回转窑法处理含锌冶金尘泥洁净生产工艺研究

王德胜，黄彩云

（唐钢国际工程技术有限公司，河北唐山 063100）

0 引言

钢铁工业属于能源、资源密集型产业，钢铁长流程生产工艺从原料、烧结、炼铁、炼钢到轧钢，每个工序都要产生大量的冶金灰尘，每生产1t钢，约产生灰尘56kg，而这些灰尘中一般含有较高的铁元素，具有较高的资源回收利用价值，可以作为含铁原料重新进入烧结配料。由于高炉煤气烟尘含有锌、钠、钾等有害元素，因此高炉煤气的除尘灰中也不同程度地含有锌、钠、钾等有害元素，如果不加处理，而直接作为含铁原料加入烧结配料系统，那么这些有害元素将在高炉内循环富集，造成高炉风口上翘、炉身上部结瘤、煤气上升管及布袋除尘堵塞等现象，严重影响高炉使用寿命[1]。因此这些含锌冶金灰尘如何安全处理、循环利用已成为钢铁企业共同研究的课题。当前，采用回转窑处理含锌冶金尘泥是一种比较理想的工艺，但该工艺也存在着许多环保不达标的问题，如果不能很好地解决这些问题，将会制约其在处理含锌冶金尘泥方面的推广[2]。而最近国家颁布的钢铁行业超低排放产业政策，对钢铁企业的粉状物料存储、输送和二次扬尘治理都有明确要求，因此必须对回转窑法处理含锌冶金尘泥环保不达标问题加以解决。

本文对当前我国钢铁企业含锌冶金灰尘产生情况进行介绍，并就当前回转窑法处理含锌冶金尘泥工艺流程及化学反应原理进行详述，同时对回转窑法处理含锌冶金尘泥过程中，原料运输、配料、上料、窑渣冷却、窑渣破碎、返灰处理、产品收集等环节存在环保不达标的问题，提出了解决方案。

1 当前回转窑法处理含锌冶金尘泥工艺

回转窑法处理含锌冶金尘泥，对其原料的含锌量及含碳量有要求。回转窑法比较适合处理电炉除尘灰、高炉除尘灰，得到的氧化锌产品品位较高，并且可实现无需配碳处理，经济效益较好。处理转炉一次、二次除尘灰以及转炉含铁污泥等则需要进行配碳处理，并且其得到的氧化锌产品品位低，经济性差。回转窑法也不适合处理烧结机机头除尘灰，主要是由于烧结机机头除尘灰中氯元素含量太高，可达到40%，会对回转窑生产造成严重影响。

1.1 回转窑法处理工艺流程

图1为当前回转窑法处理含锌冶金尘泥生产工艺流程。由图1可以看出：含锌冶金尘泥通过汽车运至配料车间，打水后用铲车进行翻混，配水比约15%为宜；翻混均匀后取样化验，确保翻混均匀的含锌尘泥中的配碳达到要求，当原料中碳含量不够时，可配入碳粉或焦炭粒翻混均匀，直到碳配比达到要求，然后用铲车将混配好的原料运至料仓；原料从料仓落到圆盘给料机上，通过圆盘给料机将原料送至皮带输送机，皮带输送机上的原料通过下料溜管送至回转窑尾进行煅烧处理；煅烧后的热渣经水淬后进入堆场，煅烧后的含锌烟气经沉降室、表冷器、除尘器收集氧化锌粉后，经脱硫达标排放。

图1 当前回转窑法处理含锌冶金尘泥生产工艺流程

1.2 回转窑构成及生产工艺

回转窑分为干燥段、预热段、反应段、冷却段四段[3]。回转窑带有一定的倾斜度，原料随着回转窑转动从窑尾向窑头运动，原料运动的过程中，与窑内的热烟气充分接触，当温度达到907℃时，尘泥中锌元素会快速挥发成蒸汽状，锌蒸汽很快与空气中的氧反应生成氧化锌。氧化锌随着热烟气从窑尾排出，煅烧处理后窑渣从窑头排出。

