炼钢除尘灰资源化利用.docx

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炼钢除尘灰资源化利用

1.文献综述

1.1除尘灰概况

1.1.1除尘灰来源

在钢铁厂生产过程中，生产出来的副产品和粉尘主要是除尘灰，而这些除尘灰会在多个方面产生，比如电炉灰和高炉灰，不仅如此，在烧结冶炼过程中，也会产生大量的除尘灰，这些有害物对环境造成了严重的影响。

除尘灰的来源是多方面的，生活过程中会产生一部分的有害物，这些有害物中含有烟尘[1]等，除了生活中还有交通运输过程中，一些交通工具的尾气排放等产生的有害物也是除尘灰的来源，除尘灰的来源最多的是工艺生产中，这就是除尘灰的主要来源。

现在除尘灰每年排放130万吨，造成了严重的环境污染，而电炉炼钢是造成烟尘污染最主要的来源。

在进行的电炉炼钢阶段，通常经过几道工序来完成生产电炉灰，最终在袋式除尘器来捕集电炉烟尘，这样完成了对电炉灰的生产，占产出炉料装入量2％～3％。

电炉在冶炼过程中产生大量烟尘，每吨钢发生量大约为12～20kg/t，烟尘中含FeO的在40%以上。

在钢铁这一行业当中电炉能够生出许多的烟尘，平均一年就可以捕集10万多吨，如果加上重机、电力制造、造船等行业数百台电炉排出的烟尘，数量就更为可观，这么多的烟尘会造成十分恶劣的环境污染，对人的健康造成影响，所以我们要对其进行有效的治理，不仅如此还要加以利用，变废为宝不浪费宝贵的资源[2]。

1.1.2除尘灰的利用

在钢铁企业，近些年越来越多人开始注意怎样再次利用烟尘[3]。

对除尘灰的综合利用在国内研究课题中十分重要，目前对除尘灰的利用主要是两个方面，一个是球化后作为建材用料，另一个是作为原料进行回炉再利用，当作建材用料的时候，用作磁性材料的研究现在看来还是十分的少的。

除尘灰球化后在回炉中作为炼钢原料还可以作一些像氧化红铁等技术水平低的材料，当作为这些技术水平低的材料时，对于除尘灰的资源是非常大的浪费，所以这些还有待考虑。

国外和我国一样，对回收利用除尘灰这一项目也十分看重，他们回收其中的炭来作为墨水等等，或者作为活性炭这种吸附能力强的物质，对于水的合格和吸入的大气都起到了净化的作用[4]。

研究人员已经做了很多有关除尘灰综合利用的工作。

目前所利用的方法总体来说有两类：

一为湿法处理；二为火法处理。

相比于火法处理，湿法处理除尘灰更热门，后者其实是把其中的有色金属回收来产出炼铁和化工原料，减少环境污染，创造经济效益，而后者的主要处理方法是进行酸法处理的方式。

用这种方法进行处理主要是对用酸液浸洗预处理过的除尘灰而言，回收其中的铁，并且去除其中的杂志，在进行酸法处理时，我们要用到侵出剂，一般有盐酸，硫酸和硝酸等。

火法处理相比于湿法处理就要简单的多，直接烧结除尘灰就是其处理的方法。

1.1.3首钢除尘灰特性分析及综合利用技术研究

首钢在秦皇岛设有的公司一共有13台不同种类的除尘设备进行炼钢及炼铁等的生产，每月基本产出各种除尘灰5千吨。

炼钢及炼铁的时候产生了大量的除尘灰，其中的大部分没有经过处理回收利用，而是跟随着烧结料回到系统中，这样产生了十分不理的影响，不仅是对烧结生产的，也是对机器的严重破坏，比如除尘器。

这样研究各种除尘灰的特性对其预处理和综合利用以及烧结稳定运行、烧结机头电除尘器的除尘效率有很大的意义。

实验部分

1.除尘灰的化学成分

在研究除尘灰的化学成分时候，要先对其进行取样，在去过各种样品后用特定的光谱仪进行对样品的分析，通过对其的分析得出有用的结论。

不同的生产工艺、不同类型的除尘器产生的除尘灰成分产生明显差异，首秦公司研究的除尘灰基本可以分为5种，在根据不同除尘灰的化学成分的不同，像有的除尘灰含碳量高些，就称其为高碳灰，在如含铁高的就叫高铁灰，还有含钙高的高钙灰和含碱度高的高碱金属灰，最后还有炉尘的OG泥。

