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探析钢铁企业尘泥资源再生利用

1含锌尘泥资源化利用方法

1.1转底

炉转底炉煤基直接还原是近几十年发展起来的炼铁及含锌尘泥处理新工艺,其核心设备转底炉源于轧钢用的环形加热炉。各种尘泥在一定比例内配碳后压块,均匀布入转底炉的炉底,炉底载着压块匀速转动。在炉内各区,安装在炉膛两侧的烧嘴燃烧煤气,另外补风喷嘴吹入空气使还原反应释出的CO燃烧,为料块升温和还原反应提供热量。压块在炉内的还原时间一般为10~20min。尘泥中的锌挥发后进入烟气收集系统,经布袋除尘器收集的粉尘含氧化锌的纯度接近50%,是很好的提锌原料。转底炉作为精矿粉生产直接还原铁设备及含锌尘泥脱锌设备,近几年在国内外钢厂得到广泛应用,新日铁、神户制钢、浦项、马钢、沙钢等相继有处理含锌含铁尘泥的转底炉项目投产,取得了环保和经济双赢,是钢铁厂处理含锌含铁尘泥、回收铁元素和金属锌的新途径。

1.2竖炉

德国蒂森钢铁集团采用竖炉工艺处理含锌含铁尘泥取得了良好的经济和环保效益;中国太钢集团也已投产了采用含锌尘泥为原料的竖炉生产铁水工艺。竖炉的冶炼过程类似于小型高炉,竖炉原料为含碳六角形尘泥压块、铸造焦、废钢。除尘污泥的含锌量为16%,必须将污泥回用竖炉,使锌富集到30%以上外销。国内淘汰的小高炉可以用来处理含锌含铁尘泥,但在环保、尘泥的运输成本和锌的有效回收利用等方面有所欠缺。由于竖炉本身的特点,竖炉原料需至少添加约20%的废钢,直接提升了竖炉的经济效益,这在一定程度上使竖炉充当了废钢的熔化炉,日本JFE在2008年建造的竖炉就专门作为废钢的熔化炉。

1.3转底炉和竖炉工艺的比较

两种工艺都有本身的优缺点。转底炉现阶段对于处理钢铁厂含铁尘泥能取得一定效果,但对处理高锌尘泥仍然存在产品残留锌含量,不能满足大高炉入炉要求的缺陷。竖炉产品铁水可直接进入炼钢系统使用,不必考虑产品含锌量的问题,但是存在含锌粉尘等在竖炉炉膛内挥发,对炉衬耐火材料进行附着,造成耐火材料使用寿命降低;竖炉生产的铁水含硫率超过炼钢厂的入炉标准;含锌尘泥的锌元素不能有效回收利用等问题。结合钢铁企业自身特点,从物流条件、经济效益、环境效益、技术成熟度、生产运行稳定程度等因素考虑,目前认为转底炉工艺方案作为主工艺将更适合处置钢铁企业现有含铁尘泥物料。

2宝钢尘泥资源化利用途径探讨

2.1宝钢尘泥的种类及特点

预计2015年宝钢股份本部未返回原料单元直接利用的含铁尘泥总量约为47.9万t/a,其中除尘灰量约22.7万t/a,污泥量约25.2万t/a(含水率25%)。原料主要品种有:高炉瓦斯泥、炼钢OG泥、炼钢LT除尘灰、炼钢除尘灰(含转炉二次灰、铁水预处理灰等)、电炉除尘灰、烧结机头除尘灰、高炉除尘灰、各类轧钢铁泥等。含铁尘泥含有的有用元素有Fe、C等元素,有害元素主要有S、P及少量Zn等。

2.2宝钢含锌尘泥处理现状

尘泥中的大部分锌元素仍在系统内部循环和富集,缺乏有效的脱锌手段;其余的尘泥委外加工或对外销售,造成物流成本高及过程污染,铁资源未得到100%利用,与国内外先进的固废资源利用水平存在差距。社会化利用所采取的措施———小高炉冶炼随国家产业政策要求将逐步关停,势必造成含锌尘泥无法社会化处置,因此宝钢自身设置含锌含铁尘泥处置设施,脱除限制返生产利用的有害元素后,使含锌尘泥得到100%返生产利用,是宝钢提高铁资源利用率、降低钢铁生产成本、减轻污染、实现可持续发展的必由之路。

