含铁尘泥综合利用技术课件

1、钢铁工业含铁尘泥综合利用技术现状 卢 平 博士、教授南京师范大学 能源与机械工程学院2011年8月28日31日钢铁固废综合利用标准及技术成果交流会7/26/20221主要内容一、背景和意义二、含铁尘泥的来源与分类三、含铁尘泥的处置技术 四、含铁尘泥的回收技术五、含铁尘泥的利用技术六、结束语7/26/20222一、背景和意义“节约资源、保护环境”是我国实现可持续发展战略的重要保证和手段。据统计，我国每年产生各类固体废物总量达54亿吨。2010年我国粗钢产量达6.267亿吨，占全球总产量44.3%，是日本、俄罗斯、美国和印度粗钢产量之和的2倍以上。钢铁固体废物(尾矿、高炉渣、化铁炉渣、钢渣、尘泥、

2、粉煤灰等)年产生量达2.0亿吨，综合利用率仅为40%左右。开展钢铁工业的固体废物回收处理和综合利用：不仅有利于钢铁工业可持续发展，节约资源；而且节约土地，防止环境污染。7/26/20223固体废物及其分类定义：在生产建设、日常生活和其他活动中产生的丧失其原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态物质。德国：在社会生产、商品流通和消费等一系列活动中产生的相对于占有者来说一般不具有原有使用价值而被丢弃的以固态和泥状赋存的物质。按固体废物的来源可分为：城市生活垃圾：居民生活、商业、市政维护与管理工业固体废物：冶金工业、矿业、石油化工、机械电子、建筑、轻工和电力等危险废物：核工业、

3、化学工业、科研单位、医疗单位中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法7/26/20224节能减排和循环经济的需要固废处理是指采用物理、化学、生物等方法将其转化为适于运输、贮存、利用或处置的过程。固废处理的目标是减量化、无害化、资源化。 为贯彻落实“国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知”（国发200715号），健全和完善资源节约标准体系，国家标准化管理委员会会同国家发展和改革委员会等相关部门编制了“2008-2010年资源节约与综合利用标准发展规划”。全国钢标准化委员会组织实施了系列标准的制修订工作。2010.12:钢铁工业含铁尘泥回收及利用技术规范7/26/20225固体废物标准体系我国现

4、有的固体废物标准主要包括四大类：固体废物分类标准危险废物鉴别标准国家危险废物名录：对47类废物进行了详细分类固体废物监测标准工业固体废物采样制样技术规范固体废弃物污染控制标准污染物处置控制标准：城市垃圾产生源分类及垃圾排放设施控制标准：危险废物储存污染控制标准固体废弃物综合利用标准矿渣、钢渣、粉煤灰等7/26/20226二、含铁尘泥来源和分类1. 定义：含铁尘泥（Fe-bearing dusts and sludges）是指钢铁生产过程中对所排烟尘进行干法除尘、湿法除尘和废水处理后的固体废物，其全铁含量(TFe)一般在30-70%，主要包括：烧结尘泥、球团尘泥、高炉瓦斯灰、高炉瓦斯泥、炼钢尘泥

5、、转炉污泥、电（转）炉除尘灰、冷（热）轧污泥、轧钢氧化铁鳞、原料场集尘和出铁场集尘等。7/26/20227钢铁工业含铁尘泥的来源Nippon Steel Kimitsu Works新日铁君津7/26/202282. 含铁尘泥的化学成分含铁尘泥中主要化学成分有全铁（TFe）、CaO、MgO、SiO2、Al2O3、P2O5、TiO2、MnO、ZnO、Pb、C、S和碱金属（Na2O + K2O）等。有用成分：可以在钢铁生产过程中直接回收利用的成分，如TFe、CaO、MgO、C等；有害成分：不能在钢铁生产过程中直接回收利用、且对钢铁生产过程有害的成分，如Zn、Pb、K、Na、S、P等。7/26/202

