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MPI专家观点│钢铁烟尘回收利用措施及存在问题分析

  摘 要

  钢铁烟尘具有较高的回收利用价值,但目前真正做到高效回收利用的比例较小。本文简述了我国钢铁烟尘的产生和利用情况,总结了钢铁烟尘利用的主要措施,深入分析了不同利用方法中存在的关键问题,最后指明钢铁烟尘的资源化利用方向。

  

  钢铁烟尘的回收利用概述

  钢铁烟尘是钢铁生产流程中品种最多,成分最复杂的一类废弃物。其不仅含有大量的铁素资源,而且含有锌、铅、铟、铋、锡、铁、碳等有价元素,具有较高的回收利用价值。钢铁烟尘产生量随原料成分、工艺流程、设备配置、管理水平的差异而不同。传统的高炉—转炉钢铁生产工艺,钢铁烟尘产量为钢产量的8%~12%。2019年全国粗钢产量9.96亿吨,据此推算,钢铁烟尘总产生量约为8000万吨。随着颗粒物控制标准加严,企业超低排放改造,未来钢铁烟尘的产量将进一步增加。

  企业对生产过程中产生的钢铁烟尘,大部分经直接或间接处理后返烧结、球团、炼铁、炼钢等工序循环利用;少量烧结机头灰、高炉瓦斯灰(泥)等锌/碱金属含量较高的烟尘,则直接外卖利用或自行提铁处理利用;少数钢铁企业将氧化铁皮和氧化铁红用于生产磁性材料、直接还原铁粉等产品,实现了高附加值利用。但整体而言,钢铁烟尘大部分未得到高效回收处理,钢铁烟尘处理深加工市场前景十分广阔。   

  钢铁烟尘回收利用的主要措施

  钢铁烟尘回收利用的主要措施有以下几种。

  (一)高炉除尘灰(泥)和转炉除尘灰(泥)。高炉重力除尘灰一般返回烧结生产回收利用,转炉灰泥多数用于生产球团矿返回炼钢利用。

  (二)含锌烟尘(如高炉布袋灰、瓦斯泥、电炉除尘灰)是一类对环境危害较大的烟尘,若直接返回炉料系统,则容易造成锌富集,进而影响高炉顺行。因此该烟尘应经过脱锌后,才能利用其中的有益成分,可以用于炼钢作为废钢的代用品或转炉炼钢的冷却剂,也可以作为优质含铁原料用于炼铁。

  (三)轧钢铁鳞是铁含量较高的一类尘泥,可用来生产粉末冶金铁粉,国内还原冶金粉末中90%以上是以铁鳞为原料生产的。铁鳞经清洗、分选去除杂质后可用来生产高附加值的磁性材料。

  (四)冷轧酸洗氧化铁红是一类重要的工业原料,主要成分是Fe2O3,最低含量一般可达96.8%,可广泛用于建材、陶瓷、涂料、油漆等领域的生产。经提纯后,Fe2O3含量可达到98%以上,用于生产磁性材料。

  (五)矿选工艺处理钢铁烟尘:如某钢厂利用磁盘洗选机,将金属铁平均含量仅为20%的转炉污泥,通过在线磁选富集成金属铁平均含量为77.7%的转炉污泥富集物,然后经过独特的脱碳、脱硫、改性和还原技术,提取出球形金属铁粉,再用这种铁粉制造粉末冶金制品。

    钢铁烟尘回收利用的关键问题分析

  钢铁工业采用烧结法、烟尘喷吹法、直接还原法、造块返回炼钢法等,对含铁烟尘物料予以处理和回收利用。对上述几种方法的关键问题分析如下。

  (一)烧结法处理无法脱除有害元素

  烧结法一般要求含铁尘泥成分稳定均匀、形态松散,水分含量低于10%,粒度小于10mm。但由于尘泥的种类多,难以分别单独进行配料计算,且含铁尘泥成分波动大、颗粒差别也较大,混合后的尘泥很难达到烧结原料的质量标准,同时尘泥中有害元素(如硫、磷、锌、铅、钾、钠等)未能去除,会恶化烧结料层的透气性,降低烧结机台时产量。因此,直接配入烧结属于含铁尘泥的粗放型利用,不能彻底解决含铁尘泥高效资源化回收利用问题。

