适用于转底炉处置含铁、锌粉尘的消解工艺*

赵丹丹， 吴传文

(上海梅山工业民用工程设计研究院有限公司， 江苏 南京 210039)

1 概 述

钢铁企业生产过程中会产生大量有利用价值的各种含铁、锌的粉尘、污泥，主要是烧结除尘灰、高炉除尘灰、电弧炉粉尘、转炉除尘灰等，同时含有部分锌、铅、钾、钠等有害元素。采用目前常规的利用方式已经影响了设备使用寿命、工艺生产顺行，致使相当一部分粉尘只能采取弃置、填埋等处置。循环、高效的固废处理是当前国家重点鼓励发展的产业；转底炉直接还原技术，将含铁、锌尘泥进行资源循环处置，被广大的钢铁企业关注并实施。由于钢铁企业生产原料的不同、生产工艺的差异，含铁、锌尘泥的物理特性、化学成分具有差异性；针对不同的物料组合，选择适宜的预处理措施，是保证生产线正常运行的先决条件。

含铁、锌尘泥是钢铁工业种类最多、成分最杂的废弃物，是钢铁企业在原料准备、烧结、球团、炼铁、炼钢和轧钢等工艺过程中所排烟尘进行干法除尘、湿法除尘和废水处理后的固态废物。例如：高炉除尘灰是高炉炼铁过程中矿槽、筛分、出铁场等除尘工艺收集到的粉尘；烧结除尘灰是烧结原料在转运、配料、烧结过程中，除尘器收集下来的粉尘；转炉LT灰是转炉煤气干法净化回收的粉尘。这些除尘灰的总铁含量(TFe)一般在20%-70%，还含有Zn,Ca,Mg及C,P,S等元素。

转底炉直接还原工艺是将含铁、锌尘泥配碳和粘结剂后混合造球，生球经烘干后置于转底炉内，当转底炉转动时生球被加热，至1100 ℃左右时ZnO被还原，还原出的Zn被蒸发并随烟气一起排出，经冷却系统时被氧化成ZnO后沉积在除尘器收集后销售，生产的直接还原铁(DRI)和余热回收的蒸汽可循环利用。通过含铁、锌粉尘化学成分的测定和润湿试验，为消解工艺路线的选择提供强有力的支撑。

以某钢厂提供的除尘灰样本为例进行试验，化学成分如表1所示。

表1 含锌尘泥的化学成分分析 / %

由表可见，三种含锌粉尘铁品位相差较大，转炉LT灰含铁量最高，高炉布袋灰含Zn及含C量最高。三种粉尘中Fe，Zn，Ca，Mg及C等元素均具有回收利用价值。三种含锌粉尘中CaO含量均较高，尤其转炉除尘灰中氧化钙含量高达23.84%。由于CaO吸水后体积膨胀150%-250%，在成球加水后，会导致球团内部爆裂，降低成球率，是生产流程上的关键一环，为此需进行润湿试验探明润湿机理。

2 润湿试验

将三种含铁、锌粉尘进行润湿试验，即将三种粉尘及配碳和粘结剂后的混合料，分别润湿0，5，10，20，30 min，然后在150℃左右铺一薄层快速干燥。通过润湿试验，对三种含锌粉尘和外配含碳粉(CDQ粉)进行XRD分析，探明原料的物相组成，Zn和Ca元素的赋存状态，然后考察三种含锌粉尘及混合料润湿过程游离CaO含量及化合水含量的增量随润湿时间的变化关系。CaO含量最高的转炉除尘灰物相分析图如图1所示。

图1 LGC粉尘X射线衍射分析图谱

由图可以看出，该原料中的Ca主要以CaO和Ca(OH)2形式存在，Zn元素主要赋存于ZnS和ZnO中，Fe主要赋存于Fe3O4中；原料中还含有一定量的MgO，NaCl，NaSO4及少量C。

3 CaO消化特性

3.1润湿过程CaO消化特性

考察三种含铁、锌粉尘及混合料在润湿水分10%时，物料中游离CaO的含量随时间的变化，得到的结果如表2和图2所示。由此可见，随着润湿时间增加，转炉LT灰中游离CaO含量由2.22%减少至2.09%，高炉布袋灰中的游离CaO基本不变，由之前的化学成分分析和XRD分析可以看出，这两种原料中的CaO含量较少；转炉除尘灰中游离CaO含量较多，化学成分分析表明该原料中CaO总含量高达23.84%，而未润湿游离CaO含量为19.66%，随着润湿时间增加至30 min，转炉除尘灰中游离CaO含量降低至19.27%；混合料中游离CaO含量由1.77%减少至1.36%。

表2 游离氧化钙含量/%

图2 游离CaO含量与润湿时间的关系

3.2 润湿过程原料温度变化

通过对润湿过程物料温度的考察，润湿水分在16%时，原料的温度随时间的变化过程，得到的结果如表3和图3所示。

表3 润湿过程原料温度变化/℃

图3 润湿过程原料温度变化

由图3可以看出，润湿过程三种粉尘都发生了消解，尤其是炼钢LGC粉尘，随着时间延长，其温度能达到98 ℃；混合料在润湿时间达到5 min后，物料温度能达到50 ℃左右。润湿时间超过30 min时，物料温度才开始下降，说明润湿10 min后成球的过程中，物料的温度仍较高，造球过程中球团的水分也在不断减少。

4 工艺设施

根据物料成分进行配比计算，为满足转底炉直接还原工艺的要求，针对CaO含量高的粉尘设置工艺设施进行集中消解。如某钢铁企业设置消解场所——消解库专门用于含铁、锌粉尘的消解，其作为炼钢LT灰和炼钢除尘灰的消解设施，可满足炼钢LT灰在线、离线消解及炼钢除尘灰离线消解工艺，兼顾原料堆存场所，目前使用良好。

在线消解，即在除尘灰收集仓下设置加湿卸灰机进行加水，经胶带输送机将加过水的粉尘送入消解库中在线消解斗内，在线消解斗的大小根据物料量和消解时间确定，消解后的物料经胶带输送机运送至配料环节。

离线消解，将除尘灰堆存在消解库的消解区域进行消解。消解库堆存区域根据粉尘情况设置挡墙，堆存面积需保证粉尘情况。除尘灰和其他散料可通过密闭罐车或自卸汽车运输到消解库进行卸车作业，正常生产时作为除尘灰落地消解场地，也可将除尘灰通过气力吸排罐车打灰到接收仓，通过接收仓下口的加湿卸灰机加湿后落地消解，然后通过库内设置的抓斗起重机将消解好的物料抓入消解上料斗进入配料系统。在转底炉检修时，消解库也可以作为落地除尘灰或其他散装料的堆存上料设施。

消解工艺设施根据场地、生产规模、作业率等因素综合考虑，由于消解是一个放热过程，从环境保护的角度出发，充分利用喷雾抑尘等技术措施。

5 结束语

对含游离钙高的粉尘设置消解设施，降低其游离钙的含量，是保证成球率的重要技术手段。根据不同原料进行合理的预处理工艺，是保证转底炉处理含铁、锌粉尘资源利用项目高效、稳定生产的先决条件。