6、29典型高炉烟尘物理和化学性质7/26/2022103. 含铁尘泥的分类（1）按全铁（TFe）含量可分为：低含铁尘泥（TFe 50%）按含铁尘泥中锌（Zn）含量可分为：低锌含铁尘泥（Zn8%）对于低锌含铁尘泥可直接作为烧结配料使用；锌含量1%的中高锌含铁尘泥需进行脱锌处理后才能返回钢铁工艺。7/26/2022113. 含铁尘泥的分类（2）按含铁尘泥中固定碳（FC）含量可分为：低碳含铁尘泥（FC50%）按含铁尘泥中碱金属（K2O+Na2O）含量可分为：低碱含铁尘泥（K2O+Na2O 1%）按含铁尘泥的物理状态可分为：干式除尘灰湿式污泥7/26/202212含铁尘泥来源及性质一览表尘泥种类来源收集

7、方式性质主要成分原料准备尘泥在原料场、烧结、球团、炼铁、炼钢和轧钢等工艺的原料准备过程中产生的尘泥。多管除尘器、电除尘器和布袋等。粉体为主，随工艺变化较大。Fe, Ca等，随工艺变化较大烧结尘泥在烧结原料准备、配料、烧结与成品处理等过程中，除尘器收集的粉尘，包括烧结机机头、机尾、成品整粒和冷却筛分等收集的烟粉尘。 干法：多管除尘器、电除尘器和布袋等。粉体，其细度在540m之间。TFe含量约50%球团尘泥在球团原料准备、配料、焙烧与成品处理等过程中，除尘器收集下来的烟尘、粉尘。干法：多管除尘器或电除尘器同上TFe含量50%左右高炉瓦斯泥在高炉炼铁过程中高炉煤气洗涤污水排放于沉淀池中经沉淀处理而得

8、到的固体废物。湿法：文丘里洗涤等呈黑色泥浆状，表面粗糙，有孔隙，粒度75m占50%85%。TFe=2545%，锌含量较高。高炉瓦斯灰在高炉炼铁过程中随高炉煤气一起排出，经干式除尘器收集的粉尘。干法：多管除尘器或电除尘器等。呈灰色粉末状，粒度较高炉瓦斯泥粗，干燥，易流动，堆放、运输污染严重TFe以FeO为主,锌含量较高高炉除尘灰高炉炼铁过程中矿槽、筛分、转运、炉顶、出铁场等除尘收集到的粉尘干法：多管除尘器或电除尘器等。/转炉尘泥转炉炼钢过程中经文丘里洗涤器或干式静电除尘器收集而得的固体废物，包括转炉污泥和转炉粉尘。文丘里洗涤器或干式静电除尘器呈胶体状，很粘，难以浓缩脱水，粒度40m颗粒占80%。

9、Fe、Zn成分较高，TFe在50% 60%。电炉粉尘电炉炼钢时产生的粉尘干式静电除尘器等粒度很细，90%。TFe约30%，锌铅1020%。轧钢尘泥在轧钢过程中回收的尘泥，不包括含油、含酸碱的尘泥。干式静电除尘器等随工艺变化较大。/氧化铁皮在钢材轧制过程剥落的固体物质。干湿法收集铁含量最高的废渣。TFe70%。7/26/202213三、含铁尘泥的处置技术 1976年，美国环保机构制定了法律，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。欧洲、日本、韩国等都制定了类似法律。含铁尘泥的处置方法通常包括两大类：企业外部处置企业外部露天堆放与填

10、埋处置企业外部集中处置企业内部处置国外大多数钢铁企业大多基于集中管理和处理的原则，由环保公司统一处理。7/26/202214企业内部处置企业内部直接回收利用：是将含铁尘泥作为烧结、球团原料等在企业内部钢铁生产工艺上直接循环利用。含铁尘泥品位差别较大、且含有有害杂质，长期直接循环利用会造成烧结矿铁品位降低、有害杂质（主要为锌）含量提高，导致炉衬寿命和高炉利用系数降低。常用的直接回收利用工艺后面将详细介绍。企业内部集中回收利用：是将不同的钢铁生产工艺过程中收集的含铁尘泥进行集中堆放与贮存，经过混匀、配料等工艺后，作为烧结与球团原料来使用。常用的直接回收利用工艺后面将详细介绍。7/26/202215

