含锌铅钢铁厂粉尘处理技术现状.doc

含锌铅钢铁厂粉尘处理技术现状和发展趋势分析王东彦王文忠陈伟庆周荣章林宗彩(东北大学)(北京科技大学)摘要概述了国内外含锌铅钢铁厂粉尘的产出和处理技术发展现状，总结了各种处理技术特点，并根据我国含锌铅钢铁厂粉尘成分，对我国粉尘处理技术今后的发展方向进行了分析。关键词粉尘处理发展PRESENT STATE AND DEVELOPMENT TREND OF DISPOSAL TECHNIQUE OF IN-PLANT Zn-Pb-BEARING DUSTWANG DongyanWANG Wenzhong(Northeastern University)CHEN WeiqingZHOU RongzhangLIN Zongcai(University of Science & Technology Beijing)ABSTRACTThe present state of the disposal techniques of in-plant Zn-Pb bearing dust in China and abroad are summarized .The characteristics of different technique are also summed up .The development trend of the disposal technique of this kind of dust is discussed according to the in-plant dust composition in China.KEY WORDSdust,disposal,development1国内外含锌铅钢铁厂粉尘产出及处理状况1.1国外钢铁厂含锌铅粉尘的产出及处理现状自1976年，美国环保机构(EPA)制定法律，将含锌铅的钢铁厂粉尘划归K061类物质(有毒的固体废物)，要求钢铁厂对其中的锌、铅等进行回收或钝化处理，否则须密封堆放在指定场地，致使堆放费用逐年升高，到1990年已达300/t1。继美国之后，西方各国，日本，甚至韩国都制定了类似法律。西方钢铁厂含锌粉尘成分和世界几个主要国家和地区的产出情况见表1和表2。可见，发达国家的含锌铅钢铁厂粉尘的含锌成分及锌量已达到了相当高的程度，故使对其处理工艺的研究成为冶金界的热点之一。目前，德国和日本的处理比例已接近100 %，美国达到10 %14.5 %，西班牙为60 %2。表 1国外粉尘单位产出及成分2%Table 1The unit production and chemical composition of Zn-Pb-bearing in-plant dust at abroad%粉尘种类产出量/kg*t-1TFeZnPbC电炉粉尘520103614403604高炉粉尘143020500.5250.21.52.560转炉粉尘73054802.580.21.012平均西欧29163.12.0北美2718.32.021.21.2国内钢铁厂含锌铅粉尘的来源及处理现状国内含锌铅钢铁厂粉尘主要来源于电炉粉尘和南方(湖南、广西、广东、江西、四川等4)使用含锌铅较高矿石(锌 0.3 %0.8 %，铅 0.1 %0.27 %)的高炉产出的粉尘。镀锌板及其它含锌铅防腐钢材消费量的迅速增加以及电炉钢厂规模产量的不断扩大，正使电炉粉尘的产量和其中的锌铅含量不断增加。目前粉尘的产出和化学成分状况见表3。 表 21993年几个主要工业国家(地区)电炉粉尘的产出量及其锌含量3万tTable 2The output of EAF dust and the Zinc content in dust of main developed countries and regions in 199310 t国家(地区)西欧美国日本韩国粉尘量60504020锌量1410.594表 3国内含锌粉尘单位产出及成分3%Table 3Unit production and chemical composition of Zn-Pb-bearing in-plant dust in China%粉尘种类产出量/kg*t-1TFeZnPbC电炉粉尘4.522.53545571404高炉粉尘1080103031727321转炉粉尘820556800.500.302该类粉尘目前在许多钢厂附近堆积如山，据1994年不完全统计，其中的锌量至少达到3万t，占1991年我国锌总产量的5.8 %4，既造成了严重的环境污染，也使占地和二次资源浪费问题日益严重。 2合锌铅钢铁厂粉尘处理工艺的发展现状及特点含锌粉尘按锌含量分为高锌粉尘(30 %)，中锌粉尘(15 %26 %)，低锌粉尘(15 %)5。