浅议钢铁冶金除尘灰的处理工艺

饶利军，周克成，谭久宽，张周辰

（大冶特殊钢有限公司，湖北 黄石 435000）

我国在环境保护方面投入的工作力度加强对钢铁冶金行业生产提出了更多要求，现阶段，在钢铁冶金企业的生产实践中，需要着重引入发展循环经济的理念，重点落实对各类资源的循环利用。此时，要强化实施对除尘灰的处理与资源化利用，避免产生资源浪费与环境污染。

1 钢铁冶金除尘灰处理背景分析

现阶段，我国针对钢铁冶金行业出台了一系列环保要求与制度规范，包括《排污许可管理办法（试行）》《打赢蓝天保卫战三年行动计划》《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》《中华人民共和国固体废物污染环境防治法（修订草案）》等，对钢铁冶金企业生产与排污提出了更多在环境保护方面的要求。在这样的大背景下，钢铁冶金企业为达成低排放生产要求，普遍实施了超低排放改造，并加大了对钢铁冶金除尘灰处理的关注度，着力落实对钢铁冶金企业生产实践中所产生的多种类型除尘灰的回收处理以及资源化利用，尽可能实现“固废不出厂”以及“减量化、资源化、无害化”，满足绿色生产各项要求。

2 钢铁冶金除尘灰类别与成分分析

在实际的钢铁冶金过程中，各类粉尘的产生总量为钢产量的10%左右。其中，产生的烧结粉尘量一般维持在每吨矿12kg的水平；产生的高炉粉尘量一般维持在每吨铁30kg的水平；产生的转炉、电炉炼钢粉尘量一般维持在每吨钢15kg的水平。同时，在钢铁冶金除尘灰内，除了包含碳、铁之外，还普遍存在大量钠、钾、锌、铅等元素，如果不对这些除尘灰实施处理或是转移至冶炼工序内，则极容易对总体产能、烧结矿质量水平产生一定影响，最终降低高炉运行顺利程度或是实际使用年限。相应的是，如果针对这些钢铁冶金除尘灰实施处理，依托多种工艺完成对其中钠、钾、锌、铅等元素的富集与回收，不仅能够促使钢铁冶金企业生产环保程度达标，还可以获取更多高附加值产物，甚至可完成对银等稀有金属的回收利用，从而得到更理想的经济效益。

某钢铁冶金企业生产实践中产生的各类除尘灰成分主要如下：在高炉重力除尘器灰中，包含7.97%的氧化硅、4.82%的氧化钙、31.36%的TFe（总铁）、32.96%的碳、0.08%的铅、0.72%的锌、0.35%的氧化钾、0.14%的氧化钠；在高炉千法除尘器灰中，包含6.69%的氧化硅、3.71%的氧化钙、29.69%的TFe（总铁）、26.63%的碳、0.69%的铅、5.91%的锌、1.59%的氧化钾、0.37%的氧化钠；在出铁场铁口出尘灰中，包含4.32%的氧化硅、2.51%的氧化钙、49.74%的TFe（总铁）、14.86%的碳、0.77%的铅、0.53%的锌、1.02%的氧化钾、0.29%的氧化钠；在高炉矿槽灰中，包含8.02%的氧化硅、7.48%的氧化钙、33.96%的TFe（总铁）、30.11%的碳、0.02%的铅、0.06%的锌、0.13%的氧化钾、0.1%的氧化钠；在转炉LT灰中，包含1.71%的氧化硅、11.21%的氧化钙、57.56%的TFe（总铁）、0.8%的碳、0.29%的铅、1.21%的锌、1.93%的氧化镁、0.4%的氧化钾、0.42%的氧化钠、0.016%的砷。

