1、北京科技大學冶金與生態學院北京科技大學冶金與生態學院 白白 皓皓 冶 金 資源高效利用 冶金工程碩士課程 3. 含鐵塵泥綜合利用技術 一、背景和意義 “節約資源、保護環境”是我國實現可持續發展戰略的重要保證和手 段。 2010年我國粗鋼產量達6.267億噸，占全球總產量44.3%，是日本、 俄羅斯、美國和印度粗鋼產量之和的2倍以上。 鋼鐵固體廢物(尾礦、高爐渣、化鐵爐渣、鋼渣、塵泥、粉煤灰等)年 產生量達2.0億噸，綜合利用率僅為40%左右。 開展鋼鐵工業的固體廢物回收處理和綜合利用： 不僅有利于鋼鐵工業可持續發展，節約資源； 而且節約土地，防止環境污染。 二、含鐵塵泥來源和分類 含鐵塵泥（f

2、e-bearing dusts and sludges）是指鋼鐵生產過 程中對所排煙塵進行干法除塵、濕法除塵和廢水處理后的固體廢物， 其全鐵含量(tfe)一般在30-70%，主要包括： 燒結塵泥、球團塵泥、高爐瓦斯灰、高爐瓦斯泥、煉鋼塵泥、轉 爐污泥、電（轉）爐除塵灰、冷（熱）軋污泥、軋鋼氧化鐵鱗、 原料場集塵和出鐵場集塵等。 鋼鐵廠塵泥主要來自于礦石、熔劑及燃料等原料,但由于塵泥是在各個不同工序 連續產生的,生產條件、操作制度、塵泥收集工藝及方法相差甚大,因此其化學 成分、物理性能差異也很大。 含鐵塵泥包括如下幾種： 燒結原料在轉運、燒結過程中除塵器收集下來的粉塵，統稱為燒結塵 泥； 在高爐

3、煤氣凈化過程中，重力除塵器收集下來的粉塵稱為瓦斯灰，文 氏管洗滌產生的粉塵稱為瓦斯泥； 高爐出鐵場收集的粉塵，稱高爐出鐵場粉塵； 煉鋼廠的含鐵粉塵一般包括轉爐污泥（og法濕法收塵）、轉爐電除 塵（lt法干式收塵）、轉爐蒸發冷卻器粉塵、轉爐二次布袋除塵、鐵 水預處理塵、電爐布袋除塵、電爐機力風冷收塵、各種精煉爐（aod、 vod、lf爐等）粉塵以及煙道、沉降室收塵等； 在鋼坯軋制過程中產生的鐵鱗稱軋鋼鐵皮，在軋鋼廢水循環利用中沉 淀池回收的污泥稱軋鋼二次污泥或水渣。 1) 含鐵粉塵中鐵含量較高含鐵粉塵中鐵含量較高, 品位一般在50 %左右,且有害 雜質少,有很高的利用價值。 2) 粉塵粒度小粉塵

4、粒度小, 是一般鐵礦粉的1/ 30 1/ 500 ,小于 50m 的占絕大多數。這些粉塵的流動性好. 3) 吸水性差吸水性差。 年產年產600 萬噸鋼的冶金廠粉塵發生量萬噸鋼的冶金廠粉塵發生量(萬萬t/ a) 粉塵名稱粉塵量粉塵名稱粉塵量 燒結粉塵 32 轉爐塵泥 6.5 燒結粉塵 4.5 原料場粉塵 6 高爐瓦斯泥 5 煤粉塵 2.5 轉爐粉塵 5.2 石灰粉塵 3.8 合計65.5(含鐵59.2） 鋼鐵工業含鐵塵泥的來源 nippon steel kimitsu works 新日鐵君津 2. 含鐵塵泥的化學成分 含鐵塵泥中主要化學成分有全鐵（tfe）、cao、mgo、 sio2、al2o3

5、、p2o5、tio2、mno、zno、pb、c、s和 堿金屬（na2o + k2o）等。 有用成分：可以在鋼鐵生產過程中直接回收利用的成 分，如tfe、cao、mgo、c等； 有害成分：不能在鋼鐵生產過程中直接回收利用、且 對鋼鐵生產過程有害的成分，如zn、pb、k、na、s、 p等。 典型高爐煙塵物理和化學性質 表3-17 高爐瓦斯泥化學組成（%） 項 目tfeccaomgosio2al2o3znpbh2o 鋼廠a303325339.01.25.02.30.91.60.20.62035 鋼廠b36.5813.568.680.9712.144.42.240.5119.70 鋼廠c33.8722