工艺研究是以尽可能低的成本，回收其中所含的有价元素锌、铅、铁、碳，并使残余物不对环境造成污染为目的。处理工艺可分为火法和湿法，而利用粉尘中锌富集在粒度较小和磁性较弱粒子中的特性，采用离心或磁选富集的物理法工艺，对锌铅的富集效果较差，只能作为湿法或火法工艺的预处理工艺。2.1湿法类处理工艺的发展现状及特点湿法工艺一般用于中锌和高锌粉尘的处理，低锌粉尘须经物理法富集后，再采用湿法处理。湿法工艺应用状况见表4。其中，焙烧方法比酸或碱浸有更大的选择性，锌铅去除比较彻底，但硫化焙烧对原料要求较苛刻(不含大量碳)，硫污染严重，烧渣硫含量过高，不宜作为钢铁厂原料。氯化焙烧对设备的腐蚀过于严重，有些厂已为此而倒闭。酸浸法工艺虽较成熟，但强酸浸出(硫酸浸出，盐酸浸出)在常温常压下的锌铅浸出率较低(80 %左右)。升温加压虽可将浸出率提高到95 %以上，但铁的浸出率也达60 %以上，使浸液电解前的除铁负担加重。弱酸浸出虽然避开了电解工艺，可得品位很高的氧化锌，但浸出率也较强酸低。粉尘中铁酸锌的存在是降低酸浸过程锌浸出率的主要原因。总之，酸浸类方法浸渣中的锌含量至少在0.5 %以上，因而，不能满足环保要求和作钢铁厂原料，所含的铁碳也得不到有效利用。表 4温法类工艺应用状况3Table 4The application of hydrometallurgical process工艺种类产品状态应用厂(公司)粉尘量/t*a-1焙烧工艺硫化焙烧电解锌+含氧化铁废渣实验室规模氯化焙烧锌、铅、铁等氯化物的混合物+含氧化铁废渣日本光和公司230 000酸浸工艺硫酸浸出电锌+含氧化铁废渣盐酸浸出电锌+含氧化铁废渣碳酸浸出氯化锌+含氧化铁废渣南昌钢铁厂醋酸浸出硫化锌、硫化铅、石膏、含氧化铁废渣美国Chappral公司24 000碱浸工艺强碱浸出电锌，淀沉铅+含氧化铁废渣法国SERH公司(现已倒闭)12 00015 000氨浸氧化锌+含氧化铁废渣加拿大AMAX铅锌公司氨与CO2联合浸出氧化锌+少量铅+含氧化铁废渣碱浸对设备的腐蚀程度较轻，浸出选择性好，但浸出率更低。低的原因与酸浸相同。一般情况下，当粉尘锌含量较低时(锌10 %)，浸出率为10 %，锌含量较高时(20 %)，可达80 %，补加焙烧工艺，才可达90 %。浸出率低，浸出剂的用量较大且贵，及粉尘成分的波动等因素，已使法国一家粉尘处理厂倒闭。弱碱浸出虽具有更高的选择性，可得到纯浸出液，且常压下即可得到相当高的浸出速度，浸出剂再生容易，得到的氧化锌较纯。但当粉尘中铁酸锌较多时，浸出率很低，只有60 %左右，且除杂质的步骤很多，铅也不能有效回收。湿法工艺的总体特点在于：锌铅的浸出率较低，浸渣难以作为钢厂原料循环使用，也满足不了环保法提出的堆放要求；单元操作过多，浸出剂消耗较多，成本较高；设备腐蚀严重，大多数操作条件较恶劣；对原料比较敏感，使工艺难以优化；处理过程中引入的硫、氯等易造成新的环境污染；与钢厂现有技术不配套；效率较低；与火法比，其能源消耗、设备投资要少一些。2.2火法处理工艺发展现状及各工艺特点按前述锌含量，火法工艺可分高、中、低三类，其应用状况见表5。等离子工艺目前在高锌类中得到了较广泛的应用，其优点是处理效率较高，处理设备较小，但能耗较大，炉衬寿命较低。Inred实际上是一种熔融还原工艺，处理成本较低，但其应用的前景取决于熔融还原技术的发展。ELKEM法虽有在电渣炉中还原回收锌铅和用于矿物熔炼等较多功能，但不回收铁，粉尘入炉前需烧结筛分，处理成本最高。电热竖炉对入炉粉尘的成分要求较高(不含铅)，锌的回收率仅78 %，排渣的锌含量较高，已不再被人们所重视。 表 5火法类工艺应用状况3Table 5The application of pyrometallurgical process(1)高锌工艺应用状况工艺种类产品状态应用厂(公司)粉尘量/万t*a1等离子法tetronicsPERASKFHi-plasPW级金属锌铅+高含量氧化铁渣PW级金属锌、铅+液态铁英国Tetronics 研究开发有限公司Rotherham厂美国IMS公司JacksonBLY therille厂意大利Multiserv公司加拿大TIBUR-Howden公司瑞典SKF钢公司Scan dust厂英国Davy Mckee公司0.80.61.2213MW70.3Elkem法PW级金属锌铅+含氧化铁废渣瑞曲冶金研究基地Mefos公司4电热竖炉PW级金属Zn、Po+含氧化铁废渣美国StJOE公司10lnredPW级金属锌铅+液态铁瑞典Mefos公司和美国Inred铁公司美国Inred铁公司6(热金属)4(热金属)(2) 中锌工艺应用状况工艺种类产品状态应用厂(公司)粉尘量/万t*a1Waelz Kiln锌、铅氧化物粉尘+含铁废渣德国Waelz厂美国IKL资源发展公司处理钢厂100 %粉尘555HTR锌、铅氧化物粉尘+含FeO的废渣日新制钢3.5HRD高纯氧化锌；氧化铅+含氧化铁的废渣美国Horsehead资源发展公司15IRRSPW级金属锌铅+用于电炉的金属化球团美国ZTI公司6.31991年计划扩大到9闪烁炉工艺富锌铅粉尘+含Fe和FeO废渣美国St.