鋼鐵冶金塵泥的產(chǎn)生及處置利用技術(shù)分析

劉福利，楊 燁，鄒宗來，李智勇

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

近年來，在鋼鐵企業(yè)的快速發(fā)展取得一定成績的同時，也暴露出了設(shè)備及技術(shù)落后的問題，這就導(dǎo)致生產(chǎn)水平無法提高，無法應(yīng)對國內(nèi)外市場環(huán)境的變化，特別是隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和經(jīng)濟全球化的深入，也無法滿足客戶的多樣化需求。經(jīng)濟全球化使得世界市場之間的聯(lián)系更加密切，中國與國外發(fā)達國家之間的溝通和協(xié)作成為未來發(fā)展的必然趨勢，而經(jīng)濟全球化所引發(fā)的市場競爭，造成我國鋼鐵企業(yè)在發(fā)展過程中面臨著巨大的發(fā)展壓力，如何在國際市場中提高自身的市場競爭力和獲得更充足的發(fā)展空間，是未來鋼鐵企業(yè)發(fā)展中所亟需解決的問題。因此，鋼鐵企業(yè)應(yīng)該加強對自身經(jīng)營活動的管理，充分挖掘鋼鐵能源利用效率，有效解決鋼鐵行業(yè)在發(fā)展過程中所面臨的問題。

1 鋼鐵冶金塵泥相關(guān)理論概述

1.1 鋼鐵冶金塵泥的概念

鋼鐵冶金塵泥主要是鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)冶煉時產(chǎn)生的固體廢物、氣體和飛灰等[1]。在實際冶煉作業(yè)中，產(chǎn)生的大量廢氣致使環(huán)境污染問題愈發(fā)嚴(yán)重。鋼鐵行業(yè)所帶來的環(huán)境污染與經(jīng)濟發(fā)展匹配問題日益凸顯。此外，鋼鐵冶煉時需要消耗含鐵物料和大量燃料，如何高效利用礦產(chǎn)資源及燃料是亟需解決的問題。

1.2 煉鋼污泥的生成機理

1）煉鋼污泥主要是煉鋼生產(chǎn)過程中，對轉(zhuǎn)爐煤氣進行濕法除塵產(chǎn)生的，由于該過程不斷排放大量的粉末，使得含碳量不斷增多，顆粒物、灰漿和其他雜質(zhì)大量充斥在空氣之中[2]。一方面，在鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)會排放大量的污水，且在鋼鐵冶煉爐中排放的污水多為酸性物質(zhì)，會使工業(yè)廢水形成酸堿溶液，對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危害。

2）煉鋼生產(chǎn)過程中，對轉(zhuǎn)爐煤氣進行濕法除塵過程中，大量的冶金粉塵與水混合在一起，降低了環(huán)境粉塵含量，有利于改善現(xiàn)場工作人員的工作環(huán)境，從而保障現(xiàn)場工人的身體健康[3]。近年來，隨著環(huán)保力度不斷加大，社會愈發(fā)對環(huán)境加以關(guān)注，在這種背景下，對鋼鐵企業(yè)而言，勢必需要加強對污染的防治力度，通過引進先進的環(huán)保設(shè)備來減少鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中給人類帶來的不利因素，從而促進鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，為鋼鐵行業(yè)的未來發(fā)展奠定重要基礎(chǔ)。

1.3 固體廢棄物的處置和利用

在鋼鐵冶金過程中，大量的燃煤經(jīng)過燃燒之后從煙囪中排放出來，經(jīng)回收后，包含大量的細灰，被稱為飛灰。通過對飛灰進行合理回收和利用，能夠使其在農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，也可以用于建筑工程、市政工程、道路工程、塑料行業(yè)、建材行業(yè)等[4]。對煙氣中的細灰進行回收，能夠生成粉煤灰，其中包含大量的鋁、鐵等金屬，也可進行回收再利用。粉煤灰作為一種顆粒較小、孔隙率較高的物質(zhì)，能夠為植物的生長提供必要的營養(yǎng)物質(zhì)。鋼鐵生產(chǎn)的每個階段，如燃料燃燒、原料運輸、燒結(jié)、冶煉和軋制等工序都會產(chǎn)生大量的灰塵，例如，2022 年國內(nèi)鋼鐵總產(chǎn)量為99 985 萬t，鐵粉產(chǎn)量為9 856 萬t。鐵粉是煉鋼過程中的重要原料之一，隨著鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展，需要對鐵粉進行合理的回收和利用，這不僅能夠減少粉塵污染，還能夠充分提高煉鋼的資源效率，這也是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中最需要解決的問題之一。

2 鋼鐵冶金塵泥的來源及組成

2.1 粉塵污泥燒結(jié)

粉塵污泥燒結(jié)主要由產(chǎn)品造粒、冷卻、燒結(jié)機頭、機尾組成。粉塵污泥燒結(jié)需要使用多種類型的除塵器，燒結(jié)機頭主要使用多管除塵器進行除塵。

