摘要：近些年来，随着中国钢铁工业的飞速发展，产生的废钢量越来越大，由于废钢中的锌含量较高，钢铁企业在使用废钢的过程中产生的含锌粉尘量也与日俱增。近年来，迫于铁矿资源紧张、污染物排放治理压力，钢铁企业大都采用返回烧结的方法来利用这些粉尘，但由于粉尘中锌、铅、钾、钠等有害元素含量较高，并影响高炉内焦炭的质量，从而影响高炉顺行。因此，部分难以被利用的粉尘不得不暂时堆积存放，不但会对环境造成严重污染，还会造成大量宝贵资源的浪费。由此，实现钢铁厂含锌粉尘的高效利用，不仅有利于减少钢铁企业污染物排放，而且可以充分利用其中的有价资源，对于实现中国钢铁工业的可持续发展具有十分重要的意义。目前，国内钢铁企业对于含锌粉尘的典型处理工艺有转底炉工艺、回转窑工艺及OxyCup竖炉工艺等。对国内目前含锌粉尘典型处理工艺进行比较分析可以为含锌粉尘的进一步高效处理提供指导作用。
关键词：钢铁冶金粉尘；特点；处置技术分析
引言
为研究冶金粉尘的组成特点和处置技术，文章分析了不同粉尘中的Fe、Ca和C等有价成分的组成特点和资源化利用技术。结果表明，含有重金属和碱金属的冶金粉尘在烧结利用的同时会对烧结烟气污染物控制带来负面影响，如何将这些杂质组分从含杂质冶金粉尘中有效分离至关重要。对于水溶碱金属含量较高的冶金粉尘，可以采用水洗分离和析出氯化钾技术，对于锌等重金属含量较高的冶金粉尘，可以采用火法除杂分离制备金属化球团方式。
1冶金粉尘的产生和组成特性
钢铁生产流程包括烧结、炼铁、炼钢等生产工序，据统计，我国大型钢企粉尘产出比例按工序分别为烧结工序粉尘占烧结矿的2%～4%，炼铁工序粉尘约占铁水的3%～4%，炼钢工序粉尘约占钢产量的3%～4%。冶金粉尘化学组成因原料状况、工艺流程、设备配置差异等有所不同。不同工序冶金粉尘中均含有烧结配料所需的Fe、CaO和C等主要组成，但不同粉尘中的杂质如重（碱）金属组成含量相差较大，如烧结机头除尘灰中的碱金属K、Na含量较高，炼铁工序除尘灰和电炉炼钢工序除尘灰中重金属Zn含量较高，这些杂质的产生既和入炉物料原始化学组成有关，也与冶炼工艺参数紧密相关。从冶金粉尘的资源化应用途径来看，可分为钢铁工序内部利用、简单加工回用和除杂加工利用等方式。其中又以烧结利用占有较大比例，直接烧结利用在一定程度上实现了粉尘有价组成的资源回收，但由于缺乏各类物料除杂过程，导致其在直接利用过程中影响钢铁的正常生产，如粉尘中的锌元素将随烧结矿进入高炉，在高炉内挥发和循环富集，致使高炉结瘤，影响高炉正常生产；粉尘中的钾元素在烧结高温过程中挥发再凝结将影响烧结电除尘效果，导致烧结电除尘不能达标，进而降低除尘效率，产生环保问题，或是在循环过程中进入高炉，引起高炉结瘤，恶化料柱透气性，破坏焦炭强度，影响铁水产量和高炉效率等。因此，冶金粉尘的资源化应基于粉尘的物理化学性质出发，另外，随着我国对烧结烟气污染物排放的控制标准越来越严格，粉尘在烧结中利用也要考虑到对烟气污染物控制是否会带来负面影响，以此作为依据来分析其是否适用于烧结处理，进而选择合适的资源化处理方式，将有助于促进粉尘资源综合利用和环境保护双重目的的实现。
2回转窑工艺处理含锌粉尘
2.1回转窑工艺流程
回转窑工艺是用固体燃料作还原剂，以回转窑为反应器。20世纪20年代德国克虏伯公司为处理锌精炼渣而开发了回转窑工艺回转窑处理含锌粉尘工艺流程是将含锌粉尘和还原剂（煤、焦粉或含碳粉尘）辅以石灰等，经配料、混合造球（也可不造球）送入回转窑，经1100~1300℃高温处理，物料中的金属氧化物与碳质还原剂发生反应，还原的锌挥发进入烟气并二次氧化，烟气经冷却（或余热锅炉换热）后集尘，其中氧化锌含量约55%~60%，可作为锌冶炼厂的粗氧化锌原料；还原后的窑渣经破碎、磁选等过程后，金属化铁料可作为炼铁高炉或烧结原料，残留的炭粒也可被回收。
