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低锌粉尘 这样处理
  • 发布:更新:2015-08-18 08:08:13
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目前,国内绝大部分钢铁厂的粉尘都属于含锌粉尘,堆放或处理不当,会对环境和设备造成巨大危害。含锌粉尘处理工艺在钢铁厂有普遍的适用性,其工艺开发和改进是国内外钢铁企业关注的一个重要课题。
  在目前阶段及可预见的未来,我国钢铁厂应将含锌粉尘工艺的开发定位在低锌粉尘上。本期刊发的《低锌粉尘 这样处理》一文,对国内外含锌粉尘处理技术发展的状况和特点进行了总结,重点阐述了快速还原技术的特点和优势,展望了该技术的应用前景并客观分析了该项技术可以进一步完善和改进的方面,在此基础上,探讨了含锌粉尘处理技术今后的走向。
  王东彦
  含锌粉尘是钢铁厂的主要固体废弃物之一,每年仅宝钢的产出量就在20万吨以上。含锌粉尘在雨水作用下,其中的锌、铅等重金属会渗入地下造成地下水的污染;如该类粉尘在空气中飞扬,还会使人产生呼吸系统疾病。因此,包括我国在内的许多国家已将其归入有毒的固体废弃物。
  钢铁厂每年产生的大量含锌粉尘既占用了场地,严重污染了环境,还给冶炼工艺过程和设备造成危害,同时,又浪费了其中锌、铅、铁、碳等有价资源;不仅与各厂制订的环境方针相抵触,同时也与我国钢铁工业可持续发展战略相背离。但据调查,由于缺乏经济有效的处理手段,各厂的含锌粉尘主要还处于简易堆放或低价外卖的状况。
  在目前阶段及可预见的未来,我国钢铁厂应将含锌粉尘工艺的开发定位在低锌粉尘上。目前,国内外处理含锌粉尘的工艺有很多,各有利弊。其中,含锌粉尘快速还原循环技术在钢铁厂低锌粉尘处理方面具有较大的比较优势,代表了目前钢铁厂低锌粉尘处理技术的最新进展。但该技术尚需不断完善才能取得最佳效果。
  我国钢铁厂含锌粉尘的特点
  对我国钢铁厂含锌粉尘平均成分的抽样调查结果表明:锌在钢铁厂转炉尘(泥)、电炉尘(泥)和高炉尘(泥)中均普遍存在。而且,按照尘泥中锌含量高于0.4%就能对钢水质量、高炉操作和设备以及堆放环境造成危害的研究结果,目前,各钢铁厂产出的转炉尘(泥)、电炉尘(泥)和高炉尘(泥)可普遍认作是应该进行综合利用或无害化脱锌处理的含锌粉尘。
  欧美、日本等发达国家和地区的钢铁厂中电炉粉尘锌含量最高。而在我国钢铁厂含锌粉尘中,高炉尘(泥)的含锌量最高,其次是电炉尘(泥),转炉尘(泥)中的锌含量最低。造成这种差别的主要原因是,发达国家的短流程钢厂较多,汽车废钢的使用比例较大;而我国长流程钢厂较多,电炉废钢中的汽车废钢比例又较小,且南方铁矿石中的锌含量也较高。
  在我国高炉尘(泥)中,除个别厂外,北方大部分钢铁厂的高炉尘(泥)中的锌含量在5%以下,而南方钢铁厂的高炉尘(泥)中的锌含量则普遍在10%以上。在我国电炉尘(泥)中,全国范围内电炉钢厂的电炉尘(泥)中的锌含量比较接近,均在5%左右波动。在我国转炉尘(泥)中,除个别钢厂外,全国钢铁厂的转炉尘(泥)中的锌含量均较低,一般在4%以下。按国际上对含锌粉尘的分类:高锌粉尘锌含量>30%、中锌粉尘锌含量为15%~26%、低锌粉尘锌含量<15%,我国钢铁厂产出的绝大部分含锌粉尘都属典型的低锌粉尘。
  虽然根据近年来中国汽车工业的快速发展的情况判断,我国钢铁厂粉尘中锌含量的增长趋势将愈加明显。但我国汽车更新时限在10年以上,周期较长。如将目前粉尘中锌含量的增长与历史上发达国家汽车工业对电炉粉尘中锌含量的影响结合起来进行综合评估,可以预见,在未来15年~20年内,我国钢铁厂绝大部分粉尘中锌含量不会超过15%。因此,对我国绝大部分钢铁厂来说,在可预见的未来,开发低锌粉尘处理工艺是合理的。
  低锌粉尘处理技术发展现状和特点
  目前,国内外已经工业化应用和正处于工业应用前期的低锌粉尘处理技术的特点如下:
  CFB法(循环流化床)。其工艺原理为弱直接还原,处理后的产品为脱锌粉尘和富锌灰。该工艺目前处于实验阶段,特点为温度较低,产量较小;能量消耗少,工艺过程不易控制。
  回转窑法(SPM等)。其工艺原理为强直接还原,处理后的产品为金属化炉料和富锌灰。该工艺目前已经在工业中应用,特点为产品质量差,生产效率低,投资大,成本高,设备庞大,操作难度大。