并且值得关注的是烧结机头电除尘器，其中分为多个电场，在这些之中的除尘灰TFe的含量不是很多，与此相反的是碱金属的含量确是非常的多的，这是要考虑的重要的方面。

熔点和沸点低。

在烧结过程中碱金属会造成板结，这是由于其在温度降低后经过几个装置并且在负压下造成的。

所以对烧结机头电除尘器第2、第3电场的除尘灰需要重点研究。

2.烧结机头电除尘灰物相分析

采用X光粉晶衍射仪并且依据ASTM法对除尘灰进行物相分析。

测试条件分别为电压35kV，扫描速度4b/min，电流25mA，接收狭缝0.3mm，当然还有发散狭缝1b和防散射狭缝1b，有了这些条件才能顺利进行分析。

通过对物相分析得出的结果看出作为第1电场除尘灰的电除尘器以磁铁矿、赤铁矿为主，碱金属化合物类为次，少量水云母、高岭石及羟钙石也会有；以碱金属化合物类为主的第2、第3电场除尘灰并且含有少量磁铁矿、赤铁矿以及蒙脱石。

这样烧结机头电除尘灰物相分析的结果与和化学成分的分析结果是相一致的。

除尘灰的分类

首秦公司研究的除尘灰基本可以分为5种，在根据不同除尘灰的化学成分的不同，像有的除尘灰含碳量高些，就称其为高碳灰，在如含铁高的就叫高铁灰，还有高钙灰和高碱金属灰，还有炉尘的OG泥。

高铁灰包括了炼铁联合料仓除尘灰，在炼铁前还有一部分炉前除尘灰、在烧结的时候车放料时期及烧结机器的除尘灰和其头部的电除尘器1电场灰等。

炼铁联合料仓、炼铁炉前除尘等处产生的粉尘铁含量高而且TFe质量分数一般在49%以上，矿物成分主要是磁铁矿和赤铁矿而有害元素含量少；烧结汽车卸料间及烧结机尾电除尘器的粉尘含铁量高，有害元素含量较低。

高碳灰周瑶有炼铁重力除尘灰，含铁中等，TFe质量分数在35%左右，铁矿物以磁铁矿和赤铁矿为主，含碳量较高，可以到达30%以上，主要以焦炭粉末及不定型碳形式存在；炼铁干法除尘灰含铁量较低（20%~30%），铁矿物以磁铁矿和赤铁矿为主，不但含有较高的碳（25%左右），这些碳主要以焦炭粉末及不定型碳形式存在,而且含有较高的有害元素。

高钙灰主要有炼钢、散料间、套筒窑及烧结联合料仓除尘灰等。

炼钢2次除尘灰的铁质量分数在20%~25%之间，其他成分是CaO及MgO；铁矿物以磁铁矿和赤铁矿为主，其次是方解石、白云石及粘土。

炼钢散料间及套筒窑除尘灰具有较低的含铁量，CaO及MgO是其主要的成分，矿物成分是石灰、方解石、白云石及Ca（OH）2等。

烧结配料间除尘灰的TFe质量分数为25%左右，CaO质量分数在30%左右。

分析完上述碳铁钙的除尘灰后接下来就是高碱金属灰，这种除尘灰主要来自第二和三的电场灰，其TFe在20%左右，含有部分碱金属。

OG泥：

OG泥TFe在50%左右，CaO20%左右。

上述就是这五种除尘灰的形式，而对于铁来说也有其自己的存在形式，比如我们在日常中经常看见的金属铁，有磁铁矿，还有其他形式的浮氏体等等，对于钙来说主要是对CaO而言，Ca（OH）2、方解石、白云石等都是它的主要存在形式[5]。

结论

（1）首秦公司各种类型的除尘器在炼钢等生产中产生了较大差异的除尘灰并且一些没有区分开的除尘灰的其中的大部分没有经过处理回收利用，而是跟随着烧结料回到系统中，这样产生了十分不理的影响，不仅是对烧结生产的，也是对机器的严重破坏，比如除尘器。

（2）不同的生产工艺、不同类型的除尘器产生的除尘灰成分产生明显差异，首秦公司研究的基本可以分为5种，在根据其化学成分的不同，像有的含碳量高些，就称其为高碳灰，在如含铁高的就叫高铁灰，还有含钙高的高钙灰和含碱度高的高碱金属灰，最后还有炉尘的OG泥。

（3）首秦公司科学分类的各种除尘灰提供了各种除尘灰的预处理和综合利用技术的依据。

1.1.4鞍钢除尘灰的现状

炼钢活性石灰输送过程中产生富含CaO的除尘灰，现场称散料灰，对鞍钢一炼钢厂、二炼钢厂和三钢轧厂的散料灰取样并进行成分分析，结果如表1所示，由表1.1可知散料灰中CaO的含量基本达到40%以上，鞍钢炼钢散料石灰成分见表1.1。

