一種新的從高爐瓦斯灰中回收有價金屬的工藝

邴 桔，常永強

(中國有色金屬建設股份有限公司，北京 100029)

鋼鐵行業是資源與能量消耗最大的生產行業之一，面對日益嚴重的資源和環境問題，節能減排已成為我國各大鋼鐵企業要面對的問題。盡管世界各國研究發展了很多煉鐵方法，但高爐煉鐵仍占主導地位[1]，隨著鋼鐵產量的增加，其排放物同樣也會越來越多，高爐瓦斯灰是煉鐵高爐產出的荒煤氣經收塵而得到的固體廢棄物，生成量約為鐵產量的4%，數量可觀，不加以合理處置將直接對生態環境包括水體、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、銦等有價金屬，如不加以回收利用，也將造成二次資源的浪費。常規的處理方法是固化填埋或者制團返回焙燒工序，這兩種方法均無法對其中的有價金屬進行綜合回收，前者成本高，后者會造成金屬在主體工藝中循環累計，使高爐順行受阻，因此高爐煙塵的綜合回收利用對企業促進重金屬防治污染、建立清潔生產模式、實現循環經濟可持續發展具有十分重要的現實意義。

1 高爐瓦斯灰的性質

根據高爐煙塵根據不同的除塵方式，分為高爐瓦斯灰和高爐瓦斯泥兩種。其中經濕法除塵設備所得的粉塵稱為高爐瓦斯泥，經干法除塵設備所得的粉塵稱為高爐瓦斯灰。國內鋼鐵企業的高爐煙塵的基礎特性研究結果發現，瓦斯灰中含Fe：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和復合物的混合煙塵，其中以Fe2O3、ZnO、Al2O3、SiO2、CaO、MgO和PbO成分居多，成分比較復雜。但主要成分保持不變。表1為國內一些鋼廠的高爐煙塵的化學組成[2-4]。

表1 國內一些鋼廠高爐粉塵化學成分組成（%）

研究表明高爐粉塵中的鋅可能的賦存狀態包括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。一般粒徑在20μm～50μm，流動性好，易造成二次污染，尤其對于特別細小的顆粒，長期懸浮于空氣中，對操作環境也會造成污染。

（2）吸水性差。高爐煉鐵過程中，煙塵經過一系列的物理和化學變化，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

根據某廠所購買的原料，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

因為高爐瓦斯灰顆粒細、吸水性差，因此搭配濕法煉鋅的浸出渣一起做球團質粒，一般濕法煉鋅系統產出的鋅浸出渣含水在30%～40%，短時間的堆放不能滿足物料配料和入爐對水分的要求，故需要在球磨制粒工序前對鋅浸出渣進行干燥處理。未經處理的瓦斯灰堆密度約為0.7g/cm3～0.9g/cm3，經球團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其含鐵、硅量，按照渣型配比來確定。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進行球磨處理，再加入水、粘結劑制粒，質粒后物料含水7%～8%，球磨產生的粉塵返回配料系統。

制粒后的物料進煙化爐吹煉，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；產生的高溫煙氣通過余熱鍋爐進行余熱回收，后接布袋收塵系統，有價金屬鋅、鉛揮發入煙塵，稀貴金屬如銀、銦、鉍等也通過煙化吹煉富集于煙塵中，作為產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，也可直接計價外售；尾氣送脫硫系統，硫達標后可安全排放。

吹煉過程中發生的主要化學反應如下：

熔池區：

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瓦斯灰原料進行磁選的預處理，一方面磁選出來的磁鐵礦可以直接作為高附加值產品外售，另一方面也減少了后續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險，有利于煙化吹煉過程的安全運行。

3 技術經濟指標及結論

某廠經過一段時間的生產實踐表明：

（1）高爐瓦斯灰搭配鋅浸出渣經球磨質粒，采用煙化吹煉綜合回收其中的有價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；同時對其他稀貴金屬如銀、鉍進行了一定的富集，實現了對高爐瓦斯灰的綜合回收利用。

（2）整個工藝流程短，既克服了以往其它火法工藝中鋅循環累計無法開路帶來的順行受阻，也克服了濕法系統流程長、污水排放量大等缺點，促使企業在固廢資源綜合回收方面取得了顯著的經濟和社會效益。

（3）本項目采用煙化爐～余熱鍋爐一體化裝置，在回收有價金屬的同時，對吹煉過程中的高溫煙氣也進行了有效的熱量回收利用，所產低壓蒸氣用于廠區其它工藝設備，做到了對二次能源的充分有效地利用。

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

（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，對瓦斯泥采用回轉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進行綜合回收處理。