適用于轉底爐處置含鐵、鋅粉塵的消解工藝*

趙丹丹， 吳傳文

(上海梅山工業(yè)民用工程設計研究院有限公司， 江蘇 南京 210039)

1 概 述

鋼鐵企業(yè)生產過程中會產生大量有利用價值的各種含鐵、鋅的粉塵、污泥，主要是燒結除塵灰、高爐除塵灰、電弧爐粉塵、轉爐除塵灰等，同時含有部分鋅、鉛、鉀、鈉等有害元素。采用目前常規(guī)的利用方式已經影響了設備使用壽命、工藝生產順行，致使相當一部分粉塵只能采取棄置、填埋等處置。循環(huán)、高效的固廢處理是當前國家重點鼓勵發(fā)展的產業(yè)；轉底爐直接還原技術，將含鐵、鋅塵泥進行資源循環(huán)處置，被廣大的鋼鐵企業(yè)關注并實施。由于鋼鐵企業(yè)生產原料的不同、生產工藝的差異，含鐵、鋅塵泥的物理特性、化學成分具有差異性；針對不同的物料組合，選擇適宜的預處理措施，是保證生產線正常運行的先決條件。

含鐵、鋅塵泥是鋼鐵工業(yè)種類最多、成分最雜的廢棄物，是鋼鐵企業(yè)在原料準備、燒結、球團、煉鐵、煉鋼和軋鋼等工藝過程中所排煙塵進行干法除塵、濕法除塵和廢水處理后的固態(tài)廢物。例如：高爐除塵灰是高爐煉鐵過程中礦槽、篩分、出鐵場等除塵工藝收集到的粉塵；燒結除塵灰是燒結原料在轉運、配料、燒結過程中，除塵器收集下來的粉塵；轉爐LT灰是轉爐煤氣干法凈化回收的粉塵。這些除塵灰的總鐵含量(TFe)一般在20%-70%，還含有Zn,Ca,Mg及C,P,S等元素。

轉底爐直接還原工藝是將含鐵、鋅塵泥配碳和粘結劑后混合造球，生球經烘干后置于轉底爐內，當轉底爐轉動時生球被加熱，至1100 ℃左右時ZnO被還原，還原出的Zn被蒸發(fā)并隨煙氣一起排出，經冷卻系統(tǒng)時被氧化成ZnO后沉積在除塵器收集后銷售，生產的直接還原鐵(DRI)和余熱回收的蒸汽可循環(huán)利用。通過含鐵、鋅粉塵化學成分的測定和潤濕試驗，為消解工藝路線的選擇提供強有力的支撐。

以某鋼廠提供的除塵灰樣本為例進行試驗，化學成分如表1所示。

表1 含鋅塵泥的化學成分分析 / %

由表可見，三種含鋅粉塵鐵品位相差較大，轉爐LT灰含鐵量最高，高爐布袋灰含Zn及含C量最高。三種粉塵中Fe，Zn，Ca，Mg及C等元素均具有回收利用價值。三種含鋅粉塵中CaO含量均較高，尤其轉爐除塵灰中氧化鈣含量高達23.84%。由于CaO吸水后體積膨脹150%-250%，在成球加水后，會導致球團內部爆裂，降低成球率，是生產流程上的關鍵一環(huán)，為此需進行潤濕試驗探明潤濕機理。

2 潤濕試驗

將三種含鐵、鋅粉塵進行潤濕試驗，即將三種粉塵及配碳和粘結劑后的混合料，分別潤濕0，5，10，20，30 min，然后在150℃左右鋪一薄層快速干燥。通過潤濕試驗，對三種含鋅粉塵和外配含碳粉(CDQ粉)進行XRD分析，探明原料的物相組成，Zn和Ca元素的賦存狀態(tài)，然后考察三種含鋅粉塵及混合料潤濕過程游離CaO含量及化合水含量的增量隨潤濕時間的變化關系。CaO含量最高的轉爐除塵灰物相分析圖如圖1所示。

