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钢铁含锌固废处置工艺
时越， 金永龙， 李宝成
( 1． 河钢集团乐亭钢铁有限公司， 河北 乐亭 063600; 2． 河钢集团钢研总院， 河北 石家庄 050023)
摘要: 介绍了目前钢铁企业含锌固废的处理技术， 分析总结了转底炉、熔融炉以及回转窑 3 种技术的工艺特点， 结合河钢集团乐亭钢铁有限公司环保、生产实际需求， 选择技术成熟、工艺流程简单、投资成本低的回转窑工艺对含锌固废进行处理，实现固废资源化、零排放。
关键词: 含锌固废; 转底炉; 熔融炉; 回转窑
0 引言
随着国家和地方的环保法律、法规对固废处置的要求越来越明晰， 含锌固废的再利用已经成为钢铁企业可持续发展面临的重要瓶颈。钢铁企业含锌除尘灰的循环利用会造成锌在高炉的富集， 导致耐材膨胀、破坏砖衬、产生结瘤， 给高炉冶炼及炉况带来不利影响。因此国内外钢厂逐渐重视含锌尘泥的处置利用。实现其资源化、零排放， 对钢铁企业发展循环经济、实现清洁生产具有积极意义。
河钢乐钢作为河钢集团转型升级的重要工程和创新基地， “固废零排放”是其必然之要求。为此， 公司联合河钢集团钢研总院以及集团其他分公司针对固废处置工艺的选择进行了大量调研，现就国内外主要的含锌固废处理技术进行简要介绍和分析。
1 含锌固废处理技术
1． 1 熔融炉技术
钢铁冶金废料在料场通过配料、混匀， 经滚筒造球后进行热造块， 制成碱度 1． 0 ～ 1． 1 的烧结块后入炉冶炼。冶炼过程中产生的锌通过烟气回收并制成七水硫酸锌， 其他元素钾、铅、银、铟等经分离后回收利用， 而铁水铸造成块或直供炼钢。图 1 所示为熔融还原工艺流程。
1． 2 转底炉技术
转底炉工艺流程主要分为原料处理和转底炉直接还原两部分。原料处理工序将含铁原料与一定比例的还原剂( 煤、焦粉、兰炭等) 进行混合， 并根据不同的处理原料配加一定量的添加剂、粘结剂混合均匀后进行造块( 压球或造球) 处理， 含碳球团经过烘干后进入转底炉内快速还原， 最终得到一定金属化率的直接还原球团。转底炉工艺流程见图 2。
1． 3 回转窑技术
含锌尘泥及其他辅料按比例配料或制粒后加入回转窑， 尘泥中的锌元素被还原进入气相中， 在气相中被氧化成氧化锌烟尘， 随后被收集在烟道及布袋收尘器内， 成为次氧化锌粉。含铁窑渣经冷却分级处理后返烧结、高炉使用。图 3 为回转窑工艺流程图。
2． 1 转底炉技术
(1) 布料只有薄薄的一层或理论上叫一层半，和其 1． 4 ～ 1． 6 m 炉膛净高度相比， 单位断面的生产效率显然偏低; 热利用效率也偏低， 和高炉有效热利用系数 65% 左右相比， 只有一半左右， 而且产品是固态的金属化球( 杂质高， 金属化率约 70% ) 。
(2) 工艺流程相对复杂、投资高。从粉料料仓、强混、压球( 或造球) 、烘干、转底炉还原、产品冷却、烟气除尘和次氧化锌收集、余热锅炉、助燃风预热等
组成了一个庞大的系统， 占地比较大， 处置量 25 万
t /年的新转底炉投资大约需要 2． 5 亿元/套。
(3) 固体碳直接还 原 是 强 吸 热 反 应， 温度高( ＞ 1 200 ℃ ) 有利于锌和铁的同步还原。转底炉温度控制在 1 250 ℃ 以上， 锌的脱除率可以稳定达到 90% 以上， 但铁的金属化率很难超过 70% ， 稳定性也较差， 对还原球的后续使用有一定影响。
(4) 选择造球或压球问题。造球工艺成本低，但还原球的平均强度小于 800 N /个， 据实测大约20% 以上成球强度小于 400 N /个， 成品粉化( ＜5 mm)大于 30% ， 甚至更高， 对高炉的使用可能会造成不利的影响; 而压球的成本高( 比造球高 100 元 ～ 200元不等) ， 但还原球的强度可以达到 2 500 N /个以上。因此存在造球和压球的工艺选择问题。
(5) 工艺和设备正逐渐完善。关键设备、生产过程中炉底的在线处置等日臻完善， 余热锅炉的运行稳定性也基本可以保证， 布袋除尘材质和结构能够保证运行正常。
2． 2 熔融炉技术
(1) 对钢铁企业的冶金固废具有联合处置能力， 原燃料条件要求不高、综合成本低、处理能力大;钢铁尘泥综合利用率高， 无二次污染产生。
(2) 利用高炉烟气排锌操作， 将次氧化锌富集，再利用湿法提取硫酸锌等产品; 并能将钾铅银铟等元素回收利用， 具有较好的经济效益。
(3) 从环保角度， 将主要产品生铁列为其流程的副产品， 规避钢铁产能限制， 同时熔融生铁或铸铁块可以直接用于炼钢原料。
(4) 工艺流程设计比较完善， 没有固废和水的排放， 富余煤气用于发电。
(5) 工艺流程复杂、投资大。熔融还原提锌技术生产流程主要包括原料储存、混料、烧结、脱锌炼铁、锌产品( 七水硫酸锌) 生产等; 烧结、脱锌炼铁需要消耗大量的煤、焦炭等燃料。
2． 3 回转窑技术
(1) 工艺技术成熟， 生产流程简单， 固体废料可以直接进回转窑， 还原后的产物破碎磁选分离后直接还原铁入炉( 高炉、转炉或电炉) ， 细粉返烧结。
(2) 燃料结构简单， 点火正常生产以后不需要高品质燃气或预热空气等设施， 直接用高炉布袋灰、CDQ 粉、含油污泥或其他含碳的物质， 一方面作为还原剂， 另一方面将产生的 CO 二次燃烧作为加热剂。
(3) 回转窑处理含锌固废工艺流程简单、投资成本低、生产操作人员配置少、人工成本低。
(4) 回转窑处理冶金固废存在的结圈问题。该问题目前通过除尘灰的合理配料、混匀制粒、控制温度等措施得以解决。
3 结语
河钢乐钢项目建设坚持“生态优先、绿色发展”的环保理念， 大力推广应用清洁生产技术， 加强资源高效循环利用， 提高可持续发展水平。结合三种冶金固废处理技术的特点以及实际生产需要， 拟采用工艺技术成熟、生产流程和操作简单、投资成本相对较低的回转窑技术对生产过程中产生的含锌尘泥进行处置， 实现固废资源化、零排放的目标。
End
来源：冶金渣与尾矿