鋼鐵冶金含鐵塵泥高效循環(huán)利用技術(shù)思路與工藝集成
發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)得到世界的普遍認(rèn)同，成為人類文明進(jìn)步的時(shí)代要求。我國(guó)鋼鐵工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展將受到資源、能源和環(huán)境三大因素的嚴(yán)重制約，只有走發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)之路，才能真正解決制約鋼鐵發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。
高效回收利用鋼鐵冶金塵泥中的有效元素，實(shí)現(xiàn)所有含鐵塵泥資源的循環(huán)利用，無(wú)疑是發(fā)展鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要內(nèi)容。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的含鐵粉塵和污泥約占鋼產(chǎn)量的10%，其中燒結(jié)工序粉塵產(chǎn)量占燒結(jié)礦產(chǎn)量的2% ～4%，煉鐵工序粉塵（泥）產(chǎn)量約占鐵水產(chǎn)量的3%～4%，煉鋼工序塵泥產(chǎn)量約占鋼產(chǎn)量的3%～4%，軋鋼工序固廢產(chǎn)量約占軋材產(chǎn)量的 0.8%～1.5%。燒結(jié)區(qū)、煉鐵區(qū)、煉鋼區(qū)以及軋鋼區(qū)的含鐵塵泥平均鐵品位分別約為55%、43%、48%和70%，此外，還含有部分氧化鈣和碳等有用物質(zhì)，具有十分可觀的回收利用價(jià)值。
鋼鐵冶金含鐵塵泥處理技術(shù)在國(guó)內(nèi)起步相對(duì)較晚，目前大多數(shù)鋼鐵企業(yè)采用直接配入燒結(jié)系統(tǒng)回用的方式處理鋼鐵塵泥。直接回用燒結(jié)的方式在一定程度上實(shí)現(xiàn)了塵泥資源的回收利用，但是由于缺乏各類物料均質(zhì)化、整粒與除雜（去除危害鋼鐵冶煉生產(chǎn)的雜質(zhì)元素，如鋅、鉛、鉀、鈉等）過(guò)程，使得在回用這些塵泥過(guò)程中存在影響正常生產(chǎn)的問(wèn)題，同時(shí)也帶來(lái)了新的環(huán)保問(wèn)題。這些問(wèn)題集中表現(xiàn)為影響燒結(jié)透氣性，燒結(jié)生產(chǎn)波動(dòng)較大，進(jìn)而影響燒結(jié)礦產(chǎn)品質(zhì)量與正常生產(chǎn)；由于缺乏除雜系統(tǒng)，這些塵泥中含有鉀、鈉、鋅等有害元素，直接影響燒結(jié)電除塵效果，導(dǎo)致燒結(jié)電除塵不能達(dá)標(biāo)，影響環(huán)境保護(hù)。有害元素鋅隨燒結(jié)礦進(jìn)入高爐，并在高爐內(nèi)循環(huán)富集，致使高爐結(jié)瘤，影響高爐正常生產(chǎn)。因此，直接回用燒結(jié)的方式不能徹底解決鋼鐵塵泥高效資源化回收利用問(wèn)題，需要開(kāi)發(fā)均質(zhì)化、整粒和除雜工藝來(lái)避免對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)和燒結(jié)礦質(zhì)量的負(fù)面影響。
國(guó)外鋼鐵冶金塵泥處理技術(shù)相對(duì)較為先進(jìn)，典型的塵泥處理技術(shù)有：塵泥冷固結(jié)造塊回用高爐煉鐵技術(shù)，轉(zhuǎn)底爐處理高鋅塵泥技術(shù)，熔融還原法處理塵泥技術(shù)。其中塵泥冷固結(jié)造塊回用高爐煉鐵技術(shù)能夠縮短塵泥回用鋼鐵冶煉系統(tǒng)的流程，具有一定的優(yōu)越性。但是，該方法需要添加大量水泥等粘結(jié)劑，需要占用大量場(chǎng)地來(lái)養(yǎng)護(hù)冷固結(jié)產(chǎn)品，這些粘結(jié)劑最終又回到高爐冶煉，消耗大量的能源，并轉(zhuǎn)化為高爐渣，因此，成本較高，影響高爐生產(chǎn)效率。轉(zhuǎn)底爐和熔融還原技術(shù)具有較為徹底的除雜和回收金屬鐵資源功能，但投資相對(duì)較高，生產(chǎn)成本居高不下，難以在短時(shí)間內(nèi)推廣應(yīng)用。