6、.782.553.1810.563.273.110.00.615.48 鋼廠d11.0616.374.335.5420.674.579.332.0928.21 表3-18 高爐瓦斯泥粒度組成（%） 粒度/mm0.2800.2800.1800.1800.1540.1540.1100.1100.0770.077 瓦斯泥3.06.382.64.0333.6850.31 瓦斯灰9.18.428.629.26.77.8 瓦斯泥是高爐煤氣洗滌污水排放于沉淀池中經過沉淀處理后而得到的廢渣， 呈黑色泥漿狀或灰色粉末狀。瓦斯泥粒度細微高爐瓦斯泥顆粒度細微，小于 0.074mm的顆粒約占97%100%，一般平均粒

7、徑只有2025m。高爐瓦斯泥 的主要特性為：鋅含量高、水含量高、鐵含量高、碳含量高、顆粒料度細微、 鋅主要存在于較小的顆粒中。 煉鋼粉塵主要由氧化鐵組成，氧化鐵含量為70%95%， 其余的5%30%的粉塵由氧化物雜質組成，如氧化鈣和 其他金屬氧化物（主要是氧化鋅），煉鋼粉塵中其他化 合物是鋅鐵塵晶石、鐵鎂塵晶石、碳酸鈣，還有碳。堿 性氧化轉爐煉鋼法產生的粉塵曾用作燒結生產的原料并 在高爐內循環利用。鋅在煉鐵過程中屬有害元素，在高 爐冶煉過程中，鋅易形成爐瘤而限制爐內固體和氣體的 流動。轉爐爐塵和電爐爐塵的化學成分見表3-19、表3- 20。 表3-19 氧化轉爐爐塵化學成分（%） 類型 tfe

8、feoznsio2cao 干法除塵64.05.60.31.41.8 濕法除塵68.362.40.540.43.1 表3-20 電弧爐爐塵化學成分（%） 成分 含量/%成分含量/% tfe30.2mno2.8 feo2.8p2o50.5 fe2o340.0na+k0.4 zno24.2cu+ni0.9 pbo4.1c1.7 cao5.1s0.6 sio24.8cl3.3 mgo1.3其他5.3 轉爐和電爐爐塵的粒度在10m以下，轉爐濕法除塵得到的除塵污泥經真空 過濾或壓濾后一般含水15%30%，成膠體狀，水分不易蒸發。 3. 含鐵塵泥的分類（1） 按全鐵（tfe）含量可分為： 低含鐵塵泥（tfe

9、 50%） 按含鐵塵泥中鋅（zn）含量可分為： 低鋅含鐵塵泥（zn8%） 對于低鋅含鐵塵泥可直接作為燒結配料使用； 鋅含量1%的中高鋅含鐵塵泥需進行脫鋅處理后才能返回鋼鐵 工藝。 3. 含鐵塵泥的分類（2） 按含鐵塵泥中固定碳（fc）含量可分為： 低碳含鐵塵泥（fc50%） 按含鐵塵泥中堿金屬（k2o+na2o）含量可分為： 低堿含鐵塵泥（k2o+na2o 1%） 按含鐵塵泥的物理狀態可分為： 干式除塵灰 濕式污泥 含鐵塵泥來源及性質一覽表 塵泥種類來源收集方式性質主要成分 原料準備 塵泥 在原料場、燒結、球團、煉鐵、煉 鋼和軋鋼等工藝的原料準備過程中 產生的塵泥。 多管除塵器、電除 塵器和布

10、袋等。 粉體為主，隨工藝變 化較大。 fe, ca等，隨 工藝變化較大 燒結塵泥 在燒結原料準備、配料、燒結與成 品處理等過程中，除塵器收集的粉 塵，包括燒結機機頭、機尾、成品 整粒和冷卻篩分等收集的煙粉塵。 干法：多管除塵器、 電除塵器和布袋等。 粉體，其細度在 540m之間。 tfe含量約 50% 球團塵泥 在球團原料準備、配料、焙燒與成 品處理等過程中，除塵器收集下來 的煙塵、粉塵。 干法：多管除塵器 或電除塵器 同上 tfe含量50% 左右 高爐 瓦斯泥 在高爐煉鐵過程中高爐煤氣洗滌污 水排放于沉淀池中經沉淀處理而得 到的固體廢物。 濕法：文丘里洗滌 等 呈黑色泥漿狀，表面 粗糙，有孔

11、隙，粒度 75m占50%85%。 tfe=2545 %，鋅含量較 高。 高爐 瓦斯灰 在高爐煉鐵過程中隨高爐煤氣一起 排出，經干式除塵器收集的粉塵。 干法：多管除塵器 或電除塵器等。 呈灰色粉末狀，粒度 較高爐瓦斯泥粗，干 燥，易流動，堆放、 運輸污染嚴重 tfe以feo為 主,鋅含量較 高 高爐 除塵灰 高爐煉鐵過程中礦槽、篩分、轉運、 爐頂、出鐵場等除塵收集到的粉塵 干法：多管除塵器 或電除塵器等。 / 轉爐塵泥 轉爐煉鋼過程中經文丘里洗滌器或 干式靜電除塵器收集而得的固體廢 物，包括轉爐污泥和轉爐粉塵。 文丘里洗滌器或干 式靜電除塵器 呈膠體狀，很粘，難 以濃縮脫水，粒度 40m顆粒占8

