钢铁厂高锌含铁尘泥二次利用的发展趋势

第２期
彭开玉等：钢铁厂高锌含铁尘泥二次利用的发展趋势
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烟气一起离开回转窑。当烟气在排放系统中冷却时， 一部分锌氧化成细小的固体颗粒并被收集在布袋式除尘
器内。直接还原的铁产品排入回转冷却器内， 用大量的水进行快速冷却。然后用筛孔为 ７ ｍｍ 的筛子筛分， 粒
度大于 ７ ｍｍ 的直接还原铁送至高炉， 剩下的全部送往烧结厂［６］。
物理法处理工艺主要有 ２ 种： 磁性分离和机械分离。机械分离按分离状态又可分为湿式分离和干式分 离。该工艺的原理是利用锌富集粒度较小和磁性较弱粒子的特性， 采用离心或磁选的方式富集锌元素。磁性 分离方法用于高炉粉尘时， 要增加浮选除碳工艺， 以提高磁性分离的效率［３］。
收稿日期： ２００５－ ０３－ ２９ 基金项目： 安徽省教育厅自然科学基金（ ２００４ｋｊ０７９） ； 国家自然科学基金重点项目（ ５０２３４０４０） 作者简介： 彭开玉（ １９８０－ ） ， 男， 安徽萧县人， 硕士研究生，研究方向： 冶金资源的综合利用。
返料仓
部分地软化和熔化并在窑衬上富集形
成结瘤挂圈， 回转窑高温带的成球棒把 这些料从窑壁上刮下， 并沿窑壁滚动形 成小球或颗粒。废料中锌的氧化物被还
＋７ ｍｍ － ７ ｍｍ
直 接 还 原 铁（ 高 炉） 直 接 还 原 铁（ 烧 结 厂）
原成金属锌， 在窑温下蒸发并与排出的
图 １ ＳＰＭ 法还原工艺流程图
的浸出率较低（ ８０％左右） 。锌的浸出反应是吸热反应， 升温加压虽可提高浸出率（ 可达 ９５％以上） ， 但铁的浸
出率也随之升高， 达 ６０％以上， 造成电解前除铁负担加重， 既降低了生产率， 又增加了能耗［４］。弱酸浸出原理是
通过改善外部条件降低净化后的溶液中氧化锌的溶解度， 使其结晶析出， 可得到较高品位的氧化锌。弱酸浸
锌含量较低时（ ≤１０％） ， 锌浸出率为 １０％， 锌含量较高时（ ≥２０％） ， 浸出率可达到 ８０％， 补加焙烧工艺， 可达
９０％。弱碱浸出比强碱浸出具有更高的选择性， 可得到纯浸出液， 且常压下浸出速度快， 浸出剂再生容易， 得
到的氧化锌较纯。但当尘泥中铁酸锌较多时， 浸出效果差， 锌的浸出率仅为 ６０％左右， 且除杂质的步骤很多。
高， 不然无法使脱锌后的金属化球团满足高炉冶炼的要求。由于目前环形炉处理后的球团抗压强度普遍较
低， 因此该工艺仅局限在处理锌含量较低和全铁含量较高的尘泥。
（ ３） 循环流化床工艺 循环流化床工艺， 简称 ＣＦＢ 法， 是利用流 化床的良好气体动力学条件， 通过气氛和温 度的控制， 将锌还原挥发的同时， 抑制氧化铁 的还原， 从而降低处理过程的能 耗［９］。其流程 见图 ３。 在 ＣＦＢ 的处理过程中， 由于粉尘很细， 使 得还原挥发出的锌灰纯度较低， 流化床的操 作状态也不易控制， 温度低虽对避免炉料粘 结有利， 但降低了生产效率。
出虽然避开了电解工艺， 降低了能耗， 但锌的浸出率较强酸低， 因为尘泥中存在的部分铁酸锌较难被溶解致
使酸浸过程锌浸出率降低； 另外， 酸浸方法产生的浸渣锌含量较高（ ０．５％以上） ， 既满足不了环保要求， 又不能
作为钢铁厂原料， 同时所含铁、碳也得不到有效的利用［５］。
铁酸锌的存在使得碱浸方法的效果亦不理想， 但对设备的腐蚀程度较轻， 浸出选择性较好。通常， 当尘泥
引言