目前我國(guó)的鋼渣和含鐵塵泥處理技術(shù)相對(duì)較弱，尚不能支撐鋼鐵固廢資源高效循環(huán)利用。國(guó)外技術(shù)相對(duì)較貴，在投資和運(yùn)行成本方面國(guó)內(nèi)均難以承受。因此，急需要開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的鋼鐵固廢處理技術(shù)，以盡快滿足發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的需要。本文提出一種以建設(shè)鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園的形式集中加工處理鋼鐵冶金所有含鐵塵泥。按照“資源高效循環(huán)利用、不影響鋼鐵主流生產(chǎn)、綠色環(huán)保”的原則，將危害鋼鐵生產(chǎn)的元素（鋅、堿金屬等）分離出來(lái)，用作其他工業(yè)生產(chǎn)的原料；將可用于鋼鐵生產(chǎn)的元素（鐵、碳、鈣等）盡可能回收循環(huán)利用，真正實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”和資源高效利用。以期為我國(guó)鋼鐵工業(yè)含鐵塵泥資源化利用樹(shù)立示范，走出一條符合我國(guó)國(guó)情的鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)道路，推進(jìn)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
一、總體技術(shù)思路
建設(shè)鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園，將鋼鐵生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體廢棄物（塵泥）作為原料，在工業(yè)園內(nèi)集中加工處理。一方面，將可以回用于鋼鐵生產(chǎn)的物質(zhì)加工成滿足鋼鐵生產(chǎn)原料質(zhì)量要求的產(chǎn)品，該產(chǎn)品用作鋼鐵生產(chǎn)的工序原料，實(shí)現(xiàn)有用物質(zhì)在鋼鐵工業(yè)內(nèi)部循環(huán)利用；另一方面，將危害鋼鐵生產(chǎn)的物質(zhì)分離出來(lái)，用作其他相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的原料，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)在鋼鐵工業(yè)與其他相關(guān)工業(yè)之間的循環(huán)利用，最終達(dá)到物質(zhì)利用率100%，真正體現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。
二、工藝方案
2.1 整體工藝描述
以建設(shè)首鋼遷鋼循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園為例，工業(yè)園內(nèi)規(guī)劃設(shè)計(jì)了鋼渣加工處理廠、高爐水渣加工處理廠和含鐵塵泥加工處理廠。其中，含鐵塵泥加工處理廠規(guī)劃設(shè)計(jì)了三條工藝路線，即：“多種塵泥均質(zhì)化造粒回用燒結(jié)工藝”、“OG泥與氧化鐵皮造塊回用轉(zhuǎn)爐造渣工藝”和“高含鋅與高含鉀鈉的塵泥脫鋅、脫鉀鈉工藝”。
多種塵泥均質(zhì)化造粒回用燒結(jié)工藝：主要以來(lái)自鋼鐵廠的各類塵泥和脫鋅、脫鉀鈉后的可回收物質(zhì)為原料，按照一定比例分類配合，定量配合后的物料經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢、均勻混合后進(jìn)行造粒，造粒后的物料進(jìn)入燒結(jié)配料系統(tǒng)，回用燒結(jié)，實(shí)現(xiàn)固廢資源回收循環(huán)利用。
OG泥與氧化鐵皮造塊回用轉(zhuǎn)爐造渣工藝：主要以O(shè)G泥和氧化鐵皮為原料，通過(guò)干燥脫水處理后，按一定比例配加粘結(jié)劑進(jìn)行混碾和成型。成型后的冷固結(jié)塊進(jìn)入轉(zhuǎn)爐煉鋼工序，用作轉(zhuǎn)爐造渣劑，實(shí)現(xiàn)固廢資源短流程高效循環(huán)利用。
高含鋅與高含鉀納的塵泥脫鋅、脫鉀鈉工藝：主要以高鋅、高鉀鈉塵泥為原料，通過(guò)脫鋅裝置分離出低含鋅物料和高含鋅物料。低鋅物料作為造；赜脽Y(jié)工藝生產(chǎn)線的原料，最終回用燒結(jié)；高鋅物質(zhì)作為富鋅資源，用作鋅冶煉工藝的原料。通過(guò)脫鉀鈉裝置分離出低含鉀鈉物料和高含鉀鈉物料，低含鉀鈉物料作為造粒回用燒結(jié)工藝生產(chǎn)線的原料，最終回用燒結(jié)；高含鉀鈉物料用作相關(guān)工業(yè)的生產(chǎn)原料。