2.3宝钢含锌尘泥的处理工艺探讨

宝钢高炉目前的锌负荷为117g/t,在不打破锌平衡的基础上,高炉目前还能接受的最大总锌量为370t。根据计算,按照转底炉脱锌率90%计算,剩余金属化球团产品中含锌总量为516.6t,超过炼铁厂要求的小于370t锌量的指标,将造成产品金属化球团无法全部返回高炉使用的情况。根据物料特点,结合宝钢情况,宝钢股份本部产生的含铁含锌尘泥50%直接回用烧结,其余50%(即表3中所列物料)选择转底炉工艺作为主工艺处置含铁较高含锌较低且挥发性较低的物料,而回转窑工艺作为辅助工艺处置含锌较高及挥发性较高物料的联合工艺。(1)中含锌量较高的物料,即编号1的炼钢除尘灰(总量为5万t/a、含锌量约2.23%)、编号4的电炉除尘灰(总量为4万t/a、含锌量约3.64%)不纳入主工艺即转底炉工艺中进行处置,而改由对处置含锌较高物料更为适合的回转窑工艺作为辅助工艺进行处置。通过计算,进入转底炉设备的含铁尘泥中含锌总量为2608t/a,按照转底炉脱锌率90%计算,剩余金属化球团产品中含锌总量为260.8t/a,符合炼铁厂要求的锌量不超过370t/a的要求,产品金属化球团(其中铁含量17.88万t/a)可以全部返高炉使用,同时回收的副产品氧化锌粉(ZnO含量约50%)0.58万t/a可直接外卖给从事锌加工的企业。(2)将总量为9万t/a的炼钢除尘灰、电炉除尘灰,以及没有纳入表3但含锌量较高的冷轧含锌污泥(产生量折算成干基约2.5万t/a)作为原料,建设一座年处理规模为11万t的回转窑工艺设备进行处置。由于三种物料含锌率均较高,用回转窑设备脱锌效果更好,经回转窑还原焙烧脱锌后,回收含锌粉尘(ZnO含量约50%)约1.23万t/a,可直接销售给从事锌加工的企业;回转窑窑渣可经过破碎、磁选后得到部分产品还原铁粉,剩余含铁较低的尾料可作为建筑材料骨料使用。

2.4三种处理工艺经济比较

笔者对宝钢股份本部未返回原料单元直接利用的含铁尘泥(约为47.9万t/a)进行了OxyCup竖炉工艺、转底炉工艺及转底炉+回转窑联合工艺三种处理工艺的投资对比分析。金属化球团作为高炉的炼铁原料会降低焦比,提高产量,每使用1t金属化球团约减少230kg的焦炭使用量。因此高炉能耗降低的间接经济效益也很可观。由表4可以看出,以转底炉工艺作为主工艺,回转窑工艺作为辅助工艺的联合工艺是处置宝钢现有含锌尘泥较为适合的方法。另外回转窑工艺还可以焚烧处理含铁含油污泥(产生量约为每吨钢1kg左右),最大化地做到宝钢含锌含铁尘泥中铁、锌资源的回收利用。

3结语

转底炉处理含锌尘泥,在实现回收减排的同时,可有效回收锌资源,具有很好的经济效益和环境效益。转底炉技术在资源化利用钢铁企业含锌尘泥及环境保护方面潜力巨大。将转底炉工艺作为主工艺,回转窑工艺作为辅助工艺的联合工艺是较为适合处置宝钢现有含锌尘泥的工艺。返烧结直接利用加上联合工艺处理,宝钢的尘泥可以做到100%有效利用。钢铁企业应结合自身特点选择合适的含锌尘泥的处理工艺,本文为钢铁企业选择适合自身条件的含锌尘泥资源化利用途径提供了思路。

作者:刘平 曹克 单位:上海宝钢节能技术有限公司

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