在我国， 随着镀锌钢材及其它锌铅防腐钢材消费量的迅速增加以及钢铁厂废钢消耗量的不断提高， 钢铁 厂含锌粉尘的产量和其中的锌含量也不断增加。该类高锌含铁尘泥在雨水作用下锌元素被浸出， 进入地下 水， 造成严重的生态污染。１９７６ 年美国环保机构（ ＥＰＡ） 制定法律， 明确规定此类尘泥必须进行回收或钝化处 理， 否则须密封堆放在指定场地。堆放费用逐年升高， 到 １９９０ 年已达 ３００ ＄／ｔ［１］。我国在 １９９６ 年 ４ 月 １ 日颁布 实施的固体废物污染防治法中也明确包含了相应的内容。２０ 世纪 ８０ 年代以来， 环保和冶金二次资源的利用 越来越受到关注， 高锌含铁尘泥综合利用技术的开发研究也随之成为冶金界的热门课题之一。通过对处理高 锌含铁尘泥成熟工艺的分析， 了解其特点， 提出了一种新的处理思路。
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ａｎａｌｙｓｅｓ ｅｖｅｒｙ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ＇ｓ ｍｅｒｉｔｓ ａｎｄ ｄｅｍｅｒｉｔｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｗｈｉｃｈ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｉｎｇ－ Ｚｉｎｃ ａｎｄ Ｆｅｒｒｉｃ ｄｕｓｔ ｆｒｏｍ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｉｒｏｎ ｐｌａｎｔｓ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ａ ｎｅｗ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗｏｒｄ， ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ Ｚｉｎｃ ａｎｄ Ｆｅｒｒｉｃ ｄｕｓｔ ｉｓ ｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｈｉｇｈ－ Ｚｉｎｃ ａｎｄ Ｆｅｒｒｉｃ ｄｕｓｔ； ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ； ｐｙｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ； ｍｉｃｒｏｗａｖｅｈｅａｔｉｎｇ
Ｖｏｌ．２３ Ｎｏ．２ Ａｐｒｉｌ ２Baidu Nhomakorabea０６
安徽工业大学学报 Ｊ． ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
文章编号： １６７１－ ７８７２（ ２００６） ０２－ ０１２７－ ０５
第 ２３ 卷 第 ２ 期 ２００６ 年 ４ 月
钢铁厂高锌含铁尘泥二次利用的发展趋势
彭开玉， 周 云， 王世俊， 李辽沙， 王海川， 董元篪 （ 安徽工业大学 冶金与资源学院， 安徽 马鞍山 ２４３００２）
湿法工艺有以下特点：
（ １） 锌的浸出率低， 浸渣难以作为钢厂原料回收利用， 也满足不了环保提出的堆放要求；
（ ２） 单元操作过多， 浸出剂消耗较多， 成本较高；
（ ３） 设备腐蚀严重， 大多数操作条件较恶劣， 处理过程中引入的硫、氯等易造成新的污染；