含氧化锌热烟气从窑尾排出后，经沉降室、表冷器、布袋除尘器后，氧化锌粉被收集，收集的氧化锌粉装袋成为氧化锌产品。布袋除尘器出来的烟气则进入脱硫系统进行脱硫处理，脱硫系统的排烟风机将达到排放标准的烟气送至烟筒排入大气。

煅烧处理后窑渣从窑头排出，落入水淬池进行水淬冷，然后由捞渣机捞出，运送至窑渣库堆存或进行下一步处理。

沉降室收集的返灰，因其氧化锌品位低于45%，由刮板输送机送至配料库，配入原料中继续送至回转窑处理。

1.3 回转窑系统化学反应原理

混配好的原料在回转窑内经过干燥、预热后，进入回转窑反应区，此时回转窑内物料温度可达到1100～1200℃，在高温环境及还原性气氛下，物料中的锌金属化合物与瓦斯灰、含碳物料充分接触，被其中的碳还原为金属锌蒸汽而进入气相，在气相中又被空气氧化成氧化锌，高温烟气经表冷器冷却后进入布袋除尘器收尘系统，使氧化锌粉被收集。

（1）料层内主要化学反应：

C+O=CO

CO2+C=2CO

ZnO+CO=Zn+CO2

ZnO+C=Zn+CO

Fe2O3+CO=2FeO+CO2

FeO+CO=Fe+CO2

ZnO+Fe=Zn+FeO

（2）料层上层主要化学反应：

Zn+1/2O2=ZnO

CO+1/2O2=CO2

2 当前回转窑法处理冶金含锌尘泥存在的问题

2.1 产生扬尘污染环境

（1）由于粉尘颗粒非常细，容易形成扬尘，造成环境污染。通过自卸车将含锌除尘灰运送至配料车间过程中、配料车间内采用铲车对除尘灰进行配水翻混过程中，均会产生扬尘，造成周围的环境污染。

（2）回转窑沉降室收集的除尘灰，因氧化锌品位达不到要求，需要通过刮板输送机送至配料库，配入原料中继续送至回转窑处理。返灰在配料翻混过程中也会产生扬尘，造成周围的环境污染。

2.2 产生大量有害蒸汽和烟气外溢

（1）窑渣从回转窑窑头排出，直接落到渣池中水淬。此时热窑渣的温度高达900℃以上，遇水会产生大量白蒸汽，而这些白蒸汽中含有硫化物，对周围环境造成污染。窑渣转运堆放或进一步破碎处理，仍存在造成环境污染的可能。

（2）窑头一般采用半密封罩除尘，存在一定的烟气外溢现象。

2.3 氧化锌灰装袋产生二次扬尘

表冷器及布袋除尘器收集的氧化锌灰，被收集在灰仓中，通过卸灰阀将氧化锌灰装入吨包袋中，一般采用人工装袋，装袋过程中容易产生二次扬尘，造成周围环境污染。

3 解决方案

通过对上述问题的分析，提出了回转窑法处理含锌冶金尘泥环保解决方案，图2为改进后的回转窑法处理含锌冶金尘泥洁净生产工艺流程。由图2可以看出，此次洁净生产工艺流程改造主要包括：除尘灰配料及上料、窑渣冷却、窑渣破碎、沉降室返灰处理、氧化锌灰收集装袋等工艺。

3.1 除尘灰配料及上料工艺

回转窑配料室设置干灰仓，顶部设置仓顶除尘器，确保卸灰过程无扬尘产生；增设双螺旋加湿搅拌机，对含锌干灰及其他原燃料进行加水搅拌，避免搅拌产生扬尘。

含锌干灰直接由吸排罐车送至干灰仓，通过星型卸灰阀放到密封的管式皮带秤上，然后通过管式皮带秤卸到密封的刮板输送机，通过密封的刮板输送机送至双螺旋加湿搅拌机，沿途各落料点均设置单体除尘器。通过双螺旋配水搅拌机搅拌均匀后，含尘灰变成含水约15%的尘泥，经皮带运输机送到窑尾下料溜管，进入到回转窑内进行煅烧处理，可实现全过程不产生扬尘。

