鋼鐵冶金含鐵塵泥高效循環利用技術思路與工藝集成
發展循環經濟已經得到世界的普遍認同，成為人類文明進步的時代要求。我國鋼鐵工業持續快速發展將受到資源、能源和環境三大因素的嚴重制約，只有走發展循環經濟之路，才能真正解決制約鋼鐵發展的瓶頸問題。
高效回收利用鋼鐵冶金塵泥中的有效元素，實現所有含鐵塵泥資源的循環利用，無疑是發展鋼鐵工業循環經濟的重要內容。據統計，我國大型聯合鋼鐵企業產生的含鐵粉塵和污泥約占鋼產量的10%，其中燒結工序粉塵產量占燒結礦產量的2% ～4%，煉鐵工序粉塵（泥）產量約占鐵水產量的3%～4%，煉鋼工序塵泥產量約占鋼產量的3%～4%，軋鋼工序固廢產量約占軋材產量的 0.8%～1.5%。燒結區、煉鐵區、煉鋼區以及軋鋼區的含鐵塵泥平均鐵品位分別約為55%、43%、48%和70%，此外，還含有部分氧化鈣和碳等有用物質，具有十分可觀的回收利用價值。
鋼鐵冶金含鐵塵泥處理技術在國內起步相對較晚，目前大多數鋼鐵企業采用直接配入燒結系統回用的方式處理鋼鐵塵泥。直接回用燒結的方式在一定程度上實現了塵泥資源的回收利用，但是由于缺乏各類物料均質化、整粒與除雜（去除危害鋼鐵冶煉生產的雜質元素，如鋅、鉛、鉀、鈉等）過程，使得在回用這些塵泥過程中存在影響正常生產的問題，同時也帶來了新的環保問題。這些問題集中表現為影響燒結透氣性，燒結生產波動較大，進而影響燒結礦產品質量與正常生產；由于缺乏除雜系統，這些塵泥中含有鉀、鈉、鋅等有害元素，直接影響燒結電除塵效果，導致燒結電除塵不能達標，影響環境保護。有害元素鋅隨燒結礦進入高爐，并在高爐內循環富集，致使高爐結瘤，影響高爐正常生產。因此，直接回用燒結的方式不能徹底解決鋼鐵塵泥高效資源化回收利用問題，需要開發均質化、整粒和除雜工藝來避免對燒結生產和燒結礦質量的負面影響。
國外鋼鐵冶金塵泥處理技術相對較為先進，典型的塵泥處理技術有：塵泥冷固結造塊回用高爐煉鐵技術，轉底爐處理高鋅塵泥技術，熔融還原法處理塵泥技術。其中塵泥冷固結造塊回用高爐煉鐵技術能夠縮短塵泥回用鋼鐵冶煉系統的流程，具有一定的優越性。但是，該方法需要添加大量水泥等粘結劑，需要占用大量場地來養護冷固結產品，這些粘結劑最終又回到高爐冶煉，消耗大量的能源，并轉化為高爐渣，因此，成本較高，影響高爐生產效率。轉底爐和熔融還原技術具有較為徹底的除雜和回收金屬鐵資源功能，但投資相對較高，生產成本居高不下，難以在短時間內推廣應用。
目前我國的鋼渣和含鐵塵泥處理技術相對較弱，尚不能支撐鋼鐵固廢資源高效循環利用。國外技術相對較貴，在投資和運行成本方面國內均難以承受。因此，急需要開發適合我國國情的鋼鐵固廢處理技術，以盡快滿足發展循環經濟的需要。本文提出一種以建設鋼鐵工業循環經濟工業園的形式集中加工處理鋼鐵冶金所有含鐵塵泥。按照“資源高效循環利用、不影響鋼鐵主流生產、綠色環保”的原則，將危害鋼鐵生產的元素（鋅、堿金屬等）分離出來，用作其他工業生產的原料；將可用于鋼鐵生產的元素（鐵、碳、鈣等）盡可能回收循環利用，真正實現“變廢為寶”和資源高效利用。以期為我國鋼鐵工業含鐵塵泥資源化利用樹立示范，走出一條符合我國國情的鋼鐵工業循環經濟道路，推進我國鋼鐵工業的可持續發展。
一、總體技術思路
建設鋼鐵工業循環經濟工業園，將鋼鐵生產中產生的固體廢棄物（塵泥）作為原料，在工業園內集中加工處理。一方面，將可以回用于鋼鐵生產的物質加工成滿足鋼鐵生產原料質量要求的產品，該產品用作鋼鐵生產的工序原料，實現有用物質在鋼鐵工業內部循環利用；另一方面，將危害鋼鐵生產的物質分離出來，用作其他相關工業生產的原料，實現物質在鋼鐵工業與其他相關工業之間的循環利用，最終達到物質利用率100%，真正體現循環經濟的理念。
