鋼鐵廠含鋅固廢處理工藝對比分析

趙 杰

（南京旭陽工程科技有限公司，江蘇 南京 210012）

鋼鐵行業(yè)是國民經濟的重要基礎產業(yè)，其生產過程中不可避免產生大量固廢，固廢產生量一般為鋼產量的8%～12%[1]，2017年我國粗鋼產量約8.3億噸，接近世界總產量的50%，鋼鐵固廢產生量平均按10%計算，全國鋼鐵行業(yè)每年產生鋼鐵粉塵約8300萬噸，如何處理數量巨大的鋼鐵粉塵已成為鋼鐵工業(yè)的重要課題。

2016年，電爐除塵灰在《國家危險廢物名錄》定義成危廢，高爐干法灰在湖南、江西等省份也已被鑒定為危廢。可以預期環(huán)保對鋼鐵廠固廢的控制日趨嚴格，如何處理鋼鐵廠固廢備受關注。

鋼鐵廠固廢按鐵、鋅含量將固廢分為含鐵固廢和含鋅固廢。含鐵量在20%～70%、不含鋅或鋅含量很少的固廢稱為含鐵固廢；含一定量鋅元素的固廢稱為含鋅固廢。

含鐵固廢的處理方法有燒結法、球團法等，技術已較為成熟。

而含鋅固廢的處理仍面臨很多困難，目前處理方法主要有：填埋法、物理法、濕法、火法、等離子法等。目前工程化最好、應用最廣的是火法中的回轉窯法和轉底爐法，兩種工藝介紹如下。

1 工藝介紹

1.1 回轉窯法

鋼鐵廠固廢通過配料、混合后，由皮帶輸送機由窯尾加入。窯內分干燥段、預熱段、反應段和冷卻段，物料隨回轉窯的轉動向窯頭運動，并與窯內的熱煙氣充分接觸，逐漸被煙氣加熱，首先進行水的蒸發(fā)，隨著物料與煙氣的逆向流動，物料溫度逐漸升高，達到一定溫度后窯內物料發(fā)生化學反應，產生窯渣，窯渣從窯頭排出，經水淬后由撈渣機撈出，由皮帶送至窯渣處理系統(tǒng)。此處設旁路系統(tǒng)，窯渣水淬后經過皮帶機輸送至臨時堆場。

原料中ZnO還原反應變鋅蒸汽，在引風機作用下，鋅蒸汽從窯尾經過表冷降溫，同時在這個過程中，鋅被煙氣氧化為次氧化鋅，進入收塵器被捕集。其他不能被升華的窯渣和沒有燃盡的碳隨著轉窯的旋轉，從窯頭排出。回轉窯熱量主要由內配碳提供，同時在回轉窯窯頭設置燒嘴，用于回轉窯溫度達不到要求時補充熱量。

具體工藝流程圖如下：

圖1 回轉窯處理工藝

目前國內采用回轉窯處理的有：昆鋼、本鋼、南鋼等，主要處理高爐灰、電爐灰。

1.2 轉底爐法

在轉底爐處理鋼鐵廠固廢工藝中，鋼鐵廠的含鐵鋅固廢經烘干、配料、混合、制球、干燥等預處理環(huán)節(jié)成為含水低于2%的干球，再經專用裝料設備進入轉底爐還原。由于在球團內部，碳與鐵、鋅氧化物的緊密接觸，為還原過程提供了良好的傳熱傳質條件，同時球團內的過剩碳在高溫下發(fā)生顯著的氣化反應，因此隨還原過程的不斷進行，鐵氧化物處在一個被CO還原氣體包圍的氛圍下而逐漸被還原成金屬鐵。典型轉底爐的處理工藝流程如圖2所示。

圖2 典型轉底爐處理工藝

在轉底爐內，球團隨轉底爐爐底的轉動經過溫度及氣氛不同的各個區(qū)，隨著球團溫度的繼續(xù)升高，還原反應加劇進行。在還原性氣氛下，球團中的大量碳與氧結合生成的CO游離出來，一部分快速與料塊中的鐵元素進行還原反應，另一部分參與燃燒，放出大量熱量。析出CO燃燒釋放的熱量，滿足爐子大部分熱量需求（見圖3）。

圖3 轉底爐反應機理

粉塵中的氧化鋅被還原后生成金屬鋅，金屬鋅迅速蒸發(fā)形成鋅蒸汽，隨煙氣排出爐外時又與煙氣中的過剩氧反應生成次氧化鋅粉塵進入煙氣系統(tǒng)，在煙氣系統(tǒng)中進行次氧化鋅粉塵回收。

表1 處理固廢轉底爐情況一覽

2 工藝對比

兩種工藝各有優(yōu)勢，從適用性、投資、產品、運行成本等幾方面進行分析

2.1 固廢適用性

從固廢適用性來看，回轉窯首先對原料含碳量要求高，混合料含碳一般在25%以上，故主要處理高爐灰，其他低碳固廢僅可少量添加（不外配碳的情況下）。

另外回轉窯一般要求高鋅（6%以上），否則回收鋅粉品位低、經濟效益差。

轉底爐混合料的含碳一般在14%～16%即可、對原料含鋅量無嚴格要求，原料適用性廣。目前轉底爐可電爐灰、轉爐灰、礦槽灰，高爐灰、高爐污泥、轉爐污泥等各種鋼鐵廠固廢；

2.2 產品情況

回轉窯粉料入爐，隨著窯體轉動，金屬化率～55%，鋅脫除率70%～90%之間，產品為鋅粉及窯渣，鋅粉的品位30%～50之間，窯渣的品位40%～60%，且含水、粒度不均勻，目前僅可作為燒結原料，回轉窯窯渣典型成分如下：

表2 回轉窯窯渣典型成分

轉底爐采用成球入爐，反應速度快，在還原過程種揚塵小，鋅粉的品位相對高，根據生產經驗，鋅粉鋅品位可在55-70之間，金屬化球團典型成分如下：

表3 轉底爐金屬化球團典型成分

球團強度200-500N/個，可作為煉鋼和煉鐵原料。

2.3 環(huán)保情況

目前從運行情況看，轉底爐工藝的系統(tǒng)的環(huán)保效果較好，以某轉底爐項目為例，按監(jiān)測結果，轉底爐主煙氣中顆粒物排放濃度為4.8mg/m3，SO2排放濃度為3mg/m3，氮氧化物排放濃度為26mg/m3，均達到了超低排放的標準。

回轉窯粉料入爐，在運行過程中揚塵量較大，且出料為水淬池抓斗取渣，環(huán)境較差。

2.4 投資及效益對比

以20萬噸固廢處理為例，回轉窯工藝從儲存、回轉窯、成品系統(tǒng)、煙氣處理、及相應的公輔系統(tǒng)與轉底爐相比投資大概為1：2。

此外，轉底爐產品的品質上較優(yōu)，會有更高的售價，效益更好。

表4 某鋼廠兩種工藝方案對比

最大容量 50萬t/a 15萬t/a脫鋅率 90%～97% 70%～90%鋅粉鋅品位 55%～66% 35-45%投資 16000萬元 9000萬元環(huán)保 較好 一般

3 結論

鋼鐵廠固廢高效處理，是我國實現環(huán)境保護及循環(huán)經濟的重要前提，回轉窯及轉底爐工藝作為目前最主要的兩種工藝，各有特點及優(yōu)勢。

根據原料條件、產品去向、燃料供應、占地要求、環(huán)保要求等不同情況具體分析，選用適合的工藝。