邴 桔，常永強(qiáng)

(中國(guó)有色金屬建設(shè)股份有限公司，北京 100029)

鋼鐵行業(yè)是資源與能量消耗最大的生產(chǎn)行業(yè)之一，面對(duì)日益嚴(yán)重的資源和環(huán)境問(wèn)題，節(jié)能減排已成為我國(guó)各大鋼鐵企業(yè)要面對(duì)的問(wèn)題。盡管世界各國(guó)研究發(fā)展了很多煉鐵方法，但高爐煉鐵仍占主導(dǎo)地位[1]，隨著鋼鐵產(chǎn)量的增加，其排放物同樣也會(huì)越來(lái)越多，高爐瓦斯灰是煉鐵高爐產(chǎn)出的荒煤氣經(jīng)收塵而得到的固體廢棄物，生成量約為鐵產(chǎn)量的4%，數(shù)量可觀(guān)，不加以合理處置將直接對(duì)生態(tài)環(huán)境包括水體、大氣、土壤造成極大的污染和破壞，并且高爐瓦斯灰中一般含有鉛、鋅、銀、銦等有價(jià)金屬，如不加以回收利用，也將造成二次資源的浪費(fèi)。常規(guī)的處理方法是固化填埋或者制團(tuán)返回焙燒工序，這兩種方法均無(wú)法對(duì)其中的有價(jià)金屬進(jìn)行綜合回收，前者成本高，后者會(huì)造成金屬在主體工藝中循環(huán)累計(jì)，使高爐順行受阻，因此高爐煙塵的綜合回收利用對(duì)企業(yè)促進(jìn)重金屬防治污染、建立清潔生產(chǎn)模式、實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 高爐瓦斯灰的性質(zhì)

根據(jù)高爐煙塵根據(jù)不同的除塵方式，分為高爐瓦斯灰和高爐瓦斯泥兩種。其中經(jīng)濕法除塵設(shè)備所得的粉塵稱(chēng)為高爐瓦斯泥，經(jīng)干法除塵設(shè)備所得的粉塵稱(chēng)為高爐瓦斯灰。國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)的高爐煙塵的基礎(chǔ)特性研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，瓦斯灰中含F(xiàn)e：25%～50%，Zn：0.1%～5%，C：15%～25%，不同的除塵方式所得粉塵中Zn、Fe含量差異較大，且因原料的不同，瓦斯灰中還含有銀、銦、鉍等稀貴金屬，是多種元素的自由態(tài)和復(fù)合物的混合煙塵，其中以Fe2O3、ZnO、Al2O3、SiO2、CaO、MgO和PbO成分居多，成分比較復(fù)雜。但主要成分保持不變。表1為國(guó)內(nèi)一些鋼廠(chǎng)的高爐煙塵的化學(xué)組成[2-4]。

表1 國(guó)內(nèi)一些鋼廠(chǎng)高爐粉塵化學(xué)成分組成（%）

研究表明高爐粉塵中的鋅可能的賦存狀態(tài)包括ZnO、ZnFe2O4，ZnSiO3，ZnSO4等形式[5]，粉塵中的鐵主要以磁鐵礦和赤鐵礦為主，鐵款物與脈石相互嵌布、粘連，脈石表面有細(xì)小的鐵礦物及炭粉連接，故高爐粉塵一般具有如下特性[6]：

（1）粉塵粒度細(xì)。一般粒徑在20μm～50μm，流動(dòng)性好，易造成二次污染，尤其對(duì)于特別細(xì)小的顆粒，長(zhǎng)期懸浮于空氣中，對(duì)操作環(huán)境也會(huì)造成污染。

（2）吸水性差。高爐煉鐵過(guò)程中，煙塵經(jīng)過(guò)一系列的物理和化學(xué)變化，粒子表面光滑，故加濕比較困難。

（3）普遍含鐵高，鋅含量不等。一般含鐵量均值在30%，含鋅量在1%～20%不等。

2 工藝流程

根據(jù)某廠(chǎng)所購(gòu)買(mǎi)的原料，以高爐瓦斯灰為主，以及部分濕法煉鋅的浸出渣。主要工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