含水约15%的含铁污泥可通过自卸车卸入地仓，然后通过地仓底部的螺旋输送机将污泥送至输送皮带机，通过皮带机将含铁污泥送至污泥中间存储仓，在存储仓下设拖拉皮带秤，通过拖拉皮带秤将含铁污泥送至双螺旋混料机，同时将焦炭粒配入双螺旋混料机进行混匀，混匀后的含铁污泥通过皮带输送机送至回转窑进行煅烧处理。

焦炭粒可通过自卸车卸入焦炭地仓，然后通过地仓底部的螺旋输送机将焦炭粒送至输送皮带机，通过皮带机将焦炭粒送至中间存储仓，在存储仓下设拖拉皮带秤，通过拖拉皮带秤将焦炭粒送至双螺旋混料机，用于污泥及干灰的配碳。

3.2 尾渣冷却、破碎工艺

热渣从回转窑窑头排出后，温度达到900℃左右，可采用全封闭溜管送到单筒冷却机进行冷却，并且回转窑窑头采用封闭式窑头，窑头可形成负压状态。单筒冷却机机头安装有鼓风机，送进单筒冷却机的冷风经过热渣带走热量，通过回转窑尾部的风机将热风抽到回转窑内，单筒冷却机内和回转窑内均呈负压状态，避免烟尘外溢，不仅能够达到环保要求，还能够实现尾渣余热高效回收利用。

单筒冷却机排出的窑渣，温度达到180℃以下，可通过斗提机提升至颚式破碎机进行粗破碎，然后再进入振动筛进行筛分，将直径8mm以下筛出物直接送至汇总仓，直径8mm以上的筛出物进入锥式破碎机进行二次破碎，然后再送至汇总仓。汇总仓下设转运皮带将合格的窑渣运送至烧结系统，作为烧结原料。所有受料点均设除尘罩，除尘罩连接至一台单体除尘器上。

3.3 沉降室返灰处理工艺

沉降室下设置封闭的刮板输送机，并增设配水搅拌机。刮板输送机将沉降室收集的返灰送至新增设的配水搅拌机进行配水，配水量控制在12%～15%，配水后的返灰通过斗提机送至上料皮带机，通过皮带机送至回转窑煅烧。改进后的沉降室返灰处理工艺，全过程不产生逸尘，返灰进入回转窑可形成闭环处理。

3.4 氧化锌灰收集工艺

氧化锌灰仓下增设自动装袋机。表冷器及布袋除尘器收集的合格氧化锌灰，通过密封的刮板输送机送至氧化锌灰仓，经灰仓下自动装袋机装袋。装袋机落料点除尘罩接入单体除尘器，自动装袋机可实现产品自动封装，不会产生逸尘。

4 结语

随着国家关于重点行业执行国家大气污染物特别排放限值以及国家颁布的钢铁行业超低排放产业政策的落地，现行中越来越多的生产工艺不能满足上述要求，企业要想在新的环保政策下求生存、谋发展，就采用新技术、新工艺改变现状，努力使钢铁企业全流程的污染物排放指标达到现行政策要求。

本文针对现行回转窑法处理含锌冶金尘泥存在的环保问题，从除尘灰配料、上料，窑渣冷却、破碎，沉降室返灰处理，氧化锌灰收集装袋等问题环节，提出了环保解决方案。改进后的尘泥处理工艺，可实现回转窑法处理含锌冶金尘泥全流程洁净生产。这些成果的取得对采用回转窑法处理含锌冶金尘泥的企业有很好的借鉴作用，对回转窑法处理含锌冶金尘泥工艺的推广应用有积极的促进作用，对固废资源化利用和企业可持续发展意义重大。