12、0%。 fe、zn成分 較高，tfe在 50% 60%。 電爐粉塵 電爐煉鋼時產生的粉塵干式靜電除塵器等 粒度很細，90%。 tfe約30%， 鋅鉛1020%。 軋鋼塵泥 在軋鋼過程中回收的塵泥，不包括 含油、含酸堿的塵泥。 干式靜電除塵器等 隨工藝變化較大。/ 三、含鐵塵泥的處置技術 1976年，美國環保機構制定了法律，將含鋅、鉛的鋼鐵廠粉塵劃歸 k061類物質（有毒的固體廢物），要求鋼鐵廠對其中的鋅、鉛等進 行回收或鈍化處理。 歐洲、日本、韓國等都制定了類似法律。 含鐵塵泥的處置方法通常包括兩大類： 企業外部處置 企業外部露天堆放與填埋處置企業外部露天堆放與填埋處置 企業外部集中處置企業外

13、部集中處置 企業內部處置 國外大多數鋼鐵企業大多基于集中管理和處理的原則，由環保公司統 一處理。 企業內部處置 企業內部直接回收利用：是將含鐵塵泥作為燒結、球團原料等在企業 內部鋼鐵生產工藝上直接循環利用。 含鐵塵泥品位差別較大、且含有有害雜質，長期直接循環利用會 造成燒結礦鐵品位降低、有害雜質（主要為鋅）含量提高，導致 爐襯壽命和高爐利用系數降低。 常用的直接回收利用工藝后面將詳細介紹。 企業內部集中回收利用：是將不同的鋼鐵生產工藝過程中收集的含鐵 塵泥進行集中堆放與貯存，經過混勻、配料等工藝后，作為燒結與球 團原料來使用。 鋼鐵工業含鐵塵泥的來源 四、含鐵塵泥的利用途徑含鐵塵泥的利用途徑

14、冶金含鐵塵泥利用方法一般分為四類。 1、燒結球團法作煉鐵原料 主要方法有：一是直接作燒結原料，其中又分為直接燒結法和小球燒 結法；二是直接作球團原料；亦有直接還原獲得預還原球團做高爐爐 料。 燒結法：燒結法是目前冶金粉塵應用最廣泛的方法，雖然可以達到 粉塵利用的目的，但其缺點也是很明顯：直接燒結法由于冶金塵泥的 大部分顆粒度細、分散度高，與燒結原料粒度差別過大，配料時容易 產生偏析，難以混勻，且會影響燒結料的透氣性和燒結產品的質量； 小球燒結法雖然改善了燒結料的透氣性，但還是走大循環道路，就能 耗、工序而言均欠合理。 球團法：由于冶金塵泥特別是煉鋼塵泥渣化溫度低，大約在1100， 軟化區間狹窄

15、，熔化速度快，超過1150就嚴重結瘤，球團焙燒爐操 作上的困難和球團質量的均勻性很難保證。 直接還原法，該工藝對粉塵的鐵要求含量很高，雜質含量低，而且 投資大，能耗高，對粉塵原料適用性差。 2、煉鋼粉塵作煉鋼化渣劑 . 作煉鋼化渣劑的加工方式是將粉塵制作成具有一 定強度的球團，然后再投入煉鋼爐應用。主要方 法如：碳酸化球團法、水泥冷固結球團法、輪窯 燒結法、熱壓塊法、冷壓球團法等。 目前利用煉鋼粉塵可以加工煉鋼化渣劑，它在冶 煉時可起到冷卻、化渣、脫磷、脫硫等效果，是 目前煉鋼粉塵利用的主要方向。 碳酸化固結工藝需要時間較長，能耗大，不盡合理； 水泥冷固結球團法，其水泥雜質限制其投入煉鋼應用；

16、 輪窯是可提供均勻加熱的高溫設備，但投資大能耗大，且需配備一定 的擠壓設備，且燒結后的產品需要破碎成一定的粒度后才能入轉爐使 用； 熱壓塊法只能用于處理干塵，且設備投資高； 冷壓球團法目前應用較多的是將轉爐污泥干燥到一定水分程度后配加 各種粘結劑后進行壓球，然后再進行自然堆放養護，使之獲得一定的 強度，該流程需要很大的場地及長時間的養護，而且其使用的粘結劑 成本較高，另外，該工藝所獲得的團塊強度質量特別是熱態強度很難 保證。 目前普遍認為轉爐煉鋼粉塵加工粉塵球團化渣劑的工藝方法是實現 轉爐塵泥綜合利用的最有效途徑之一，但工藝過程中必須解決粉塵 球團的強度問題，特別對特種鋼冶煉粉塵球團的粉化問題

