中国粉体网讯 在炼钢过程中,添加到炉内的原料约有2%转变为粉尘。炼钢粉尘主要由氧化铁组成,其余的则包括氧化物杂质(如氧化钙)和其它金属氧化物(主要是锌的氧化物)。以前由BOF转炉产生的粉尘,主要用作烧结原料而在高炉中循环利用。但锌对高炉有影响,锌易于形成炉瘤。所以当粉尘中的锌含量超过一定水平,将禁止在高炉流程中循环利用。电炉流程中因为废钢比例高,电炉产生的粉尘中锌含量远远高于转炉粉尘,所以对电炉粉尘如不处理,将无法循环利用。以往的处理方法是填埋。
电炉炼钢产生的粉尘或泥浆(污泥)于节电器1976年被美国环境署(EPA)列为有害废物,代号为KO61,要求钢铁厂对其中的锌、铅进行回收或钝化处理,否则须密封堆放在指定场地。在这之后,许多国家都制定了类似的法律,我国在1996年4月1日实施的固体废物污染防治法中也包含了相应的内容。
进入上世纪80年代后,随着环保和资源综合利用的重要性日益被人们所认识,对钢铁厂粉尘处理技术的研究也随之成为冶金界的一大热点。但20多年来,尽管也有几十项有关技术被开发出来,但经济性好且具有普遍意义的处理技术仍未出现。这也使得钢铁厂粉尘处理技术的研究成为冶金界的一大难题。
电炉粉尘的成分取决于所装入的废钢、冶炼钢种及工艺*作等因素。节电器例如冶炼不锈钢与普通碳钢的电炉粉尘成分差别较大。节电器冶炼普通钢时国内电炉废钢结构不同于国外,镀锌废钢相对较少,所以电炉除尘粉中锌含量较低;随着国内镀锌钢产量的增加,镀锌废钢量必然增加,电炉粉尘中锌含量必然逐步增加。表1是美国典型的不锈钢粉尘、碳钢粉尘和宝钢电炉粉尘的化学成分。
五种粉尘处理工艺介绍
钢铁厂含锌粉尘处理工艺主要分火法和湿法两种。利用粉尘中锌易富集在较细粒度中和含锌较多的粒子磁性较弱的特性,采用离心或磁选方法将含锌粉尘初步富集、回收的物理法工艺,对锌铅的富集效果较湿法或火法工艺低得多,一般仅作为湿法或火法工艺的预处理工艺。
火法工艺中,按含锌量的适用程度,又分为高锌粉尘工艺(Zn>30%)、中锌粉尘工艺(Zn:15%～26%)和低锌粉尘工艺(Zn<15%)。湿法工艺中主要分为焙烧工艺、酸浸工艺和碱浸工艺。湿法工艺存在的主要问题是锌铅的浸出率较低,浸渣难以作为钢铁厂原料循环利用,满足不了环保法提出的堆放要求;*作过程多,浸出剂消耗较多,成本较高,节电设备腐蚀严重;大多数*作条件较恶劣,对原料比较敏感,使工艺难以优化;处理过程中引入的S、Cl等易造成新的环境污染等问题。火法工艺虽说投资较大,但综合效益较好,使得火法较湿法竞争性强。以下介绍几种火法冶金工艺。
1 CFB法
循环流化床工艺在上世纪90年代初就处于工业试验阶段。该工艺的基本出发点是利用流化床的良好气体动力学条件,通过气氛控制和温度控制,在将锌还原挥发的同时,抑制氧化铁的还原,从而降低粉尘处理的能耗。但由于粉尘很细,还原挥发出的锌灰纯度较低,流化床的*作状态也不易控制,温度低虽对避免炉料粘结有利,但生产效率较低。因此,从90年代初至今一直未见成功的报道。
2 SPM法
SPM(SumitomoPre-reductionMethod)法实际上是一种类似Wealz回转窑的工艺过程。SPM法的特点及流程如下:不需要普遍采用的预造球和预加热过程,不需要粘结剂和副原料。在泥浆脱水后,灰尘饼和碳还原剂混合,精确控制碳、锌和水分的含量;EAF灰也可被混合其中,目前总处理灰尘、泥浆量的10%是EAF灰尘;混合好的混合物喂入直径37m,长30m的回转干燥窑,通过回转干燥后产生原始的球团;回转窑的废气在干燥回转窑进行回收利用,干燥回转窑干燥无需燃气;原始球团装入直径34m,长80m的回转窑进一步干燥、破裂以增加还原和脱锌的表面积,加热到金属化和脱锌要求的1200～1300℃高温。最后,通过在回转窑排出点再氧化造球;排出的海绵铁大约1100℃,通过回转窑冷却产生1～50mm的海绵铁,还原出的产品30%(颗粒尺寸大于5mm)可直接作为高炉原料,70%(颗粒尺寸小于5mm)的粉末通过烧结进行循环利用。SPM产品在炼铁过程中不仅可以作为铁矿石的代用品,而且还可以减少高炉的燃料消耗、烧结过程中碳的消耗。
