冶金含铁尘泥资源化利用技术研究

1. 冶金含铁尘泥资源化利用技术研究 首钢环保产业事业部设计技术中心 包向军

2. 主要内容 • 冶金含铁尘泥技术处理现状 • 冶金含铁尘泥的基本特性 • 冶金含铁尘泥制粒烧结杯实验研究 • 冶金含铁尘泥综合利用方案

3. 冶金含铁尘泥技术处理现状 • 冶金含铁尘泥包括烧结、炼铁、炼钢、轧钢（在建）各除尘点产出的除尘灰，OG泥及氧化铁皮等。 • 大部分含铁除尘灰返回烧结使用，由于除尘灰亲水性差、成分差异大、烧结料仓有限等原因，经常对烧结矿产质量造成不利影响。 • 国内外在冶金含铁尘泥资源化利用方面形成了多项技术和专利，包括转底炉、Inmetco技术、Fastmet技术、Primus技术等。

4. 转底炉技术 转底炉(RHF)工艺构成 • 在原料准备阶段的生球团的生产， • 在转底炉中将生球团转化成直接还原铁。 表1 高护使用的转底护直接还原铁性质

5. Redsmelt／Inmetco技术 Redsmelt／Inmetco技术工艺步骤 • 在原料准备阶段的生球团的生产； • 在转底炉中将生球团转化成直接还原铁； • 埋弧式电炉将高温DRI转化成生铁。 Redsmelt技术适用于有额外铁水需求的钢铁厂，如联合钢厂和电炉短流程钢厂。现代电炉钢厂认为热装铁水能增加产量。如果利用废弃物生产出的铁水质量不能达标，可向其中混加一定数量的矿石。单套Redsmelt年处理能力最高可实现50万吨。 废弃物回收利用有吸引力的市场在不锈钢工业。用不锈钢厂废弃物生产的铁水的常规化学组分为：Fe 68％、C 3.5％、Sit 0.5％、Mn l.5％、Cr 19％、Ni 6.5％。用Redsmelt回收不锈钢厂废弃物的优势在于以低能耗实现了极高的回收率。贵金属回收时典型的回收率为：Co 94％、Ni 97％、Mo 94％、Cr 90％、V 30％。

6. 钢厂废弃物冷压块 • 低成本 • 简易 特点 缺点 对钢的质量有影响； 可回收废弃物在量与质方面有限； 可挥发性夹杂物循序渐进积累，需小心监管； 在钢铁生产链中引进有机粘结剂，可能会引发污染问题； 粘结剂造成运营成本高； 钢铁生产主体部门的生产被干扰； 不能完全达到零废弃物炼钢的要求。

7. 表2 钢铁厂废弃物回收方案比较

8. Redsmelt NST • 在SMS Demag进行的新开发项目中，用氧煤熔炼炉（新熔炼技术NST）取代了埋弧式电炉。 • 卢基尼和SMS Demap正在意大利的皮翁比诺建设一套演示装置。 • NST的目标是用比电能更低的成本提供能源，同时，为转底炉制造必要的燃料——熔炼工艺的副产品。

9. FASTMET工艺 • Fastmet以低成本的锅炉用煤作为还原剂，利用钢厂废物，加入（不加也可）铁矿粉作为原料，在转底炉（RHF）中炼铁。 • Fastmet工艺的产品主要有冷直接还原铁、热直接还原铁或者热压块铁（HBI），这些产品可作为高炉炉料，提高高炉的生产效率，也可进人转炉或者电炉来替代废钢。 • Fastmet工艺具有 10－50万 t的生产能力，从经济上解决了钢铁厂的废物难题，向着钢铁生产零废物的目标迈出了重要一步。

10. Fastmet特点 ＊废物处理、存放及回收利用； ＊可以回收废物中含有的锌、铅和碱金属等元素。 表3 Fastmet直接还原铁典型化学成分％

11. FASTMELT工艺 • 通过Fastmet工艺的产品和电炉（EIF）来生产铁水，称为Fastmelt工艺 EIF特点 通过电炉高效熔化Fastmet直接还原铁； 通过熔炼、造渣去除铁中的脉石； 还原残余的FeO为金属铁； 脱硫； 在熔炼过程中调整碳含量。

