固体废料电弧炉尘瓦斯灰综合处理项目可行性研究报告.docx
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固体废料电弧炉尘瓦斯灰综合处理项目可行性研究报告
固体废料电弧炉尘瓦斯灰综合处理项目
可行性分析报告
项目总论
项目名称
项目名称：
20万吨/年固体废料综合处理项目——回收锌、铁、铅等金属及副产硫酸钙
高炉瓦斯泥概述
固体废料包括高炉瓦斯泥、电弧炉尘等。
本报告中主要是指高炉瓦斯泥。
高炉瓦斯泥和瓦斯灰（又称烟灰或烟道灰）是高炉冶炼过程中随着高炉煤气携带出的原料粉尘及高温区激烈反应而产生的微粒经湿式或干式除尘而得到的产物，二者化学性质及组成相同或相近，其主要成分是氧化铁和炭，也含有少量锌、铅、铟和铋等有回收价值的有色金属。
固体废物经过浮选后，除去了铁和炭。
高炉瓦斯泥与炼钢高炉分别如图1-1和图1-2所示。
图1-1高炉瓦斯泥图1-2炼钢电弧炉
经过浮选后的高炉瓦斯泥中，主要金属元素有锌、铅、镁、铁等，它的主要成分如表1-1所示。
表1-1浮选后的高炉瓦斯泥主要成分
元素
含量
锌（Zn）
10.61%
铅（Pb）
6.06%
镁（Mg）
6.82%
钙（Ca）
14.40%
铁（Fe）
9.09%
高炉瓦斯泥（灰）作为钢铁工业的副产品，每生产l吨钢将产生约20千克含锌10％～20％的高炉瓦斯泥（灰），按我国2005年产钢3.4亿吨计算，我国瓦斯泥（灰）的年产出量估计在680万吨，折合金属锌含量68万～136万吨，约相当于1100万～2200万吨锌矿石的开采量。
随着我国经济的高速发展，对金属材料的需求不断扩大，急剧膨胀的消费引发了资源、能源和环境等各方面的严重问题，成为制约我国社会和经济可持续发展的重要因素。
因此，对金属二次资源进行循环利用研究，开发二次资源的高效分离技术以及循环利用技术，开展对高炉瓦斯泥（灰）的回收利用，不仅可以使宝贵的资源得到充分的利用，还可以减轻固体废料对环境的污染。
高炉瓦斯泥（灰）资源若得不到充分利用，不但会占用大量土地，还必然给环境造成不利的影响；其次，随着铁矿石以及金属锌价格的不断上涨，若不从高炉瓦斯泥（灰）中回收铁、锌、铅等有价元素来降低炼铁成本和增加收入，势必是对高炉瓦斯泥（灰）的一种巨大的浪费。
根据国资委初步定下的钢铁企业区域布局蓝图，以鞍钢-本钢为核心的东北钢铁工业基地、以首钢-唐钢为核心的华北钢铁基地、以宝钢-马钢为核心的华东钢铁基地，和以武钢-攀钢为核心的中西南钢铁工业基地，将成为国内钢铁业四个区域性重点生产基地。
武钢将在其中领衔中南地区钢企，柳钢则是广西壮族自治区唯一的钢铁联合企业。
由武汉钢铁集团公司和柳州钢铁集团公司合力打造的特大型钢铁项目——广西防城港钢铁基地项目，首期建设年产钢材一千万吨，预留发展空间三千万吨。
防城港1000万吨级钢铁厂项目原本是广西壮族自治区酝酿已久的一个大型钢铁项目，是中国沿海建设的两大千万吨钢铁基地之一。
作为广西最大的钢铁企业，柳钢无疑是实现这一目标的重要支撑力量。
2007年柳钢钢产量达到580万吨。
以防城港年产3000万吨钢铁项目计算，炼钢产生的瓦斯灰约为60万吨/年。
高炉瓦斯泥存在的机遇
由于矿石资源有限，人们越来越重视对二次资源的回收和利用。
现在，世界上发达国家对高炉瓦斯泥的综合利用都呈现积极态度。
1976年，美国环保机构（EPA）制定法律，将含铅锌的钢铁厂粉尘划归为K061类物质（有毒固体废物），要求对其中铅、锌等进行回收或钝化处理，否则须密封堆放在指定场地。
继美国之后，西方各国及日韩等国都制定了类似法律。
目前，德国和日本的处理比例已接近100％，美国为10％～14.5％，西班牙为60％。
目
