粉塵處理工藝技術分析與經濟性分析
1 氧化鋅火法還原的熱效應及熱力學分析
氧化鋅的熱還原是一個強烈的吸熱反應。氧化鋅被碳及一氧化碳還原的反應熱效應很大，兩個反應的熱效應如下：
ＺｎＯ+ＣＯ=Ｚｎ(氣)+ＣＯ2-19565ｋＪ/ｍｏｌ(1)
ＺｎＯ+Ｃ=Ｚｎ(氣)+ＣＯ-36819ｋＪ/ｍｏｌ(2)
從反應式可以看出，氧化鋅用碳還原需要從外界吸入大量熱。外界提供的熱量除了把物料加熱到足夠的溫度并補償過程的熱損失外，還必須提供氧化鋅還原反應本身所需的大量熱量。
氧化鋅的熱還原還要求有強烈的還原氣氛和高溫條件。從過程的動力學來說，隨著溫度的升高，反應速度都會急劇增大。氧化鋅的熱還原是一個強烈的吸熱反應，反應的平衡常數隨溫度的升高而急劇增大。所以說，無論從熱力學還是從動力學角度來看，提高溫度對氧化鋅還原過程都是非常有利的。在高溫下，氧化鋅的還原將變的較為容易，例如在1100～1300℃以上時，過程將變得比ＦｅＯ的還原過程更易進行。這也是以上所介紹的ＳＰＭ法、ＲＨＦ回轉窯、川崎的焦炭填充床等工藝的*作溫度一般在1100～1300℃的原因。
氧化鋅被碳還原表面上是一個簡單的固相反應，但實際上還原過程由如下兩個連續的氣-固相反應組成：
ＺｎＯ+ＣＯ=Ｚｎ(氣)+ＣＯ2①
ＣＯ2+Ｃ=2ＣＯ②
這兩個反應具有不同的反應特性，ＣＯ在這兩個反應中所起的作用不同，對反應①它是反應物，對反應②它卻是生成物。在較低溫度下，要使氧化鋅還原為金屬鋅，必須提供ＰＣＯ/ＰＣＯ2比值很高的混合氣體。但在這種條件下，布杜爾反應所產生的混合氣體則恰好相反，相應的比值ＰＣＯ/ＰＣＯ2很小。隨著溫度的升高，這兩個比值的差距將不斷縮小，當溫度達到一定值時，這兩個比值趨于等同。溫度繼續升高，這種差值關系就顛倒過來。
2 電爐除塵粉中金屬氧化物還原的冶金反應討論
除塵粉中鐵的氧化物主要是Ｆｅ2Ｏ3，另外有少部分ＦｅＯ，以下主要討論Ｆｅ2Ｏ3、ＦｅＯ以及ＺｎＯ被碳及一氧化碳還原的化學反應熱效應以及Ｆｅ2Ｏ3、ＦｅＯ、ＺｎＯ過程升溫吸熱情況。
幾個反應的熱效應如下：
ＺｎＯ+ＣＯ=Ｚｎ(氣)+ＣＯ2-19565ｋＪ/ｍｏｌ
ＺｎＯ+Ｃ=Ｚｎ(氣)+ＣＯ-36819ｋＪ/ｍｏｌ
ＦｅＯ+ＣＯ=Ｆｅ+ＣＯ2+1604ｋＪ/ｍｏｌ(3)
Ｆｅ2Ｏ3+3ＣＯ=2Ｆｅ+3ＣＯ2+255ｋＪ/ｍｏｌ(4)
Ｆｅ2Ｏ3+3Ｃ=2Ｆｅ+3ＣＯ-49212ｋＪ/ｍｏｌ(5)
由以上化學反應熱效應可以看出反應(3)、(4)是放熱反應，在反應過程中有少量化學反應熱量放出，放熱量不大。鋅的還原過程、Ｆｅ2Ｏ3的還原均是吸熱反應，并且吸熱量較大。
另外對于除塵粉壓塊進行升溫。由于除塵粉成分不同，各成分的比熱不同，假設升高同樣的溫度，其中Ｆｅ2Ｏ3吸熱量占所吸熱量的90%以上，可見Ｆｅ2Ｏ3升溫過程耗熱情況對吸熱影響明顯。
通過以上的簡要分析，可以看出鋅的還原、鐵的還原過程需要的熱量較大。在轉爐過程中這部分熱量只能來自于鐵水的物理熱、化學熱，電爐過程只能*輸入電能來補償。
3 粉塵處理工藝經濟性分析
近20年來，盡管大量的研究工作集中在粉塵處理方面，也有幾十項有關技術開發出來，但經濟性好且具有普遍意義的處理技術仍未出現，以下主要對較成熟的ＳＰＭ法和ＲＥＤＳＭＥＬＴ工藝作介紹。
ＳＰＭ法工藝介紹的運行成本為4829日元/ｔ，其中包括用于還原劑和能源的1642日元/ｔ。其工藝收益主要體現在產品30%返回高爐中利用，70%返回燒結使用。當高爐配料中增加1%ＳＰＭ產品，減少高爐燃料單耗3ｋｇ/ｔ，在燒結使用時，減少燒結焦粉225ｋｇ/ｔ，但使燒結鍋爐蒸汽減少，另外由于回收的鋅價值648日元/ｔ。以上三者效益之和5784日元/ｔ，和運行成本相比每ｔ灰塵盈利955日元。
ＲＥＤＳＭＥＬＴ工藝介紹通過埋弧電弧爐生產鐵水，其鐵水成本為178美元/ｔ，比通常高爐流程鐵水150美元/ｔ高出28美元/ｔ，折合到灰塵的處理成本為13美元/ｔ。其在計算過程中將廢棄物的價值當作零。
其他粉塵處理工藝的經濟性未見報道，從以上兩種工藝的經濟性中也可以看出，鋼鐵廠粉塵處理工藝的成本是較高的。
鋼鐵廠含鋅粉塵處理工藝主要分火法和濕法兩種，火法工藝雖說投資較大，但綜合效益較好，使得火法較濕法競爭性強，火法工藝主要包括：①ＣＦＢ法，②ＳＰＭ法，③Ｉｎｍｅｔｃｏ及ＲｅｄＳｍｅｌｔ法，④川崎制鐵的Ｚ-ＳＴＡＲ法，⑤冷固結球團法。通過以上分析，可以看出鋅的還原、鐵的還原過程需要的熱量較大。在轉爐過程中這部分熱量只能來自于鐵水的物理熱、化學熱，電爐過程只能*輸入電能來補償。從ＳＰＭ法和ＲＥＤＳＭＥＬＴ工藝的經濟性中也可以看出，鋼鐵廠粉塵處理工藝的成本是較高的。
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