（ ４） 对原料要求较高， 效率较低， 与钢厂现有技术不配套。
３ 微波能及其在冶金中的应用
微波是一种高频电磁波， 频率为 ３００～３０００ ＭＨｚ， 是 ２０ 世纪 ２０ 年代发展起来的新技术［１１］。微波加热是以 电磁波的形式将电能输送给被加热的物质并在被加热的物质中转变成热能， 与物质的作用表现为： 热效应、 化学效应、极化效应和磁效应［１２］， 与传统加热方式相比， 在节约能源、提高生产效率和产品质量、改善劳动环 境及生产条件等方面具有明显优势。已广泛应用于食品、纺织印染、皮革、橡胶、医药、林产、彩色印刷及电子 等部门及家庭生活之中， 展现了微波能应用的广阔前景。
第二次浓缩池
回转干燥窑
布袋除尘器
把钢厂内各种来源的废料放入泥 浆池内进行混合， 然后过滤， 在旋转干 燥器内干燥。混合料与细的无烟煤一起 装入还原窑， 通过燃烧靠近回转窑出料
褐煤仓 焦炉煤气
焦炉煤气
原料粉尘仓
无烟煤仓 烟筒
布袋除尘器
端沿轴向布置的燃烧器内的焦炉煤气
空气焦炉煤气
回转窑
和空气来加热。窑内的炉料足以加热到
ＰＥＮＧ Ｋａｉ－ ｙｕ， ＺＨＯＵ Ｙｕｎ， ＷＡＮＧ Ｓｈｉ－ ｊｕｎ， ＬＩ Ｌｉａｏ－ ｓｈａ， ＷＡＮＧ Ｈａｉ－ ｃｈｕａｎ， ＤＯＮＧ Ｙｕａｎ－ ｃｈｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｌａｌｌｕｒｇｙ ＆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｍａ＇ ａｎｓｈａｎ ２４３００２， Ｃｈｉｎａ）
颗粒， 同烟尘一起在烟气处理系统中被收集。目前主要有回转窑工艺、环形炉工艺、循环流化床工艺和冷固结
球团法等。 （ １） 回转窑工艺 回转窑工艺（ 简称 ＳＰＭ 法） 是住友
重工业公司钢铁厂从废料中分离锌并
高炉烟尘泥浆 转炉烟尘泥浆 轧钢铁鳞
场地烟尘泥浆
带式过滤器
回收含铁料而发展起来的。其工艺流程
见图 １。
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安徽工业大学学报
２００６ 年
磁性分离工艺较简单、易行， 主要缺点是锌的富集率较低。机械分离除工艺简单易行外， 对处理后的粗
粉可直接用于炼铁， 但该法的操作费用较高（ 不包括投资费用， 就占循环物料价值的 ９０％） ， 富锌产品的锌含
量过低， 价值较小。一般， 物理法只作为湿法或火法工艺的预处理工艺。
１ 钢铁厂高锌含铁尘泥处理工艺及其特点
含锌尘泥按锌含量可分为高锌尘泥（ ＞３０％） 、中锌尘泥（ ＞１５％￣２６％） 和低锌尘泥（＜５％） ［２］。目前， 处理含锌 尘泥的工艺有物理法、湿法和火法 ３ 种。无论何种工艺， 均是以尽可能低的成本， 充分回收利用其中的有价元 素（ 如铁、锌、碳） ， 并使残余物不污染环境。 １．１ 物理法
混合
环形炉工艺又称 Ｉｎｍｅｔｃｏ 法， 是将高锌含铁尘
泥、碳粉和粘结剂混合造球。生球装到烘干设备中，
造块
装料
布袋
或者直接装入环形炉。在环形炉中， 生球置于中间， 料层厚为 １～３ 个球团的高度（ １５～４０ ｍｍ） 。该工艺靠 直接点火的烧嘴提供热能。当环形炉转动时， 生球
卸料螺旋器 ＤＲＩ 冷却器
摘要： 通过对当前钢铁厂高锌含铁尘泥处理工艺及其特点的比较， 分析了各工艺的优缺点， 在此基础上提出了一种新的处理思
路： 微波加热还原高锌含铁尘泥。