前，国外大多数钢铁企业大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。
近年来，随着我国矿产资源的日益减少和国家环保工作的要求，我国一些钢铁企业和科研部门也先后开展了对高炉瓦斯泥（灰）回收利用的应用研究工作，但至今没有一家现代化大型高炉瓦斯泥综合处理厂。
然而，随着环境保护意识和资源重视程度的日益加强，如何有效处理炼钢产生的废料必然会引起我国有关环保部门的重视。
此外，世界原生锌原料日趋紧张，而二次锌资源却越来越多，加上二次锌资源日益给环境造成的压力，迫使锌的生产格局进行重大改革。
发达国家每年有50%~60%的锌消费在镀锌行业。
据2005年中国有色金属工业年鉴报道，2004年中国锌的总产量为271.95万吨，总消费量为255.12万吨，其中镀锌的消费量占总消费的47%。
据此推算，约有120万吨锌消耗在镀锌中。
而锌循环量在2004年仅为4.48万吨，占当年锌总产量的1.6%，总消费量的1.76%。
我国是世界第一钢铁生产和消费大国，如果不从钢铁行业产生的固体废料——高炉瓦斯泥中回收锌，将是资源的巨大浪费。
美国、西欧和日本等从钢铁行业含锌烟尘中回收的锌已占其锌循环利用中的最大份额。
各项数据表明，从高炉瓦斯泥中回收锌、铅等有价元素在国内具有巨大的市场和广阔的前景。
若在大型钢铁基地周围专门设立处理高炉瓦斯泥的工厂，所生产出的产品可以直接送往钢铁企业加以利用，而锌等有色金属及贵重金属则直接以成品形式销往市场。
回收高炉瓦斯泥的优势如下：
（1）变有害废料为有价产品。
（2）回收高附加值产品并投入经济循环。
即以金属或氧化物的形式回收锌；将铁以金属或氧化物的形式返回到钢铁工业；回收铅等。
（3）回收利用可创造巨大的财富，并大大降低炼钢对环境造成的污染和破坏。
（4）如果回收成本低廉，那么高炉瓦斯泥处理将有很大的市场前景。
高炉瓦斯泥处理工艺
含锌尘灰（包括高炉瓦斯泥）按照锌的含量可分为高锌尘灰（>30%）、中锌尘灰（>15%～30%）和低锌尘灰（15%）。
目前，处理含锌尘灰的工艺主要有物理法、湿法、火法和化学萃取等，也可以将这几种方法联合运用
物理法工艺
物理法处理工艺主要有2种：
磁性分离和机械分离。
机械分离按分离状态又可分为湿式分离和干式分离。
该工艺的原理是利用锌富集粒度较小和磁性较弱粒子的特性，采用离心或磁选的方式富集锌元素。
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。
磁性分离工艺较简单、易行，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。
物理法一般只作为湿法或火法工艺的预处理工艺。
湿法工艺
湿法处理适用于含锌较高的尘泥。
氧化锌是一种两性氧化物，不溶于水或乙醇，可溶于酸、氢氧化钠或氯化铵等溶液中。
湿法回收技术就是利用氧化锌的这种性质，用不同的浸出液，将锌从混合物中分离出来。
一般有酸浸、碱浸、氨与一氧化碳联合浸出方法。
湿法工艺主要为西班牙TecnicasReunidas公司开发的Zincex工艺和意大利发明的Ezinex工艺，均可有效处理含锌烟尘。
Zincex工艺包括浸出、萃取、反萃3个步骤。
首先，二次锌物料在40℃和常压下用稀硫酸浸出过滤，浸出液用石灰或石灰石中和净化除铝和铁。
其次，将中性浸出液与DEHPA的煤油溶液在pH=2.5的条件下进行混合，进行溶剂萃取，锌就进入有机相，萃余液返回浸出，水相一小部分开路以除去碱金属，大部分返回浸出过程。
负载有机相经水洗和电解废液反萃后得到电解前液，送电解车间用传统方法电解生产电锌，反萃后的有机相返回萃取过程。