能够看出，该钢铁冶金企业生产期间所得到的所有除尘灰包含大量值得再次回收利用的元素，因此，需要落实合理处理以及资源化利用，避免产生资源损耗或是高炉使用年限的下降。

3 钢铁冶金除尘灰常用处理工艺要点分析

3.1 高炉除尘灰精选碳粉、铁粉

高炉除尘灰在给料机以及皮带运输机的支持下，能够均匀、持续、稳定地向搅拌桶内进行供料以及除尘灰转移；将适当浮选药剂（包括捕收剂、起泡剂等）以及循环清水加入搅拌桶内，与高炉除尘灰混合，经过强烈的搅拌处理后，其中的混合物能够转变为湍流状态；此时，桶内混合物具备选择性黏附性能，实现富集以及矿化，并生成焦炭粉（泡沫精矿）；投放并应用浮选机，在刮板结构的支持下，保证泡沫精矿能够及时被刮出并转移至碳粉池内集中存放与处理；浮选尾矿浆进入螺旋重选后提炼出的精粉转移至铁粉池内集中存放与处理，存在部分氧化铁以及尾浆会转移至磁选机内实施再一次的选铁粉处理；大量泥浆以及其他杂质会迅速转入脱泥机内，以此完成浓缩净化并转变为高碳；实施压滤处理，此时所产生的水需要回收处理并投入循环使用。依托上述处理所生成的富集碳粉可以运输至化工厂、砖厂等工厂，并作为原料投入实际生产；针对精选出的铁粉，在判断其中钠、钾、锌、铅等成分达到标准的条件下，即可返回投放至烧结工序中进行处理利用。

3.2 转炉除尘灰冷压块

提取转炉除尘灰，并与适当比例的水以及黏结剂进行混合处理，结合轮碾机的投放与利用，实施对相应混合料的均匀搅拌处理；随后，将这种完成搅拌的混合料转移至的压球机内展开冷压成型处理；依托烘仓的构建与启动运行，对冷压成型的混合料进行烘干，最终将其转变为成品球团。对于这种成品球团而言，其运输便捷程度更加理想，且不容易与料仓黏结，便于回收利用。在转炉除尘灰冷压块中，普遍包含含量偏高的氧化铁成分，在实施转炉炼钢期间，依托转炉除尘灰冷压块的投放，可以承担起冷却剂的任务，促使渣中氧化铁含量增高，并推动化渣进程的加速展开。在此基础上，还可以实现对一定量铁的回收，使得喷溅减少并更好平稳吹炼工序，最终达到降低钢铁料消耗量的效果。

在进行钢铁冶金除尘灰处理中，可以应用转底炉开路处理工艺。对于转底炉而言，其主要由钢坯环形加热炉优化发展而成，支持的钢铁冶金除尘灰中氯、铅、锌、钠、钾等元素与铁元素之间的有效分离，从而为金属化球团的生产提供有力支持，除尘灰、泥，铅、锌的回收率普遍维持在不低于90%的水平，直接还原球团金属化率保持在70%左右，可以作为钢铁冶金的优质原料得以利用，最终达到提升钢铁冶金除尘灰处理成效以及钢铁冶金除尘灰综合利用率的效果。

通过应用转炉除尘灰冷压块工艺展开钢铁冶金除尘灰处理，能够更好地效缓解钢铁冶金企业在实际生产中所面临的因除尘灰大量积压而导致的环保压力，同时，还可以回收除尘灰中的镍、铬等有价金属元素，具有较好的社会效益和经济效益。实践中，要着重维护压块成球率始终维持在理想水平，若是在转炉除尘灰冷压块工艺应用初期存在成球率不高、生球强度严重不足等问题，应当及时组织专业人员对消解工艺、出球皮带机头、辊筛等部位设备以及黏结剂和水的添加比例进行反复摸索调整和改进，以此获取更高的压块成球率，切实发挥出转炉除尘灰冷压块工艺的应用价值与优势性。