17、。干壓球 團法，是將煉鋼粉塵進行干態添加粘結劑壓球直接得球團的方法， 是目前流程最簡單，又能處理各種干濕粉塵的方法。 3、直接還原處理 直接還原主要是針對含鐵高的冶金粉塵、含鉛鋅高的粉塵 和特種鋼粉塵。 直接還原法是粉塵先制備成球團，再在高溫還原設備中用 固體或氣體還原劑進行還原處理。在還原的高溫環境下， 絕大部分鋅、鉛還原并揮發出來，再在環境中氧化后由收 塵器捕集到，同時得到的金屬化球團可直接送煉鋼處理。 4、濕法處理工藝 濕法工藝一般用于含鋅冶金粉塵的處理，低鋅粉塵須經物理法富 集后，再采用濕法處理。濕法工藝又包括酸浸和堿浸工藝。 濕法工藝的總體特點：濕法工藝的總體特點： 鋅鉛的浸出率較低

18、，浸渣難以作為鋼廠原料循環使用，也滿足不了環保 法提出的堆放要求； 單元操作過多，浸出劑消耗較多，成本較高； 設備腐蝕嚴重，大多數操作條件較惡劣； 對原料比較敏感，使工藝難以優化； 處理過程中引入的硫、氯等易造成新的環境污染； 與鋼廠現有技術不配套； 效率較低； 與火法比，其能源消耗、設備投資少。 五、不銹鋼粉塵的回收利用技術 不銹鋼粉塵是指在冶煉過程中由電弧爐、aod/vod爐 或轉爐中的高溫液體在強攪動下，進入煙道并被布袋除 塵器或電除塵器收集的金屬、渣等成分的混合物。電爐 的粉塵量約為裝爐量的1%-2%，aod爐的粉塵量約為裝 爐量的0.7%-1%。因為冶煉原料、冶煉溫度、吹氣量等 的不

19、同，所產的粉塵成分和物相結構隨之不同。 在電爐和aod爐中冶煉不銹鋼時，粉塵中含有較多地ni、cr等 元素，其成分大致為： 成份 cr2o3 nio moo2 (t-fe) 其他（cao等） 10-15% 3-5% 1-2% 20-40 38% 不銹鋼粉塵中一般都含有大量的ni、cr、fe等有價金屬， 另外還含有一些微量元素如si、c、mn、mg、pb、zn等， 這些金屬多以氧化物的形式存在，其中fe以fe2o3、cr 以cro、ni以nio的形式存在。 目前利用此類粉塵的方法主要有以下幾種： 火法直接還原處理 濕法處理 噴吹或造塊直接回爐法。 比較具有代表性，也是世界上處于領先水平的直接還原

20、回收工藝包括： 瑞典scandust ab(skf steel公司)的等離子工藝； 美國inmetco公司開發的inmetco process和midrex公司開發的fastmetfastmelt 技術； 日本kawasaki steel公司star工藝； 美國bureau of mines電爐間接還原回收法等。 火法直接還原法 不銹鋼粉塵直接還原是指粉塵直接（或經過造塊制粒）加入還原設備中還 原生成合金海綿鐵或直接還原鐵dri，然后再加到電弧爐（或轉爐）中， 也有直接還原分離回收金屬的。 所有這些工藝都采用高溫加熱的形式，使金屬鎳、鉻、鐵從粉塵中 還原出來以合金的形式存在，再將成品或半成品返

21、回不銹鋼冶煉的 流程中。 要是把水蒸汽再加熱，比方幾千度、上萬度地燒，會達到物質的第四態，等離子 體狀態！ 等離子體等離子體：當物質的溫度從低到高變化時，物質將逐次經歷固體、液體和當物質的溫度從低到高變化時，物質將逐次經歷固體、液體和 氣體三種狀態，當溫度進一步升高時，氣體中的原子、分子將出現氣體三種狀態，當溫度進一步升高時，氣體中的原子、分子將出現電離狀電離狀 態，形成電子、離子組成的體系，態，形成電子、離子組成的體系，這種由大量帶電粒子（有時還有中性粒這種由大量帶電粒子（有時還有中性粒 子）組成的體系便是等離子體子）組成的體系便是等離子體 等離子體是物質存在的第等離子體是物質存在的第4種狀

