转炉除尘灰资源化利用研究

周鹤斌　梁康　姚雄健　林振

摘  要：转炉除尘灰是在转炉吹炼过程中产生的，全铁含量较高，氧化钙、氧化钾、氧化钠等含量根据除尘灰的类别差别较大。目前转炉除尘灰的利用方法较多，但主要是针对其中的铁资源进行回收利用，包括生产烧结矿、冷压球团、制备铁系颜料等。由于球团炼钢法具备能耗低、降低生产成本、减少石灰用量等优势，且对转炉生产无影响，已逐渐成为转炉除尘灰未来的利用趋势。

关键词：转炉除尘灰;铁资源;回收利用;球团

1 前言

转炉除尘灰是在转炉吹炼过程中产生的。在吹练过程中产生含铁粉尘，经烟道后进入除尘系统收集所得[1]。因炼钢温度较高，因此含铁粉尘温度较高，可达1400℃，对除尘系统要求较高。目前主流的除尘方法有两种，一种为湿法除尘，也就是OG法除尘;另一种为干法除尘，也就是LT法除尘[2]。实际中还存在有以上两种除尘方法的基础上进行改进的方法，但总体可分为干法和湿法。由于湿法存在能耗高，且除尘系统复杂，配套要求较高，目前该方法已逐步被淘汰。而干法除尘无需废水处理设备，且能耗低，系统运行稳定，因而受到广大钢厂欢迎。转炉除尘灰产量非常大，据相关资料统计，冶炼1吨钢所产生的除尘灰达15～20kg[3]，2018年全国粗钢产量为8亿吨，按吨钢产生15kg除尘灰统计，产生的除尘灰达1200万吨。随着钢铁产能的不断扩大，转炉除尘灰的产量将逐年上升。转炉除尘灰铁和钙含量丰富，将其弃置，不仅造成土地污染，同时还会造成资源的浪费。柳州钢铁集团目前钢产能达1300万吨，每年将有近20万吨的除尘灰产生。随着环保的要求越来越严格，除尘灰的资源化利用势在必行。

2 转炉除尘灰利用状况

2.1 转炉除尘灰成分

以柳钢为例，柳钢转炉除尘灰的的主要成分及含量见表1、图1、图2、图3所示。一次除尘细灰全铁含量高达55.56%，氧化钙含量较低，一次除尘粗灰全铁含量为39.57%，氧化钙含量较高，二次除尘灰中K2O、Na2O含量较高。

2.2转炉除尘灰的理化性质

余雪峰[4]等人通过采用化学分析、激光粒度仪、扫描电镜和XRD等手段研究发现，莱钢转炉除尘灰含铁品位较高，都在50%上，碱金属含量较高，钾、钠分别为1.01%和1.67%，粒度较细，比表面积较大。任海萍[5]利用BET、XRD、TEM化学分析、激光粒度分析仪、TG-DSC等方法，研究表明，济钢转炉除尘灰中的铁以赤铁矿和磁铁矿的形式存在，比表面积较大，大部分颗粒呈球状。此外转炉除尘灰呈碱性，具有较强的酸中和能力;Zeta电价为呈正值，具有吸附负离子的能力。张沅[6]等人研究表明，蒸发冷却器（EC）及静电除尘器（EP）收集的粉尘中含有较高的TFe和一定量的 CaO，同時C含量少，有害成分S、P所占比例也小。刘周利[7]等人研究表明，转炉除尘灰中的TFe、CaO含量较高，并且200目筛下累积超过90%上，但F，K2O，Na2O，P含量较高，这些杂质（有害成分）对后续的综合利用有一定影响。

2.3转炉除尘灰利用现状

目前转炉除尘灰主要有以下几方面应用：在烧结方面过程中综合利用、制备铁系颜料、合成非正分铁、制备铁氧体磁性新材料、代替部分膨润土生产球团等。

在烧结过程中的应用主要根据转炉除尘灰含铁量、CaO含量高低，按照一定比例配入烧结矿中，将各种除尘灰按一定的比例混合后，并在一定的温度范围内进行烧结。孟祥福[8]等人研究表明，北钢的高炉/电炉除尘灰以及转炉除尘污泥混合掺入配比在3%时，烧结矿品位稳定在55%～56%、碱度稳定率90%以上、返矿率在18%以下，大幅度的降低烧结矿成本。

转炉除尘灰中Fe2O3或FeO的含量比较高，是制取氧化铁红颜料的理想原料，目前国内对此已进行深入研究，并取得一定进展。制备铁红的基本方法是利用硫酸将除尘灰中铁浸出，得到含Fe2+、Fe3+、SO42-的混合溶液，对混合溶液进行中和，控制条件可制备生成铁黄、铁棕、铁黑、铁绿等颜料，再将这些原料进行高温煅烧，即可获得铁红颜料[9]。