因?yàn)楦郀t瓦斯灰顆粒細(xì)、吸水性差，因此搭配濕法煉鋅的浸出渣一起做球團(tuán)質(zhì)粒，一般濕法煉鋅系統(tǒng)產(chǎn)出的鋅浸出渣含水在30%～40%，短時(shí)間的堆放不能滿(mǎn)足物料配料和入爐對(duì)水分的要求，故需要在球磨制粒工序前對(duì)鋅浸出渣進(jìn)行干燥處理。未經(jīng)處理的瓦斯灰堆密度約為0.7g/cm3～0.9g/cm3，經(jīng)球團(tuán)制粒后的入爐物料密度約為1.2g/cm3，瓦斯灰與鋅浸出渣的比例依據(jù)其含鐵、硅量，按照渣型配比來(lái)確定。因浸出渣成塊狀，又為了獲得良好的混合效果，故浸出渣和瓦斯灰一起入球磨機(jī)進(jìn)行球磨處理，再加入水、粘結(jié)劑制粒，質(zhì)粒后物料含水7%～8%，球磨產(chǎn)生的粉塵返回配料系統(tǒng)。

制粒后的物料進(jìn)煙化爐吹煉，采用間斷操作的形式，量較多的元素鐵與硅造渣入棄渣，棄渣水淬制粒后外售；產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)余熱鍋爐進(jìn)行余熱回收，后接布袋收塵系統(tǒng)，有價(jià)金屬鋅、鉛揮發(fā)入煙塵，稀貴金屬如銀、銦、鉍等也通過(guò)煙化吹煉富集于煙塵中，作為產(chǎn)品的次氧化鋅收集后送去鋅電解工藝，若稀貴金屬在次氧化鋅煙塵中富集量較高，也可直接計(jì)價(jià)外售；尾氣送脫硫系統(tǒng)，硫達(dá)標(biāo)后可安全排放。

吹煉過(guò)程中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

熔池區(qū)：

2C+O2=2CO

C+O2=CO2

2ZnO+C=2Zn(g)+CO2

2ZnO+CO=2Zn(g)+CO2

PbO+CO=Pb(g)+CO2

2PbO(s)+C=2Pb(g)+CO2

熔池上部空間：

Zn(g)+O=ZnO(煙塵)

Pb(g)+O=PbO(煙塵)

CO(少量)+O2=CO2

值得指出的是，若高爐瓦斯灰含鐵較高，且其中的磁鐵礦含量在20%以上，建議在配料工序之前對(duì)瓦斯灰原料進(jìn)行磁選的預(yù)處理，一方面磁選出來(lái)的磁鐵礦可以直接作為高附加值產(chǎn)品外售，另一方面也減少了后續(xù)入煙化爐物料的含鐵量，減少了爐況受鐵影響順行受阻的風(fēng)險(xiǎn)，有利于煙化吹煉過(guò)程的安全運(yùn)行。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及結(jié)論

某廠(chǎng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐表明：

（1）高爐瓦斯灰搭配鋅浸出渣經(jīng)球磨質(zhì)粒，采用煙化吹煉綜合回收其中的有價(jià)金屬的工藝是成功的。煙化爐棄渣含鋅在2%以下，含鉛0.3%以下；同時(shí)對(duì)其他稀貴金屬如銀、鉍進(jìn)行了一定的富集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高爐瓦斯灰的綜合回收利用。

（2）整個(gè)工藝流程短，既克服了以往其它火法工藝中鋅循環(huán)累計(jì)無(wú)法開(kāi)路帶來(lái)的順行受阻，也克服了濕法系統(tǒng)流程長(zhǎng)、污水排放量大等缺點(diǎn)，促使企業(yè)在固廢資源綜合回收方面取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

（3）本項(xiàng)目采用煙化爐～余熱鍋爐一體化裝置，在回收有價(jià)金屬的同時(shí)，對(duì)吹煉過(guò)程中的高溫?zé)煔庖策M(jìn)行了有效的熱量回收利用，所產(chǎn)低壓蒸氣用于廠(chǎng)區(qū)其它工藝設(shè)備，做到了對(duì)二次能源的充分有效地利用。

（4）過(guò)往的生產(chǎn)實(shí)踐表明向球團(tuán)中配加瓦斯灰替代碳，在提供所需熱量的同時(shí)，可以獲得良好的還原性，本工藝的生產(chǎn)實(shí)踐也證明，瓦斯灰中的碳的確可以在一定程度上替代粉煤，對(duì)于整個(gè)煙化吹煉來(lái)說(shuō)，所用的粉煤量大幅度減少，對(duì)于含碳高的瓦斯灰，甚至可以不加粉煤，從而精減整個(gè)工藝流程中的粉煤制備系統(tǒng)。

（5）瓦斯泥與瓦斯灰相比，磁鐵礦的含量較瓦斯灰小，含水量大（一般為50%左右），粒徑更小等特點(diǎn)，對(duì)瓦斯泥采用回轉(zhuǎn)窯干燥或者帶式干燥，將水分降低至10%以下，即可采用瓦斯灰相同的工藝流程來(lái)進(jìn)行綜合回收處理。