3.3 烧结处理

对于转炉灰、转炉污泥、氧化铁皮等物质而言，其中所包含的铁元素含量普遍维持在较高水平，同时，锌、氧化钾的含量偏低，因此，能够将相应物质直接返回投放至烧结工序内作为配料以进行循环利用，促使钢铁冶金成本得到更好控制。但是，这样的操作存在着促使烧结工序产生波动的问题，容易导致烧结矿质量水平下降，且大量有害元素依然会在烧结工序内富集，促使高炉运行的平稳程度以及使用年限下降。因此，要合理规划设计并引入更科学、安全、稳定的烧结处理工艺，具体如下。

（1）小高炉冶炼工艺。综合收集转炉灰、转炉污泥、氧化铁皮、钢渣等钢铁废固，并对其实施分类处理。此时，围绕不同钢铁废固含铁品位的不同，可以将所有钢铁废固完成类别划分，并以此为基础实施合理配料。在此过程中，选取不同铁品位的钢铁废固配料成为54%综合品位的钢铁废固，并将投放至90m2烧结机内实施集中处理，将其转变为烧结矿。根据合理配比，在熔融炉内投放品位为54%的烧结矿以及冷造块、焦丁、焦炭，促使其在熔融炉内发生反应，转变为铁水与渣等物质；依托出铁口与排渣口分别将铁水与渣转移出熔融炉，提取铁水参与生铁块的铸造工序，而渣则需要与水混合生成水渣；同时，在熔融炉的炉底位置设置出口，支持稀贵金属合金物质的排出。在整个熔炼过程中，所有产生的烟气会转移至分离室内进行分离处理，其中，烟气内包含着的大颗粒物质能够在分离室内迅速下降并在回收仓内积累，方便后续循环利用操作的展开；烟气内包含着的含铟锌会随着废气一同受到冷却处理，并在有价元素收集仓内积累，从而获取到次氧化锌（锌含量为50%、铟为每吨500g）。含铟锌经过的处理流程主要如下：酸溶-压滤-除杂-蒸发结晶-烘干-七水硫酸锌（含量为98%）。

（2）回转窑工艺。针对钢铁冶金企业在生产实践中获取到的转炉尘灰、高炉除尘灰、烧结除尘灰，在处理过程中，可以引入回转窑工艺。此时，选取除尘灰与适量焦粉、锌铅矿进行混合处理，投放并应用回转窑，针对除尘灰实施焙烧以及还原处理；针对在此过程中所产生的烟气，转移至分离室内完成对其中所包含着锌等元素的回收处理，从而为钢铁冶金尘灰的资源化利用的实现提供有力支持。

另外，依托棒磨工艺的应用并落实对窑渣的干法处理，即可实现对铁元素的回收利用。该工艺在处理钢铁冶金尘灰时有着更理想的资源回收利用率。

通常情况下，在进行钢铁冶金除尘灰烧结处理时，需要落实的基本流程如下所示：选取钢铁冶金除尘灰（含铁原料）以及熔剂、燃料、返矿展开合理的配料处理；结合水的混入展开生石灰消化；组织一混，并在添加水后进行二混，获取混合料并组织取样检测；在检测结果达到预期后，进行布料、点火以及烧结操作，获取烧结矿；展开烧结矿的落下以及分级，针对粒径不超过5mm的烧结矿作为返矿转入新一轮烧结处理工序，针对粒径超过5cm的烧结矿进行汇总存放以及质量检测。

3.4 资源化利用

（1）火湿联用。在使用烧结处理方法展开钢铁冶金除尘灰处理时，为了更好地实现对钢铁冶金除尘灰的资源化利用，可以引入火湿联用工艺。在此过程中，主要基于钢铁冶金企业已有的回转窑火法富集工艺的基础上，开展火湿联用的技术方案，将富含氧化钾、氧化钠除尘灰水洗脱去碱金属，湿法浸出硫酸锌通过气泡液膜反应器合成高附加值的纳米碱式碳酸锌前驱体，通过干燥焙烧得到纳米氧化锌,极大地提升产品的附加值，具有较高的经济价值。

