中，最常见的尘泥有五种，分别是烧结灰、高炉尘泥、转炉尘泥、轧钢粉尘以及电炉粉尘，这些尘泥会在不同的工序生成不同的化学成分。

为了能够把这些冶金尘泥循环再利用，就先要对尘泥的物理性质和化学反应做一些相应的了解。

可以根据尘泥化学成分表展开分析：一是含铁粉尘中存在着大量的铁元素，其中有效含量高达46.79%，有非常可观的利用价值，因此，对于这类粉尘的回收要把主要目标放在铁回收上，对其存在的元素也要进行有效的回收。

二是由于在生产过程中会有大量的锌元素聚集在高炉中，所以长期以来导致锌元素含量过高，占高炉铅灰的13.6%。

三是其中含有大量的锌、钾和钠元素，因此在回收时不仅要考虑铁元素的回收，还需要考虑锌、钾和钠元素的回收。

1.2 钢铁冶金工序的固废排放
1.2.1 烧结工序
在钢铁冶炼工序中，烧结工序是制造矿产品的过程，需要按照比例把铁矿粉、燃料和熔剂混合到一起。

在这一过程中会排放大量的烟粉尘和废水。

例如，在对矿粉进行装卸或筛选的过程中都会有大量的烟尘产生，同时在配矿的过程中也会有颗粒物和二氧化碳的产生。

最后，在成矿时也会产生大量的颗粒物。

因此，在整个烧结过程中，其烟气和粉尘的排放量不少于整个炼铁工序烟尘排放量。

其中，二氧化硫占整个钢铁冶炼流程排放量的70%，而氮氧化物占总排放量的48%，二噁英类物质占总排放量的48%，细颗粒物占总排放量的35%，重金属占总排放量的50%。

因此，在整个烧结工序中需要做好除灰尘的工作。

1.2.2 炼铁工序
把焦炭、铁矿石和熔剂这些固体原料放到高炉内还原成生铁的过程称之为高炉冶炼。

它主要排放废物有三种，分别是废水、烟尘和粉尘。

废水的产生是在洗涤废气和冲刷炉渣的时候，粉尘和烟尘则是在高炉原料运输、煤气净化处理和高炉出铁时产生的，而炉渣、除尘灰和瓦斯灰等固废是整个高炉冶铁的过程中产生的。

1.2.3 轧钢工序
对钢铁产品进行进一步的轧制处理，制成符合要求的产品的过程称之为轧钢工序。

在这个过程中会产生大量的废水和废水处理物。

进行热轧时需要用冲洗的方式让轧机冷却下来，此时不仅会产生废水，而且被氧化的铁皮也会随着油污被冲刷下来，成为固废。

因此，氧化铁皮和含油污泥是轧钢过程中所产出的废弃物。

2 关于含锌尘泥处理的主要工艺
国内外处理含锌尘泥采用了很多方法，其中最常用到的有物理法、湿法和火法。

锌富集的主要特点是：离子粒度小、磁性弱。

因此就要结合这一特点，通过物理法把锌元素富集到分离产物中。

目前，我国很少使用这种方法，因为它对锌没有太高的富集效率。

含锌量超过百分之五的尘泥需要用湿法进行处理，因为
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氧化锌可以和酸、碱和氨的物质融合，可以通过这种方法将锌分离出来。

2.1 转底炉工艺
转底炉最开始只是一个环形的用于轧钢用的加热炉，后来将其移植到冶炼设备中，用于对钢铁厂的含铁和锌的粉尘进行处理，时间一长就成了一台用于生产海绵铁的设备。

其中的加工流程是相对简单的。

首先要把铁矿粉、粉尘、媒粉以及黏接剂放到料仓中，通过对其进行配料后，再将这些东西混合到一起，再使用造球设备将这些原料制成含碳球团矿，然后再使用烘干系统对含碳球团矿进行烘干，最后再将这些烘干的含碳球团矿均匀的铺在转炉底上，然后再进行加热。

