齐华矿业硫酸渣综合利用项目实践总结.doc

辽宁博联特冶金科技有限公司齐华矿业硫酸渣综合利用项目实践总结陶立群 唐竹胜 马敬喜 张俊刚（辽宁博联特冶金科技有限公司）摘要辽宁博联特冶金科技有限公司承担设计和建设齐华矿业公司的硫酸渣综合处理（熔融还原铁）项目。该项目总投资约1.8亿元，每年可处理40万吨硫酸渣（一期20万吨）。整套工艺流程采用“煤基BLT-短流程直接还原生产金属化球团和热装热送到BLT-电煤熔分炉，二步熔融还原法的非高炉炼铁新工艺技术”，以硫酸渣为原料，年产10万吨半钢铁水。目前该项目已顺利建成投产，设备运行稳定，各项技术指标良好。本文将从工艺、能耗等角度对该项目进行分析总结。关键词：硫酸渣 BLT（博联特公司缩写） 综合利用 直接还原 熔分 熔融还原 热装热送 前言 据统计，我国目前生产硫酸的厂家有400余家，年生产硫酸7200万吨，其中33%是利用黄铁矿生产的，每年产生的硫酸渣达1900万吨至2340万吨，加上历年堆存，需要处理的硫酸渣多大上亿吨。在发达国家，硫酸渣的利用率接近100%，而我国仅为10%-30%。未经利用的硫酸渣作为废弃物堆放,不仅长期占用土地,浪费了含铁物料资源，而且还对环境造成严重污染，严重影响了农业生产，同时也极大地危害人类健康。因此，提高硫酸渣的利用率不仅可以消除对环境的破坏，还可以为钢铁企业提供廉价的原料，摆脱铁矿大量进口的不利局面。我国自50年代开始利用硫酸渣，提出了一些方法如：氯化焙烧、磁化焙烧-磁选等方法，但用于工业生产的仅限于水泥厂添加剂、制备铁系颜料、或少量加入铁精矿生产烧结球团等途径。国家在 “十二五”规划中提到将工业固体废物综合利用率提高到72；主要再生资源回收利用率提高到70，并鼓励发展非高炉炼铁技术。辽宁博联特公司经多年探索，研发出一整套以硫酸渣为原料生产低碳铁水的非高炉炼铁的技术，此套技术已应用于内蒙古齐华矿业硫酸渣综合利用项目并已经投产，并且设备运行稳定，生产状况良好，各项指标已达到或超过预期。一使用“直接还原+熔分技术”综合利用硫酸渣的优势随着钢铁行业的高速发展，钢铁企业对铁矿石质量和数量日益增长，但由于我国铁矿资源并不富裕，高品位铁矿石大多需要进口截止2012年底，我国粗钢产量已达7.16亿吨，其中绝大部分来自高炉-转炉流程，虽然高炉工艺日益成熟，但由于高炉法对铁矿石品位要求高，对冶金焦有很强依赖性，加之我国富矿贫乏、焦煤资源日益紧张，因此原料成为制约我国钢铁行业发展的重要因素。发改委出台的的产业结构调整指导目录中明确提出重点鼓励非高炉炼铁技术、难选贫矿、（共）伴生矿综合利用先进工艺技术冶金固体废弃物（含冶金矿山废石、尾矿，钢铁厂产生的各类尘泥、渣、铁皮等）综合利用先进工艺技术。 新一代钢铁可循环流程(在做好钢铁产业内部循环的基础上，发 展钢铁与电力、化工、装备制造等相关产业间的横向、纵向物流和能流的循环流程)工艺技术开发与应用 。辽宁博联特冶金科技有限公司研发的“BLT-短流程法直接还原+BLT-电煤熔分的短流程非高炉法炼铁技术”，特点是可以实现以硫酸渣为代表的贫矿、难选矿、冶金废弃物等为原料，生产优质的低碳铁水，并可根据下游产品工艺要求，灵活调整产品化学成分等理化指标。整套技术工艺流程合理、能耗低、对环境影响小、设备投资少、运行成本低、机械化程度高。二原料分析硫酸渣是用黄铁矿制造硫酸过程中排出的废渣，其中含有大量Fe等有用元素，各地硫酸渣成分不同，表1为内蒙古齐华矿业硫酸渣成分。表1 硫酸渣主要元素成分序号检测元素含量（%）备注1TFe55.04试验样品原矿2S1.22试验样品原矿3Au0.15g/t金4Ag23.8g/t银5Cu0.13铜6Zn0.19锌7Pb0.17铅8Co0.042钴9Ni0.01镍10K2O0.5256有害碱金属硫酸渣中硫是主要的有害元素，含量较高。其主要以硫酸根形式存在，比较稳定，因此不易去除。渣中硫含量高且不易脱去是硫酸渣与铁矿粉的重要区别，也是困扰硫酸渣再利用的难题。 图1 硫酸渣扫描电镜照片图1为硫酸渣扫描电镜照片。从图中可以看出：硫酸渣表面粗糙，毛细孔洞发达。而且硫酸渣因具有粒度大、粒度分布不均、比表面积低、孔隙率高、吸水性强和表面活性低等特殊的物理化学性质和微观结构。