轉(zhuǎn)爐塵泥回收利用技術(shù)現(xiàn)狀及前景研究
1. 概述
轉(zhuǎn)爐煉鋼是目前各國(guó)廣泛采用的煉鋼方法，尤其在我國(guó)，轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)量占全部鋼產(chǎn)量的80%以上。轉(zhuǎn)爐塵泥的發(fā)生量（干重量）約為鋼產(chǎn)量的2%，目前我國(guó)轉(zhuǎn)爐污泥的產(chǎn)生量為每噸鋼15kg～20kg，全國(guó)轉(zhuǎn)爐污泥發(fā)生量為700 萬(wàn)t/a～950 萬(wàn)t/a。轉(zhuǎn)爐在吹氧冶煉過(guò)程中，鋼液翻騰及熔體表面氣流爆裂，使一定量的鐵和鐵的氧化物蒸發(fā)并隨爐氣逸出，加料過(guò)程中散料的細(xì)微顆粒也被爐氣帶入煙道。煙氣加水潤(rùn)濕被捕集后經(jīng)濃縮成為轉(zhuǎn)爐塵泥。轉(zhuǎn)爐塵泥具有含鐵高、含鈣高、含水高（可達(dá)20%～50%）、粒度細(xì)、粘度大、活性高、雜物多（含有Mg、 Si、Al、P、Mn、C、S 等）等性質(zhì)，是一種良好的二次資源[1-5]。
2. 轉(zhuǎn)爐塵泥組分及性質(zhì)
轉(zhuǎn)爐塵泥含有 Fe、Ca、Mg、Al、Si、S、P、C、Pb、Zn 等多種元素，根據(jù)地區(qū)和生產(chǎn)工藝的不一樣，元素含量和物化性質(zhì)也有一定的差別，但是都具有，含鐵高、含鈣高、粒度細(xì)，粘度高，雜質(zhì)多、孔隙大的基本特點(diǎn)。
從化學(xué)元素分析結(jié)果可以明顯的看出，轉(zhuǎn)爐塵泥中的鐵主要以二價(jià)鐵的形式存在，由于較高的鐵含量（42.71%～55.99%）和可觀的鈣含量（4.63%～19.92%），所以轉(zhuǎn)爐塵泥回收起來(lái)是一種很好的冶煉工業(yè)原材料。
轉(zhuǎn)爐塵泥中的Fe，CaO 及酸不溶物都均勻的分布在所有的粒度級(jí)別上，因此，運(yùn)用簡(jiǎn)單的選別技術(shù)來(lái)分選Fe 或者CaO 是很難達(dá)到的[7]。粒級(jí)以及元素的分布。
轉(zhuǎn)爐塵泥樣品X 射線(xiàn)衍射分析圖譜。X 射線(xiàn)衍射分析是用來(lái)區(qū)分樣品中不同的礦物晶相的[8]。從以下三種樣品：（1）塊樣，（2）950℃下煅燒過(guò)的塊樣，（3）磁選精礦的波峰來(lái)分析，分別包含有：赤鐵礦、石英、方鐵礦、方解石和金屬鐵。
但是不同鋼鐵廠由于原料、工藝、設(shè)備不盡相同，其轉(zhuǎn)爐塵泥的化學(xué)成分組成、性質(zhì)相差很大，即使同一個(gè)鋼鐵廠當(dāng)操作因素發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)爐塵泥的化學(xué)成分組成也不同[9,10]。
3. 轉(zhuǎn)爐塵泥回收利用方法及現(xiàn)狀
3.1 轉(zhuǎn)爐塵泥返回?zé)掍摲椒?/p>
3.1.1 直接燒結(jié)法
在有燒結(jié)廠的企業(yè)中,將轉(zhuǎn)爐塵泥作為原料，把干、濕塵泥直接與燒結(jié)原料混合進(jìn)入燒結(jié)，是最簡(jiǎn)單的一種方法。這種方法國(guó)內(nèi)外的許多企業(yè)都在使用,其優(yōu)點(diǎn)是：投入少、見(jiàn)效快。