表1.1鞍钢炼钢散料灰成分（wt%）

材质

CaO

MgO

SiO2

Al2O3

C

Na

S

K

P

一炼钢

45.84

14.68

9.91

2.75

3.24

0.075

0.12

0.41

0.0044

二炼钢

40.39

18.36

7.22

2.60

4.74

0.10

0.18

0.34

0.0046

三炼钢

39.56

9.80

8.79

2.55

7.22

0.14

0.18

0.33

0.0040

据调查，鞍钢一炼钢散料灰产量为15~20吨/天，三钢轧的散料灰产量也约为15~20吨/天，二炼钢的量略小，约为10~15吨/天。

以前，这些散料灰和其他废弃物一起捆绑招标外卖，现在因为招标体制的改革，炼钢散料灰限入了没人要的尴尬境地，且垃圾填埋厂不接收，无法处理的散料灰只能在现场堆积或随意抛弃并造成固废环境污染。

另外，工人在收集运送这些石灰时，皮肤还常被烧伤，颇有怨言。

表1.2列出了鞍钢各钢厂散料灰的产量。

表1.2鞍钢炼钢散料灰产量

厂别

一炼钢

二炼钢

三钢轧

合计

产量（吨/年）

6500

6000

6500

19000

石灰石和生石灰是钢铁冶金的一个重要生产原料，如鞍钢烧结用的石灰石的CaO含量为45.4%、烧损为42.9%，生石灰CaO含量为71.2%可见用炼钢散料灰代替部分烧结用石灰石和生石灰不仅可以节省溶剂消耗，降低烧结矿的生产成本，减少CO2的排放。

鞍钢烧结用的石灰，主要由外购的土窑石灰和部分自产石灰构成。

鞍钢烧结矿配入7%的生灰石，设鞍钢年产烧结矿1700万吨，则年需119万吨生灰石。

而炼钢散料灰产量大约为1.9万吨/年，所以炼钢散料灰足以被烧结配矿消耗掉。

在300~400元/t之间（土烧石灰成本大约在80~150元/t之间）是国内钢铁企业的活性石灰成本，以每吨烧结配料石灰单价为100元计，每年可节省石灰成本190万元。

另外，鞍钢烧结矿配入11%的石灰石，也可以将散料灰代替部分石灰石，在保证烧结矿指标的情况下，减排一定量的CO2，同时避免了废弃的炼钢散料灰对环境的污染。

1.1.5国内除尘灰应用现状

转底炉生产金属化球团的技术在我国已经被熟练应用。

在炉内100～1400℃左右的高温下，其中通过两个阶段，被预热段和还原段，之后含碳球团受到热量还原l6—21min完成金属化过程，这些热量来自燃料燃烧产生的热辐射，于此同时在炉内通过还原生成的锌也在高温条件下气化。

金属化球团进行生产时先在转底炉旋转一圈并且还要经过螺旋出料机排出炉外之后由于需要降低温度还要在冷却机下冷却到100℃以下，完成这些最后将其送入成品仓。

煤气可以作为转炉底的燃料并且将高温废气通过烟道排出去，其流程是先通过余热锅炉，在这里生产出大量的蒸汽，之后再用换热器装置让空气在其中进行燃烧，这时候废气在烘干生球，一切都完成后这些废气被排入大气中。

如果想要在转炉底生产的更加高效除了上面的方式外，还可以对除尘灰和泥进行预处理，这是由于它们的含铁量相比较其他的较低，利用的方面小，并且它们中含有的有害杂质也是相当之高，预处理后可以减少这两个方面的问题，使高炉更加高效。

在生活中人们大量使用木材、煤等原料，十分浪费自然资源并且破坏了自然环境，所以要通过除尘灰来制取各种活性炭，例如具有一定的吸附性能的活性炭可以减少我们对自然资源的浪费降低了原料的成本[6]。

除尘灰在钢铁厂还可以得到很好的利用开发，像一些钢铁厂的周边环境十分恶劣，除尘灰的开发利用就能很好的解决这些问题，而且用除尘灰制的的活性炭还能对大型工厂产生的废水和废气进行很好的处理，所以除尘灰在环境保护这一方面对人类具有十分重大的意义。

就我国而言，转底炉直接还原处理除尘灰、泥项目发展的比较晚并且技术没有达到先进水平，只有莱钢和北科大对这一研究有所突破，还需要我们进一步去研发。

以转炉或电炉除尘灰为原料时，由于其中含碳量较高，所以要先除去碳（除碳可采取煅烧或磁分选法），然后再用酸浸；以平炉烟尘为原料时，由于平炉烟尘的氧化铁含量约为90％，铁含量高，不用先除碳