11、钢铁工业含铁尘泥的来源7/26/202216四、含铁尘泥的回收技术1. 从含铁尘泥中回收铁、碳 含铁尘泥中铁、碳常以Fe2O3、Fe3O4和焦炭形式存在，可采用磁选、重选、浮选、反浮选等回收。铁的回收：采用磁选、重选、反浮选等方法回收。碳的回收：焦炭比重较轻，表面疏水而亲油，可选用合适的浮选剂，采用浮选方法进行回收。含铁尘泥的回收技术可分为：单一回收工艺联合回收工艺7/26/2022171）单一回收工艺磁选工艺：采用强磁或弱磁方法回收磁性铁。处理工艺简单，对于磁性铁含量较高（大于25%）的含铁尘泥可采用该法，并可得到含铁品位为48%60%的一般小于30%，需要慎重考虑。重选工艺：采用螺旋溜槽等

12、回收含铁尘泥中的赤铁矿和磁铁矿，尽管可得到一部分含铁品位为60%左右的铁精矿，但其金属回收率约为30%。浮选工艺：采用浮选剂和浮选设备回收尘泥中的碳。设计上可采用粗选、扫选、精选联合工艺，可回收约60%碳。反浮选工艺：该工艺采用六偏磷酸钠等混合试剂的选择性强化石英、硅酸盐矿物和磁铁矿等的可浮性差异，将含铁尘泥中的铁矿物分选出来，金属回收率可达80%，铁精矿的品位一般小于60%。总体而言，回收的铁精矿品位尚可，但金属回收率较低。7/26/2022182）联合回收工艺是将两种或两种以上单一回收工艺进行集成，是钢铁企业常用的含铁尘泥回收工艺。常用的联合回收工艺有：弱磁选-强磁选（全磁选）工艺浮选重选

13、工艺粗磨弱磁强磁反浮选工艺重选反浮选磁选工艺磨矿磁选重选浮选工艺等7/26/202219重选-反浮选-磁选工艺流程采用该工艺可得品位为61.0%的铁精矿，金属回收率达55%，精矿产率达40%。7/26/202220磨矿-磁选-重选-浮选工艺流程处理高炉瓦斯灰(泥)时可获得全铁含量大于61%、全铁回收率为52.85-61.32%的铁精矿以及碳含量大于75%、碳回收率大于88%的碳精矿。 7/26/2022212. 从含铁尘泥中回收锌含铁尘泥中锌回收技术可分为物理法湿法化学萃取火法联合法 7/26/2022221）物理法锌回收技术适用于处理中锌含铁尘泥，一般只作为湿法或火法工艺的预处理工艺。主要有

14、磁性分离和机械分离两种方法：磁性分离：工艺较简单、易行。磁性分离方法用于高炉粉尘时，要增加浮选除碳工艺，以提高磁性分离的效率。主要缺点是锌的富集率较低。机械分离：除工艺简单易行外，对处理后的粗粉可直接用于炼铁，但该法的操作费用较高，富锌产品的锌含量过低，价值较小。常用的机械分离方法有弱磁-强磁联合工艺、浮选-重选工艺、水力旋流脱锌工艺等，含铁尘泥湿式水力旋流脱锌技术具有如下特点：湿式操作，无粉尘污染；工艺简单，能源消耗低，占用空间小，投资费用少，运行可靠；物理分离，无化学反应，无二次污染。7/26/2022232）湿法锌回收技术采用不同的浸出液，将锌从混合物中分离出来，湿法处理适用于处理中高锌

