钢铁冶金尘泥的产生及处置利用技术分析

刘福利，杨 烨，邹宗来，李智勇

（天津市新天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

0 引言

近年来，在钢铁企业的快速发展取得一定成绩的同时，也暴露出了设备及技术落后的问题，这就导致生产水平无法提高，无法应对国内外市场环境的变化，特别是随着科学技术的快速发展和经济全球化的深入，也无法满足客户的多样化需求。经济全球化使得世界市场之间的联系更加密切，中国与国外发达国家之间的沟通和协作成为未来发展的必然趋势，而经济全球化所引发的市场竞争，造成我国钢铁企业在发展过程中面临着巨大的发展压力，如何在国际市场中提高自身的市场竞争力和获得更充足的发展空间，是未来钢铁企业发展中所亟需解决的问题。因此，钢铁企业应该加强对自身经营活动的管理，充分挖掘钢铁能源利用效率，有效解决钢铁行业在发展过程中所面临的问题。

1 钢铁冶金尘泥相关理论概述

1.1 钢铁冶金尘泥的概念

钢铁冶金尘泥主要是钢铁企业在生产冶炼时产生的固体废物、气体和飞灰等[1]。在实际冶炼作业中，产生的大量废气致使环境污染问题愈发严重。钢铁行业所带来的环境污染与经济发展匹配问题日益凸显。此外，钢铁冶炼时需要消耗含铁物料和大量燃料，如何高效利用矿产资源及燃料是亟需解决的问题。

1.2 炼钢污泥的生成机理

1）炼钢污泥主要是炼钢生产过程中，对转炉煤气进行湿法除尘产生的，由于该过程不断排放大量的粉末，使得含碳量不断增多，颗粒物、灰浆和其他杂质大量充斥在空气之中[2]。一方面，在钢铁冶金企业生产过程中，由于生产工艺环节会排放大量的污水，且在钢铁冶炼炉中排放的污水多为酸性物质，会使工业废水形成酸碱溶液，对环境产生严重危害。

2）炼钢生产过程中，对转炉煤气进行湿法除尘过程中，大量的冶金粉尘与水混合在一起，降低了环境粉尘含量，有利于改善现场工作人员的工作环境，从而保障现场工人的身体健康[3]。近年来，随着环保力度不断加大，社会愈发对环境加以关注，在这种背景下，对钢铁企业而言，势必需要加强对污染的防治力度，通过引进先进的环保设备来减少钢铁冶金生产过程中给人类带来的不利因素，从而促进钢铁行业的可持续性发展，为钢铁行业的未来发展奠定重要基础。

1.3 固体废弃物的处置和利用

在钢铁冶金过程中，大量的燃煤经过燃烧之后从烟囱中排放出来，经回收后，包含大量的细灰，被称为飞灰。通过对飞灰进行合理回收和利用，能够使其在农业和工业生产中得到广泛应用，也可以用于建筑工程、市政工程、道路工程、塑料行业、建材行业等[4]。对烟气中的细灰进行回收，能够生成粉煤灰，其中包含大量的铝、铁等金属，也可进行回收再利用。粉煤灰作为一种颗粒较小、孔隙率较高的物质，能够为植物的生长提供必要的营养物质。钢铁生产的每个阶段，如燃料燃烧、原料运输、烧结、冶炼和轧制等工序都会产生大量的灰尘，例如，2022 年国内钢铁总产量为99 985 万t，铁粉产量为9 856 万t。铁粉是炼钢过程中的重要原料之一，随着钢铁行业的快速发展，需要对铁粉进行合理的回收和利用，这不仅能够减少粉尘污染，还能够充分提高炼钢的资源效率，这也是钢铁企业生产过程中最需要解决的问题之一。

2 钢铁冶金尘泥的来源及组成

2.1 粉尘污泥烧结

粉尘污泥烧结主要由产品造粒、冷却、烧结机头、机尾组成。粉尘污泥烧结需要使用多种类型的除尘器，烧结机头主要使用多管除尘器进行除尘。

2.2 高炉布袋灰粉尘

在高炉炼铁过程中，高炉煤气是通过干法除尘进行净化的，高炉煤气通过布袋除尘器，将煤气中大颗粒的粉尘用布袋进行拦截，从而获得比较纯净的高炉煤气，供用户使用，产生的大颗粒粉尘就是高炉布袋灰，在除尘系统中通过除尘器进行处理，能够有效地回收有色金属蒸气，重力除尘器的粒径较大，含碳量相对较高。一些空气中的灰烬中含有较高比例的金属，如锌和铅，总铁质量分数可达到30%左右。