2.2 多種塵泥均質(zhì)化造；赜脽Y(jié)工藝
工藝描述：將來(lái)自鋼鐵生產(chǎn)各工序的含鐵塵泥（包括除雜后可回收塵泥）按照組成特性進(jìn)行分類，分類后的塵泥進(jìn)行單獨(dú)定量配料，配料后物料進(jìn)行均質(zhì)化處理，均質(zhì)化處理后的物料進(jìn)行造粒，最終得到均質(zhì)化并整粒后的燒結(jié)顆粒料產(chǎn)品，運(yùn)往燒結(jié)廠循環(huán)利用。物料均質(zhì)化的過(guò)程主要是調(diào)水分和均勻混合過(guò)程，其目的在于盡可能減少回用塵泥給燒結(jié)產(chǎn)品質(zhì)量造成波動(dòng)，保證燒結(jié)生產(chǎn)穩(wěn)定順行。整粒的過(guò)程就是將均質(zhì)化后的物料加工成燒結(jié)原料要求的顆粒尺度和顆粒強(qiáng)度，其目的在于一方面減少燒結(jié)過(guò)程中粉塵的產(chǎn)生，進(jìn)而減少除塵器壓力和減少環(huán)境污染，另一方面改善燒結(jié)透氣性，降低燒結(jié)能耗，提高燒結(jié)系數(shù)。該工藝的技術(shù)關(guān)鍵在于：物料分類、物料定量配合、物料均質(zhì)化與整粒。該工藝的主要設(shè)備系統(tǒng)包括：粉體物料與泥狀物料的上料系統(tǒng)、不同性狀物料的定量與輸送系統(tǒng)、各種物料的均質(zhì)化系統(tǒng)、均質(zhì)化物料的整粒系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
2.3 OG泥與氧化鐵皮造塊回用轉(zhuǎn)爐造渣工藝
工藝描述：將來(lái)自鋼鐵生產(chǎn)煉鋼工序產(chǎn)生的OG泥和軋鋼工序產(chǎn)生的氧化鐵皮分別進(jìn)行定量配料，配料后物料進(jìn)入干燥脫水裝置進(jìn)行干燥脫水處理，回收的冷凝水用于脫鉀鈉鹽和脫鋅系統(tǒng)，余熱用作蒸發(fā)提鉀鈉鹽的熱源；產(chǎn)生干燥后的物料進(jìn)行冷卻調(diào)溫，調(diào)溫后物料與粘結(jié)劑按配比要求進(jìn)行混碾，混碾后物料進(jìn)入高壓成型機(jī)進(jìn)行成型加工，制得高強(qiáng)度型塊產(chǎn)品用作煉鋼造渣劑循環(huán)回用于轉(zhuǎn)爐煉鋼，實(shí)現(xiàn)塵泥短流程高效循環(huán)利用。其特點(diǎn)在于塵泥中的有用元素不需要經(jīng)過(guò)燒結(jié)、煉鐵等工序，直接進(jìn)入煉鋼工序，實(shí)現(xiàn)了有用物質(zhì)的短流程高效循環(huán)利用。該工藝的技術(shù)關(guān)鍵在于：型塊的水分控制、型塊的強(qiáng)度控制、型塊的鐵品位控制。該工藝的主要設(shè)備系統(tǒng)包括：物料的定量給料與輸送系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、混碾與成型系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)。
2.4 高含鋅與高含鉀納的塵泥脫鋅、脫鉀鈉工藝
工藝描述：采用水解方式將來(lái)自燒結(jié)電除塵二、三電場(chǎng)的高含鉀鈉灰進(jìn)行水洗，灰中的鉀鹽和鈉鹽溶于水中，與其他不溶于水的固體物質(zhì)分離開(kāi)，溶于水中的鉀鈉鹽利用造塊生產(chǎn)線中產(chǎn)生的廢熱蒸發(fā)提鹽，蒸發(fā)后的水分回收利用，提取的鉀鈉鹽用作相關(guān)工業(yè)的原料。水洗后過(guò)慮所得的固體物質(zhì)用作燒結(jié)顆粒料生產(chǎn)線的原料，回用于燒結(jié)工序。將主要來(lái)自高爐煤氣二次除塵所得的高含鋅塵泥采用水力旋流方式進(jìn)行分離，富含鋅的細(xì)顆粒物質(zhì)從旋流器頂部逸出，而含鋅較低的粗顆粒物質(zhì)則從旋流器的底部流出，達(dá)到分離鋅的目的。然后分別過(guò)慮得到高鋅泥和低鋅泥兩類物質(zhì)，高鋅泥用作深度提鋅原料，而低鋅泥則回用于燒結(jié)顆粒料生產(chǎn)工序，最終回用燒結(jié)。燒結(jié)具有脫除鉀和鈉元素的功能，脫除的這些鉀鈉主要以氯化鉀和氯化鈉形式富集在燒結(jié)電除塵器的二、三電場(chǎng)內(nèi)。堿金屬鹽類物質(zhì)極易溶于水，因此可以采用水解方式脫除。高爐由于屬于還原氣氛，具有較強(qiáng)脫鋅的能力，脫除的鋅主要以蒸汽的形式吸附在細(xì)顆粒表面，并隨高爐煤氣除塵，而富集在二次除塵灰（泥）中。由于水力旋流能夠?qū)⒛酀{中的物質(zhì)按照顆粒尺度進(jìn)行分離，富集鋅的細(xì)顆粒與含鋅量小的粗顆粒就自動(dòng)分離開(kāi)，達(dá)到脫鋅的目的。該工藝的技術(shù)關(guān)鍵在于：泥漿濃度的控制、旋流器操作參數(shù)的選取、鋼鐵生產(chǎn)系統(tǒng)中鉀鈉鹽含量和鋅含量的平衡控制。該工藝的主要設(shè)備系統(tǒng)包括：物料定量與輸送系統(tǒng)、水解脫鹽與水力旋流分離系統(tǒng)、泥漿過(guò)慮系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
