燒結(jié)原料中配加含鐵塵泥和石化堿渣實(shí)驗(yàn)研究①

武兵強(qiáng)， 趙亞釗， 萬新宇， 王海風(fēng)， 王 鋒， 齊淵洪

（1.鋼鐵研究總院先進(jìn)鋼鐵流程及材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081； 2.鋼研晟華科技股份有限公司研發(fā)部，北京 100081； 3.中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100035）

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量含鐵塵泥，近年來，隨著節(jié)能減排和碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略的實(shí)施，含鐵塵泥綜合利用成為鋼鐵企業(yè)綠色化發(fā)展必須解決的問題[1-2］。 目前，很多學(xué)者對除塵灰[3-6］、煉鋼污泥[7-8］單獨(dú)配加到燒結(jié)原料中進(jìn)行了研究。 而鋼鐵企業(yè)含鐵塵泥種類多、成分差異大，對不同工序產(chǎn)生的含鐵塵泥進(jìn)行優(yōu)化配伍，獲得含鐵塵泥混合料，再配加到燒結(jié)原料中，有利于提高鋼鐵企業(yè)含鐵塵泥的利用率。

石油化工企業(yè)為了使成品油的抗腐蝕、酸度以及硫化物含量符合標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)過程中采用堿洗精制的方法對汽油、柴油、液化氣等油品進(jìn)行精制處理，由此產(chǎn)生一定量廢液。 這種廢液污染物濃度高、堿性大，與固體污染物性質(zhì)相似，因此稱為石化堿渣。 石化堿渣排放量小，但污染嚴(yán)重，目前對石化堿渣的處置主要采用濕式空氣氧化法和生物法，但存在反應(yīng)條件苛刻、設(shè)備投資高、能耗高、處理量小等問題[9-10］。 華中地區(qū)某石化公司年產(chǎn)石化堿渣600 t，此地某年產(chǎn)120 萬噸的鋼鐵原料燒結(jié)廠，考慮將少量石化堿渣配加到燒結(jié)原料中，從而消納石化廠全年產(chǎn)生的石化堿渣。 但是將石化堿渣配加到燒結(jié)原料中，目前鮮見相關(guān)報道。 本文將含鐵塵泥混合料和石化堿渣配加到鐵礦石燒結(jié)工藝中，開展含鐵塵泥混合料和石化堿渣的燒結(jié)協(xié)同處置研究，以期通過燒結(jié)工藝實(shí)現(xiàn)含鐵塵泥資源回收利用和石化堿渣的無害化處置，為工業(yè)園區(qū)內(nèi)鋼鐵企業(yè)和石化企業(yè)的廢棄物處理提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)原料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)所用鐵礦粉原料和含鐵塵泥均來自某鋼鐵企業(yè)現(xiàn)場，其主要化學(xué)成分分別見表1 和表2。

表1 燒結(jié)原料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表2 含鐵塵泥化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

石化堿渣主要成分見表3。

表3 石化堿渣主要成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

不同含鐵塵泥和石化堿渣配加量的燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)原料配比如表4 所示。 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)固體燃料配比為4%（相對配合料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；通過調(diào)整白灰和F 礦加入量控制燒結(jié)礦堿度為1.85。

表4 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)原料配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)具體步驟為：按照配礦方案稱取原料后混勻，然后置于圓筒制粒機(jī)內(nèi)制粒，制粒過程中噴入適量水，混合料水分控制為7.5%～8.5%，制粒時間為7 min。 先向燒結(jié)杯內(nèi)加入1 kg 成品燒結(jié)礦（高度10～16 mm）作為鋪底料，然后將圓筒內(nèi)制粒后的試樣布料在燒結(jié)杯內(nèi)，燒結(jié)料層高度為700 mm。 燒結(jié)杯尺寸為Φ220 mm × 700 mm，點(diǎn)火溫度1150 ℃，點(diǎn)火時間2 min，點(diǎn)火負(fù)壓6 kPa。 點(diǎn)火完畢后將負(fù)壓調(diào)至12 kPa，水分控制在7.5%～8.5%。 燒結(jié)廢氣達(dá)到最高溫度后開始下降時對應(yīng)的時間點(diǎn)作為燒結(jié)終點(diǎn)。

燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，采用單輥破碎機(jī)對燒結(jié)礦進(jìn)行破碎，然后經(jīng)過落下和篩分，粒度大于5 mm 的燒結(jié)礦為成品燒結(jié)礦。 對成品燒結(jié)礦進(jìn)行化學(xué)成分分析、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度測試以及冶金性能測試研究。 成品燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、低溫還原粉化指數(shù)以及還原性能分別參照標(biāo)準(zhǔn)ISO 3271-1995、GB／T 13242—2015 以及GB／T 13241—2017 進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 燒結(jié)工藝參數(shù)