2.3 炼钢粉尘的回收

炼钢粉尘的回收可分两种方法：转炉粉尘通过烟道后，被洗涤剂回收利用；转炉粉尘通过可移动罩，经过蒸汽锅炉和冷却剂后，经过干燥被捕捉和回收。应用静电除尘器对转炉粉尘进行捕捉和回收，其w（Fe）能够达到60%左右，细度小于40 μm。粉尘中除了有大量的铁元素外，还包含铅、铬、锌等金属元素，具体的化学成分及含量因工艺而有所不同。转炉粉尘的废渣中w（Fe）能够达到30%左右，也包含一定的锌、铅，细度小于2 μm。

3 钢铁冶金尘泥的特性分析

3.1 粉尘特性

钢铁冶金粉末中的元素主要是铁和锰，其主要特点是：含氧颗粒占比大，在钢铁冶金的酸性环境中稳定性高；粉末中硫元素和氮元素化合物含量高，其不稳定性导致吸收过程中释放出一些气体或颗粒，大量的粉末也导致大量的颗粒填充在冶金生产线上；钢铁铸造厂生产的颗粒由含量均匀的混合物和以粉末形式存在的复杂混合物为主，或具有各种差异和形状的固体粉末组成；粉末的颗粒分布不均匀，颗粒之间有很大的空隙，这可能导致形成大量沉积物；由于空气中水分和灰分含量高，当温度达到200 ℃左右时，灰分含量明显增加。粉体本身的高流动性使粉尘表面物质黏附在粉体表面，进一步加强了颗粒之间的相互结合，在风吹条件下引起振动，有利于大量堆积物的积累。

3.2 挥发分含量大

钢铁作为金属材料的重要组成部分，对经济的发展发挥着至关重要的作用。在市场竞争日益激烈的情况下，粉尘挥发分含量大还影响钢铁的生产质量和产量。而在钢铁的实际生产过程中，由于工艺水平不佳等问题，会致使大量含水量高、挥发性强的粉尘不断产生，对环境产生污染，通过更新设备，加大环保投入，以及技术的进步，使所产生的冶金尘泥比例不断下降，这对我国钢铁企业的发展造成了一定竞争压力。

3.3 固体颗粒物易结块

目前我国的钢铁公司已经在逐步改进生产工艺，并不断引进先进的环保设备，但是在实际的生产过程中仍然会产生部分大颗粒粉尘和固体废弃物，这些废弃物主要以含铁矿砂和铝镁合金以及细小的硫铝铜陶瓷为主，如果未能及时进行处理，将会大量堆积，且这些粉尘中包含一定的有害气体，会影响空气质量。

4 钢铁冶金尘泥处置利用技术

4.1 湿法工艺

湿法工艺是用机械方法去除钢铁尘泥中的有害物。湿法工艺通过对排烟道中的粉尘气体进行有效回收，经过高温加热后，钢铁冶金的内部温度达到最大值，所产生的冶金渣包含的元素主要以铁元素和氯元素为主。污染物也可以采用湿法工艺进行有效处理。

4.2 火法工艺

火法工艺主要是指在炼钢过程中有效处理粉尘、灰烬和其他有害物质，并在符合排放标准和减少污染的条件下实现最终排放。目前，钢铁行业的炼钢消耗了大量的铁矿石资源，这些铁矿石在燃烧使用时，会影响周围居民的健康。此外，燃烧原料也会对城市空气质量产生影响，使用火法工艺是有效清除排放物和固体废物的有效手段。

5 结论

随着经济发展水平和公众环保意识的不断提高，在新形势发展背景下，国家对钢铁企业的发展提出了新要求，这就需要加强钢铁企业的环境管理，实现节能减排目标。为了促进钢铁企业的可持续发展，进一步提高钢铁企业的经济效益，需要开发一套合适的钢铁冶炼设备，并对钢铁冶金尘泥进行有效处置和利用。