鋼鐵煙塵等含鋅固廢資源化利用新技術及產業實踐

林琳，周昊，王東，韋乃團，馬黎陽

（鑫聯環保科技股份有限公司，云南 紅河哈尼族彝族自治州 661000）

我國人口眾多，是世界上固體廢物產量最大的國家，每年新增固體廢物100 億噸左右，歷史堆存總量高達600 億—700 億噸[1]，固體廢物產生與處置之間的不平衡已成為我國固體廢物領域的主要矛盾。為提高城市生態環境質量，推動固體廢物源頭減量、資源化利用和無害化處理，2018 年12 月，國務院辦公廳印發了《“無廢城市”建設試點工作方案》（以下簡稱《方案》）[1]。為推動《方案》落地，2019 年12 月，生態環境部針對“無廢城市”建設技術需求，評審出了一批先進適用技術，其中包括鋼鐵煙塵及有色金屬冶煉渣資源化清潔利用新技術。該技術落地至今，運行穩定、效益良好，技術可轉移性強[2]。

1 技術介紹

鋼鐵煙塵及有色金屬冶煉渣資源化清潔利用新技術可處理鋼鐵、有色、電鍍、化工等行業的多種冶金固體危廢，包括鋼鐵煙塵、含重金屬有色廢渣、電鍍污泥等，可用于高氯含重金屬固體廢物的資源化處理和利用[3]。

該技術采用“火法富集—濕法脫雜—多段耦合集成”這一工藝流程，全流程主要包括火法、濕法綜合回收工藝、鋅熔鑄及鋅合金深加工工藝、窯渣綜合利用工藝、水處理工藝五部分。該技術具備含鋅煙塵回收效率高、處理規模大、有價元素提取效率高、可以實現廢渣和廢水的零排放等優勢，是當前較為理想的含鋅煙塵處理方法[4]。

1.1 火法工藝

將鋼鐵煙塵與有色金屬冶煉渣及焦粉按比例配料后加入回轉揮發窯，同時鼓入富氧空氣，在高溫狀態下，通過富氧（含氧＞21%）燃燒使低熔點低沸點物質如鋅、鉛、銦、鉍、錫、鎘等金屬及其化合物還原氣化[5]，再在煙氣冷卻過程中與氧結合生成金屬氧化物，最終形成多種有色金屬的富集物——次氧化鋅粉（主要成分為ZnO，含量為45.0%—60.0%，因含量未達國家標準99.5%，故稱次氧化鋅），從而實現目標金屬的粗分離[2]。

1.2 濕法綜合回收工藝

濕法綜合回收工藝是將火法回轉窯揮發得到的次氧化鋅粉，通過濕法提取工藝，有效脫除40 余種雜質，并將其中的有價金屬鋅、銦、鉛、銅、鉍等提取出來。次氧化鋅粉在堿洗脫氯后進行漂洗、壓濾，濾渣送至中性浸出工序，產出中浸液和中浸渣。中浸液通過脫氯后進入氧化除鐵工序，而后通過中低溫凈化和鋅電積得到陰極鋅片。中低溫凈化后的銅鎘渣經壓濾后得到濾渣與濾液，濾渣通過兩段酸浸出后得到含鉛浸出渣，濾液分段經鋅粉置換后得到海綿鎘與海綿銅。中浸渣經兩段酸浸后得到鋅浸出渣，酸浸液經還原后得到鉍精礦。還原液經多級萃取得到富銦有機相，再經反萃得到反萃液與貧銦有機相，反萃液經除雜、置換、熔鑄得到粗銦。貧銦有機相經反萃得到錫渣，含鐵有機相經反萃得到貧鐵液與貧有機相。