12. FASTEEL工艺 • Fasteel将Fastmelt生产的铁水和 Consteel废钢预热系统结合起来，在连续装入预热废钢的同时将铁水加入电炉（EAF）进行冶炼，其中废钢是经过隧道加热炉预热的， 工艺的优点 ①可以灵活配置现有的大型钢铁企业1个或者多个新建的大型高炉或者较老、较小的、过时的并较少实际运行的高炉。 ②由于Fasteel工艺天生的灵活性，可以根据市场需要较容易的调整新增产能。 ③避开高炉（BF）、焦炉、烧结工艺，带来的巨大的环境效益，因为这些工艺技术减少了温室效应气体的排放，包括二恶英的排放。 ④Fasteel工艺所用原材料广泛、灵活，受铁矿石、废钢成本波动的影响减小，这也就相应的节省了资金。 ⑤利用低成本的锅炉用煤和铁矿粉／废物替代昂贵的焦炭和铁矿球团。

13. 商业工厂 加古川示范厂（KDP）的成功试验证明： Fastmet工艺能够减少铁中含氧量，而且将钢厂中的废钢生产成高金属化率铁并获得较高程度脱锌效果。 2000年4月，建立在新日铁公司广畑厂的商业工厂开始连续运行。其年处理炉灰量为19万吨，年生产直接还原铁14万吨。该厂在转炉中热装直接还原铁作为金属原料。用布袋过滤废气来收集锌、铅、碱金属以及卤族元素。 2001年5月第二家商业工厂在日本神户钢铁公司加古川厂开始运行。该厂是在原示范工厂（KDP）的基础上改造而成的，年生产直接还原铁与处理钢铁厂废物各1．6万t。

14. 表5 每吨钢水的能耗

15. 表6 两种工艺祛绝的排放情况对比

16. Primus法（多膛竖炉法） • 卢森堡 paul Wurth钢公司开发了一种Primus法，采用此法能经济地处理含铁粉尘和污泥以及含油轧钢铁鳞。 • Primus法使用一种称为Etago炉的竖炉，该炉类似于多膛炉，中间有一个回转轴，带动多层有齿耙的臂。该炉自上而厂分为干燥区，加热、脱油和焙烧区，还原区。将矿石、含铁粉尘和污泥、含油轧钢铁鳞等从上部加入炉内，从侧面加入煤和通入空气，在1100℃下将金属氧化物还原。含铁废料转化为高金属化率的DRI／Fe—精矿；废料中含有的重金属（Zn、Ph）被挥发，并从该炉的废气中以重金属氧化物（Zn、PbO）形式加以回收，供有色金属工业作原料。这样，Primus工艺就可将冶金厂废料全部转化为有用产品。

17. Ittnk3I工艺 • Ittnk3I艺能够生产粒状生铁。它用矿粉和热力煤作为原料，制成生球团，装人转底炉，在1450℃环境下进行约10min的还原过程，渣铁分离后，生成粒状固态生铁。 • 该工艺能够生产生铁，可以连续运行。目前正在进行的第三期测试，具体工作已经开始向着建立商业厂方面发展。

18. CieanSMelt技术 • CieanSMelt 是一种能够利用氧化铁粉、煤和氧气生产高质量铁水的熔炼炉。每个模块都将具备年产15万t的基本生产能力。该装置可使用范围广泛的各种原料。铁矿粉、冶炼车间粉尘和氧化铁皮、可循环利用的钢厂废弃物。 • 1995年，CSM就已经完成室内试验工作。在位于塔兰托（意大利）的 ILP（ ILVA Laminati Piani）电炉钢厂内建造一套工业试验设备、并成功地投入运行。 • 这种生产工艺对环境的影响很小。 • 铁水生产成本也极具竞争力。

19. ZEWA(零排放技术) • 原料：来自钢铁工业的碱性炼钢渣和炉尘，来自废钢处理的含有SiO2残余物；来自其它工业的残余物。对于熔炼还原工艺，碳基还原剂如焦炭、煤等添加到混合残余物材料中。根据原料和矿物产品的要求，小量的较强还原剂如硅铁或石灰或矾土当需要时也可加入。含有较高锌含量的工艺炉尘通过废气过滤装置回收。 • 设备：是中心部分是带有水冷炉盖的电加热钢包炉。该钢包配有允许从顶部装液态炼钢渣和大的固态原料进入渣池中，也可通过气动喷吹装置将粉末状原料喷入。 • 产品：主要产物是有确定化学成分的精炼渣和将被回收用于炼钢使用的铁水（金属产品）。 • 试验情况：试验11个炉役，其中从2002年10月到2004年5月有70炉。输入的原料包括LD炉渣、飞灰、废钢残余料、不锈钢渣和炉尘、高炉炉尘和炉渣以及切碎汽车废料。