  Inmetco工艺或Fastmet工艺。其工艺原理为强直接还原,处理后的产品为金属化球团和高锌灰。该工艺目前已经在工业中应用,特点为投资大,成本较高,操作难度大,产品质量较好。
  Redsmelt工艺。其工艺原理为强直接还原+熔化还原,处理后的产品为铁水+高锌灰。该工艺目前已经在工业中应用,特点为投资巨大,成本较高,产品质量较好。
  冷固结球团与压块工艺。其工艺原理为熔化还原,处理后的产品为钢水+锌含量渐增的粉尘。该工艺目前已经在工业中应用,特点为处理成本较低,处理量有限,能耗较大,二次尘中锌含量增加,操作较繁琐。
  Romelt工艺。其工艺原理为熔融还原,处理后的产品为铁水+高锌灰+电。该工艺目前还在开发中,特点为投资巨大,成本较高,产品质量较好。
  COF-C工艺。其工艺原理为强直接还原,处理后的产品为金属化球团和高锌灰。该工艺目前还在开发中,特点为投资小,产品质量较好,但成本较高,可靠性差,有二次污染。
  快速还原循环工艺。其工艺原理为强直接还原,处理后的产品为快铁(fast iron)+高锌灰。该工艺目前中试已成功,特点为投资小,成本低,操作简便,可靠性强,产品质量较好,无二次污染。
  这种快速还原循环工艺在环保、投资、成本、操作等方面均有优势。但该工艺在大规模推广和应用之前,尚有若干需要完善的工作要做,具体如下:
  一是目前的快速还原循环工艺尚处于工业化推广的前期,已经开发出的若干项工艺和设备技术还需不断完善才能达到最佳效果。
  二是快速还原循环工艺产出了还原快铁和二次富锌粉尘两种产品。对于快铁来说,将其用于炼钢,经济、技术上都是可行的。但是,将快铁应用到电炉或转炉时,还原过程的产品指标(如金属化率)和炼钢工艺如何互动,才能使还原过程与炼钢过程配合得最好,使二者共同形成的循环过程总体效果最佳,这是未来需要探讨和解决的问题。
  三是快速还原循环工艺产出的二次富锌粉尘既可外卖到锌冶炼厂,也可经过深加工在钢厂内循环,但深加工的产品究竟如何定位最有利,还需要作比较详细的技术经济分析,甚至作进一步的产品开发工作。
  含锌粉尘处理技术未来走向
  如前所述,含锌粉尘属有毒的固体废弃物,因此,目前国外大多数钢铁企业多以集中管理和处理的原则选择工艺,某些相近的钢铁厂甚至将此类粉尘集中到某一个环保公司统一处理。由此带来的好处是:工序单一,易于优化;粉尘对环境的毒化范围可以降至最低,环境界面较好;含锌粉尘的成分范围波动较大,集中处理可保证每批料成分的稳定和工艺的稳定。此外,大多数钢铁厂选择工艺的第二项原则是尽量将污染大、杂质多的含锌粉尘处理工艺向冶炼工艺的上游靠拢,并尽量减少对主生产线的干扰,尤其是当含锌粉尘产出量较大时。直接还原属上游工艺,对下游工序的影响较小,且易于将全部含锌粉尘集中处理。因此,直接还原工艺代表了低锌粉尘处理技术的发展方向,北美、日本、欧洲的低锌粉尘处理绝大多数采用了直接还原技术。
  在直接还原技术中,回转窑工艺、Inmetco工艺投资均较大,而且,回转窑生产成本较高的问题不仅由投资较大的折旧造成,更由操作困难和产品质量较差所导致。因此,回转窑和Inmetco工艺相比,后者更有竞争力。但要使Inmetco工艺得到更普遍的应用,必须解决投资较大和操作可靠的问题。
  COF-C工艺虽然解决了Inmetco工艺投资大的问题,但操作难度依然较大,成本较高且存在二次污染,这无疑与钢铁厂彻底解决环保问题和发展循环经济的目的不符。
  相比之下,快速还原循环工艺则取得了比较理想的结果。该工艺彻底解决了含锌粉尘造成的占地、污染及对生产工艺和设备的危害,形成了可持续发展的亮点;粉尘处理的整个过程中不产生二次污染,真正实现了零排放;粉尘经过处理技术的转化,可变成钢厂的高附加值资源,实现了粉尘在钢铁厂内部的闭路循环;投资少,成本低,操作简单,市场稳定,可为钢厂带来巨大效益,为企业循环经济的发展增加新的活力。该工艺代表了目前钢铁厂低锌粉尘处理技术的最新进展,可在目前工业废弃物处理无补贴或补贴很少的环保政策下,为环境保护和经济发展两者的有机兼顾提供可靠的技术支撑和保证。
 (此文刊登于《中国冶金报》2015年8月13日8版)

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