1.3 鋅熔鑄及鋅合金深加工工藝

鋅熔鑄及鋅合金深加工工藝以濕法工藝產出的電積鋅片和鋁錠、殘陰極為主要原料，經工頻感應電爐熔化的鋅水送入合金配方爐、保溫爐、鑄錠等工序后，產出鋅合金錠與鋅浮渣。

1.4 窯渣綜合利用工藝

采用“聯合選鐵—高溫耦合焙燒—濕法分離集成”工藝路線，實現金屬鐵與雜質的高效分離和回轉窯渣的綜合利用[2]。該技術工藝涉及濕法冶金、火法冶金、化工和選礦領域。回轉窯渣經過選礦分離得到還原鐵粉和細鐵精粉，同時實現尾礦干排，還原鐵粉經粉碎后采用“高溫耦合焙燒脫碳—濕法分離”得到100 目的純化鐵粉，細鐵精粉采用“高溫耦合焙燒脫碳—濕法分離—氫還原脫氧”得到200 目和325 目的超細化鐵粉。

1.5 水處理工藝

從堿洗高鹽廢水及生產過程產生的低濃度含鹽廢水中回收碘及鈉鉀混鹽，并將處理后的水回用于生產，實現廢水“零排放”[2]。通過對廢水進行碘的氧化、吹出、吸收、析出等多個工序得到分子碘，分子碘在溶液中的溶解度很小，在溶液中以晶體形式析出達到碘回收目的。鈉鉀混鹽回收工藝采取物理方式將稀濃度廢水中的大部分水分蒸發汽化，以提高廢水的濃度促使鹽類溶解結晶，產出相應的鹽產品。

2 技術特點

2.1 原料多元化

本技術可處理包括電爐灰、高爐瓦斯灰、熱鍍鋅渣、電鍍污泥、酸洗污泥、銅鎘渣等多種含重金屬固體危險廢物，可實現鋼鐵煙塵和有色冶煉渣的協同處置[2]。

2.2 產品多元化

經綜合回收，得到電鋅（Zn99.995%）、精銦（In99.995%）、鉛泥（Pb24.84%）、粗鎘（Cd81.00%）、鉍渣（Bi12.92%，Cu5.61%）、錫渣（Sn5.37%）、粗碘（I97.79%）、TFe 品位99%以上的100 目純化鐵粉及200 目和325 目的高端超細純化鐵粉[2]，將冶煉固體廢物中的有價金屬分離、提取，實現鋼鐵煙塵及重金屬冶煉廢棄物的無害化、資源化。特別是通過對非常規水的處理，從濕法堿洗高鹽廢水中分離提取獲得粗碘，含碘量大于90%，首次實現了工業廢水中碘的回收，為鋼鐵煙塵的資源化綜合利用開發了新產品。

2.3 全流程綠色環保

本技術的火法濕法深加工全流程處理鋼鐵煙塵與有色金屬冶煉渣形成全閉式循環鏈，全流程無廢水排放[6]。此外，通過從源頭上改變工藝，提高金屬回收率，實現重金屬減排。本技術采用富氧燃燒高效節能技術，解決高海拔地區燃燒過程局部缺氧，燃燒不完全的問題；充分利用鋼鐵煙塵中的炭質組分，使回轉窯揮發時不用或少用炭質還原劑，節約能源與資源、降低能耗[7]；利用余熱鍋爐回收煙氣余熱并用于濕法綜合回收工序，充分利用余熱能源。

2.4 系統高效循環運行

采用通用燃燒優化控制技術對揮發回轉窯燃燒進行控制，利用鋼鐵煙塵中的有效成分抑制有色冶煉渣低熔點物質的熔化，減少了爐窯粘接現象，解決了含鐵物料結窯問題，提高了運轉效率。在濕法工藝中，采用自主研發的中浸液銅鹽脫氯技術，使氯離子形成氯化亞銅沉淀從而得到進一步脫除[8]，氯化亞銅渣通過再生實現了銅的重復利用。采用自主研發的工業氧氣脫除硫酸鋅溶液中鐵離子，對現有生產線上的富余氧氣充分進行回用，減少80%雙氧水消耗量，除鐵效率大于99.5%，除鐵前廢液含鐵量為10—16g/L，經兩段除鐵后廢液含鐵量＜30mg/L。采用新型中低溫硫酸鋅溶液凈化技術，通過引入新型活化劑，實現鎳鈷的脫除。與傳統的高溫凈化技術相比，工藝能耗大幅降低，中溫凈化后的溶液可通過自然冷卻達到低溫凈化的溫度要求，從而避免低溫凈化鎘復溶的問題。采用新型中低溫硫酸鋅溶液凈化技術，新液Cd 平均含量0.27mg/L，Co 平均含量0.45mg/L，Ni 平均含量0.29mg/L，Co、Ni、Cd 的平均含量均小于0.5mg/L，遠低于電解新液要求。