22、態，稱種狀態，稱物質第四態物質第四態。 等離子體廣泛存在于宇宙空間（從電離層到宇宙深處物質幾乎都是電離狀等離子體廣泛存在于宇宙空間（從電離層到宇宙深處物質幾乎都是電離狀 態），宇宙空間態），宇宙空間99%是等離子體。地球表面幾乎沒有自然存在的等離子體。是等離子體。地球表面幾乎沒有自然存在的等離子體。 只有閃電、氣體放電等實驗室中出現的電離氣體，即等離子體。只有閃電、氣體放電等實驗室中出現的電離氣體，即等離子體。 （1）scan dust ab等離子技術 等離子技術是德國人于上世紀40年代 早期發明的，后來被瑞典人在1954年 用于煉鋼。 等離子弧的原理等離子弧的原理首先，讓連續通氣放電的電弧通

23、過一個噴嘴孔 使其在孔道中產生機械壓縮效應同時噴嘴中心安裝有一個渦流 環等離子氣在電離前就已產生強烈的渦流收縮效應使等離子氣 聚焦成一束很細的氣柱從噴中心噴出；最后，為了確保等離子弧的 溫度不致持續升高而使等離子弧柱膨脹擴散，割槍內的循環冷卻液 又對噴嘴進行冷卻，通過降低溫度對弧柱再一次進行壓縮并最終達 到一種平衡。這3種效應對弧柱進行強烈壓縮在與弧柱內部膨脹 壓力保持平衡的條件下使弧柱中心氣體達到高度的電離而構成 電子離子以及部分原子和分子的混合物即等離子弧。 等離子弧按導電方式可分為非轉移型轉移型和混合型 3種。 scan dust ab等離子技術 其原理是利用通電電流在電極（銅合金）上產

24、生的高溫（3000）將通入 的燃料氣體分子離解成原子或粒子，氣體原子或粒子在燃燒室內燃燒，釋放 出高達20000的火焰中心溫度。加入的不銹鋼粉塵與還原劑的混合物，在 如此高的溫度下被迅速地還原，并生成金屬蒸氣。金屬混合物蒸氣因為沸點 不同，在冷凝器中逐漸分離。 該工藝的突出優點該工藝的突出優點: 設備占地面積小、效率高; 整個工藝過程清潔、無二次污染； 粉塵與還原劑混合干燥后直接加入等離子爐，不需造球； 還原徹底，鉻的回收率較高； 可實現較低沸點不同金屬的分離；能量適應范圍廣； 流程短、可回收利用大量的熱量資源等。 缺點：缺點：電能消耗大；還原劑要求高（需要高質量焦炭）、噪聲較大、電極消 耗大

25、（1001500h更換一次）； 耐火材料消耗較大，且設備需增加冷凝裝置； 其產品一般還需另外冶煉，增加了后序處理工藝。 該工藝已較為成熟完善，在瑞典已大量應用于鋼鐵生產領域處理不銹鋼粉塵 和其他電弧爐粉塵。 （2）inmetco工藝 美國inmetco公司開發的inmetcoprocess直 接還原工藝在環形轉底爐（rhf）中生產 海綿鐵，并于1978年建成直徑為16.8m的 rhf進行生產實驗，距今已有20多年的生 產經驗。 該工藝分為三個步驟：備料、混合、造 球；還原；熔煉和吹煉。 1. 將不銹鋼粉塵+煤或焦粉混合造球; 2. 在轉底爐床中直接還原，粉塵中zn、pb揮發，其它氧化物被還原;

26、 3. 然后將產出的熱金屬化球團加入埋弧電爐熔煉，生產的含ni、cr、fe的合 金鑄塊（每塊20kg），然后再賣給鋼廠作為冶煉不銹鋼的原料。 六、鋼鐵冶煉中含鋅粉塵等的回收處理鋼鐵冶煉中含鋅粉塵等的回收處理 在鋼鐵冶煉過程中，粉塵中除富含鐵外，常含有 較高的鋅含量。其中的鋅主要來源于鍍鋅的廢鋼 及含鋅較高的鐵礦石。 國外大力發展電爐煉鋼短流程技術，原料以廢鋼 為主，粉塵中含鋅較高。國內含鋅粉塵主要來源 于電爐粉塵和使用含鋅、鉛較高鐵礦石的高爐粉 塵。當前國內外鋼鐵冶煉含鋅粉塵的單位產出和 組成成份統計結果如表3-21、表3-22所示，某鋼 鐵廠含鋅粉塵的堆密度和粒度組成如表3-23所示。 表3