但同時(shí)也有一些不利因素。加入一定量的轉(zhuǎn)爐塵泥，有利于混合料制粒，但隨著塵泥量的增加，因其粒度細(xì)而易粘糊成塊而各自成團(tuán)，影響混合料制粒和燒結(jié)效果[11-13]。
3.1.2 小球燒結(jié)法
直接燒結(jié)法是利用比較粗的塵泥與礦石團(tuán)礦而成，但對(duì)于塵泥的細(xì)度過(guò)細(xì)而使燒結(jié)性能變差，為此最近幾年小球燒結(jié)法被廣泛使用。其工藝是：濕泥漿在料場(chǎng)經(jīng)自然干燥后送人料倉(cāng)，將泥漿與粘結(jié)劑混勻送入圓盤(pán)造球機(jī)造成2～8mm 的小球，送到成品槽作燒結(jié)原料。該工藝寶鋼從日本引進(jìn)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)許多鋼廠使用[14]。
3.1.3 煉鐵法
將轉(zhuǎn)爐塵泥造塊用來(lái)生產(chǎn)金屬化球團(tuán)，返回高爐是國(guó)外處理轉(zhuǎn)爐塵泥較為普遍的一種方法。金屬化球團(tuán)的典型工藝為：含鐵塵泥經(jīng)濃縮、過(guò)濾、干燥后，再粉碎、磨細(xì)，加入添加劑造球、干燥后，由回轉(zhuǎn)窯焙燒制成金屬化球團(tuán)塊[15]。
高爐用轉(zhuǎn)爐塵泥金屬化球團(tuán)的生產(chǎn)，也有用冷固結(jié)法，或加粘結(jié)劑壓團(tuán)法，這些方法均需加入含碳物(焦粉，煤炭)，以減少冶金焦的消耗。
3.1.4 煉鋼法
將轉(zhuǎn)爐塵泥造塊返回?zé)掍摴に嚕米鰺掍摰睦鋮s劑是轉(zhuǎn)爐塵泥回收利用的又一途徑，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)已使用該方法[16]。
由于轉(zhuǎn)爐塵泥塊中含有很高的CaO、FeO，用于煉鋼工藝種可起到一定的造渣劑、助熔劑的作用。煉鋼工藝的特點(diǎn)對(duì)塵泥塊的強(qiáng)度要求相對(duì)較低，因此，用于煉鋼的塵泥造塊多選用冷固結(jié)、加粘結(jié)劑壓團(tuán)、熱壓團(tuán)或中溫固結(jié)壓團(tuán)[17]等工藝。
3.1.5 轉(zhuǎn)底爐
轉(zhuǎn)爐塵泥經(jīng)濃縮、脫水(含水30%左右)、烘干(含水1%左右)后與各種除塵灰和粘結(jié)劑按比例配料(主要控制碳含量在14%以下)。經(jīng)潤(rùn)磨、造球、篩分，合格生球(粒徑Φ6～Φ16 mm)再經(jīng)干燥(生球含水量由11%降到1%以下)后均勻布到轉(zhuǎn)底爐 (RHF) [18]環(huán)形臺(tái)車(chē)上,在還原性氣氛和1000~1300℃高溫下鐵被還原,高溫球團(tuán)從RHF 排出經(jīng)還原性氣氛冷卻到300℃，形成金屬化球團(tuán)；鋅被還原成氣態(tài)隨高溫廢氣從RHF 排出，經(jīng)余熱鍋爐、換熱器、布袋除塵器等冷卻、收集。
3.2 轉(zhuǎn)爐塵泥返回?zé)掍摾矛F(xiàn)狀