3 Inmetco及RedSmelt法
Inmetco工艺是Inco公司在上世纪70年代针对镍、铬灰尘的回收利用开发的,并于1978年在美国埃尔伍得市建成了年处理8万吨废弃物的工厂,从1978年投产至今,已经处理了90万吨的废弃物;所处理的原料包括不锈钢灰尘、碳素钢灰尘和铁矿粉等。Inmetco工艺流程特点是:需要经过造球工艺,经环形炉直接还原为金属化球团,此种球团可在各种熔炼炉冶炼。将BF、BOF、EAF厂的灰尘、泥浆和还原剂进行混合后造球,还原剂采用煤或细焦粉,还原剂的量按照还原氧化物的冶金要求进行控制,还必须加入一定的粘结剂,通过造球形成直径8～12mm的原始球团。然后把它们装入RHF炉,料层厚度约20mm,在回转过程中通过炉墙和废气的辐射将球团快速加热到1350℃(还原所需温度约为950℃),此时球团产生CO气体,铁基氧化物被还原为被CO气体包围的金属。球团床在排出点约为1250℃,还原过程大约在12分钟内完成,同时重金属氧化物还原和蒸发,通过布袋除尘收集到Zn、Pb浓度超过60%的灰尘。过程所需的能量来自于不同区间预热的燃气的燃烧。炉内要求有精心设计的燃烧系统,以保证炉内不同区间的燃烧按照还原过程的热平衡进行控制。
1985年德马克公司取得了Inmetco技术的使用权,在Inmetco工艺的基础上增加了埋弧炉,并将Inmetco工艺与埋弧炉组合的工艺命名为RedSmelt(Reduction-Smelting)工艺。
4 川崎制铁的Z-STAR法
川崎制铁公司开发了一种利用焦炭填充床对炼钢炉尘进行熔融还节能设备原的方法。相对于其他方法,该过程的特点是:(1)直接利用细的原料,不必造块;(2)回收了几乎所有的Zn和Pb;(3)没有二次废物的排放。
此技术起初是应用在转炉进行熔融还原铬矿时,富含铬、镍的转炉炉尘的利用上。1994年5月日处理230t的工业化工厂投入运行,稳定*作。然后该技术被应用在含Zn的电炉除尘灰(EAF灰)的利用上。
5 冷固结球团法
冷固结球团与压块工艺是将含锌铅较低的粉尘加入粘结剂、碳粉等制成球团或压制成块,返回高炉、转炉或电炉重新冶炼。该法的特点是:粉尘的回收成本较低,粉尘中的铁可方便地回收,但含锌量超过高炉允许范围的粉尘不能用于高炉,因此,粉尘处理量和范围较小。使锌循环富集达到锌精矿的水平,循环次数约几十次,能耗较大,同时,将脉石含量较高的粉尘制成冷固结球团和压块用于转炉和电炉冶炼又会造成渣量过大、热损失较大的问题。
另外关于灰尘利用的方法还有许多类型,如大同制钢开发了一种叫DSM(节能设备大同灰尘渣熔化的特殊方法)的新型灰尘和渣处理过程,DSM是采用特别设计的燃-氧烧嘴将EAF灰和还原渣一起熔化,得到氧化渣和二次灰尘的过程。因为经过高温处理,以上过程获得的氧化渣无害,可以用作道路建设材料,DSM过程灰尘收集装置收集的二次灰尘含有较高的Zn,可以作为Zn熔化的原材料。这样,DSM过程极好地实现了EAF灰尘和还原渣的循环利用。具有设备简单,易于*作的特点,大同制钢在知多厂建造了DSM炉,从1996年开始*作。