因此在相同条件下造球时，使用硫酸渣为原料与使用普通铁精矿相比存在较大差异，主要表现在硫酸渣球团成球率低，表面毛糙，成球强度低（一般1m落下3次破裂），球团水份高（一般为21%22%）等。硫酸渣中铁主要以赤铁矿形式存在，氧化亚铁含量较低，一般为1.4%3.0%。因此，其固结形式是赤铁矿晶粒长大和高温再结晶。只有温度超过1300时，才能观察到晶粒明显长大，小晶粒之间形成初期的连接桥。因此在制备硫酸渣烧结球团阶段存在球团焙烧温度高、球团爆裂温度低，烧结强度低等问题。因此，硫酸渣特有的微观结构对其在造球、烧结阶段的不利影响也是困扰硫酸渣综合利用的难题。博联特公司研发的BLT-短流程法直接还原段为煤基直接还原，加入的煤粒和煤粉一部分燃烧作为热源，另一部分作为还原剂，无需焦炭。其成分如下表2所示表2 煤的理化指标成分固定碳挥发份灰分硫灰分软化温度结焦性水分质量分数50%2535%10%0.8%1200268%三熔融还原工艺分析1.项目总工艺流程图图2 直接还原-熔分工艺流程图2.原料预处理硫酸厂沸腾炉出口处，硫酸渣温度一般为800850。通过分段式冷却将物料温度降到120150，期间加入BLT-催化剂加速反应，实现脱硫和改变硫酸渣分子结晶结构的目的。齐华硫酸渣中的硫份主要以硫酸根形式存在，其余少量以Fe2S3、AuS、AgS、CuS、NiS、PbS等亲硫有价金属形式存在。使用“BLT-氨法脱硫技术”，经搅拌、浸出、水洗、过滤、烘干后，硫酸渣硫含量明显降低，脱硫率达到60%80%，硫含量由1.22%降至0.3%左右。同时也可脱除部分有色和有价金属，并将硫酸渣铁品位提高1%2%。以上工序使用的工业水可循环使用，过滤后的废渣含有有价金属盐，可提炼有价金属或进行销售。预处理后硫酸渣，表面呈毛刺状得到较好的改变，其分子结晶结构与普通铁矿粉相似，称为硫酸渣铁粉。3.配料、混碾、造球硫酸渣铁粉在造球时，配入少量BLT-粘结剂，均匀混碾。使用圆盘造球机造球，在圆盘造球机设备选型上，给料量、加料位置和方式、加水量及加水方式、自动控制水平等进行了优化设计，采用“滴水成球、雾水长大、无水紧密”的操作方式，以确保混合料水分控制在造球最佳值，使混合料在机械力的作用下，既能容易形成适当数量的母球，又能使母球迅速长大和压密，合格球团粒度为816mm。生球1m下落强度达到10次以上，并且球团含水量降低到10%16%。4.链篦机烘干、预热、烧结链箅机工艺风及布料均匀与否，会直接影响球团烧结强度效果。合理的布料方式应使布到链箅机箅床上的生球料层具有良好的均匀性和透气性。为满足这一要求，设计采用摆动皮带大球筛宽皮带小球筛溜料板的布料方式。此方式具有布置空间小、转运次数少、球形均匀、易于调节布料速度、布料均匀的优点，使布到链箅机上的生球直到离开布料机的最后一刻都在经受筛分，因此可保证生球布料干净，不带粉末。使链箅机8mm的生球碎粉降低，球团的焙烧耗热量降低，延长了风机衬板和链箅机箅床的寿命。同时通过优化干燥气体流速，流向和温度，和球团布料厚度为100120mm，分段逐步提高干燥气体的温度和流速，生球爆裂温度和强度逐渐提高。链篦机总长42m，其中干燥一段长度为21m，工艺温度为200300，预热段长度为12m，工艺温度为750，烧结段长度为9m，工艺温度为1050，各段设隔墙。链篦机为密闭结构，不仅可降低热量散失，还可形成还原性气氛，进行预还原。链篦机运行速度为0.40.6m/min。采用鼓风和抽风相结合的方式干燥，有效保证上下料层均匀升温失水，避免下层产生过湿层，使球破裂甚至塌陷，从而提高球的热稳定性。烧结段热风温度1050时即可使球团抗压强度达到350N/个球。链篦机热源来自回转窑窑尾废气，其中含有CO。将尾气鼓入空气充分燃烧放热，将尾气温度由1000提升至11501200，充分利用了废弃中CO的化学能，提高了能量利用率。表3 链篦机烧结球团成份成份TFeFeoSiO2S强度质量分数62.27%12.23%9.1%0.14%350N/个球4.直接还原采用BLT-短回转窑进行直接还原。025mm的煤粒喷入窑内，一部分燃烧作为热源，其余作为还原反应过程中的补充还原剂，通过高压喷煤和窑体多点鼓风，在窑内形成适宜的温度场和物料分布，使窑内保持还原性气氛，微正压，为直接还原提供了良好的动力学条件。