关键词： 高锌含铁尘泥； 湿法； 火法； 微波加热
中图分类号： ＴＦ７６９．９
文献标识码： Ａ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｒｅｎｄ ｏｆ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｉｇｈ－ Ｚｉｎｃ ａｎｄ Ｆｅｒｒｉｃ Ｄｕｓｔ ｉｎ Ｓｔｅｅｌ ａｎｄ Ｉｒｏｎ Ｐｌａｎｔｓ
工艺特点： 不需造球， 还原出的产品 ３０％（ 粒度大于 ７ ｍｍ） 可直接作为高炉原料使用， 剩下约 ７０％的粉末 须重新烧结。还原炉内原料填充率仅为 ２％， 金属化 氧化物和还原剂料仓
率为 ７５％， 因此产品质量差， 生产效率较低。另外，
助燃空气 热交换
该工艺设备庞大、投资大、成本较高。
（ ２） 环行炉工艺
１．３ 火法
我国钢铁厂产出的高锌含铁尘泥绝大部分属于低锌尘泥（ 锌含量一般在 ８％左右） 。因此重点分析处理低
锌尘泥的火法工艺。该工艺原理是利用锌的沸点较底， 在高温还原条件下， 锌的氧化物被还原， 并气化挥发变
成金属蒸汽， 随着烟气一起排出， 使得锌与固相分离， 在气化相中， 锌蒸汽又很容易被氧化而形成锌的氧化物
炉床 环行炉
被加热到 １１００ ℃左右时氧化锌被还原成金属锌， 还 原出的锌被蒸发并随烟气一起排出环形炉。排出的
ＤＲＩ 储料仓
烟气经过冷却系统时， 锌被氧化成细小的固体颗粒 而沉积在除尘器内［７， ８］。其工艺流程如图 ２ 所示。
图 ２ 环行炉工艺流程图
Ｉｎｍｅｔｃｏ 工艺要求球团中锌铅尽可能完全挥发， 使球团的金属化率尽可能高。此外， 抗压强度也应尽量提
微波能在冶金中的应用研究起始于 ２０ 世纪 ８０ 年代， 由于其独特的加热特性， 使其在冶金中的诸多方面
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２００６ 年
倍受青睐。微波加热与传统加热不同， 它不需要由表及里的热传导， 而是通过微波在物料内部的能量耗散来 直接加热物料， 根据物料性质（ 电导率、磁导率、介电常数） 的不同， 微波可以及时而有效地在整个物料内部产 生 热 量 。 微 波 加 热 在 冶 金 中 的 应 用 具 有 以 下 用 传 统 加 热 方 式 无 法 比 拟 的 优 点［１３］：
旋风分离
挥发物冷却器
ＣＦＢ 反应器
过滤器 气路 循环
空气预热
含锌粉尘
脱锌粉尘
煤气预热 焦炉气
图 ３ 循环流化床法处理含锌粉尘流程图
（ ４） 冷固结球团法 冷固结球团法是将含锌较低的粉尘， 加入还原剂、粘结剂制成球团或压成块状， 重新返回高炉、电炉或转 炉 冶 炼［１０］。 该工艺成本较低， 可方便回收尘泥中的铁元素， 对于锌含量超标的尘泥不能用此工艺造球（ 或块） 返回高 炉冶炼。将球团（ 或块） 用于转炉或电炉时， 锌的一次富集炉尘中锌含量较低， 利用价值不高， 若要达到锌精矿 的水平， 需循环富集几十次， 能耗较大。另外， 尘泥成份的不稳定性给转炉和电炉的工艺控制带来麻烦。
１．２ 湿法
湿法工艺一般用于中锌和高锌尘泥的处理。氧化锌是一种两性氧化物， 不溶于水或乙醇， 但可溶于酸、氢
氧化钠或氯化铵等溶液中。湿法回收技术就是利用氧化锌的这种性质， 采用不同的浸取液， 将锌从混合物中
分离出来。一般有酸浸、碱浸以及氨与 ＣＯ 联合浸出等方法。强酸浸出（ 硫酸浸出、盐酸浸出） 在常温常压下锌