為了研究不同含鐵塵泥和石化堿渣配加量對燒結(jié)工藝參數(shù)的影響，對不同配加量條件下燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)的垂直燒結(jié)速度、廢氣最高溫度、燒損率和燒結(jié)利用系數(shù)進(jìn)行了分析研究，結(jié)果如表5 所示。 由表5 可知，隨著含鐵塵泥和石化堿渣配加量增加，燒結(jié)時間逐漸縮短，垂直燒結(jié)速度整體呈增大趨勢，廢氣最高溫度逐漸升高，燒損率逐漸增大，燒結(jié)利用系數(shù)逐漸增大。

表5 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)

配加含鐵塵泥和石化堿渣后，垂直燒結(jié)速度提高，可能是由于配加含鐵塵泥和石化堿渣后，提高了燒結(jié)混合料的制粒性，改善了燒結(jié)混合料的制粒效果，提高了料層透氣性。

2.2 燒結(jié)礦粒度組成和成品率

配加不同比例的含鐵塵泥和石化堿渣進(jìn)行燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)獲得的燒結(jié)礦粒度組成和成品率如表6 所示。 由表6 可知，隨著含鐵塵泥和石化堿渣配加量增加，＋5 mm粒級分布率逐步增加，燒結(jié)礦成品率提高，成品燒結(jié)礦粒度較大且粒度分布更均勻。

表6 燒結(jié)礦粒度組成和成品率

2.3 燒結(jié)礦化學(xué)成分和冶金性能

不同比例含鐵塵泥和石化堿渣配加量對成品燒結(jié)礦化學(xué)成分和冶金性能的影響如表7 所示。 由表7 可知，隨著含鐵塵泥和石化堿渣配加量增加，成品燒結(jié)礦中TFe 含量逐漸降低，Zn 含量逐漸升高，K2O 含量不變，Na2O 含量逐漸升高。 以鋼鐵企業(yè)燒結(jié)礦中Zn 含量控制至0.025%以下、堿金屬含量控制至0.22%以下為標(biāo)準(zhǔn)，含鐵塵泥配加量應(yīng)低于1.0%。

表7 成品燒結(jié)礦化學(xué)成分和冶金性能

隨著含鐵塵泥和石化堿渣配加量增加，成品燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)逐漸提高，還原性能逐漸降低，低溫還原粉化指數(shù)RDI＋3.15逐漸降低。 這是因?yàn)殡S著含鐵塵泥和石化堿渣配加量增加，其帶入的堿金屬含量和Zn 含量也會增加，導(dǎo)致成品燒結(jié)礦中堿金屬含量和Zn 含量增加，惡化了燒結(jié)礦低溫還原粉化性能和還原性能[11-14］。

配加含鐵塵泥和石化堿渣后，垂直燒結(jié)速度、利用系數(shù)、成品率和燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度均得到提高，燒結(jié)礦中堿金屬含量和Zn 含量增加，TFe 含量有所降低，燒結(jié)礦低溫還原粉化性能和還原性能有所下降。 含鐵塵泥配加量0.5%、石化堿渣配加量0.05%時，獲得的燒結(jié)礦滿足高爐入爐原料的要求，同時實(shí)現(xiàn)含鐵塵泥的資源綜合利用和石化堿渣的消納，實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)鋼鐵企業(yè)和石化企業(yè)廢棄物的協(xié)同處置，具有一定社會效益。

3 結(jié) 語

1） 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，配加含鐵塵泥和石化堿渣有利于提高垂直燒結(jié)速度、利用系數(shù)、成品率和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)，但燒結(jié)礦中堿金屬含量和Zn 含量增加，燒結(jié)礦還原性和低溫還原粉化性能有所降低。

2） 含鐵塵泥配加量0.5%、石化堿渣配加量0.05%時，燒結(jié)礦中TFe 含量55.59%、Zn 含量0.0205%、K2O含量0.11%、Na2O 含量0.025%，滿足高爐入爐原料化學(xué)成分要求；轉(zhuǎn)鼓指數(shù)52.63%，還原指數(shù)79.56%，低溫還原粉化指數(shù)57.61%，與不配加含鐵塵泥和石化堿渣的燒結(jié)礦相比略有降低。

3） 燒結(jié)原料中配加含鐵塵泥0.5%、配加石化堿渣0.05%，在滿足高爐入爐原料要求情況下，可實(shí)現(xiàn)含鐵塵泥的資源綜合利用和石化堿渣的消納。