高爐煤氣干法除塵灰提鋅技術的應用

楊暉

（中鋼集團天澄環保科技股份有限公司，武漢430205）

1 引言

在高爐冶煉過程中，非常容易產生大量的高爐灰，如果無法有效處理這些高爐灰，會對環境造成污染，目前，隨著環保力度的不斷加大，該問題成為鋼鐵行業中的重點關注內容。

2 研究對象

某企業中，有2 座回轉窯，平均日處理量約為200t，具體的高爐灰塵成分如表1 所示。

表1 高爐除塵灰成分表%

3 回轉窯工藝的提鋅原理

采用回轉窯火法焙燒處理高爐塵灰以及鉛鋅融煉爐渣等含有鋅元素的原料時，可以將焦粉作為還原劑，而后在約1 250℃的溫度下，將其中所含的鉛、鋅等有價金屬在經過CO的還原后進入煙氣中，再經過氧化后隨著煙氣進入收塵系統中，通過降溫、冷卻等處理后，在收塵系統中得到氧化鋅粉。具體化學方程式如下：

4 回轉窯處理工藝具體流程

回轉窯處理工藝的具體流程如圖1 所示。

圖1 回轉窯工藝流程圖

4.1 原料的混配合預處理

燒結灰中含有大量的氯離子，所以，應對其進行沖洗，經過2 次沖洗后，將氯離子沖洗干凈，而后進入沉淀池內進行沉淀，將底部含有的泥水料送入板框壓濾機下進行脫水處理，確保脫水程度在30%以下，將尚未經過沖洗的高爐灰和脫水料、焦粉按照特定的比例進行混配，原則為：保證碳含量能夠充分滿足供熱需求。另外，要對進入雙軸螺旋混合機的混料進行加濕處理，使其保持一定的濕度。最后，將混合料從窯尾的喂料口送入回轉窯內進行焙燒。

4.2 回轉窯焙燒

在回轉窯不停轉動的情況下，窯尾內的配料也不停地進入預熱和烘干的階段，此階段的溫度為650～700℃，而后步入中度溫度階段，具體溫度為700～850℃，最后則進入高溫階段，具體溫度為850～1 100℃，而鋅的沸點為907℃[1]，經過高溫后，翻動料會形成黃色膿火焰，也就是鋅蒸汽，而后隨著窯內具有的強大的鼓風和引風，通過逆向方式有序地進入中溫度階段、預熱階段以及烘干階段，同時與窯內剩下的氧氣產生反應，經過氧化后形成的ZnO 粉塵在通過快速風力的作用下，可以迅速達到氧化沉降室內中。經過完全焙燒后，尾渣從窯頭的位置被排放出來，而后進入水池中完成后續處理。

4.3 氧化沉降

回轉窯內形成的快流速的高溫煙氣中含有大量的粉塵和氧化物，在其經過氧化沉淀后，截面面積會有所增加，但是隨著流速的逐漸降低，也會有所減小。在這個過程中，由于無法進行氧化的雜質等大型顆粒在經過沉降室內的第一次沉降后已經得到分離，提高了后續工藝氧化鋅的實際品位。氧化沉降完成后，將沉積灰塵收集好，而后返回到窯尾內進行再次焙燒，對于尚未完全氧化的物質會在沉降室內進行再次氧化，這時沉降室的溫度應在550～850℃。已經得到完全氧化的物質，如CaO、ZnO 等體積比較小的粉塵物以及部分重量比較輕的粉末，會跟隨氣流進入冷卻系統中。

4.4 沉降冷卻

溫度達到400～500℃的高溫氣體在經過人字管后，利用水池冷表散熱和空氣自然對流的方式確保其溫度降到約160℃，因為冬季與夏季的溫度不同，實際冷卻效果也不同，可以采用關閉一些人字管或者添加水池水量的方式進行調節，當氣體進入人字管后，冷卻器內含有的高溫氣體也會產生一部分粉塵與氧化物在人字管中，應根據實際比重對其進行分級別沉淀，使其保持在16 個斗內，從而實現二次分離，也可以根據不同灰斗中氧化鋅的品位，將合格品位的氧化鋅粉塵進行拾取，使其被吸入除塵器中，而對于不合格的氧化鋅粉塵，則需要再次進入回轉窯中處理。

4.5 氧化鋅布袋的收集和凈化

在冷卻器內排出的溫度達到約160℃的濃氧化物與粉塵氣體[2]，經過脈沖袋除塵器完成粉與氣的分離。進行分離時，也可以降低氣體的溫度，使溫度保持在約60℃，同時，將經過分離后形成的氧化鋅粉收集到除塵器的灰斗中，最后定期將其運出。

使用濾袋對二氧化硫等煙氣進行分離，而后再使用引風機將其送入脫硫塔中，煙氣就可以從脫硫塔的底部逐漸向上方向流動，這時，堿液可以按照自上而下的方式呈三級霧狀流下，而后利用三級旋流器改變方向，并逐漸減速后再向上移動，實現酸堿中和，確保最后排放的氣體的硫含量低于50mg/m3。

5 影響回轉窯提鋅率的因素

經過相關的生產實踐可知，有2 方面因素會對回轉窯的提鋅率造成影響，具體如下：（1）窯身的轉速。爐料在窯中停留的時間、反應的完全程度以及反應速度都會受到窯身轉速的影響，如果轉速比較大，則爐料的停留時間也比較短，雖然可以進行良好的翻動，但是仍然可能出現反應不完全的情況，從而導致鋅元素含量升高，如果轉速比較慢，則可能導致爐料的停留時間較長，進而導致碳元素、焦粉被完全燃燒，通常情況下，爐料的停留時間最好控制在30～80min。（2）窯內溫度的影響。如果窯內的溫度較高，會加快鋅氧化物的還原速度，并使其完全揮發，但是因為溫度過高，也會加速窯襯的腐蝕，從而減少了窯襯的壽命，甚至會對整個操作過程造成影響。

6 結語

綜上所述，在高爐煤氣干法除塵灰工作中，采用回轉窯提鋅技術能夠使整個流程更加簡單、可控，并降低污染程度，從而確保鋅的回收率能夠得到確切保障。