炼铁除尘灰及炼钢污泥的利用研究

刘卫华

（日照钢铁有限公司，山东 日照 276800）

1 国内外去除尘灰和污泥领域的科研现状

1.1 烧结设备部位去除尘灰领域的科研情况

1.1.1 参加烧结过程的配料

冶炼过程中的除尘灰返回烧结设备作为配料来应用是目前一个比较常规的模式，首钢集团进行过对于各种除尘灰物质的主要成分的研究和分析，将除尘灰物质实施了比较详细的分类化操作和处理，使其合理地投入到烧结过程的生产之中。对于烧结过程中的除尘灰物质进行提前的湿润操作、投入适当的添加剂物质、进行造球操作之后再添加到烧结过程的系统中进行生产。武钢集团研究了425 m2烧结机装置使用除尘灰作为配料的实际状况，对于后期添加的除尘灰之后烧结物料的透气性指标降低、烧结中出现运行不平稳等状况，研究了除尘灰相应配比变化和提升烧结工序的稳定性等应对方案。除尘灰物质在重新回到烧结环节作为配料使用的过程中有一些显而易见的缺陷：尽管工艺方法相对简单、铁元素综合使用率比较高，不过其中的有害元素相对也比较多，对于产品品质和现场操作人员的健康有一定程度的不利影响。除尘灰如图1所示。

图1 除尘灰

1.1.2从烧结装置处的除尘灰中对碱类金属、重金属元素进行提取

（1）我国相关领域研究的现状分析

经过针对烧结装置处的除尘灰成分以及物相指标的详细研究，相关学者和工程技术人员发现在烧结装置的机头部位上，除尘灰物质中碱类的金属含量相当丰富，并且还含有一定的锌和铅等重金属元素。武钢集团的科研团队为此进行了烧结装置的机头处使用电化学除尘灰物质的综合应用与处理方法的研究和实践，经过针对烧结装置机头部位的除尘灰的使用情况进行深入研究，给出了其中的氯化钾、一氧化铅、硫化钾以及复合型肥料等物质提取工作的一整套思路和想法。莱钢集团针对烧结装置机头部位除尘灰物质中氯化钾物质的提取工作开展了一系列研究工作，经过对于烧结装置机头部位除尘灰物质中各种成分和结构的分析和讨论，研究出了一类可以用来提取氯化钾的工艺方法、并且给出了相应的工艺参数，通过此方法得到的氯化钾产品，其纯度可以实现92%以上、回收的效率超过了80%，因此这类工艺方法能够实现比较理想的效益，值得在同行业中进行推广。氯化钾如图2所示。

图2 氯化钾

（2）国际上相关领域的科研现状

日本新日铁公司进行了应用转底炉装置来收集除尘灰物质的工艺方法的深入研究，应用转底炉装置把含有铁元素的尘泥和污泥物质进行最大限度的还原操作，使得锌元素与其他的杂质伴随着产生的烟气共同排放出去。经过硫酸溶液浸泡的炉内粉尘实验，工程技术人员对于温度与硫酸浓度数值对与锌元素析出效果的影响情况进行了研究，通过实验过程中对于硫酸溶液的浓度进行调整的办法实现了比较理想的操作结果，通过实验室内部设备对于炼钢过程中粉尘通过烧碱实施析出的过程进行了模拟操作，综合水与外界环境共同配合的冶金操作流程。实验室条件下对于碱类物质析出工艺方法处理炉内粉尘的工艺进行了模拟，经过调整碱类浸入的温度、液体固体的比例、浸出操作的总体时间等指标，实现了比较理想的重金属元素的回收效率和结果。经过对于粒度指标、各类化学元素成分指标以及射线频谱类设备的分析，对于烧结装置部位除尘灰物质中的氯化钾成分的物理和化学相关属性实施了深入的研究和讨论，实现了比较理想的氯化钾成分回收结果。

1.1.3 当前烧结装置处除尘灰物质回收利用过程中的问题

在烧结装置部位处的除尘灰内部的碱类金属、重金属元素的提取以及合理利用的领域进行了大量的研究，不过现阶段的科研活动多数为实验室研究阶段，工业领域中的实际应用相对比较少。

1.2 炼铁过程中的除尘灰物质后期利用现状

高炉装置中产生的除尘灰、焦槽除尘灰物质中由于铁和碳元素的含量相对较高，有害物质的占比相对较低，通常流转到烧结装置处用于后期循环再利用或者与除尘灰物质共同生成污泥粉物质。由于瓦斯灰物质中的铁、碳以及铅元素具有含量相对比较高、粒度比较细的特性，因此瓦斯灰物质的后期合理再利用的研究课题现阶段已经成为了相关领域中的研究热点问题。

1.2.1 科研院所、高等院校对于高炉装置中的瓦斯灰研究现状

武汉科技大学对于高炉装置内部除尘灰的后期综合应用，例如对于铁、碳以及锌元素的回收领域进行了大量的研究，针对除尘灰物质取样中的化学元素各个组成成分和粒度指标实施了详尽的研究，使用浮选的方法、磁选的方法来对除尘灰物质内的碳、铁元素进行了提取操作，随后进行酸浸操作-去除操作-电积锌操作等工艺流程来对除尘灰物质内部的锌元素进行回收。中国地质大学以及马鞍山矿山研究院共同开发了高炉装置内部瓦斯灰物质的锌元素提取工艺方法，引入了酸浸方法、氨浸方法以及物理方法来进行锌元素的提取工艺方法的研究，并且对其中各个流程的操作参数进行了明确，对于化学法提取锌元素与物理法提取锌元素的利与弊进行了详尽的比对。