27、-21 國外鋼鐵冶煉含鋅粉塵單位產出及組成/% 粉塵種類產出量/kg.t-1tfeznpbc 電爐粉塵520103614403604 高爐粉塵143020500.5250.21.52.560 轉爐粉塵73054802.580.21.012 表3-22 國內鋼鐵冶煉含鋅粉塵單位產出及組成/% 粉塵種類產出量/kg.t-1tfeznpbc 電爐粉塵4.522.53545571404 高爐粉塵1080103031727321 轉爐粉塵820556800.500.302 表3-23 某鋼鐵廠含鋅粉塵的堆密度和粒度組成 粉塵種類 堆密度 /kg.m-3 粒度組成（%） +147m-147+74m-74+

28、41m-41m 轉爐粉塵77615.9317.528.4958.06 高爐粉塵117619.9015.5810.1254.40 鋼廠塵泥按不同鋅質量分數的分類鋼廠塵泥按不同鋅質量分數的分類 國外通常將含鋅大于國外通常將含鋅大于30%30%的粉塵劃為高鋅粉塵，含鋅的粉塵劃為高鋅粉塵，含鋅 15%30%15%30%的為中鋅粉塵，含鋅小于的為中鋅粉塵，含鋅小于15%15%的為低鋅粉塵。的為低鋅粉塵。 我國劃分標準依企業自身情況而定，一般將含鋅大于我國劃分標準依企業自身情況而定，一般將含鋅大于 1%1%的粉塵劃為中、高鋅粉塵，含鋅小于的粉塵劃為中、高鋅粉塵，含鋅小于1%1%的為低鋅粉的為低鋅粉 塵。塵

29、。 對鋅含量小于1%的低鋅粉塵，目前主要用于燒結配料， 在冶金流程內部循環，基本得到全部利用。但因工藝技術、 設備配置等不同，對用于內部循環使用的粉塵鋅含量要求 差別也較大，如寶鋼就嚴格限制鋅含量大于0.1%的粉塵 再返回燒結循環使用。 對鋅含量大于1%的中、高鋅粉塵的利用，國內外都做了 大量工作，目的是以盡可能低的成本，充分回收其中的鋅 等有價元素，并使脫鋅后的塵渣能作為富鐵料循環利用。 概括起來，處理含鋅粉塵的方法有物理分離法、濕法浸出 和火法冶金三種。 含鋅粉塵的利用途徑含鋅粉塵的利用途徑 （1）物理分離法 含鋅粉塵的物理分離法主要有磁選法和分級法。 （1）磁選法 磁選法是利用粉塵中鋅富

30、集在磁性較弱的細顆粒中的特性，采用磁選 方法，將富含鋅的磁性較弱的細顆粒與富含鐵的強磁性顆粒分離，富 集鋅元素，并降低富鐵粉塵中的鋅含量，使其能在鋼鐵冶煉流程中循 環利用。對含碳較高的高爐粉塵，需采用浮選脫碳磁選富鋅的聯合 工藝流程，以提高分離的效率。磁選法工藝成熟、簡單易行，但鋅、 鐵分離效率低。 （2）分級法 分級法是利用鋅一般富集在較細粒級顆粒中的特性，采用離心分級富 集鋅。分級法可分為濕式和干式兩種。 由于物理分離法的分離效率較低，通常不單獨應用，只作為濕法浸出 或火法冶金的預處理工藝。 （2）濕法浸出 含鋅粉塵中的鋅主要以氧化鋅形式存在，少量呈 鐵酸鋅形態。氧化鋅是一種兩性氧化物，不

31、溶于 水或乙醇，但可溶于酸、堿或銨液中。濕法浸出 技術就是利用氧化鋅的這種性質，根據需要采用 不同的浸出液，將鋅從混合物中分離出來，主要 用于處理中、高鋅粉塵，如圖3-19所示。根據所 選擇浸出液的不同，濕法浸出技術又可分為酸性 浸出和堿性浸出等。 圖3-19 濕法浸出處理鋼鐵廠中、高鋅粉塵工藝流程 表3-24 幾種濕法浸出的反應過程及工藝技術特點 方法浸出液反 應特 征 酸浸 出 硫酸系 一段浸出：ph值為2.53.5，zno溶解 二段浸出：ph值為11.5，200 高壓浸出znofe2o3分解 容易處理，傳統的電解 法回收zn 鹽酸系 zno+2hcl zncl2+h2o znofe2o3

32、 + 2hcl zncl2+h2o+fe2o3 吹入cl2使溶解的少量fe2+轉變成fe(oh)3 一步浸出，氯化鋅的鹽 酸溶液電解回收zn或者 溶劑萃取 鹽酸硫酸 混合系 混酸可一步浸出zno和znofe2o3 殘渣用堿處理 一步浸出，浸出環境不 比鹽酸系差 堿性 溶液 浸出 氯化銨 30%的nh4cl 100浸出，最后回收zno， znofe2o3成為殘渣 工藝簡單，zn回收率難 以提高，回收zno后需 要酸浸才能提取zn 氨水 通co2氣體，氨水溶解zno， 最后回收zno 應考慮zno精制 氫氧化鈉 znofe2o3經反應 znofe2o3 + 2oh zno22-+ fe2o3 +