20. 冶金含铁尘泥的基本特性 • 钢铁联合企业的生产工序包括：烧结、炼铁、炼钢和轧钢。按照生产工序可以将除尘灰泥分为：烧结电除尘灰、炼铁重力灰、炼铁干发灰、炼铁瓦斯泥、炼钢OG泥、炼钢二次除尘灰、轧钢铁鳞等。

21. 发电厂 120万kw 煤气 焦化 高 炉 转 炉 连 铸 热 连 轧 冷 连 轧 14-28万吨废塑料 废渣 120万吨废钢 烧结 水泥厂 300万吨 产品 冶金含铁尘泥的基本特性

22. 冶金含铁尘泥的基本特性

23. 冶金含铁尘泥的基本特性

27. 高铁灰 指TFe含量40%以上的除尘灰，包括炼铁炉前除尘灰、炼铁联合料仓除尘灰、烧结130 m2电除尘器灰、汽车卸料间除尘灰等。其矿物组成以磁铁矿和赤铁矿为主。 高碳灰 指碳含量20%以上的除尘灰，包括炼铁重力除尘灰及炼铁干法除尘灰。在这两种除尘灰中，铁矿物以磁铁矿和赤铁矿为主，含碳矿物主要以焦炭粉末及不定型碳形式存在。 高钙灰 指CaO含量30%以上的除尘灰，包括炼钢散料间除尘灰、套筒窑除尘灰、炼钢二次除尘灰及烧结配料间除尘灰等。这类除尘灰中的主要矿物成分是石灰、方解石、白云石及Ca(OH)2等 高碱灰 主要是烧结280m2电除尘的二、三电场灰，其KCl和NaCl含量之和能够达到50%以上。

28. 冶金含铁尘泥制粒烧结杯实验研究 • 原料配比，按照干OG粉：高碳灰：高铁灰：高钙灰：瓦斯泥=13：24：41：9：12进行混合 • 干OG粉混入除尘灰后，经过混碾机混合，产品的水分原始含量为5.5%。 • 采用烧结杯试验用的圆筒机混合。配水工艺采用喷雾化水方式进行，即，先铺料，再喷雾化水，保证水分与物料充分接触。 • 配加石灰方式采用喷洒入料，加水工艺为：先称量除尘灰30kg，将石灰按重量配入灰中，然后先喷2kg水，转1min后，再喷0.4kg水；转1min后，再喷0.4kg水；转2min后，喷0.4kg水；转2min后，喷0.4kg水；转2min后，喷0.2kg水；转2min后，喷0.2kg水，转4min 后出球

29. 冶金含铁尘泥制粒烧结杯实验研究

30. 冶金含铁尘泥制粒烧结杯实验研究 • 试验结论 • 采用圆筒混料机可以进行混合浸润料的制粒，根据现有烧结杯试验室的设备，制粒时间为14min左右，制粒产品水分为14～16%； • 石灰配入对混合料制粒粒度有一定影响，从试验结果看，配入2%的石灰混合料制粒粒度效果最好。

31. 冶金含铁尘泥制粒烧结杯实验研究 • 试验方案 • 第一组干混灰试验，模拟现有生产工艺，取干法除尘灰及干燥后的OG泥，按产出比例，直接与其它烧结原料进行混料，再放入烧结杯烧结； • 第二组浸润灰试验，将首秦干法除尘灰及干燥后的OG泥，按产出比例混合，用混碾机混匀，并同时配加到5%的水，润湿30分钟后，再与其它烧结原料进行混料，然后放入烧结杯烧结； • 第三组制粒灰，将首秦干法除尘灰及干燥后的OG泥，按产出比例混合，用造球盘造球后，取3mm～7mm小球，与其它烧结原料进行混料、烧结。