经回转窑还原后，温度为10001050的金属化球团进入BLT-稳定仓。球团在稳定仓内保温47小时，金属化球团缓慢温降。仓内为还原性气氛。BLT-稳定仓技术为博联特自主研发，不配加热源的情况下，通过物料自身温度进行深度还原，可以将球团的金属化率提高1%5%，并可根据后续工序要求出冷料或热料。表4 回转窑还原球团成分成份TFeMFeFeCS质量分数74.08%67.51%91.13%0.5%0.12%本项目是将稳定仓中温度为750900的金属化球团配以石灰、煤块等熔剂进行密闭罐热装热送入BLT-电煤熔分炉中进行熔分，以降低生产运行成本，最大限度的提高能源利用。热装热送也是此套技术的一大特色，通过将热料之间装入熔分炉熔炼，吨铁电耗可降低100150kWh，仅此一项即为该厂每年节约500万750万元。图3 齐华矿业硫酸渣熔融还原项目外观图片5.熔分本项目采用的是BLT-电煤熔分炉系统，本系统为博联特自行研制开发，具有：原料热装热送、埋弧冶炼、中空电极喷吹、等离子冶炼、煤气回收再利用、炉内密闭操作等特点。通过在密闭炉内融化物料实现熔融还原，并造碱性渣（碱度为0.81.1）除去硫（硫含量仅为0.07%）等有害元素。图4 内蒙齐华矿业项目BLT-电煤熔分密闭炉图片 图5 内蒙齐华矿业项目BLT-电煤熔分出铁现场图片表5 硫酸渣金属化球团熔分后浇注的铁锭主要成份指标试样名称元 素 含 量 %TFeCSiMnSP铁锭94.222.701.580.50.070.068四能耗、主要经济指标和环保分析表6 齐华矿业项目能耗序 号项 目单 位指标折算系数能耗(t/tDRI)1还原煤t/t0.7560.7143 t/t0.54001082新水m3/t2.82.571t/104t0.000719883电kWh/t9770.1229t/103kWh0.12007334压气m3/t60.00.40t/104t0.00245氮气m3/t20.00.40t/104t0.00086合计/0.664003987余热发电t/t0.50.125714t/t-0.0628578合计/0.60114698表7 四种熔融还原法主要能耗指标比较表：序号工艺名称应用矿石品位(%)产品工序综合能耗（标煤kg/t）1BLT-二步法TFe55低碳铁水601.152中国高炉法TFe62铁水521.903HIsmelt法TFe65铁水637.344COREX法TFe62铁水936.3从上表中可以看出，与其他三种炼铁方法相比BLT-二步法使用的原料品位最低，仅为58%左右，而综合能耗仅为601.15 kg标煤/t，仅次于高炉法。该工艺在原料、能耗上具有很大优势。 表8 单位制造成本表序号项目名称单位单耗单价单位成本1原材料/1314.601.1硫酸渣t1.68400.00672.001.2烟煤t0.756850.00642.602辅助材料/365.002.1粘结剂元0.03745.002.2石灰t0.15200.0060.002.3氨法脱硫元/80.002.4耗材元/180.003燃料及动力/494.103.1电kWh9770.50488.503.2工业水m32.82.005.64工资及福利元/50.605设备费用元85.505.1折旧费元/64.505.2修理费元/21.006合计元/2309.80表8为生产1t半钢铸铁的生产运行成本，内蒙古当地现行铸铁单价为2800元/吨，齐华矿业项目年产9.8万吨铸铁，每年可创造利润4800万元。项目生产用水主要为部分设备冷却用水、锅炉用软水、选矿用水。其中冷却用水循环使用，锅炉用软水无外排，选矿用水可进行过滤循环应用。 因此该厂无废水外排。该厂产生的废渣，主要是熔分的水淬渣。其主要成分为：硅酸二钙2CaOSiO2、硅铝酸二钙2CaOAl2O3SiO2、玻璃体。接近于水泥熟料的成分。可以销往水泥厂，也可以用于生产制作型砖。 整套流程产生的烟气采用二级收尘：第一级为旋风收尘器，第二级为布袋收尘器，其收尘效率分别为85%和99.9%，烟气含尘浓度减低50mg/Nm3； 同时烟气采用碱法脱硫，