三、環(huán)境保護(hù)技術(shù)措施
本集成工藝將鋼鐵生產(chǎn)廠的所有含鐵塵泥集中分類處理，工藝設(shè)計(jì)遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)和清潔、環(huán)保理念，實(shí)現(xiàn)資源高效循環(huán)利用，減少了新水資源消耗和能源消耗。從環(huán)境保護(hù)角度而言，工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮了以下防治措施：
（1）廠外物料運(yùn)輸污染防止措施：粉塵運(yùn)輸采用密閉罐裝車輛輸送，裝卸灰采用密閉氣力輸送，有效防止粉塵污染問(wèn)題。廠外污泥運(yùn)輸采用汽車密閉輸送，入廠出廠均設(shè)置洗車裝置，有效防止污泥的灑落和運(yùn)輸可能造成路面污染。
（2）廠內(nèi)污泥原料堆存、倒運(yùn)、給料等污染防止措施：污泥原料采用地倉(cāng)儲(chǔ)存，倒運(yùn)和上料均采用電動(dòng)抓斗，有效避免常規(guī)鏟車作業(yè)造成廠內(nèi)環(huán)境污染問(wèn)題，也有效防止污泥在廠內(nèi)灑落污染等問(wèn)題。
（3）物料干燥過(guò)程中的環(huán)境污染控制措施：污泥干燥采用轉(zhuǎn)爐煤氣間接干燥方式，有效避免燃燒廢氣中的氮氧化物、二氧化硫和粉塵污染。由于采用間接加熱干燥，熱煙氣與污泥不直接接觸，大大減少粉塵產(chǎn)生量，這些粉塵采用冷水噴淋方式進(jìn)行除塵，有效防止粉塵污染。噴淋后產(chǎn)生的含有粉塵的污水進(jìn)入水力旋流脫鋅、脫鉀鈉系統(tǒng)循環(huán)使用，沒(méi)有污水外排，有效防止水污染問(wèn)題。
（4）泥狀原料設(shè)計(jì)在廠房?jī)?nèi)泥池，粉狀原料設(shè)計(jì)在密閉罐倉(cāng)內(nèi)，采用密閉輸送和密閉加工處理，加工后的產(chǎn)品采用不落地設(shè)計(jì)，及時(shí)采用汽車和皮帶運(yùn)至用戶。
（5）水力旋流脫鋅提鹽工藝中，95%以上的水內(nèi)部循環(huán)利用，約有5%的高鹽水蒸發(fā)提鹽。因此，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了污水“零排放”。
（6）塵泥中有用元素（鐵、碳、鈣等）全部回收，并在鋼鐵冶金中循環(huán)利用，有害元素（鉀、鈉、鋅等）用作相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)原料，實(shí)現(xiàn)固廢“零”排放。
四、結(jié)束語(yǔ)
發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是我國(guó)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，回收鋼鐵冶金塵泥中有用元素并在鋼鐵生產(chǎn)流程中循環(huán)利用，分離出不能在鋼鐵生產(chǎn)循環(huán)利用的有害元素用作相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的原料，是發(fā)展鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要內(nèi)容和具體體現(xiàn)。本文提出在鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園內(nèi)集中加工處理含鐵塵泥技術(shù)思路，并以建設(shè)首鋼遷安循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園為依托，提出具體工藝路線設(shè)計(jì)方案，方案中集成了多種先進(jìn)工藝技術(shù)和自主創(chuàng)新技術(shù)，以期為我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)樹(shù)立示范。
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