当球团矿上的氧化铁与碳产生反应以后，使之产生的还原性球团矿通过排料系统送回到仓料中继续使用。

而这里所产出的氧化锌将被除尘器收集起来。

在对转炉底进行处理时，铁和氧化锌的脱出率都在90%以上，只有碱金属的脱出率低于90%，只有50%。

随着国内外转底炉技术的不断提高，取得了良好的应用效果，马钢企业、莱钢企业以及沙钢等企业的不断建成，使转炉底工艺被得到广泛的应用。

2.2 回转窑工艺
为了能够对锌精炼渣进行有效的处理，德国克虏伯公司研究了回转窑工艺，随后日本的住友钢铁厂又对回转窑工艺做了进一步改进。

这种工艺首先要做好配料工作，然后再填入含锌量合适的原料，配合着媒粉一起放入回转窑内。

这里使用媒粉不仅可以为其提供热量，还可以作为介质使尘泥形成窑渣。

并把那些较大的窑渣放到高炉冶炼中，把那些较小的则用于烧结工作中。

对于富集在烟尘中的锌元素和铅元素，需要将其收集起来才能进行加工。

通过对回转窑的不断研究，出现许多新的类型，比如威尔兹工艺、川崎法等。

接下来，对回转窑工艺的优点进行了总结：回转窑工艺具有较高的脱锌率，最高能达到90%以上。

而且钢铁尘泥中是一种含碳的物质，它可以不用添加任何燃料就可以直接放到窑内，这种方法不仅投资成本低，而且运行也更简单。

但是，它也存在着一定的缺点，就是对于那些低锌物料不能进行有效的处理，且没有较高的物料填充率，导致产品质量较差，而且在生产过程中会有结圈产生。

2.3 湿法工艺处理含锌尘泥技术
为了将含锌尘泥中的金属氧化物分离出来，人们使用湿法工艺并选择合适的浸出剂。

这样就能够从中分离和净化高品质的金属氧化物。

这种工艺通常分为酸浸工艺和碱浸工艺。

使用酸浸工艺时必须使用强酸来提取锌，但是在这个过程中铁和其他杂质也会被提取出来，从而降低锌产品的纯度并浪费铁资源，无法达到钢铁企业对锌回收和利用的标准。

虽然碱浸工艺存在浸出率低和流程复杂的问题，但其不会浪费资源。

2.4 厂内直接循环处理工艺
目前，最直接的循环处理工艺是烧结工艺。

该方法投资小、见效快，且无需辅助设备。

但其仍存在缺陷，因为粉尘粒度太细，烧结料层缺乏良好的透气性，这会对烧结技术和经济指标造成影响。

此外，锌元素会在循环过程中富集并为高炉在高锌负荷下的生产造成影响。

2.5 火法和湿法联合回收工艺
火法和湿法联合回收工艺需要根据原料的特点选择相应的处理顺序。

在处理钾元素和钠元素时要选用烧结灰，在回收锌元素时则需要使用高炉灰。

为了提高冶金尘泥中元素的回收利用率，需要加大对含铟、铋和锡等少量元素的回收利用率，并有效地使用火法和湿法联合回收工艺。

2.6 转炉OG泥干燥技术
在使用煤气湿法除尘对炼钢进行处理时会产生转炉OG 泥，这种转炉OG泥含有大量的水分，所以，就要对其进行干燥。

由于转炉OG泥具有黏性大以及粒径小的特点，所以在使用传统的干燥技术时，干燥效果不如预期。

因此，就需要使用热钢球通过旋转的方式把转炉上的污泥进行干燥处理，这种技术不仅投资成本低，而且效率很高，弥补了传统方法的不足。

为了使干燥质量更加合格，对处理的质量、钢球的温度、钢球的大小以及滚筒的转速进行了分析，得出要想使污泥干燥彻底，需要转动20分钟才能变成干粉。

为了强化转炉污泥脱水的方法，本文研究了新型的絮凝剂，研究结果表明，这种新型的絮凝剂不能有效地降低污泥的湿度，但是如果把压滤机室向下调30毫米，再结合压缩空气机处理转炉OG泥，则可以有效地降低残渣的湿度。

通过这种方法解决了联合装置机上污泥脱水的问题，使高效污泥脱水设备得到进一步的研发，进而解决了冶金转炉污泥脱水的问题。

3 当前回转窑法处理冶金含锌尘泥存在的问题
3.1 产生扬尘污染环境
由于粉尘颗粒十分微小，因此在处理过程中很容易形成扬尘，从而污染周围的环境。

首先，在含锌除尘灰通过自卸车传送至配料车间后，铲车会自动对除尘灰进行配水和翻混，这个过程中也产生了扬尘，进而污染周围的环境。

其次，在利用回转窑沉降室收集除尘灰时，由于氧化锌的质量不符合要求，需要用刮板输送机将其传输到配料室内进行调配，并将调配好的氧化锌送到回转窑进行处理，在这个过程中也会有扬尘产生，进而污染周围的环境。