2.2 高爐布袋灰粉塵

在高爐煉鐵過程中，高爐煤氣是通過干法除塵進行凈化的，高爐煤氣通過布袋除塵器，將煤氣中大顆粒的粉塵用布袋進行攔截，從而獲得比較純凈的高爐煤氣，供用戶使用，產(chǎn)生的大顆粒粉塵就是高爐布袋灰，在除塵系統(tǒng)中通過除塵器進行處理，能夠有效地回收有色金屬蒸氣，重力除塵器的粒徑較大，含碳量相對較高。一些空氣中的灰燼中含有較高比例的金屬，如鋅和鉛，總鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達到30%左右。

2.3 煉鋼粉塵的回收

煉鋼粉塵的回收可分兩種方法：轉(zhuǎn)爐粉塵通過煙道后，被洗滌劑回收利用；轉(zhuǎn)爐粉塵通過可移動罩，經(jīng)過蒸汽鍋爐和冷卻劑后，經(jīng)過干燥被捕捉和回收。應(yīng)用靜電除塵器對轉(zhuǎn)爐粉塵進行捕捉和回收，其w（Fe）能夠達到60%左右，細度小于40 μm。粉塵中除了有大量的鐵元素外，還包含鉛、鉻、鋅等金屬元素，具體的化學(xué)成分及含量因工藝而有所不同。轉(zhuǎn)爐粉塵的廢渣中w（Fe）能夠達到30%左右，也包含一定的鋅、鉛，細度小于2 μm。

3 鋼鐵冶金塵泥的特性分析

3.1 粉塵特性

鋼鐵冶金粉末中的元素主要是鐵和錳，其主要特點是：含氧顆粒占比大，在鋼鐵冶金的酸性環(huán)境中穩(wěn)定性高；粉末中硫元素和氮元素化合物含量高，其不穩(wěn)定性導(dǎo)致吸收過程中釋放出一些氣體或顆粒，大量的粉末也導(dǎo)致大量的顆粒填充在冶金生產(chǎn)線上；鋼鐵鑄造廠生產(chǎn)的顆粒由含量均勻的混合物和以粉末形式存在的復(fù)雜混合物為主，或具有各種差異和形狀的固體粉末組成；粉末的顆粒分布不均勻，顆粒之間有很大的空隙，這可能導(dǎo)致形成大量沉積物；由于空氣中水分和灰分含量高，當(dāng)溫度達到200 ℃左右時，灰分含量明顯增加。粉體本身的高流動性使粉塵表面物質(zhì)黏附在粉體表面，進一步加強了顆粒之間的相互結(jié)合，在風(fēng)吹條件下引起振動，有利于大量堆積物的積累。

3.2 揮發(fā)分含量大

鋼鐵作為金屬材料的重要組成部分，對經(jīng)濟的發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在市場競爭日益激烈的情況下，粉塵揮發(fā)分含量大還影響鋼鐵的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量。而在鋼鐵的實際生產(chǎn)過程中，由于工藝水平不佳等問題，會致使大量含水量高、揮發(fā)性強的粉塵不斷產(chǎn)生，對環(huán)境產(chǎn)生污染，通過更新設(shè)備，加大環(huán)保投入，以及技術(shù)的進步，使所產(chǎn)生的冶金塵泥比例不斷下降，這對我國鋼鐵企業(yè)的發(fā)展造成了一定競爭壓力。

3.3 固體顆粒物易結(jié)塊

目前我國的鋼鐵公司已經(jīng)在逐步改進生產(chǎn)工藝，并不斷引進先進的環(huán)保設(shè)備，但是在實際的生產(chǎn)過程中仍然會產(chǎn)生部分大顆粒粉塵和固體廢棄物，這些廢棄物主要以含鐵礦砂和鋁鎂合金以及細小的硫鋁銅陶瓷為主，如果未能及時進行處理，將會大量堆積，且這些粉塵中包含一定的有害氣體，會影響空氣質(zhì)量。

4 鋼鐵冶金塵泥處置利用技術(shù)

4.1 濕法工藝

濕法工藝是用機械方法去除鋼鐵塵泥中的有害物。濕法工藝通過對排煙道中的粉塵氣體進行有效回收，經(jīng)過高溫加熱后，鋼鐵冶金的內(nèi)部溫度達到最大值，所產(chǎn)生的冶金渣包含的元素主要以鐵元素和氯元素為主。污染物也可以采用濕法工藝進行有效處理。

4.2 火法工藝

火法工藝主要是指在煉鋼過程中有效處理粉塵、灰燼和其他有害物質(zhì)，并在符合排放標(biāo)準(zhǔn)和減少污染的條件下實現(xiàn)最終排放。目前，鋼鐵行業(yè)的煉鋼消耗了大量的鐵礦石資源，這些鐵礦石在燃燒使用時，會影響周圍居民的健康。此外，燃燒原料也會對城市空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響，使用火法工藝是有效清除排放物和固體廢物的有效手段。

5 結(jié)論

隨著經(jīng)濟發(fā)展水平和公眾環(huán)保意識的不斷提高，在新形勢發(fā)展背景下，國家對鋼鐵企業(yè)的發(fā)展提出了新要求，這就需要加強鋼鐵企業(yè)的環(huán)境管理，實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。為了促進鋼鐵企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，進一步提高鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟效益，需要開發(fā)一套合適的鋼鐵冶煉設(shè)備，并對鋼鐵冶金塵泥進行有效處置和利用。