  (二)烟尘喷吹法处理量小,技术要求高

  烟尘喷吹法主要是将含铁、含碳烟尘以一定比例混合喷吹到高炉或其他熔融炉中代替部分原料进行循环回收利用,从而达到降低炼铁生产成本,减少处理这些废料堆积和掩埋所占用的土地。目前国内外对含铁烟尘通过喷吹法加以回收利用的研究报道已有很多,国内某钢厂高炉进行了为期三个月的风口喷吹高炉除尘灰的工业试验研究,发明了冶金烟尘的清洁再利用高炉综合喷吹技术。这种方法不仅能耗低,而且可以切断细烟尘在一些流程中循环,但是高炉对喷吹物料有相当高的技术要求和限制,同时该方法处理的烟尘量较小。

  (三)直接还原法前期投资大、后期运行费用高

  将铁的氧化物用还原剂在低于生产液态铁的温度下还原为高品位的金属铁,这种方法称为“直接还原”,也称为“预还原”或“金属化”。直接还原炼铁法主要有四类:坩埚—隧道窑法、气基竖炉法、煤基回转窑法和煤基转底炉法。它的产品统称为“海绵铁”、“金属化铁”或“预还原铁”。如果其原料为球团矿,则产品称为“金属化球团矿”或“预还原球团矿”。金属化球团的典型工艺为:含铁尘泥经浓缩、过滤、干燥后,再粉碎、磨细,加入添加剂造球、干燥后,由回转窑焙烧制成金属化球团块。

  把含铁尘泥制成金属化球团的优点是全面利用尘泥有价元素的同时,可脱除尘泥中Pb、Zn、S等有害杂质,但含铁尘泥生产金属化球团需建设大型复杂设备,前期投资较高,且占地面积大。

  (四)炼钢法对含铁烟尘原料要求高

  将含铁尘泥造块后返回炼钢工艺,用作炼钢的冷却剂和造渣剂是含铁尘泥回收利用的又一途径,目前国内外许多钢铁企业已使用这种方法。由于尘泥中含有一定的CaO、FeO等物质,再配加少量萤石、粘结剂等辅料,经冷固结造块后用于炼钢工艺可起到一定的造渣和助熔作用,降低了炼钢石灰及钢铁材料消耗,从而降低了炼钢成本。用于炼钢的尘泥原料要求高,一般是含铁较高的转炉红尘和轧钢铁皮等。

  (五)火法富集+湿法分离集成耦合法

  “火法富集+湿法分离多段集成耦合法”集成使用了火法处理工艺、湿法冶金、选矿回收,以及除尘过程分离富集等技术,具备含锌烟尘回收效率高、处理规模大、有价元素提取效率高、可以实现废渣和废水的零排放等优势,是当前较为理想的含锌烟尘处理方法。该工艺可将含锌烟尘综合回收产出多种金属产品,实现无害化、资源化处理,经济效益和节能减排效果显著。同时,该工艺得到的均为再生金属,与原生金属经复杂的采、选、冶工序产出相比,大大减少了SO2排放和能源消耗,社会效益显著。此外,该工艺投资方式灵活,其中火法工序可分散设置于钢铁厂内;湿法工序对规模有较高要求,可集中部署于某个地点。

  从含铁尘泥的利用途径来看,作为原料直接配入烧结球团料的方法最为简单,但存在配料困难和有害元素循环富集等问题;造块返回炼铁工艺,存在造块工艺复杂、建厂投资大等问题;而返回炼钢工艺则要求铁品位较高,存在部分含铁低、含碳高和含碱金属高的尘泥无法利用等问题;将含铁烟尘通过风口喷入高炉工艺的方法能充分利用烟尘中的有价元素,但处理规模有限。

    结 语

  钢铁烟尘具有较高的回收利用价值,但目前真正做到高效回收利用的比例较小,其余均为暂存、填埋或流入社会,探索钢铁烟尘的无害化环保处理和高效回收利用,是一个钢铁行业亟待解决的普遍问题。

  选择何种工艺和利用途径,要综合考虑钢铁烟尘的物理化学性质、产品用途、生产规模,投资能力以及技术研发及储备等。目前国内以火法富集+湿法分离的处理技术,即通过回转窑/转底炉/熔融炉等工艺火法富集烟尘中的锌、铟、铅等稀贵金属,富集后的次氧化锌配套专门湿法工序进行提取,分离出的稀贵金属可作为宝贵二次资源,供再生稀贵金属生产,具有较强的适应性和市场竞争力。mg游戏平台可提供钢铁烟尘处置项目布局方案、可行性研究、竞争力评价、相关装备与新技术推介等咨询业务。