32. 冶金含铁尘泥制粒烧结杯实验研究 原料矿化学成份

33. 冶金含铁尘泥制粒烧结杯实验研究 • 烧结条件 • 烧结杯直径：215mm，料层厚度：650mm，铺底料厚度：30-50mm，点火温度：1050℃，点火时间：2.5分钟，点火负压：12000Pa，烧结负压16000Pa。

34. 冶金含铁尘泥制粒烧结杯实验研究 烧结混合料指标

35. 冶金含铁尘泥制粒烧结杯实验研究 烧结指标

36. 冶金含铁尘泥制粒烧结杯实验研究 烧结矿理化性能表

37. 冶金含铁尘泥制粒烧结杯实验研究 • 试验结论 • 三组对比试验结果表明，将除尘灰及干燥后的OG泥用造球盘造球后，再与其它烧结原料进行混料，其混合料粒度分布优于浸润灰和干混灰。其烧结各项指标在三组试验结果中最优。

38. 冶金含铁尘泥综合利用方案（以首秦为例） • 造粒回用烧结工艺：主要以高铁灰、高碳灰、高钙灰、OG泥、低锌泥和低碱泥为原料，OG泥和低锌低碱泥消化后与其它除尘灰按照一定比例配合，经过充分搅拌均匀混合后进行造粒，造粒后的物料进入烧结配料系统，回用烧结，实现固废资源回收循环利用。 • 冷固结造块回用转炉工艺：主要以OG泥和氧化铁皮为原料，通过间接干燥脱水处理后，按一定比例配加粘结剂进行混碾和成型。成型后的冷固结型块进入转炉炼钢工序，用作转炉造渣剂，实现固废资源短流程高效循环利用。 • 水力漩流脱锌提盐工艺：主要以高锌、高碱灰为原料，通过水力漩流技术分离出低含锌物料（低锌泥）和高含锌物料（高锌泥）。低锌泥作为造粒回用烧结工艺生产线的原料，最终回用烧结；高锌泥作为富锌资源存储累积，作为日后规模化提锌的备用原料；利用水洗法脱除高碱灰中的钾钠盐，脱碱后的低碱泥作为造粒回用烧结工艺生产线的原料，最终回用烧结；利用废热蒸发提取盐水中的钾钠盐，最终获得氯化钠和氯化钾产品。

39. 高铁灰 高碳灰 高钙灰 低锌碱泥 OG泥 生石灰 埋刮板输送 埋刮板输送 双螺旋输送 双螺旋输送 埋刮板输送） 埋刮板输送 二级双轴混料机 一级双轴混料机 斗式提升机 补水 斗式提升机 强力混合机 圆筒造粒机 进烧结配料 冶金含铁尘泥综合利用方案

40. OG泥 氧化铁皮 烟气 提盐工艺 水 水力旋流脱锌工艺 蒸汽冷凝塔 双螺旋输送 双螺旋输送 冷却输送机 外热式干燥装置 双螺旋输送机 转炉煤气 粘结剂 混辗机 成型机 斗式提升机 斗式提升机 成品输送皮带 成品料仓 成品去炼钢 冶金含铁尘泥综合利用方案

41. 补水 冷凝水 埋刮板输送 高碱灰 埋刮板输送 1# 配浆搅拌罐 2# 配浆搅拌罐 底流 废热烟气 水力旋流器 否 溢 流 浓度<30% 是 水 板筐压滤机 热蒸发提盐装置 板筐压滤机 钾盐钠盐 产品销售 低锌低碱泥回用造粒生产线 高锌泥 作为冶炼行业原料或资源储存 冶金含铁尘泥综合利用方案

42. 冶金含铁尘泥综合利用方案 创新点 • 集成“除尘灰（含OG泥+低锌低碱泥）造粒回烧结工艺”、“OG泥（含氧化铁皮）冷固结造块工艺”和“高锌（碱）灰水力旋流脱锌提盐工艺”，实现钢铁工业含铁尘泥集中布置、分类处理。 • 实现钢铁工业多种含铁污泥与多种除尘灰直接混合造粒，回用烧结。 • 自主开发钢铁工业高碱灰脱碱提盐新技术。 • 干燥物料产生的冷凝水用作脱锌水源，产生的废热烟气用作热蒸发提盐工艺的热源，实现了水资源与能源的高效循环利用。