Ezinex工艺主要包括浸出、渣分离、净化、电解及结晶等工艺步骤。
含锌烟尘浸出采用以氯化铵为主要成分的废电解液与氯化钠混合液为浸出剂，浸出温度为70～80℃，时间为1小时，主要反应为：
ZnO+2NH4ClZn（NH3）2C12+H2O
浸渣与作为还原剂的碳混合，磨匀后返回。
浸出液用金属锌置换存在于其中的Cu、Cd、Pb等金属杂质，置换渣送铅精炼厂以回收铅和其它金属。
净化后的溶液以钛板为阴极，石墨为阳极进行电解从中回收锌，废电解液返回浸出。
一般湿法处理的缺点为：
回收率低，浸渣不稳定（含铅），酸消耗高，资产投入和生产成本中等以及有机溶剂流失严重。
火法工艺
火法适用于处理低锌尘灰（锌含量一般在8%左右）。
该工艺原理是利用锌的沸点低，在高温还原条件下，锌的氧化物被还原，并气化挥发变成金属蒸气，随着烟气起排出，使得锌与固相分离。
在气化相中，锌蒸气又很容易被氧化而形成锌的氧化颗粒，同烟尘一起在烟气处理系统中被收集。
基本原理可用下述主要化学反应表示
C+O2CO2
（1）
2C+O22CO
（2）
ZnO+COZn（气）+CO2（3）
CO2+C2CO（4）
2Zn+O22ZnO（5）
目前火法处理冶金含锌尘灰的主要工艺有直接还原法和熔融还原法两大类。
韦氏炉法回收氧化锌是一种直接还原蒸馏的方法，将瓦斯灰配以适当的还原剂（煤粉）与粘合剂，破碎压制成团块，干燥后送韦氏炉还原蒸馏，在往炉内加团块前先铺无烟块煤作燃料，.使炉温达到1000～1500℃，其团块中的煤粉既作燃料又作还原剂，韦氏炉还原蒸馏出的锌蒸气在氧化室发生剧烈的氧化反应并放出热量。
温度高达1300℃的含有氧化锌的高温烟气冷却收尘，便得到氧化锌粉末。
绿易工艺
广州市绿易化工科技有限公司选用澳大利亚中天控股有限公司引进的高科技氯系湿法冶炼技术，该工艺包括了逆流浸取、除铁、除铅、氯氧化物沉淀以及酸再生等工序，是目前国内极具市场前景的氯系湿法冶炼工艺。
相比于其它湿法冶炼工艺而言，该工艺具有极高的金属回收率，锌和铁的回收率为98%，铅的回收率可达99%，其它金属元素如镁，其浸取率也均在95%以上。
传统湿法冶炼工艺会产生大量残渣，这些残渣一般采用填埋方式处理。
由于浸取率不高，残渣中可能含有部分未浸取出的有毒物质，填埋后不能自然转化，对土壤有一定的毒害作用。
绿易工艺的高浸取率则解决了这方面的问题，而且残渣中不含有害物质，可做成耐火砖或安全填埋。
工艺除了回收低品位的锌和铅，还可回收三氧化二铁和生产高纯度的硫酸钙成品。
得到的粗氧化锌经进一步提炼后可制得高品位的氧化锌或锌粉。
高纯度的硫酸钙经加工后也可得到具有高附加值的硫酸钙晶须产品。
此外，系统中的氯离子再生为盐酸后循环使用，既节约了能源，也降低了成本。
由于溶液在氯系系统中循环利用，因此绿易的工艺将不产生任何废水，可实现废水的“零排放”。
绿易的工艺还具有低酸耗、较低的生产成本和低资本投入等优点。
处理高炉瓦斯泥的环保效益
锌是人们生活中广泛应用的基本金属之一。
近几十年来锌的消费不断增长，特别是在镀锌市场。
因此，锌面临着广阔的市场前景。
各种含锌废料和循环料可看作是易于开发的富锌矿。
但是，目前这部分原料仅少部分得到回收利用，大多数被填埋或者还无回收利用的良策。
在很多发达国家，高炉瓦斯泥已被列为“有毒固体废物”，必须处理并回收其中的有价金属。
从高炉瓦斯泥中回收锌和其它有价金属，在经济上、环境保护和资源回收利用方面都有很重要的意义。
绿易为适应国家节能减排政策的需要，将在我国推行氯系湿法冶炼工艺。
此工艺不仅能有效地处理过去许多填埋的固体废物（如高炉瓦斯泥），而且能回收利用固体废物中的一些有害元素，不但提高了经济效益，而且为炼钢产生的固体废料所面临的日益严重的环保问题提供了一个长期的解决方案。