1.2.2国外对于炼铁过程中除尘灰物质后期利用的研究现状

RIES H B对于混合方法、研磨方法、造粒方法来生成铁氧化物原材料的相关工艺进行了研究。NOMURA T和YAMAGUCHI T对于含铁的原材料粉末的主要特征以及后期的烧结过程进行了详尽的研究和分析。ZEYDABADI B A和SHARIAT M H对于从高炉装置的烟尘产物中提炼锌元素的相关工艺进行了研究，应用浸出方法、过滤方法以及提纯方法结合相应的电化学工艺方法实现了有选择性地提取烟尘产物中的锌元素，获得了相对较高的锌元素回收率，通常高于80%。

1.2.3 当前瓦斯灰物质回收利用领域存在的主要问题

现阶段针对高炉装置内部的瓦斯灰物质的研究通常集中于提取碳元素、铁元素以及锌元素层面，实验室内的研究也获得了相对理想的结果，不过工业领域的实际应用偏少。

2 炼钢污泥利用研究现状

2.1 炼钢过程中除尘灰在工序中的消化情况

国内某钢铁集团在100 t氧气底复吹转炉装置上实施了添加含有铁元素的渣钢与尘泥的方法来进行冶炼的实际操作。此种方式，使得相关的操作方法和流程得到了一定程度的优化，有效降低了铁料及渣料的不合理损耗，并且在终点把控以及凝渣和护炉等方面的实际运行能力方面获得了显著的提升。国内某钢铁集团进行对于转炉装置内部的除尘污泥以及电炉内部的除尘灰物质的化学成分的研究，脱锌操作处理之后的电炉装置内部的除尘灰物质与炼钢污泥物质共同生成造渣的初始资源，用在转炉装置的熔炼过程以及造渣流程之中。宝钢集团研究院进行了炼钢过程中含有铁元素的尘泥物质的再生循环利用方面的研究工作，采用了炼钢过程中的污泥作为初始的材料，经过各种调整和提取，生成了一类具备优良的脱硫效果的钢水洁净试剂，并且其洁净效果比较令人满意。转炉如图3所示。

图3 转炉

2.2 炼钢过程中除尘灰转运到烧结工序中的处理方法

国内某冶金设计研究院把宝钢集团炼钢厂OG泥相关的处理方法改良为OG泥浆物质通过浓缩操作之后由泵站转运回烧结装置，对国外设计公司原有的小球生成工段实施了改良。造后的新工艺方法提升了操作环境，节省了生产过程中的费用消耗，并且符合宝钢集团的相关需要。

3 国内炼钢污泥处理相关研究出现的问题研究

国内炼钢过程中产生的污泥如将其制成造渣剂以及各种类型的制冷剂等直接在炼钢工序实施的过程中进行全方位的消化，但是这种加工工艺非常复杂并且投资非常多，收益率不理想。现阶段国内各大炼钢厂污泥绝大多数倾向于返回烧结进行二次生产或者返回球团进行二次造球。炼钢污泥杂质如图4所示。

图4 炼钢污泥杂质

3.1 先进技术的研究

相关先进技术必须结合文献研究法、科学合理的试验研究法以及各种类型的经典案例解决方案进行彻底的研究。

3.2 参考文献的研究

钢铁行业相关工程技术人员通过中国知网、百度百科学术网、维普网、万方网以及知乎等重要数据库与各种国内国外的检索工具进行重要文献的快速检索，进而了解并掌握世界各国钢铁行业的真实状况、国内钢铁行业去产能相关重要法规及技术标准、各种有毒有害化学元素对于高炉冶炼过程中所导致的各种不利影响与除尘灰（泥）使用现状及不足。

3.3 相关重要案例方法研究

钢铁行业相关工程技术人员基于国内某大型钢铁集团除尘灰（泥）处理过程中重要参数信息的真实状况，彻底研究了除尘灰（泥）在处理过程中存在的各种不良问题及弊端，进而确定改进计划及相关解决方案。

3.4 相关试验研究解决方案

钢铁行业相关工程技术人员在理论研究的基础上进行相关重要科学试验研究，详细地分析了各类影响因素对于试验结果的影响并且确定出科学合理的参数取值区间。钢铁行业相关工程技术人员通过大量的工业试验得出确定运行以及参数控制，对比研究相关重要试验参数及试验数据信息并且实施快速修正，进而达到设计目标。

4 结束语

综上所述，现阶段国内炼铁除尘灰及炼钢污泥的全方位高效使用是由于钢铁行业相关工程技术人员配备了科学合理的绿色环保炼钢专用设备及各类先进设施，进而最大限度地解决了以往国内除尘灰的快速运输以及炼钢污泥粉制造进程中所产生的各种类型污染状况，最大限度地提高了相关钢铁企业的良好形象，具有非常良好的绿色环保效益以及各种社会经济效益。伴随着现阶段国内基于资源模式回收除尘灰组成内部附加值非常高的金属并且进行对外销售，也为目前国内仍然深陷产能过剩状况的各大钢铁行业探索出了全新的经济效益增长点，进而对于全国整个钢铁行业起到非常积极的现实作用，相关部门的管理者坚信此类先进技术一定能够在整个钢铁行业内部得到大力的推广以及广泛应用。