高炉瓦斯灰脱锌技术(2)

高炉瓦斯灰脱锌技术

宝钢股份公司汤晓凡

上海宝海金属有限公司吕志民

Abstract:

The Gas flue from Blast furnace contains a few non ferrous metals such as zinc, lead and cadmium etc. that would deteriorate BF operation and is harmful to the fire brick of blast furnace. This paper introduce the zinc removal processes and make assessment on their praticable in comprehensive criteria such as investment, process; operation; environment protection and resource recovery etc. .

关键词：高炉，瓦斯灰，脱锌，火法冶炼, 回转窑

Key Words: Blast Furnace, Gas Flue, Zinc Removal, Pyrometerrugical, Rotary Kiln 1．概述

高炉冶炼过程产生大量的固体副产品，一般为铁产量的35-40%，对年产一百万吨的钢铁厂，仅高炉工序产生的固体副产品即达35-40万吨，其中高炉渣约为32-37万吨，粉尘发生量约为2-4万吨。

众所周知，高炉渣的碱度为1.2左右，可以广泛应用于水泥及建筑行业。高炉粉尘则由于粒度较细，特别是含有多种有害元素如：锌、钾、钠、部分重金属以及放射性同位素Pb210Po210等，限制了其循环回收利用；高炉粉尘的大量排放既污染环境，浪费矿物资源同时还占用宝贵的土地。

有的钢铁厂为了避免粉尘排放和外售造成二次污染，勉强进行粉尘回配烧结的内部循环利用，但造成了以下诸多生产问题：

高炉粉尘虽然来自冶炼过程，但含有较多的杂质和有害成分，铁品位仅为25-30%，这样的粉尘回配烧结，不但降低烧结品位，影响高炉强化和节焦，另外还造成有害杂质的循环富集，尤其是锌的富集，影响高炉的顺行；

高炉粉尘主要有重力灰和布袋灰或洗涤污泥。重力灰由于铁品位相对较高，锌等有害元素含量低，回配还是有价值的，带来的问题也不突出。但布袋灰的回配就不是一个好的解决之道了。有害元素，特别是锌、氯、钾和钠在高炉内的循环富集将造成严重的高炉运行问题主要表现有高炉上部和结瘤，炉料膨胀粉化，耐火砖侵蚀剥落，高炉焦比升高，顺行困难等。因此高炉瓦斯灰的脱锌也就成为高炉瓦斯灰再利用，彻底消除粉尘污染，实现资源综合利用的当务之急。

2．锌在高炉内的行为

锌的氧化物在高炉强还原气氛下容易被还原，当炉料进入高温还原区后，绝大部分锌的氧化物被还原为金属锌，并被气化后随高炉煤气上升，该过程中锌金属有三个去向[1]：

1、被高炉煤气带走进入煤气清洗系统；

2、吸附在炉料中随炉料下降；

3、粘附在耐火砖中恶化砖衬条件（耐火砖膨胀剥裂和炉墙结瘤） 当然也有微量锌金属溶解在渣铁里面随渣铁排出炉外。

熔态渣铁Zn

0.5%

图1、锌在高炉过程中的行为

3．高炉瓦斯灰脱锌工艺技术及应用

上世纪60年代开始研究冶金粉尘的处理和利用，到80年代逐步形成了多种形式的冶金粉尘处理工艺。对高炉除尘粉和高炉污泥而言主要有以下几种技术：

●旋流浓缩法；[2],[3]

●常规火法冶炼（包括维氏炉，回转窑，转底炉[4],[6],[5]，KCR熔融

还原法，PRIMUS等）；

●等离子体熔炼；[8],[7]

●湿法浸出；[10],[9]

●工业微波蒸发技术[11]等等。

3.1 旋流浓缩法

根据高炉粉尘颗粒分析，锌元素主要有两种形态存在于钢铁粉尘中，其一是微细的氧化锌颗粒[3]，一般粒度小于20μm，它是由气态锌金属在逸出冶金工艺时氧化生成；其二是铁或氧化铁颗粒表面覆盖锌金属薄层，这是因为富集的锌蒸汽在循环过程中粘（吸）附于铁矿粉表面然后随煤气进入除尘系统。而旋流浓缩法则利用不同颗粒度粉尘的离心力差异将富含锌金属的细微颗粒和含锌较低的粗颗粒分离，达到高炉粉尘脱锌的目的。图2是宝钢1号高炉的旋流浓缩脱锌工艺[2]。

铁的回收率只有60%左右，而且由于第二种金属锌的赋存形态，脱锌也不够彻底，一般只能达到70%。

3.2 常规火法冶炼工艺

这是目前使用最广泛的钢铁尘泥脱锌工艺，包括早期使用的维氏炉蒸馏法，回转窑工艺，转底炉法，以及KCR和PRIMUS等熔炼技术。除了维氏炉是间隙生产，其余的火法工艺均为连续生产，具有处理能力大，脱锌率高，金属铁几乎可以全部回收。

回转窑工艺流程如图3所示，主要设备组成为回转窑主体，沉降室，冷

图3. 回转窑系统工艺流程

却单元和收尘装置。由于回转窑系统设备及其简单，操作稳定可靠，原料适应性很广，而且脱锌率能到达93%以上，经过回转窑焙烧的尘泥可以根据达到40-70%的金属化率，尾渣呈粒状富铁矿，非常容易直接入炉使用，所以是目前使用最多的脱锌装备，仅在我国境内就有80多条回转窑粉尘处理生产线。

图4. 转底炉工艺流程

图5. 转底炉设备模型

转底炉的生产工艺如图4所示，钢铁尘泥经配料混匀后造球，通过布料器将原料球分布在炉膛内。炉内沿圆周方向分为三个区域，即干燥段，反应段和排料段。由于转底炉的控制灵活性很高，沿圆周方向设置的烧嘴可以非常灵活地调节炉内气氛，可以获得相当高的金属化率（92%以上）和分段控制反应除去炉料中各种有害元素。无论是工业部门还是研究机构都投入了非常兴趣从事研究改进，结果演化出来很多基于RHF的工艺路线，如：FASTMET, REDSMET,INMETCO,ITMK3和DRyIRON等等。近年来转底炉（RHF）工艺的推广力度很大，我国也有多个企业正在建设转底炉装置，其中四川龙蟒，天津荣程，马钢和沙钢等业已建成转底炉工艺流程。