防城港3000万吨级钢铁项目将产生瓦斯灰60万吨，含锌品位大致为10.61%。
首期生产线预计为20万吨瓦斯灰处理量，若以20万吨计，则每年产生的瓦斯灰中将含有21220吨锌。
由于本工艺锌的浸取率高达98%，项目每年可回收20796吨锌，很好地完成了锌的可回收利用。
项目工艺流程
工艺简介
本工艺利用体系中的再生盐酸浸取高炉瓦斯泥，通过高酸浸取、除铁、低酸浸取、硫化、氯氧化物沉淀、酸再生等工序，可得到氯氧化锌和副产物硫酸钙，还能得到硫化铅和硫化锌的混合物。
高炉瓦斯泥和系统中的氯化钙溶液混合后，充分打浆，在低酸反应釜中与系统再生的盐酸反应。
在此阶段，高炉瓦斯泥中大部分金属氧化物被酸溶解。
通过调节温度和pH值，铁离子可逐渐沉淀为三氧化二铁。
而高炉瓦斯泥中难以被低酸浸取的物质通过浓密机过滤后，与三氧化二铁一起送入高酸反应釜。
在高酸反应釜中，这些难溶物质和高浓度的盐酸充分反应，金属以氯化物形式进入除铁工序。
通过螺旋进料器向除铁反应釜缓慢加入石灰石，在相应的pH值及温度条件下，三价铁以三氧化二铁形式逐渐沉降下来，经絮凝剂处理，过滤后便可得到三氧化二铁。
通过螺旋进料器，向硫化反应釜中加入硫化钙，硫化钙与从低酸浸取后的溶液反应，其中的铅离子与硫化钙能形成硫化铅沉淀，同时也带入部分的硫化锌沉淀。
经充分反应后，过滤回收可得到硫化铅和硫化锌的混合物。
再向氯氧化物反应釜中加入石灰，氯化锌在体系中形成氯氧化锌沉淀，过滤后分离得到氯氧化锌。
经过进一步加工，便可得到高品位的氧化锌。
其余溶液进入酸再生工序，随后向体系中缓缓加入硫酸，氯化钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀和盐酸，硫酸钙晶体很容易从体系中分离出来。
得到的盐酸分两条支路，一部分用于直接浸取高炉瓦斯泥，一部分用于浸取难溶物质。
具体流程见图2-1。
详细流程图见附录3。
工艺流程图（PFD）包括高酸浸取、除铁、低酸浸取、硫化除铅、氯氧化物沉淀、酸再生、尾气洗涤、氯氧化物煅烧、高炉瓦斯泥预处理、石灰石预处理、石灰预处理、硫化钙预处理等工序。
工艺流程图
图2-1工艺流程
生产规模及建设周期
项目规模
拟建年处理20万吨高炉瓦斯泥生产线，每年将产生含锌60%的氧化锌31179吨，97%的半水硫酸钙299702吨，硫化铅和硫化锌的混合物（含铅64.61%，含锌11.19%）18571吨。
项目建设周期
项目建设周期表见表3-1。
表3-1项目建设周期表
建设项目
所需时间
/月
[月]
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
项目筹划
12
2009年1月~2009年12月
工程设计
12
2009年5月~2010年4月
土建施工
12
2010年1月~2010年12月
设备安装
8
2010年9月~2011年5月
试产
4
2011年6月~2011年9月
合计
32
09年1月到2011年9月
工厂技术方案
主要原材料及公用工程消耗定额
原材料及公用工程消耗定额表见表4-1。
表4-1原材料及公用工程消耗定额表
序号
物料名称
规格
处理1吨瓦斯泥单耗（吨）
1
高炉瓦斯泥
炼钢废料
1.00
2
工业硫酸
98%，工业级
1.05
3
石灰石
96%，100目
0.25
4
石灰
96%，100目
0.20
5
工业氯化钙
74%，工业级
0.08
6
工业絮凝剂
98%
0.004
7
工业硫化剂
98%
0.065
8
生产用水
0.86
9
生产用电
210.67
10
燃油
0.0017
11
煤
0.07
主要工艺设备