33、h2o 溶解，原naoh溶液中電解 最終殘渣中pb含量較低 （3）火法冶金 火法冶金技術處理含鋅粉塵可分為熔融還原法和直接還原法。 熔融還原法主要用于處理鋅含量大于30%的高鋅粉塵。包括有瑞典、 美國、英國等國家的等離子法、美國的火焰反應爐還原法、日本川崎 的z-star豎爐熔融還原法、俄羅斯和日本新日鐵的romelt等。 對于中、低鋅粉塵，主要采用直接還原法。直接還原法利用鋅的沸點 較低（907）的性質，在高溫還原條件下，粉塵中鋅的氧化物被還 原成鋅金屬，并氣化揮發成鋅金屬蒸氣，隨煙氣一起排出，實現鋅與 粉塵的分離。在煙氣氣相中，鋅蒸氣又很容易被氧化，再轉化成鋅的 氧化物顆粒，得到回收。直接

34、還原法比較成熟的工藝技術有回轉窯法、 轉底爐法、循環流化床法和冷固球團法。近年寶鋼自主開發了轉爐紅 渣法，微波加熱法也是當前受到關注的技術。 鋼鐵廠內各種來源的含鋅粉塵經過物理分離、濃 縮、干燥等預處理，與還原劑混合。 送入還原氣氛的回轉窯，在高溫下，粉塵中鐵和 鋅的氧化物被還原，鋅進一步蒸發并隨煙氣排出， 經過煙氣收集裝置獲得富鋅產品。 直接還原鐵產品從窯頭排出，經冷卻后，用篩孔 為7mm的篩子篩分，大于7mm 的直接還原鐵產 品作為高爐原料，小于7mm的作為燒結原料。其 工藝流程見圖3-20。 a 回轉窯法 圖3-20 回轉窯法處理鋼鐵廠含鋅粉塵工藝流程 該工藝不需造球，還原出的產品30%

35、（+7mm）可直接作為高爐原料使用，70%(- 7mm)作為燒結原料，并綜合回收了有價元素鋅。但因是粉料入爐，設備處理能力 較低，直接還原鐵產品的金屬化率不高。 回轉窯法中比較成熟的工藝是威爾茲(waelz)工藝。 圖3-21 威爾茲工藝流程圖 轉底爐法的工藝過程主要包括配料造球、還原、煙氣處理及煙塵回收 等主干單元。 含鋅粉塵與還原劑混合造球、干燥。 送入轉底爐，在13161427高溫下快速還原處理，得到直接還原鐵。 同時，被還原的鋅氣化后進入煙氣，煙氣冷卻后，氣化的金屬鋅被氧 化成細小的固體顆粒，得到氧化鋅產品。 b 轉底爐法 與回轉窯法相比，轉底爐法獲得的直接還原鐵金屬化率高，單位處理能

36、 力大。但是如果粉塵中的非鐵、鋅成分較多，將降低還原后金屬化球團 的鐵品位，金屬化球團中殘留鋅的含量也比回轉窯法高，影響其循環利 用。轉底爐工業生產流程如圖3-22所示。 圖3-22 轉底爐工業生產流程 日本新日鐵等公司采用該方法處理含鋅粉塵，獲得的直接還原鐵產品含 鐵82%84%，金屬化率大于90%，鋅含量小于0.1%，脫鋅率達94.0%。 獲得的氧化鋅產品鋅含量高達63.4%。 國內鋼鐵塵泥循環再利用 轉底爐直接還原處理含鐵 塵泥技術 用轉底爐將含鐵塵泥造塊 生產金屬化球團，供給高爐 煉鐵或生產直接還原球團 代替廢鋼供給轉爐冶煉純凈 鋼。 使塵泥能全面利用，同時 還可除去塵泥中的有害金 屬

37、元素(鉛、鋅)。 運行的轉底爐 轉底爐直接還原處理含鐵塵泥 技術 馬鋼引進日本技術；萊鋼與我校合作在建的轉底爐生產線是國內第一條 設備全部國產化、用于處理鋼鐵企業含鐵粉塵的生產線。 萊鋼項目生產的金屬化球團直接供高爐利用，鋅灰全部外銷。 項目建成后，年處理含鋅塵泥32.9萬噸，年產金屬化球團20萬噸，回收 鋅灰2000噸。 項目投資10110萬元，年新增銷售收入20800萬元、所得稅894萬元、 利潤2709萬元。 該項目不僅解決鋼鐵企業粉塵難以利用和污染環境的問題，而且緩解鐵 礦石和鋅礦石資源緊張的局面。 循環流化床工藝是利用流化床的良好氣體動力學條件，通過氣氛和溫度的控制， 在將鋅還原揮發