攀鋼、漣鋼、湘鋼、本鋼等[19-23]的轉(zhuǎn)爐污泥用回轉(zhuǎn)窯烘干配煅燒造粒，成品直接加于燒結(jié)混合料中用于燒結(jié)生產(chǎn)，工藝簡(jiǎn)單，一次性投資少。唐鋼 [24]將轉(zhuǎn)爐污泥替代精礦粉，直接參與燒結(jié)配料。安鋼、馬鋼、長(zhǎng)鋼等[25-29]將轉(zhuǎn)爐污泥冷球團(tuán)用于轉(zhuǎn)爐造渣，在提高轉(zhuǎn)爐初期爐渣的堿度，加快初期爐渣的形成時(shí)間、提高轉(zhuǎn)爐爐渣的去硫、去磷能力等方面有明顯作用；另外結(jié)合轉(zhuǎn)爐冶煉操作，還可以降低終點(diǎn)爐渣的TFe 含量，減小轉(zhuǎn)爐的鐵損。并可回收一定量的鐵元素，降低石灰和氧氣消耗。寶鋼、包鋼[30,31]將轉(zhuǎn)爐塵泥采用冷固結(jié)工藝替代原有熱壓工藝生產(chǎn)冷固球團(tuán)返回轉(zhuǎn)爐應(yīng)用，可以替代原有除塵灰熱壓球團(tuán)和部分鐵礦石等，并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得到較好的冷卻和化渣效果。濟(jì)鋼、蘭鋼等[32,33]單位將轉(zhuǎn)爐污泥用管道直接送到燒結(jié)配料。首鋼、鞍鋼等[34]將轉(zhuǎn)爐污泥做成OG 泥消化料進(jìn)入燒結(jié)，降低了石灰燃料的消耗。新疆鋼鐵公司用轉(zhuǎn)爐污泥生產(chǎn)高爐用球團(tuán)礦。奧鋼聯(lián)[35]在多拉維茨鋼廠的60 t 轉(zhuǎn)爐進(jìn)行了氧槍噴吹轉(zhuǎn)爐粉塵的工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)果表明：
粉塵可部分取代廢鋼做冷卻劑，1 kg 粉塵可取代2.7 kg 廢鋼，熔爐溫度降低了大約25℃；粉塵對(duì)鋼水成分和爐渣成分沒(méi)有影響。加拿大鋼公司[36]分別在希爾頓和伊利湖鋼廠進(jìn)行過(guò)轉(zhuǎn)爐除塵循環(huán)利用試驗(yàn)。即將轉(zhuǎn)爐粉（鋅含量0.6％～2％）做成球團(tuán)或壓塊，加入爐內(nèi)，加入量為48 t，為補(bǔ)償粉塵的吸熱，料塊里加入了焦粉和瓦斯泥。結(jié)果表明：粉塵的加入對(duì)于轉(zhuǎn)爐操作沒(méi)有產(chǎn)生影響，只是在加入量較高的情況下，出鋼溫度有所降低；S 和P 的含量與常規(guī)情況沒(méi)有差別，爐渣的成分也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)變化。伯利恒鋼公司[37]在雀點(diǎn)鋼廠將含鋅濾餅與熱渣混合，加工成一種低水分的礦石替代物。爐渣和濾餅的混合比例為0.2∶1，混合前爐渣約810℃，混合物的水分為6％左右，主要含有鐵和氧化鈣等物質(zhì)，每爐加入量為3t 以上。不僅回收了有價(jià)資源，還減少粉塵掩埋費(fèi)用及氧氣轉(zhuǎn)爐操作費(fèi)用。
3.3 轉(zhuǎn)爐塵泥其他回收利用方法現(xiàn)狀及進(jìn)展
3.3.1 制備還原鐵粉
晁月盛等[38]研究出將轉(zhuǎn)爐塵泥先于濃度為3.5mol/L 的濃硫酸以14：1 的比例混合，在75℃下溶解，浸出1.5h，在85℃滴定，然后再在900℃溫度下灼燒2.5h，冷卻至室溫，經(jīng)過(guò)如此一系列提純處理后的塵泥，經(jīng)過(guò)2h 球磨處理，在550℃溫度下進(jìn)行還原2h，再在NH3/H2=3/4 氣氛下作3h 氮化處理，可得到較高生成量的氮化鐵磁粉γ?-Fe4N。
高家誠(chéng)等[39]將轉(zhuǎn)爐塵泥通過(guò)球磨，重力沉降分選手段得到的含鐵量90%鐵粉末進(jìn)行脫硫、改性、還原等處理，獲得高質(zhì)量的還原鐵粉，基本上能滿(mǎn)足粉末冶金使用的要求。