主要设备名称、数量及造价见表4-2。
表4-2主要设备数量和造价
序号
设备名称
设备数量
总价格/万元
1
反应罐及储罐
51
402
2
搅拌器（带电机，减速器）
35
637
3
带式过滤机
5
158
4
厢式压滤机
2
44
5
泵（带电机）
31
61
6
浓密机
6
144
7
转筒干燥设备
4
248
8
辅助设备
511
续上表（表4-2）
9
其它
331
10
湿法设备总计
2536
11
火法煅烧设备
2940
12
设备总投资
5476
设备详细清单见附录1，设备报价单见附录2。
总平面布置
厂区布置主要原则
（1）生产线：
厂区布置首先根据物料流程图决定不同工序不分彼此的相对位置，从而保证径直和短捷的生产作业线，尽量避免交叉和迂回，使各物料的输送距离最短。
（2）物料运输：
把物料从仓库到车间的来回距离及物料在加工时的运输距离减少到最低，同时把原料的卸料区与装载区分开，卸料区与装载区位于现场边界上，靠近入口的地方。
（3）通道：
在布置道路系统时，已考虑当前和未来的交通运输要求。
布置的道路使车辆在到达指定地点时尽可能不通过工艺区域或不违反危险区域的分类规定。
保证道路有足够的宽度，可以通过必须通过的车辆。
（4）辅助设施：
在布置辅助设施时，将公用系统耗量大的车间集中布置，以形成负荷中心，使各种公用系统介质的输送距离最短。
（5）中心建筑物：
中心建筑物包括办公楼、休息室等，位于公共、安全的地方。
（6）建筑物间距：
工业建筑物之间的距离符合消防安全方面的要求，保持必要的防火距离，同时符合工业卫生、采光和自然通风等要求。
（7）排出物：
排水走向与道路系统平行，下水道沿着道路的布置选取一定坡度。
（8）厂区布置充分考虑安全，严格遵守防火和卫生等安全规范及标准，其中重点防止火灾发生。
厂区布置区域的划分
总平面布置图将整个厂区按照用途划分为以下几个区域：
（1）工艺装置区：
包括反应车间、沉降车间、过滤车间、干燥车间、尾气吸收塔、冷却塔。
（2）贮运设施区：
包括成品仓库、原料仓库、硫酸罐区。
（3）公用工程及辅助设施区：
包括电房、供水房、锅炉房、空压房、消防泵房、水处理及控制室。
（4）管理及生活区：
包括办公楼、休息室。
厂区道路安排及其绿化
利用厂区道路将整个厂区划分为几个矩形区域，并在此基础上进行功能划分。
在厂区内合理种植树木及草丛，为员工提供良好的工作环境，同时也能被当地居民愉快接受。
同时，很多植物如银杏、柏树、马尾松等具有良好的防尘及吸附有害气体的功能，能有效降低环境污染。
通常，化工及石油化工企业绿化系数为10％～30％。
为此，在厂区两侧及空余位置设置绿化用地。
4.3.4厂区平面布置图
项目占地约13.3万平方米（200亩），主要建筑物有生产车间、仓库、办公楼等，见表4-3。
表4-3主要建筑物
序号
建筑物
面积/平方米
1
电房
265
2
供水
265
3
锅炉房
265
4
反应车间
2646
5
沉降车间
3087
6
过滤车间
2293
7
干燥车间
1470
8
罐区
147
9
尾气吸收
176
10
冷却塔
176
11
空压房
176
12
消防泵房
176
13
水处理
1323
14
原料仓库
2940
15
成品仓库
2940
16
控制室
206
17
休息室
206
18
办公楼
1176
总建筑面积
19931
厂区平面布置图见附录4。
物流管理方案
原料和产品物流表
原料仓库、硫酸和产品仓库物流表分别见表4-4、表4-5和表4-6。
表4-4原料仓库物流表
原料
名称
仓库
面积
/平方米
堆垛高度/米
仓库
容积
/立方米
堆积密度/吨·立方米-1
最大
库存量
/吨*
使用天数/天