实践中，需要利用物理分离工艺针对钢铁冶金除尘灰实施预处理，确保后续钢铁冶金除尘灰处理过程更为顺利。在此过程中，针对主要成分不同的钢铁冶金除尘灰，应当选取差异性的物理分离工艺，包括磁选分离、机械分离等。例如，对于含锌尘泥，可以先依托物理筛分操作的实施进行分析。

随后，选取分离后的粗粉直接投入炼钢工序，选取分离后的细粉展开后续资源化处理利用。对于磁选分离工艺而言，其主要依托对瓦斯灰粒度分布特点及对应磁性强弱的特性的利用，结合磁选或是离心的方式实现对锌元素的富集。

（2）除尘灰水洗分盐技术。除尘灰水洗分盐系统主要由水洗脱氯（布袋灰、烧结电场灰）、废水预处理生产线以及多效蒸发提盐生产线构成，依托相应系统在钢铁冶金除尘灰处理中的利用，能够脱除并回收除重灰中的高氯高盐有害组分，以彻底解决其对烧结、高炉等主流程的负面影响，同时，也实现对钢铁冶金除尘灰的资源化利用。在此过程中，所应用的核心技术为除尘灰水洗分盐技术，依托“钢铁烟尘水洗脱氯除重-回转窑烟化富集-梯次回收”技术工序的搭建与落实，能够促使钢铁企业真正实现“固废不出厂”以及“减量化、资源化、无害化”。

（3）水泥熟料配料。将钢铁冶金除尘灰集中积累，并统一运输至水泥制造企业中进行资源化处理。在此过程中，相应除尘灰能够作为水泥熟料的优化配料得以利用。在钢铁冶金除尘灰中，普遍包含含量偏高的三氧化二铝、铁，且二氧化硅的含量维持在较低水平，因此，可以作为铝质以及铁质的校正原料得到资源化使用。

（4）制备磁性材料。对于部分钢铁冶金除尘灰而言，其中所包含的含铁氧化物组成纯度维持在较高水平，如氧化铁皮等，将其设定为磁性材料的原材料加以加工与利用，能够获取更理想的附加价值。在锻造以及热轧热加工期间，钢材表面会形成氧化铁皮（磷），其中普遍包含70%的TFe；在冷轧废盐酸处理铁锈再生期间，会生成副产物氧化铁红，三氧化二铁为其主要成分，通过深加工处理，可以将这些物质转化为附加价值更高的永磁材料、软磁材料，因此，在钢铁冶金除尘灰处理中，可以将氧化铁皮投放至磁性体材料生产线中。

（5）除尘灰再生氧化锌生产线设备的使用。除尘灰再生氧化锌生产线设备主要由配料系统设备、回转窑、冷却系统设备、除尘系统设备和输送系统设备等结构构成，能够完成对钢铁厂烟尘等含重金属冶金固危废进行资源化、无害化处理，促使固体废弃物的综合利用成为现实，进一步消除环境污染，同时，创造经济效益与社会效益，并为有色金属冶炼提供新的再生原料来源，对推进循环经济、节能减排，建立清洁生产模式、建立可持续发展社会具有重要的示范作用和意义。

另外，通过水洗、球磨、磁选、压滤、蒸发结晶工艺的应用，能够基本解决钢铁冶金企业目前的烧结灰的处理，实现固废不出厂的环保要求，同时，通过制取氯化钾和生产富铁粉，达到实现废弃物资源化利用和节能减排的目的，支持着钢铁冶金企业的绿色生产。

4 结语

综上所述，现阶段，钢铁冶金企业为达到低排放生产要求，普遍实施了超低排放改造，并加大对钢铁冶金除尘灰处理的关注度，着力落实对钢铁冶金企业生产实践中所产生的多种类型除尘灰的回收处理以及资源化利用，依托转炉除尘灰冷压块、小高炉冶炼工艺、回转窑工艺、火湿联用、除尘灰水洗分盐技术、水泥熟料配料、制备磁性材料等工艺操作的合理使用，实现了对除尘灰内大量化学元素与高价值物质的回收利用，促使钢铁冶金的“减量化、资源化、无害化”生产成为现实。