3.3.2 改性水玻璃
李祥興[40]利用轉(zhuǎn)爐塵泥顆粒高度的表面效應(yīng)和潛在水化活性，采用水力漂洗處理分離粗顆粒組分后，將其過(guò)濾脫水濃縮成含水量在40%～50%懸濁液漿，按水玻璃漿液與塵泥100：70～100 混合，改性后的水玻璃膠凝能力沒(méi)有明顯下降，耐高溫性能得到很大提高。
3.3.3 制備脫硫劑
張小敏等[41]利用煉鋼塵泥的懸浮液進(jìn)行脫硫?qū)嶒?yàn)，并與石灰石脫硫效果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，煉鋼塵泥的懸浮液是一種性能較好的鐵系列脫硫劑，可以作為常用脫硫劑的替代品。
3.3.4 從轉(zhuǎn)爐塵泥中分選鐵
傅平豐等[42]進(jìn)行了馬鋼煉鋼污泥綜合回收與氧化鐵紅制備的試驗(yàn)研究。經(jīng)過(guò)對(duì)磨礦細(xì)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、上升水流量等工藝參數(shù)尋優(yōu)試驗(yàn)后，確定采用二段磨礦、二段磁選的流程回收鐵。
羅立群等[43]對(duì)轉(zhuǎn)爐塵泥進(jìn)行磁選，磁選粗精礦再磨再選以及搖床分選等實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：轉(zhuǎn)爐塵泥經(jīng)過(guò)適當(dāng)細(xì)磨后，經(jīng)磁選再磨，然后搖床分選，鐵元素可以得到有效分離，提高轉(zhuǎn)爐塵泥綜合回收利用價(jià)值。
3.3.5 生產(chǎn)海綿鐵
王莉馨與董宏[44]用煤粉、氧化鐵皮與轉(zhuǎn)爐煙塵生產(chǎn)海綿鐵，研究得出以下結(jié)論：用煤粉還原氧化鐵皮、轉(zhuǎn)爐煙塵生產(chǎn)海綿鐵含鐵量高，雜志含量低且成分穩(wěn)定，較之用礦石生產(chǎn)的海綿鐵不含脈石雜質(zhì)，可作優(yōu)質(zhì)廢鋼使用。
3.3.6 制備氧化鐵紅
以轉(zhuǎn)爐塵泥為原料，鍛燒除碳。然后經(jīng)酸浸除雜、過(guò)濾、燃燒氧化后制得鐵紅，產(chǎn)品符合一級(jí)鐵紅的要求；其氧化鐵紅還可用于磁性材料[45]。有許多利用鋼廠除塵灰制備氧化鐵紅的研究，并且取得了一定的成果，攀鋼、武鋼等一些大型鋼鐵公司對(duì)除塵灰在鐵系顏料方面的利用有不少研究，尤其是在鐵紅的制備上，不僅技術(shù)成熟，而且已有多項(xiàng)專(zhuān)利成果[46]。
3.3.7 轉(zhuǎn)爐塵泥去除水中重金屬離子
利用鐵及其氧化物的化學(xué)特性與水中的重金屬發(fā)生一系列的反應(yīng)，然后在一定的pH 下使重金屬與未溶的塵泥及生成的氫氧化物一起從水中分離出來(lái)[47]。
加拿大的S. Kelebek 等[48]以Dofasco 公司的轉(zhuǎn)爐塵泥為樣，基于XRD、SEM、EDX 等表征手段，采用篩分磨礦，顆粒離析為粗顆粒（+38μm）和細(xì)顆粒（-38μm），采用十二烷二亞乙基三胺和煤油代替磺酸鹽作為捕收劑進(jìn)行浮選，硫酸代替鹽酸浸選，沉降分級(jí)等方法，最終得到轉(zhuǎn)爐塵泥粗粒礦（>38μm）在pH=2 的時(shí)候，鋅去除率達(dá)到了大約81%，而相應(yīng)量的鐵損失率只有18%。轉(zhuǎn)爐塵泥吸附鋅后的顆粒代表組成。酸濾后，轉(zhuǎn)爐塵泥總體去除鋅和鐵的效果。