备注
瓦斯泥
2000
5
10000
0.82
5498
9
由广州厂商供应，储运及使用过程中注意防尘。
石灰石
310
5
1550
0.96
991
13
就近供应
硫化钙
72
5
360
0.45
108
24
由湖南厂商供应。
石灰
618
5
3088
0.95
1955
13
就近供应
氯化钙
375
5
1875
0.94
1175
16
由当地厂商供应，储运过程中要注意防水防潮。
表4-5硫酸物流表
原料名称
储罐容积
/立方米
密度
/克·毫升-1
最大储量
/吨**
使用天数/天
备注
硫酸
480
1.84
5
3974
由云浮厂商供应，为了保证硫酸供给的连续性，有两个硫酸供应商，一个保证正常情况下供给，另一个保证非正常情况下供给。
表4-6产品仓库物流表
产品名称
仓库面积
/平方米
堆垛高度
/米
仓库容积
/立方米
堆积密度
/吨·立方米-1
最大库存量
/吨*
存储天数/天
氯氧化锌
868
5
4338
0.80
2313
868
硫化铅
250
5
1250
0.92
767
250
硫酸钙
1125
5
5625
0.96
3597
1125
氧化铁
171
5
855
0.81
463
10
残渣
1000
5
5000
0.82
2749
1000
备注：
*最大库存量以仓库容积的三分之二乘以堆积密度来计算。
**浓硫酸的最大储量以储罐容积的90%乘以浓硫酸的密度来计算。
原料和产品仓库布局图
原料仓库和产品仓库布局图见图4-1。
图4-1原料和成品仓库布局图
物流过程
高炉瓦斯泥物流过程示意图见图4-3，硫酸物流过程示意图见图4-4，石灰石、硫化钙等物料的物流过程示意图见图4-5。
图4-3高炉瓦斯泥物流过程示意图
图4-4硫酸物流过程示意图
图4-5石灰石、硫化钙等物料的物流过程示意图
厂址选择
厂址拟选广西省防城港市企沙工业区，如图5-1所示。
防城港市位于广西南部，地处中国沿海西南端，南临北部湾，北接扶绥县、邕宁县，东与钦州市毗邻，西与宁明县接壤，西南与越南交界。
防城港市“面向东南亚，背靠大西南”，地理位置十分优越，是西南地区出海通道。
全市总面积6181平方公里。
大陆海岸线总长为584公里，水域面积74万亩。
有天然良好的港口群：
防城港、企沙港、白龙港、石角港、竹山港、京岛港、茅岭港、潭吉港等。
境内山峰林立，主要山脉为十万大山，全长130多公里，主要山峰有18座，都在海拔1000米以上。
河流10多条，均发源于十万大山，多数为东南流向，汇入北部湾。
防城港市港口、区位优势明显，自然资源丰富，水电条件充足，交通便捷，具备建设大型临海工业项目的优良条件。
特别是企沙半岛三面环海，腹地广阔，岸线资源丰富。
据专家论证，适合布局建设大进大出的石化、钢铁、电力、机械和修造船等大型重工业项目。
目前正在加紧配套实施以水、电、路和港口建设为重点的沿海基础设施建设。
近年来，防城港市始终遵循“产业强市、工业先行”的原则，以完善“八大工业体系”和培育粮油加工、钢铁、电力、化工等“四大支柱产业”为重点，坚持立足港口发展临海工业，先后引进了由中粮集团、美国ADM公司和香港中华电力等世界500强及国内外知名企业投资兴建的大海粮油、防城港电厂等一批关联度大、牵引力强的大型临海工业项目，形成了“以港引工，以工促港、港工互动”的良性发展格局，工业发展前景十分看好。
防城港地理位置如图5-1所示。
图5-1防城港地理位置
自然条件
风况
防城港地处北部湾，属亚热带海洋性季风气候。
本地区常风向为北北东，出现频率为30.5%，次常风向为
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