3 技術實施和落地

目前，鋼鐵煙塵及有色金屬冶煉渣資源化清潔利用新技術已在云南個舊、河北唐山、江西新干、浙江衢州等多個廠區落地。在河北邯鄲、四川什邡等地建立的鋼鐵煙塵及有色金屬冶煉渣前端處理工廠驗證了該技術模塊化程度較高，有極強的可遷移性。

企業通過技術轉移方式在馬來西亞投資建設鋼鐵煙塵及有色金屬冶煉渣前端處理工廠，目前已初步建成處理能力7 萬t/a、年產次氧化鋅1.6 萬t 的火法處置基地。項目以馬來西亞地區的鋼鐵煙塵為原料，使用回轉窯揮發還原工藝產出次氧化鋅粉，再由我國云南綜合基地進行濕法工藝深加工產出鋅錠、鋅合金、銦錠、硫酸鉛等產品。這一項目的成功實施，有力提高了馬來西亞地區鋼鐵煙塵等含重金屬固危險廢物的開發利用能力，并在一定程度上降低了我國對原生金屬礦石的進口依賴且切斷了洋垃圾的進口。

此外，秉承鋼鐵企業資源內循環理念，企業已經建立了完整的資源循環體系為鋼鐵產業提供系統的服務：由專業設計院設計，鋼鐵企業投資建設，企業實施長期的管理運營服務并確保指標合格。該模式可將鋼廠的高爐灰、電爐灰、鍍鋅污泥等含鋅固體廢物轉變為鋼鐵企業自身可以使用并命名自有品牌的標準鋅錠用于其鍍鋅產業鏈循環，實現鋅資源在鋼企內部的“無限循環”，幫助上游鋼鐵產業實現“固廢不出廠”。

4 效益情況

4.1 經濟環境效益

2022 年，該企業云南基地實現總產值15.29 億元，綜合回收生產再生鋅錠6.24 萬t，生產運行穩定，產品質量優，經濟效益良好。該技術的成功實施削減了重金屬的排放量，實現了鋼鐵和有色冶煉行業固體廢物的協同處理，提高了鋼鐵和有色冶煉行業含重金屬固體危險廢物的開發利用能力。同時，該項目產出產品為再生金屬，減少了大氣污染物、碳排放及能源消耗，一定程度上減少了礦產開采對環境的破壞和冶煉廢渣堆積對土地的污染[2]。

工藝指標方面，對于處理含鋅二次資源，本技術鋅總回收率在90%以上，水的循環利用率達100%，滿足《鉛鋅行業規范條件》中鋅總回收率應達到88%及以上、水的循環利用率須達到95%以上的規定值。根據標準《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589—2020）及相關減碳政策、規范的要求，企業云南基地合計年節能量折標煤當量值為6725tce，減排碳4500tC，年CO2減排量為16 500t，有效提升了污染防治水平。

4.2 社會效益

該企業云南基地的落地，不僅為當地創造了近千個就業崗位，還通過多種方式積極承擔企業社會責任，相關公益支出累計達上百萬元。

5 結語

該技術入選生態環境部“無廢城市”建設試點先進適用技術（第一批），該技術的成功實施，對推動我國鋼鐵煙塵和有色金屬冶煉渣等固體危險廢物的回收利用，擴充我國戰略金屬資源儲備，實現金屬資源國內大循環，減少礦山資源開發，推動發展循環經濟技術具有重要意義。該技術對金屬開采冶煉工業城市的綠色轉型發展，推進工業固體廢物資源化利用，最大限度減少填埋量，將固體廢物環境影響降至最低，推動“無廢城市”建設有著積極影響[1]。