15、含铁尘泥。根据选择浸出液的不同，湿法处理工艺又可分为酸浸碱浸焙烧+碱浸7/26/2022243）火法锌回收技术原理：利用锌沸点较低的特点，在高温还原条件下，锌氧化物被还原，并气化成金属蒸气，随着烟气一起排出，使得锌与固相分离；在气化相中，锌蒸气又被氧化而形成锌的氧化物颗粒，同烟尘一起在烟气处理系统中被收集。火法处理冶金含锌尘泥的主要工艺有两大类：熔融还原法：如火焰反应炉还原法、Z-Star竖炉熔融还原法、Romelt法和等离子法等。熔融还原法主要用于处理锌含量大于30%的冶金尘泥，在西方发达国家应用较为普遍。直接还原法：包括转底炉法（Inmetco, Fastmet, Comet）、回转窑法（

16、Waelz法，日本SDR和SPM法）和循环流化床法等。我国钢铁工业含铁尘泥的锌含量一般在8%以下，主要采用直接还原法。 7/26/202225配料、造块锌与热能回收7/26/202226回转窑法含铁尘泥7/26/202227联合法锌回收工艺根据含铁尘泥物理、化学特性，将上述几种方法综合运用，找出最佳的工艺流程。该处理工艺流程由6道工序组成。理想状态，工艺复杂，需要结合含铁尘泥的特性，进行优化组合。7/26/202228五、含铁尘泥利用技术（企业内部）1. 含铁尘泥利用技术的分类和特点含铁尘泥处理技术在国内起步相对较晚，目前大多数钢铁企业采用直接配入烧结系统回用的方式处理钢铁尘泥。由于缺乏各类物

17、料均质化、整粒与除杂过程，回用尘泥的同时也带来了一些问题，如：影响烧结透气性，影响烧结矿产品质量与正常生产；尘泥中含有钾、钠、锌等有害元素，影响烧结电除尘效果。有害元素锌随烧结矿进入高炉，并在高炉内循环富集，致使高炉结瘤，影响高炉正常生产。根据含铁尘泥返回的钢铁生产工艺位置的不同，含铁尘泥利用方法分为烧结法、炼铁法、炼钢法。7/26/202229含铁尘泥的企业内部利用途径及其优缺点 处置方法适合处理的含铁尘泥优 点缺 点烧结处理烧结尘泥；瓦斯灰(泥)转炉尘泥轧钢尘泥能利用现有烧结机设备，处理尘泥品质多且量大，企业无需大量额外投资，还可以配入一定量低品位粉尘。收集和运输过程中污染环境，增加配料困

18、难，不仅降低混合料的均匀度，还降低烧结矿质量产量，此外有害元素锌、铅、钾和钠循环富集，对高炉生产带来危害。球团处理烧结尘泥球团除尘灰转炉污泥轧钢铁皮能利用现有竖炉或链篦机回转窑，无需大量投入，能配入粒度极细的粉尘，用于转炉、炼钢的冷却剂。处理量有限，粒度较粗的粉尘无法处理，有害元素富集，对高炉生产带来危害。直接还原处理所有的含铁尘泥能处理所有的含铁尘泥，有效利用尘泥中的碳，脱除尘泥中的锌、铅、钾和钠等有害元素，同时回收锌等元素，降低钢铁联合企业的锌及碱金属负荷，改善高炉炉料结构。需要专门的直接还原设备，初期投资大，生产的金属化球团或海绵铁需要有一定的机械强度和合适的金属化率。炼钢处理轧钢铁皮烧