韓國(guó)延世大學(xué)Joo Sung Ahn 等[49]曾研究利用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐塵泥去除砷，將砷由25mg/L降低到了不到0.5mg/L，效果非常好。
蘭堯中等[50]研究了轉(zhuǎn)爐污泥作為一種吸附劑對(duì)廢水中磷吸附的一般規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)爐污泥的投加量、溶液pH 值、接觸時(shí)間是影響污泥對(duì)磷吸附的主要因素；當(dāng)投加量為2.0mg/100ml、接觸時(shí)間4h、溶液pH 值為4 時(shí)，廢水中88%的磷被除去；轉(zhuǎn)爐污泥對(duì)廢水中磷的吸附符合Freundlich 模型。轉(zhuǎn)爐污泥是一種比較有效的廢水吸附劑。
4. 轉(zhuǎn)爐煉鋼廢棄物利用存在的問(wèn)題及展望
（1）傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐塵泥回收后主要運(yùn)用于制造球團(tuán)，此類(lèi)方法雖然使煉鋼二次資源——轉(zhuǎn)爐塵泥得到了利用，但是，難以去除塵泥中有害雜質(zhì)（K、Na、 Pb、S、Zn 等），容易造成高爐內(nèi)有害雜質(zhì)的惡性循環(huán)，降低燒結(jié)礦的質(zhì)量，而且對(duì)生產(chǎn)設(shè)備使用壽命具有一定影響。
（2）轉(zhuǎn)爐塵泥的元素組成根據(jù)地區(qū)礦種的不同而具有一定差別，有些地區(qū)的轉(zhuǎn)爐塵泥含有大量的有用元素，比如Zn 是我國(guó)目前很匱乏的資源；Ca，Si，Mg 等元素可用作硅酸鹽類(lèi)建筑原料。現(xiàn)有的回收方法不能有效利用里面的有用成分，在某種程度上也是一種資源浪費(fèi)。
（3）轉(zhuǎn)爐塵泥用作廢水吸附劑是目前新興的一種利用途徑，使用效果好，如果能替代現(xiàn)有吸附劑，則具有良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但是吸附后的轉(zhuǎn)爐塵泥處理回收技術(shù)亟待解決。
如無(wú)法解離回收再利用，直接填埋，會(huì)造成嚴(yán)重的二次污染轉(zhuǎn)爐塵泥是一種發(fā)生量大，組成復(fù)雜，元素含量多的二次資源，極具經(jīng)濟(jì)和利用價(jià)值。能根據(jù)具體元素組成進(jìn)行分選，針對(duì)各階段礦物組分特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)回收利用，例如含鐵量高的精礦產(chǎn)品可用于生產(chǎn)鐵化工產(chǎn)品，含鐵量較低，且極具吸附性能的產(chǎn)品可用于吸附材料的制備，鐵含量低的尾礦用于燒結(jié)造球，最好同時(shí)能分離有效成分用于其它領(lǐng)域產(chǎn)品的生產(chǎn)，將對(duì)我國(guó)綠色鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有很大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義。
參考文獻(xiàn)：（略）
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