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2.2回转窑工艺应用概况
目前，国内红河锌联科技有限公司的回转窑技术较为成熟，此外，包钢、宣钢、昆钢及台湾钢联TSU等多家企业也都设有回转窑生产工艺线。回转窑工艺脱锌率较高，普遍能达到90%以上，除尘灰利用自带碳，不用加燃料直接入窑，运行成本低，且具有工艺成熟、投资低、运行简单等显著优点。但是，回转窑工艺处置低锌物料不太适宜，铁料金属化率也低，生产过程中常发生结圈现象。宝钢曾进行回转窑处理高铁含锌尘泥工业试验，发现窑内结圈相当严重，需要进一步改进。宝钢湛江钢铁通过不断技术攻关，已使回转窑的结圈周期由初期的10~12天，大幅度延长至1.5个月，但与2个月的预期定修周期仍有不少差距，考虑通过改善预热球团质量、减少窑内粉末以及降低窑内局部高温环境来控制回转窑结圈。
3冶金粉尘处置技术分析
基于前述分析，从控制烟气污染物排放的角度而言，对含有大量重（碱）金属或粒度较细的冶金粉尘，不适合大比例直接配加到烧结中利用，如需烧结利用也需要进行处置后方可进行，这其中就包括烧结机头除尘灰、含锌粉尘等含有重（碱）金属且粒度较细的冶金粉尘，一般来说采用湿法或火法工艺技术可以实现重（碱）金属杂质的去除。
3.1含碱金属粉尘除杂技术
烧结机头电除尘灰中含有较多的可溶碱金属氯化物，除可溶性氯化钾和氯化钠外，除尘灰中含有的其它相均难溶于水，因此可采用水溶分离、结晶提纯技术，将可溶氯化物在水中分离，然后可以将分离后的不同物质再分别进行利用。
3.2含Zn粉尘除杂技术
炼铁、炼钢工序产生的粉尘含有Zn、Pb等重金属，尤以重金属Zn的含量较高，这些含重金属杂质粉尘如直接在烧结、高炉等工序中利用会对生产造成负面影响，含重金属粉尘的除杂可以分为物理分离、湿法和火法工艺技术。以含Zn粉尘为例，物理分离方式效率较低，因此一般作为湿法技术或火法技术的预处理工艺；湿法工艺是利用氧化锌不溶于水或乙醇可溶于酸、氢氧化钠或氯化铵的特性，通过酸浸、碱浸以及氨联合浸出将锌从混合物中分离出来，由于需要大量水和药剂，容易产生难处理泥浆，对设备磨损和腐蚀。火法工艺是在高温还原条件下实现含铁氧化物的金属化还原，同时使含有的Zn、Pb等杂质元素挥发，随烟气排出并进行收集。相对而言，火法成本略高，但资源化和除杂综合效果最好。
结语
（1）钢铁冶金含铁粉尘高达数千万吨，是我国固废资源利用的重要组成部分，不同工序的冶金粉尘组成差异较大，目前烧结回用处置仍是冶金粉尘利用的重要途径。（2）烧结烟气污染物控制已经成为冶金环境保护的重要内容，因此进行冶金粉尘资源循环利用的同时也要关注其对烟气的影响，含有重（碱）金属且粒度较细的配料对烟气细颗粒物和二噁英类物质的生成有促进作用。（3）基于资源循环利用和环境保护的双重考虑，对粒度较细的含碱金属或含锌粉尘，应进行除杂加工后再利用，如采用湿法工艺脱除烧结机头除尘灰碱金属，采用火法工艺如转底炉工艺脱除炼铁、炼钢等工序粉尘中的重金属。
参考文献：
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论文作者:王惠阳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：粉尘论文; 高炉论文; 工艺论文; 工序论文; 烟气论文; 碱金属论文; 火法论文; 《基层建设》2019年第19期论文;