19、结尘泥电炉除尘灰充分利用粉尘中的FeO和CaO，代替部分造渣剂和冷却剂，对粉尘强度要求不高，降低成本。对低品位粉尘、高碳、高碱金属粉尘等难以利用，加入过程中二次粉尘产生量大，作业环境恶劣。7/26/2022301. 企业内部直接回收利用（1）1） 含铁尘泥直接返回烧结或球团工艺烧结机头灰、成品除尘灰、机尾除尘灰直接返回烧结。高炉槽下除尘灰、重力除尘灰、出铁场除尘灰等随返矿通过外返矿皮带或汽车等运输方式返回烧结。高炉瓦斯泥和转炉污泥经过压滤、密封输送至烧结或球团工艺使用。转炉尘泥制成浓度15%45%的泥浆，再加入到烧结或球团工艺的制粒机中。转炉和高炉污泥沉淀池中的污泥过筛后，采用泥浆输送管道运输

20、到污泥搅拌罐，制成浓度为15%45%含尘泥浆，再经过泥浆泵输送至烧结混料机中制粒。7/26/2022311.企业内部直接回收利用（2）2 ）含铁尘泥冷固结球团返回炼铁、炼钢工艺该工艺是将低锌含铁尘泥，加入还原剂、粘结剂制成球团或压成块状，返回高炉、电炉或转炉冶炼。3）转炉污泥（OG泥）返回炼钢和烧结（或球团）的工艺该工艺是将部分OG泥造块后直接返回炼钢使用，其余部分经含铁尘泥加工车间加工后返回烧结或球团工艺使用。4）转炉污泥（OG泥）与氧化铁皮造块回用转炉造渣工艺该工艺是将OG泥、氧化铁皮和粘结剂等分别进行定量配料，经混碾、干燥、造块等工艺制成高强度型块，作为炼钢造渣剂用于转炉炼钢。5）含铁尘

21、泥金属化球团工艺金属化球团工艺是将含铁尘泥造块后，采用回转窑或转底炉生产金属化球团（或海绵铁），供高炉炼铁或转炉炼钢使用。6）高锌、高钾钠含铁尘泥回收利用对于低锌含铁尘泥可采用9.1.19.1.5条的工艺进行含铁尘泥的直接回收利用，而对于锌含量大于1%、碱金属（钾钠）含量大于0.5%的含铁尘泥需经过脱锌、脱钾钠处理后才能返回钢铁生产工艺使用。7/26/202232高炉/转炉污泥生产烧结矿、球团矿的工艺(a) 利用管道联合处理高炉/转炉污泥的工艺流程(b) 利用密封车处理高炉/转炉污泥的工艺流程7/26/202233OG泥与氧化铁皮造块回用转炉造渣工艺7/26/202234高含锌与高含钾钠的含铁

22、尘泥脱锌、脱钾钠工艺7/26/202235 2. 含铁尘泥的集中利用工艺1）机械混合返回烧结法将转炉湿法除尘后产生的易粘结、难于应用的转炉污泥处理加工成松散的、无扬尘的烧结混合料，采用火车、汽车、皮带等运输到烧结料仓。可联合处理转炉污泥、轧钢油泥、除尘灰等含铁尘泥，工艺投资省，见效快。应定期检测尘泥中Pb、Zn、K、Na等有害元素含量，关注其富集程度。 7/26/2022362）多种尘泥均质化造粒回用烧结工艺（1）综合原料场堆料混匀在综合原料场进行自然晾晒、堆料混匀，然后以混匀矿进入烧结配料。该方式对含铁尘泥的适应性好，但占地面积大，自然干燥时间长，晾晒过程中污染大，适用于种类复杂、成分波动较大的含铁尘泥。 7/26/202237（2）混合输送与均质化系统将分类堆放的尘泥从原料场取出，进行单独定量配料，配料后物料进行混合输送和均质化处理，再进过整粒系统得到均质化的烧结颗粒料产品，最后运往烧结厂循环利用。该方式取消了混匀堆料场，采用专用混合输送和均质化设备，适合于成分波动相对较小的含铁尘泥。7/26/2022383）除尘灰综合利用工艺 7/26/202239尘泥种类处理方式转底炉（）回转窑法（）压块（）分选处理（）未处理（）烧结尘泥2.9473.5323.