二、工藝方案
2.1 整體工藝描述
以建設首鋼遷鋼循環經濟工業園為例，工業園內規劃設計了鋼渣加工處理廠、高爐水渣加工處理廠和含鐵塵泥加工處理廠。其中，含鐵塵泥加工處理廠規劃設計了三條工藝路線，即：“多種塵泥均質化造粒回用燒結工藝”、“OG泥與氧化鐵皮造塊回用轉爐造渣工藝”和“高含鋅與高含鉀鈉的塵泥脫鋅、脫鉀鈉工藝”。
多種塵泥均質化造粒回用燒結工藝：主要以來自鋼鐵廠的各類塵泥和脫鋅、脫鉀鈉后的可回收物質為原料，按照一定比例分類配合，定量配合后的物料經過充分攪拌、均勻混合后進行造粒，造粒后的物料進入燒結配料系統，回用燒結，實現固廢資源回收循環利用。
OG泥與氧化鐵皮造塊回用轉爐造渣工藝：主要以OG泥和氧化鐵皮為原料，通過干燥脫水處理后，按一定比例配加粘結劑進行混碾和成型。成型后的冷固結塊進入轉爐煉鋼工序，用作轉爐造渣劑，實現固廢資源短流程高效循環利用。
高含鋅與高含鉀納的塵泥脫鋅、脫鉀鈉工藝：主要以高鋅、高鉀鈉塵泥為原料，通過脫鋅裝置分離出低含鋅物料和高含鋅物料。低鋅物料作為造粒回用燒結工藝生產線的原料，最終回用燒結；高鋅物質作為富鋅資源，用作鋅冶煉工藝的原料。通過脫鉀鈉裝置分離出低含鉀鈉物料和高含鉀鈉物料，低含鉀鈉物料作為造粒回用燒結工藝生產線的原料，最終回用燒結；高含鉀鈉物料用作相關工業的生產原料。
2.2 多種塵泥均質化造粒回用燒結工藝
工藝描述：將來自鋼鐵生產各工序的含鐵塵泥（包括除雜后可回收塵泥）按照組成特性進行分類，分類后的塵泥進行單獨定量配料，配料后物料進行均質化處理，均質化處理后的物料進行造粒，最終得到均質化并整粒后的燒結顆粒料產品，運往燒結廠循環利用。物料均質化的過程主要是調水分和均勻混合過程，其目的在于盡可能減少回用塵泥給燒結產品質量造成波動，保證燒結生產穩定順行。整粒的過程就是將均質化后的物料加工成燒結原料要求的顆粒尺度和顆粒強度，其目的在于一方面減少燒結過程中粉塵的產生，進而減少除塵器壓力和減少環境污染，另一方面改善燒結透氣性，降低燒結能耗，提高燒結系數。該工藝的技術關鍵在于：物料分類、物料定量配合、物料均質化與整粒。該工藝的主要設備系統包括：粉體物料與泥狀物料的上料系統、不同性狀物料的定量與輸送系統、各種物料的均質化系統、均質化物料的整粒系統、自動化控制系統。
2.3 OG泥與氧化鐵皮造塊回用轉爐造渣工藝
工藝描述：將來自鋼鐵生產煉鋼工序產生的OG泥和軋鋼工序產生的氧化鐵皮分別進行定量配料，配料后物料進入干燥脫水裝置進行干燥脫水處理，回收的冷凝水用于脫鉀鈉鹽和脫鋅系統，余熱用作蒸發提鉀鈉鹽的熱源；產生干燥后的物料進行冷卻調溫，調溫后物料與粘結劑按配比要求進行混碾，混碾后物料進入高壓成型機進行成型加工，制得高強度型塊產品用作煉鋼造渣劑循環回用于轉爐煉鋼，實現塵泥短流程高效循環利用。其特點在于塵泥中的有用元素不需要經過燒結、煉鐵等工序，直接進入煉鋼工序，實現了有用物質的短流程高效循環利用。該工藝的技術關鍵在于：型塊的水分控制、型塊的強度控制、型塊的鐵品位控制。該工藝的主要設備系統包括：物料的定量給料與輸送系統、干燥系統、除塵系統、混碾與成型系統、自動控制系統。
2.4 高含鋅與高含鉀納的塵泥脫鋅、脫鉀鈉工藝