非正分铁是指Fe3O4向α-Fe2O3转变过程中的亚稳定相，即γ-Fe2O3。由于γ-Fe2O3具有良好的磁致伸缩系数和较稳定的化学性质，经常用来当磁选粉使用。转炉除尘灰中Fe2O3或FeO含量较高，非常适合用来制备非正分铁，主要方法是利用硫酸浸出除尘灰中的铁，得到H2SO4的浸渍液，再加入铁粉还原Fe3+，再利用烧碱中和沉淀，将沉淀在200℃烘干即得到产品[10]。

铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。铁氧体的电阻率较大，具备较高的介电性能。高频时具备较高的磁导率。在高频弱电领域应用广泛。天津大学张永祥[11]等人研究表明，转炉除尘灰可以用于制备锁铁氧体磁性材料，该材料具备优异的介电性能。

刘周利[7]等人研究表明，利用2%的转炉除尘灰替代0.6%膨润土后生成的生球和成品球的各项指标均满足高炉要求。但添加除尘灰后，链篦机—回转窑预热温度需控制在工艺要求的温度上限才能保证干球的抗压强度，且除尘灰的掺量较小。

2.4转炉除尘灰利用趋势

转炉除尘灰多种多样，但目前最受欢迎的还是将其中的铁资源进行循环利用，此种利用方法不仅效率高，而且能够显著降低生产成本，提高铁资源的回收利用，具有显著的社会效益和环保效益。烧结炼铁和球团炼钢是回收铁资源的两种方法。烧结炼铁将除尘灰进行烧结处理后利用其中铁资源进行配矿，进高炉、转炉使用。球团炼钢法将除尘灰制球，替代部分铁矿石和用作造渣剂，但适用范围仅限于转炉。颜根发[12]等人研究表明，利用转炉除尘灰制球进行循环使用不仅金属铁流失率低，而且能耗也远低于转炉除尘灰在烧结中回收利用，能耗仅为利用除尘灰制备烧结矿的40%。此外，由于转炉除尘灰粒度较细，根据烧结工艺的要求，适用于烧结的原料粒较粗，一般粒度<104μm在20%以下，而转炉粉尘的粒度一般小于74μm的占85%以上[13]，故除尘灰的回收利用更适合进行制球。

在生产实践中也表明，将转炉灰用于烧结生产，造成烧结矿成分偏析，导致一级晶率下降5%;此外烧结料层透气层恶化，相应垂直烧结速度下降，烧结机利用系数降低而产量减少[14]。而在用于炼钢生产时，冶金效果显著，具有能减少石灰的消耗量、提前化渣、减少钢铁材料的消耗等优点[15]。

我公司（柳钢环保股份有限公司）目前采用冷压球方法对转炉除尘灰进行回收利用，生产线设计年产量为20万吨，转炉厂每月电除尘细灰产量将近1万吨，将除尘灰进行冷压球回转炉使用，不仅有效降低转炉生产成本，减少除尘灰堆积造成的扬尘和场地浪费，具有一定的环保效益和社会效益。

3 结论

1、转炉除尘灰全铁含量较高，氧化钙、氧化钾、氧化钠含量根据种类不同差别较大，且呈碱性，粒度较细，比表面积较大;

2、目前转炉除尘灰主要在烧结矿、制备铁系颜料、合成非正分铁、生产球团等方面进行利用;

3、转炉除尘灰回收利用主要是针对其中的铁资源进行，由于生产球团具有能耗低、降低生产成、减少石灰消耗量本等优势，未来应用趋势以转炉应用为主。

参考文献

[1]  居天华. 提高转炉除尘灰冷压球团强度的粘结剂研究 [D]. 东北大学，2014.

[2]  原志勇，原志勇. 转炉除尘技术发展及改进展望浅析 [J]. 山西冶金，2009（03）：69-71.

[3]  张东丽，毛艳丽，曲余玲. 转炉煤气干法除尘技术应用现状 [J]. 冶金管理，2010（07）：57-60.

[4]  佘雪峰，薛庆国，董杰吉，等. 钢铁厂典型粉尘的基本物性与利用途径分析 [J]. 过程工程学报，2009（s1）.

[5]  任海萍. 纳米零价铁、炼钢粉尘的表征及吸附性能研究 [D].济南大学，2008.

[6]  张沅，徐铁，陈高亮. 转炉除尘灰的循环利用技术和应用 [J]. 包钢科技，2017