但在这个过程中，会造成二次扬尘的产生，严重污染了周围的环境。

3.3 回转窑结圈原因分析
造成回转窑结圈的主要原因是回转窑内积聚的大量细粉尘，这些粉尘具有粒度小、表面曲率大、融化温度低等特点。

一旦出现低温则会软熔并使窑内出现黏结现象。

同时，没有对回转窑的温度进行有效控制，当温度过高时也会出现结圈现象，因为高温会使窑内物料的化合物融化并形成大量液相，导致物料迅速粘结。

此外，回转窑内还存在许多熔点低的物质，在高温下会产生许多液相，使得固体物料快速粘结到一起并黏结到回转窑上，从而加剧了结圈的发展速度。

4 解决方案
4.1 氧化锌灰收集工艺
为了能够有效地避免扬尘的产生，需要在氧化锌灰的仓下设置自动装袋机。

仓下的表冷器和布袋除尘器可以将合格的氧化锌灰收集起来，然后再使用密封的刮板输送机将这些氧化锌灰输送到氧化锌灰仓内。

在氧化锌灰仓内，自动装机袋机开始对氧化锌灰进行处理。

这不仅有效地控制了扬尘的产生，还实现了产品的自动封装功能。

4.2 尾渣冷却、破碎工艺
当热渣从回转窑的窑头内排出来以后，它的最高温度可以达到900℃左右，为了能够使其冷却，就要选择使用全封闭溜管将其送到单筒冷却机内，由于回转窑头的窑头也是封闭式的，因此就使得窑头出现负压的状态。

在单筒冷却机上安装上鼓风机，通过鼓风机将热渣上的热量带走，带到回转窑尾部的风机上，通过尾部风机把热风再送回到回转窑里面，这样就把负压状态均匀的分散到单筒冷却机内和回转窑内，从而使烟尘不会出现外溢的现象，这样既满足了环保要求，还使尾渣余热被得到良好的利用。

当窑渣从单筒冷却机排出后，它的温度就会降到180℃以下，这样就可以利用斗提机把窑渣传送到鄂式破碎机内将其破碎，通过振动的方法把8mm以下的窑渣送到汇总仓，把8mm以上继续送到锥式破碎机内再破碎一次，这时才能送到汇总仓内，然后再把合格的窑渣通过皮带传送到烧结系统内，使其成为烧结原料。

而且为了防止灰尘飞扬，就需要在所有的受料点上安装除尘罩。

当窑渣从单筒冷却机排出后，其温度会降至180℃以下。

这时，可以利用斗提机将窑渣传送到鄂式破碎机内进行破碎。

通过振动的方法，将8mm以下的窑渣送到汇总仓，将8mm以上的窑渣再送到锥式破碎机内进行二次破碎。

这样才能将窑渣送到汇总仓内。

之后，将合格的窑渣通过皮带传送到烧结系统内，作为烧结原料。

此外，在所有的受料点上安装除尘罩以防止灰尘飞扬。

4.3 回转窑结圈的控制
第一，严把原料和燃料的质量关，因为回转窑所使用的原料必须使用含脉石较少的原料，对于燃料的选择，就需要选择灰分低，软熔温度高的媒粉，这样才能发挥出它们的还原效果和发热效果。

第二，为了能够防止部分区域出现料层过厚的现象发生，就需要把原料进行充分的混合，并做好造球工作之后方可把原料放入回转窑内，而且对于回转窑内的布料要做好改善工作，防止布料出现不均匀的现象发生。

第三，对于回转窑内的火焰位置和长度要做好观察工作，防止火焰长度不够对回转窑内的温度造成影响。

为了能够确保还原带的长度够长，就要控制好喷煤的孔数和窑头处的风量，使窑内温度保持在平稳状态，从而有效地防止局部出现温度升高的现象发生。

5 展望分析
由于钢铁冶金尘泥的种类繁多，而且数量巨大，不能被良好地进行回收再利用，只能对其进行堆放或是填埋，但是，这样就很容易对周围的环境造成污染，进而出现了资源浪费的现象。

为了能够改善这种现象，就使用烧结的方法对其进行处理，虽然这种方法得到广泛应用，但它却处理不了大量的冶金尘泥，因此对高炉的运行状态造成了影响。

还有一种处理方法是物理处理法，包括湿法和火法，虽然湿法可以将尘泥中大量金属进行回收，但它的成本却过高，而且处理流程过于繁琐。

火法虽然也可对有价金属进行回收，但它却很容易使窑内出现结圈的现象。

当把两种方法进行融合以后虽然达到预想的效果，但还需对其做进一步的研究与完善工作。

综上所述，做好钢铁冶金尘泥的处理工作是目前所有工作中最重要的一项任务，而且能更好地适应未来的发展趋势，进而实现有价值元素的循环再利用。

6 结语
钢渣和含锌尘泥综合处理问题已成为钢铁企业亟待攻克的难题，需要更多机构、学者加强针对性研究，实现核心技术的突破，也亟需产线技术人员加大攻关力度，实现有价值元素的再利用，助力钢铁企业效率效益的快速提升，推动钢铁企业绿色可持续发展。