工藝描述：采用水解方式將來自燒結電除塵二、三電場的高含鉀鈉灰進行水洗，灰中的鉀鹽和鈉鹽溶于水中，與其他不溶于水的固體物質分離開，溶于水中的鉀鈉鹽利用造塊生產線中產生的廢熱蒸發提鹽，蒸發后的水分回收利用，提取的鉀鈉鹽用作相關工業的原料。水洗后過慮所得的固體物質用作燒結顆粒料生產線的原料，回用于燒結工序。將主要來自高爐煤氣二次除塵所得的高含鋅塵泥采用水力旋流方式進行分離，富含鋅的細顆粒物質從旋流器頂部逸出，而含鋅較低的粗顆粒物質則從旋流器的底部流出，達到分離鋅的目的。然后分別過慮得到高鋅泥和低鋅泥兩類物質，高鋅泥用作深度提鋅原料，而低鋅泥則回用于燒結顆粒料生產工序，最終回用燒結。燒結具有脫除鉀和鈉元素的功能，脫除的這些鉀鈉主要以氯化鉀和氯化鈉形式富集在燒結電除塵器的二、三電場內。堿金屬鹽類物質極易溶于水，因此可以采用水解方式脫除。高爐由于屬于還原氣氛，具有較強脫鋅的能力，脫除的鋅主要以蒸汽的形式吸附在細顆粒表面，并隨高爐煤氣除塵，而富集在二次除塵灰（泥）中。由于水力旋流能夠將泥漿中的物質按照顆粒尺度進行分離，富集鋅的細顆粒與含鋅量小的粗顆粒就自動分離開，達到脫鋅的目的。該工藝的技術關鍵在于：泥漿濃度的控制、旋流器操作參數的選取、鋼鐵生產系統中鉀鈉鹽含量和鋅含量的平衡控制。該工藝的主要設備系統包括：物料定量與輸送系統、水解脫鹽與水力旋流分離系統、泥漿過慮系統、自動化控制系統。
三、環境保護技術措施
本集成工藝將鋼鐵生產廠的所有含鐵塵泥集中分類處理，工藝設計遵循循環經濟和清潔、環保理念，實現資源高效循環利用，減少了新水資源消耗和能源消耗。從環境保護角度而言，工藝設計過程中考慮了以下防治措施：
（1）廠外物料運輸污染防止措施：粉塵運輸采用密閉罐裝車輛輸送，裝卸灰采用密閉氣力輸送，有效防止粉塵污染問題。廠外污泥運輸采用汽車密閉輸送，入廠出廠均設置洗車裝置，有效防止污泥的灑落和運輸可能造成路面污染。
（2）廠內污泥原料堆存、倒運、給料等污染防止措施：污泥原料采用地倉儲存，倒運和上料均采用電動抓斗，有效避免常規鏟車作業造成廠內環境污染問題，也有效防止污泥在廠內灑落污染等問題。
（3）物料干燥過程中的環境污染控制措施：污泥干燥采用轉爐煤氣間接干燥方式，有效避免燃燒廢氣中的氮氧化物、二氧化硫和粉塵污染。由于采用間接加熱干燥，熱煙氣與污泥不直接接觸，大大減少粉塵產生量，這些粉塵采用冷水噴淋方式進行除塵，有效防止粉塵污染。噴淋后產生的含有粉塵的污水進入水力旋流脫鋅、脫鉀鈉系統循環使用，沒有污水外排，有效防止水污染問題。
（4）泥狀原料設計在廠房內泥池，粉狀原料設計在密閉罐倉內，采用密閉輸送和密閉加工處理，加工后的產品采用不落地設計，及時采用汽車和皮帶運至用戶。
（5）水力旋流脫鋅提鹽工藝中，95%以上的水內部循環利用，約有5%的高鹽水蒸發提鹽。因此，該項目實現了污水“零排放”。
（6）塵泥中有用元素（鐵、碳、鈣等）全部回收，并在鋼鐵冶金中循環利用，有害元素（鉀、鈉、鋅等）用作相關工業生產原料，實現固廢“零”排放。
四、結束語
發展循環經濟是我國鋼鐵工業可持續發展的必由之路，回收鋼鐵冶金塵泥中有用元素并在鋼鐵生產流程中循環利用，分離出不能在鋼鐵生產循環利用的有害元素用作相關工業生產的原料，是發展鋼鐵工業循環經濟的重要內容和具體體現。本文提出在鋼鐵工業循環經濟工業園內集中加工處理含鐵塵泥技術思路，并以建設首鋼遷安循環經濟工業園為依托，提出具體工藝路線設計方案，方案中集成了多種先進工藝技術和自主創新技術，以期為我國鋼鐵工業發展循環經濟樹立示范。
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