MIDREX和神户钢厂开发的FASTMET环形炉将BF湿灰尘和轧钢厂泥浆按一定比例混合,调整碳含量,然后造球生产DRI产品。测试结果表明,脱锌率大于95%,可以得到金属化率大于90%的DRI。
电炉炼钢产生的粉尘或泥浆(污泥)于节电器1976年被美国环境署(EPA)列为有害废物,代号为KO61,要求钢铁厂对其中的锌、铅进行回收或钝化处理,否则须密封堆放在指定场地。在这之后,许多国家都制定了类似的法律,我国在1996年4月1日实施的固体废物污染防治法中也包含了相应的内容。
进入上世纪80年代后,随着环保和资源综合利用的重要性日益被人们所认识,对钢铁厂粉尘处理技术的研究也随之成为冶金界的一大热点。但20多年来,尽管也有几十项有关技术被开发出来,但经济性好且具有普遍意义的处理技术仍未出现。这也使得钢铁厂粉尘处理技术的研究成为冶金界的一大难题。
电炉粉尘的成分取决于所装入的废钢、冶炼钢种及工艺*作等因素。节电器例如冶炼不锈钢与普通碳钢的电炉粉尘成分差别较大。节电器冶炼普通钢时国内电炉废钢结构不同于国外,镀锌废钢相对较少,所以电炉除尘粉中锌含量较低;随着国内镀锌钢产量的增加,镀锌废钢量必然增加,电炉粉尘中锌含量必然逐步增加。表1是美国典型的不锈钢粉尘、碳钢粉尘和宝钢电炉粉尘的化学成分。
五种粉尘处理工艺介绍
钢铁厂含锌粉尘处理工艺主要分火法和湿法两种。利用粉尘中锌易富集在较细粒度中和含锌较多的粒子磁性较弱的特性,采用离心或磁选方法将含锌粉尘初步富集、回收的物理法工艺,对锌铅的富集效果较湿法或火法工艺低得多,一般仅作为湿法或火法工艺的预处理工艺。
火法工艺中,按含锌量的适用程度,又分为高锌粉尘工艺(Zn>30%)、中锌粉尘工艺(Zn:15%～26%)和低锌粉尘工艺(Zn<15%)。湿法工艺中主要分为焙烧工艺、酸浸工艺和碱浸工艺。湿法工艺存在的主要问题是锌铅的浸出率较低,浸渣难以作为钢铁厂原料循环利用,满足不了环保法提出的堆放要求;*作过程多,浸出剂消耗较多,成本较高,节电设备腐蚀严重;大多数*作条件较恶劣,对原料比较敏感,使工艺难以优化;处理过程中引入的S、Cl等易造成新的环境污染等问题。火法工艺虽说投资较大,但综合效益较好,使得火法较湿法竞争性强。以下介绍几种火法冶金工艺。
1 CFB法
循环流化床工艺在上世纪90年代初就处于工业试验阶段。该工艺的基本出发点是利用流化床的良好气体动力学条件,通过气氛控制和温度控制,在将锌还原挥发的同时,抑制氧化铁的还原,从而降低粉尘处理的能耗。但由于粉尘很细,还原挥发出的锌灰纯度较低,流化床的*作状态也不易控制,温度低虽对避免炉料粘结有利,但生产效率较低。因此,从90年代初至今一直未见成功的报道。
2 SPM法
SPM(SumitomoPre-reductionMethod)法实际上是一种类似Wealz回转窑的工艺过程。SPM法的特点及流程如下:不需要普遍采用的预造球和预加热过程,不需要粘结剂和副原料。在泥浆脱水后,灰尘饼和碳还原剂混合,精确控制碳、锌和水分的含量;EAF灰也可被混合其中,目前总处理灰尘、泥浆量的10%是EAF灰尘;混合好的混合物喂入直径37m,长30m的回转干燥窑,通过回转干燥后产生原始的球团;回转窑的废气在干燥回转窑进行回收利用,干燥回转窑干燥无需燃气;原始球团装入直径34m,长80m的回转窑进一步干燥、破裂以增加还原和脱锌的表面积,加热到金属化和脱锌要求的1200～1300℃高温。最后,通过在回转窑排出点再氧化造球;排出的海绵铁大约1100℃,通过回转窑冷却产生1～50mm的海绵铁,还原出的产品30%(颗粒尺寸大于5mm)可直接作为高炉原料,70%(颗粒尺寸小于5mm)的粉末通过烧结进行循环利用。SPM产品在炼铁过程中不仅可以作为铁矿石的代用品,而且还可以减少高炉的燃料消耗、烧结过程中碳的消耗。