、JOE矿业公司美国Horsehead资源发展公司250冲天炉工艺铁水+富含Zn、Pb的粉尘加拿大Metkem工艺有限公司美国Kaiser公司的印度加尔各达示范厂5305 t/h(铁水)竖炉+低频感应炉金属锌铅+铁水日本住友重工实验规模100 kg/h喷射工艺富锌、铅粉尘+钢水美国Armco公司瑞典Mefos公司实验规模(1640.45 kg/min)工业实验规模(60 kg/min)烟化工艺富氧化锌、氧化铅粉尘+含氧化铁渣实验室(3)低锌工艺应用状况工艺种类产品状态应用厂(公司)粉尘量/万t*a1CFB氧化锌、氧化铅粉尘+富氧化铁渣德国蒂森公司中间实验室lnmetco工艺金属化球团或热压块海绵铁+高纯氧化锌和氧化铅粉尘加拿大国际金属回收公司下设美国的lnmetco厂德国德马克公司美国Midrex公司5.62045(金属)回转SDR锌铅氧化物粉尘+海绵铁日本住友和歌山钢厂24窑法川崎法锌铅氧化物粉尘+金属化球团日本川崎制钢6(金属化球团)光峰法锌铅氧化物粉尘+金属化球团新日铁公司实验厂4.8(金属化球团)SPM法锌铅氧化物粉尘+金属化球团住友金属鹿岛厂121.8冷固结球团法高炉用冷固结球团日本钢管瑞典Lulea厂美国Dereco公司1.6910.6Walz Kiln所代表的回转窑工艺是应用最广泛的中锌粉尘处理工艺，工艺比较成熟。HTR、HRD、IRRS皆是该工艺的延伸。还原挥发出的锌、铅氧化物较闪烁炉工艺纯得多，可直接用于锌铅的冶炼，而冲天炉工艺虽可将铁方便地还原，但需多次循环富集，才可使锌铅的富集程度达到和回转窑相近的水平(含锌50 %60 %)，操作较繁，能耗较大。喷吹法的灵活性和适应性较强，但锌富集程度较低，粉尘中硫铅等有害元素易污染钢水。烟化工艺在处理含锌废渣方面虽有很长的历史，但用于氧化钙含量较高的含锌粉尘还有问题：渣成分如何控制才能使锌得到最大程度的挥发；渣铁如何分离；粉尘的含锌最佳加入方式。竖炉加感应炉的最大问题在于锌冷凝器的效率过低和竖炉中至少产生10 %以上的锌损失。回转窑工艺和环形炉工艺均属造球直接还原工艺，可同时得到纯度很高的富含锌铅的二次粉尘和高炉用金属化球团两种产品，加之粉尘粒度很细，适于造球。以煤为还原剂并作为还原过程的一部分热量来源，可使碳含量较高的含锌高炉含锌粉尘中的碳资源得到较充分的利用，工艺成本降低。冷固结球团法的直接成本较低，铁也可方便地回收，但只有当粉尘含锌量0.02 %，才可将球团用于高炉，在用于转炉、电炉时，由粉尘和还原剂所带入的有害元素和杂质，将增加冶炼的负担。CFB工艺虽可抑制粉尘中绝大部分铁的还原，减少还原剂和热量的消耗，且反应动力学条件较好，但由于粉尘较细，使富集的含锌粉尘的品位大大降低。此外，流化床的操作状态不易控制，动力消耗较大。火法工艺总体特点在于：生产效率较高，设备占地面积较小；多数工艺中的Zn、Pb等重金属的去除彻底，可充分满足环保要求；伴生的铁碳资源可以得到充分回收；单元操作较少，对原料的成分变化不敏感，工艺稳定，易于优化；钢厂在火法冶金方面占有优势，在钢厂内部处理粉尘，其还原剂、能源、动力的消耗较少。因此，尽管火法处理具有设备投资较大的缺点，但综合效益较好。 3我国含锌铅钢铁厂粉尘处理工艺发展方向分析火法和湿法工艺的上述特点使火法较湿法竞争性强，表现在湿法研究成果大多停留在实验室或中间实验状态，真正得到应用且效果较好的是火法工艺，因此，根据我国电炉粉尘量较大且属低锌粉尘，高炉粉尘的产出量较小，且含锌大部分为15 %，处于中锌粉尘下限的情况，火法低锌处理工艺是电炉粉尘处理的合理选择，高炉粉尘虽可视锌含量作中、低两种选择，但已广泛应用的Waltz法的生产实践表明，15 %的锌含量，只是保本锌含量，因此，选择中锌工艺意味着没有利润，这无疑不适合我国环保资金有限的情况。如将几乎不含锌的转炉粉尘与含锌较高的高炉粉尘混合成低含锌量的粉尘后，采用低锌火法工艺处理，则既可全面解决钢铁厂粉尘产生的问题，又可避免采用中锌火法处理工艺带来的不经济的问题。所以，今后我国含锌铅钢铁厂粉尘处理工艺的发展方向应为火法低锌工艺。在低锌工艺中，造球直接还原工艺成本较低，其产品适合我国高炉较多的特点，但其中回转窑只适于