圖1 LGC粉塵X射線衍射分析圖譜

由圖可以看出，該原料中的Ca主要以CaO和Ca(OH)2形式存在，Zn元素主要賦存于ZnS和ZnO中，F(xiàn)e主要賦存于Fe3O4中；原料中還含有一定量的MgO，NaCl，NaSO4及少量C。

3 CaO消化特性

3.1潤濕過程CaO消化特性

考察三種含鐵、鋅粉塵及混合料在潤濕水分10%時，物料中游離CaO的含量隨時間的變化，得到的結果如表2和圖2所示。由此可見，隨著潤濕時間增加，轉爐LT灰中游離CaO含量由2.22%減少至2.09%，高爐布袋灰中的游離CaO基本不變，由之前的化學成分分析和XRD分析可以看出，這兩種原料中的CaO含量較少；轉爐除塵灰中游離CaO含量較多，化學成分分析表明該原料中CaO總含量高達23.84%，而未潤濕游離CaO含量為19.66%，隨著潤濕時間增加至30 min，轉爐除塵灰中游離CaO含量降低至19.27%；混合料中游離CaO含量由1.77%減少至1.36%。

表2 游離氧化鈣含量/%

圖2 游離CaO含量與潤濕時間的關系

3.2 潤濕過程原料溫度變化

通過對潤濕過程物料溫度的考察，潤濕水分在16%時，原料的溫度隨時間的變化過程，得到的結果如表3和圖3所示。

表3 潤濕過程原料溫度變化/℃

圖3 潤濕過程原料溫度變化

由圖3可以看出，潤濕過程三種粉塵都發(fā)生了消解，尤其是煉鋼LGC粉塵，隨著時間延長，其溫度能達到98 ℃；混合料在潤濕時間達到5 min后，物料溫度能達到50 ℃左右。潤濕時間超過30 min時，物料溫度才開始下降，說明潤濕10 min后成球的過程中，物料的溫度仍較高，造球過程中球團的水分也在不斷減少。

4 工藝設施

根據(jù)物料成分進行配比計算，為滿足轉底爐直接還原工藝的要求，針對CaO含量高的粉塵設置工藝設施進行集中消解。如某鋼鐵企業(yè)設置消解場所——消解庫專門用于含鐵、鋅粉塵的消解，其作為煉鋼LT灰和煉鋼除塵灰的消解設施，可滿足煉鋼LT灰在線、離線消解及煉鋼除塵灰離線消解工藝，兼顧原料堆存場所，目前使用良好。

在線消解，即在除塵灰收集倉下設置加濕卸灰機進行加水，經膠帶輸送機將加過水的粉塵送入消解庫中在線消解斗內，在線消解斗的大小根據(jù)物料量和消解時間確定，消解后的物料經膠帶輸送機運送至配料環(huán)節(jié)。

離線消解，將除塵灰堆存在消解庫的消解區(qū)域進行消解。消解庫堆存區(qū)域根據(jù)粉塵情況設置擋墻，堆存面積需保證粉塵情況。除塵灰和其他散料可通過密閉罐車或自卸汽車運輸?shù)较鈳爝M行卸車作業(yè)，正常生產時作為除塵灰落地消解場地，也可將除塵灰通過氣力吸排罐車打灰到接收倉，通過接收倉下口的加濕卸灰機加濕后落地消解，然后通過庫內設置的抓斗起重機將消解好的物料抓入消解上料斗進入配料系統(tǒng)。在轉底爐檢修時，消解庫也可以作為落地除塵灰或其他散裝料的堆存上料設施。

消解工藝設施根據(jù)場地、生產規(guī)模、作業(yè)率等因素綜合考慮，由于消解是一個放熱過程，從環(huán)境保護的角度出發(fā)，充分利用噴霧抑塵等技術措施。

5 結束語

對含游離鈣高的粉塵設置消解設施，降低其游離鈣的含量，是保證成球率的重要技術手段。根據(jù)不同原料進行合理的預處理工藝，是保證轉底爐處理含鐵、鋅粉塵資源利用項目高效、穩(wěn)定生產的先決條件。