3 Inmetco及RedSmelt法
Inmetco工艺是Inco公司在上世纪70年代针对镍、铬灰尘的回收利用开发的,并于1978年在美国埃尔伍得市建成了年处理8万吨废弃物的工厂,从1978年投产至今,已经处理了90万吨的废弃物;所处理的原料包括不锈钢灰尘、碳素钢灰尘和铁矿粉等。Inmetco工艺流程特点是:需要经过造球工艺,经环形炉直接还原为金属化球团,此种球团可在各种熔炼炉冶炼。将BF、BOF、EAF厂的灰尘、泥浆和还原剂进行混合后造球,还原剂采用煤或细焦粉,还原剂的量按照还原氧化物的冶金要求进行控制,还必须加入一定的粘结剂,通过造球形成直径8～12mm的原始球团。然后把它们装入RHF炉,料层厚度约20mm,在回转过程中通过炉墙和废气的辐射将球团快速加热到1350℃(还原所需温度约为950℃),此时球团产生CO气体,铁基氧化物被还原为被CO气体包围的金属。球团床在排出点约为1250℃,还原过程大约在12分钟内完成,同时重金属氧化物还原和蒸发,通过布袋除尘收集到Zn、Pb浓度超过60%的灰尘。过程所需的能量来自于不同区间预热的燃气的燃烧。炉内要求有精心设计的燃烧系统,以保证炉内不同区间的燃烧按照还原过程的热平衡进行控制。
1985年德马克公司取得了Inmetco技术的使用权,在Inmetco工艺的基础上增加了埋弧炉,并将Inmetco工艺与埋弧炉组合的工艺命名为RedSmelt(Reduction-Smelting)工艺。
4 川崎制铁的Z-STAR法
川崎制铁公司开发了一种利用焦炭填充床对炼钢炉尘进行熔融还节能设备原的方法。相对于其他方法,该过程的特点是:(1)直接利用细的原料,不必造块;(2)回收了几乎所有的Zn和Pb;(3)没有二次废物的排放。
此技术起初是应用在转炉进行熔融还原铬矿时,富含铬、镍的转炉炉尘的利用上。1994年5月日处理230t的工业化工厂投入运行,稳定*作。然后该技术被应用在含Zn的电炉除尘灰(EAF灰)的利用上。
5 冷固结球团法
冷固结球团与压块工艺是将含锌铅较低的粉尘加入粘结剂、碳粉等制成球团或压制成块,返回高炉、转炉或电炉重新冶炼。该法的特点是:粉尘的回收成本较低,粉尘中的铁可方便地回收,但含锌量超过高炉允许范围的粉尘不能用于高炉,因此,粉尘处理量和范围较小。使锌循环富集达到锌精矿的水平,循环次数约几十次,能耗较大,同时,将脉石含量较高的粉尘制成冷固结球团和压块用于转炉和电炉冶炼又会造成渣量过大、热损失较大的问题。
另外关于灰尘利用的方法还有许多类型,如大同制钢开发了一种叫DSM(节能设备大同灰尘渣熔化的特殊方法)的新型灰尘和渣处理过程,DSM是采用特别设计的燃-氧烧嘴将EAF灰和还原渣一起熔化,得到氧化渣和二次灰尘的过程。因为经过高温处理,以上过程获得的氧化渣无害,可以用作道路建设材料,DSM过程灰尘收集装置收集的二次灰尘含有较高的Zn,可以作为Zn熔化的原材料。这样,DSM过程极好地实现了EAF灰尘和还原渣的循环利用。具有设备简单,易于*作的特点,大同制钢在知多厂建造了DSM炉,从1996年开始*作。
MIDREX和神户钢厂开发的FASTMET环形炉将BF湿灰尘和轧钢厂泥浆按一定比例混合,调整碳含量,然后造球生产DRI产品。测试结果表明,脱锌率大于95%,可以得到金属化率大于90%的DRI。