38、的同時，抑制氧化鐵的還原，從而降低處理過程的能耗。其流程 見圖3-23。 利用循環流化床法處理冶煉含鋅塵泥過程中，由于塵泥很細，使得還原揮發出的 鋅純度較低，流化床的操作狀態也不易控制。溫度低雖對避免爐料粘結有利，但 降低了生產效率。因此，自1990年代4t/h的工業試驗成功后，未再有進一步的工 業應用實踐。 c 循環流化床法 圖3-23 循環流化床法處理鋼鐵廠含鋅粉塵流程 d 冷固球團法 冷固結球團法是將含鋅較低的粉塵，加入還原劑、粘結劑制成球團或壓成塊 狀，重新返回高爐、電爐或轉爐冶煉。 該方法成本較低，可方便回收塵泥中的鐵元素，但當返回高爐冶煉時，此方 法不適用于鋅含量超標的塵泥。 e

39、轉爐高溫紅渣法 轉爐高溫紅渣法（bsr）是寶鋼自主研究開發的處理含鋅粉塵的工藝技術。bsr 法的技術思路就是利用鋼鐵廠現有工藝流程中尚未得到利用的鋼渣顯熱資源，使 含鋅粉塵脫鋅并熔融還原成可代替廢鋼使用的粒鐵產品。 將高鋅含鐵塵泥配加一定量碳制成自還原含碳團塊，并預 先鋪放在鋼渣罐中，在出渣過程中兌入1600以上的高溫 紅渣與其混合，利用高溫紅渣的顯熱來加熱塵泥團塊，在 運輸過程中團塊被加熱到1300以上，并保持2030min， 從而使塵泥團塊中的氧化鐵被還原為粒鐵夾雜在紅渣中。 然后，利用鋼鐵廠現有的滾筒-熱悶罐法鋼渣處理設備及 磁選機將粒鐵與鋼渣分離。同時塵泥團塊中的氧化鋅被還 原揮發，揮

40、發出的高鋅煙氣可利用收塵設備回收，作為鋅 精礦副產品出售。轉爐高溫紅渣法處理含鋅粉塵的工藝流 程示意圖見圖3-24。 轉爐高溫紅渣法工藝步驟與特點 圖3-24 轉爐高溫紅渣法處理含鋅粉塵工藝流程 該方法雖有一定的脫鋅效果，并可回收鐵資源，不需要專門的熔煉設備 ，投資省、成本低。但鋅沒有有效回收，在整個處理過程中，脫鋅反應 動力學條件不好，鋼渣本身顯熱量也不能保證反應充分進行，同時工藝 流程長，工藝操作較難控制。 微波加熱是以電磁波的形式將電能輸送給被加熱的物質， 并在被加熱的物質中轉變成熱能，與物質的作用表現為： 熱效應、化學效應、極化效應和磁效應。微波加熱與傳統 加熱不同，它不需要由表及里的

41、熱傳導，而是依靠被加熱 物體自身的介電性，吸收微波能并將其轉化為熱能，從而 通過微波在物料內部的能量耗散來直接加熱。微波獨特的 加熱方式使得其加熱速度大大加快，并且消除了傳統加熱 方式在物料中產生的溫度梯度，使物料溫度更加均勻。 含鋅粉塵中加入碳粉和輔助材料在微波下處理，類似于微 波加熱碳熱還原，塵泥中含有fe3o4和fe2o3屬于微波敏 感性材料，能夠使物料快速升溫，及時補償反應所消耗的 熱量，促進反應快速進行。研究表明，在2.45ghz， 12001220條件下，含鋅粉塵有很好的脫鋅效果。微波 加熱為含鋅粉塵的處理開辟了一條新的思路。 f 微波加熱法 把電能轉化為微波能加熱還原含碳鐵礦粉，不需要制氣和造塊工藝，可以直把電能轉化為微波能加熱還原含碳鐵礦粉，不需要制氣和造塊工藝，可以直 接使用礦粉和煤粉。微波加熱對原料有廣泛的適應性，從鋼鐵冶金短流程、接使用礦粉和煤粉。微波加熱對原料有廣泛的適應性，從鋼鐵冶金短流程、 資源綜合利用率和環境保護的角度考慮，利應該大于弊。資源綜合利用率和環境保護的角度考慮，利應該大于弊。 微波加熱技術的產生，使得微波冶金有可能成為未來冶金工業原料處理的重微波加熱技術的產生，使得微波冶金有可能成為未來冶金工業原料處理的重 要手段之一。微波頻段范圍為要手段之一。微波頻段范圍為0.3 300 ghz，在微波冶金爐中，目前只允許，在微波冶金爐中