钢铁烟尘等含锌固废资源化利用新技术及产业实践

林琳，周昊，王东，韦乃团，马黎阳

（鑫联环保科技股份有限公司，云南 红河哈尼族彝族自治州 661000）

我国人口众多，是世界上固体废物产量最大的国家，每年新增固体废物100 亿吨左右，历史堆存总量高达600 亿—700 亿吨[1]，固体废物产生与处置之间的不平衡已成为我国固体废物领域的主要矛盾。为提高城市生态环境质量，推动固体废物源头减量、资源化利用和无害化处理，2018 年12 月，国务院办公厅印发了《“无废城市”建设试点工作方案》（以下简称《方案》）[1]。为推动《方案》落地，2019 年12 月，生态环境部针对“无废城市”建设技术需求，评审出了一批先进适用技术，其中包括钢铁烟尘及有色金属冶炼渣资源化清洁利用新技术。该技术落地至今，运行稳定、效益良好，技术可转移性强[2]。

1 技术介绍

钢铁烟尘及有色金属冶炼渣资源化清洁利用新技术可处理钢铁、有色、电镀、化工等行业的多种冶金固体危废，包括钢铁烟尘、含重金属有色废渣、电镀污泥等，可用于高氯含重金属固体废物的资源化处理和利用[3]。

该技术采用“火法富集—湿法脱杂—多段耦合集成”这一工艺流程，全流程主要包括火法、湿法综合回收工艺、锌熔铸及锌合金深加工工艺、窑渣综合利用工艺、水处理工艺五部分。该技术具备含锌烟尘回收效率高、处理规模大、有价元素提取效率高、可以实现废渣和废水的零排放等优势，是当前较为理想的含锌烟尘处理方法[4]。

1.1 火法工艺

将钢铁烟尘与有色金属冶炼渣及焦粉按比例配料后加入回转挥发窑，同时鼓入富氧空气，在高温状态下，通过富氧（含氧＞21%）燃烧使低熔点低沸点物质如锌、铅、铟、铋、锡、镉等金属及其化合物还原气化[5]，再在烟气冷却过程中与氧结合生成金属氧化物，最终形成多种有色金属的富集物——次氧化锌粉（主要成分为ZnO，含量为45.0%—60.0%，因含量未达国家标准99.5%，故称次氧化锌），从而实现目标金属的粗分离[2]。

1.2 湿法综合回收工艺

湿法综合回收工艺是将火法回转窑挥发得到的次氧化锌粉，通过湿法提取工艺，有效脱除40 余种杂质，并将其中的有价金属锌、铟、铅、铜、铋等提取出来。次氧化锌粉在碱洗脱氯后进行漂洗、压滤，滤渣送至中性浸出工序，产出中浸液和中浸渣。中浸液通过脱氯后进入氧化除铁工序，而后通过中低温净化和锌电积得到阴极锌片。中低温净化后的铜镉渣经压滤后得到滤渣与滤液，滤渣通过两段酸浸出后得到含铅浸出渣，滤液分段经锌粉置换后得到海绵镉与海绵铜。中浸渣经两段酸浸后得到锌浸出渣，酸浸液经还原后得到铋精矿。还原液经多级萃取得到富铟有机相，再经反萃得到反萃液与贫铟有机相，反萃液经除杂、置换、熔铸得到粗铟。贫铟有机相经反萃得到锡渣，含铁有机相经反萃得到贫铁液与贫有机相。

1.3 锌熔铸及锌合金深加工工艺

锌熔铸及锌合金深加工工艺以湿法工艺产出的电积锌片和铝锭、残阴极为主要原料，经工频感应电炉熔化的锌水送入合金配方炉、保温炉、铸锭等工序后，产出锌合金锭与锌浮渣。

1.4 窑渣综合利用工艺

采用“联合选铁—高温耦合焙烧—湿法分离集成”工艺路线，实现金属铁与杂质的高效分离和回转窑渣的综合利用[2]。该技术工艺涉及湿法冶金、火法冶金、化工和选矿领域。回转窑渣经过选矿分离得到还原铁粉和细铁精粉，同时实现尾矿干排，还原铁粉经粉碎后采用“高温耦合焙烧脱碳—湿法分离”得到100 目的纯化铁粉，细铁精粉采用“高温耦合焙烧脱碳—湿法分离—氢还原脱氧”得到200 目和325 目的超细化铁粉。

1.5 水处理工艺

从碱洗高盐废水及生产过程产生的低浓度含盐废水中回收碘及钠钾混盐，并将处理后的水回用于生产，实现废水“零排放”[2]。通过对废水进行碘的氧化、吹出、吸收、析出等多个工序得到分子碘，分子碘在溶液中的溶解度很小，在溶液中以晶体形式析出达到碘回收目的。钠钾混盐回收工艺采取物理方式将稀浓度废水中的大部分水分蒸发汽化，以提高废水的浓度促使盐类溶解结晶，产出相应的盐产品。

2 技术特点

2.1 原料多元化

本技术可处理包括电炉灰、高炉瓦斯灰、热镀锌渣、电镀污泥、酸洗污泥、铜镉渣等多种含重金属固体危险废物，可实现钢铁烟尘和有色冶炼渣的协同处置[2]。

2.2 产品多元化

经综合回收，得到电锌（Zn99.995%）、精铟（In99.995%）、铅泥（Pb24.84%）、粗镉（Cd81.00%）、铋渣（Bi12.92%，Cu5.61%）、锡渣（Sn5.37%）、粗碘（I97.79%）、TFe 品位99%以上的100 目纯化铁粉及200 目和325 目的高端超细纯化铁粉[2]，将冶炼固体废物中的有价金属分离、提取，实现钢铁烟尘及重金属冶炼废弃物的无害化、资源化。特别是通过对非常规水的处理，从湿法碱洗高盐废水中分离提取获得粗碘，含碘量大于90%，首次实现了工业废水中碘的回收，为钢铁烟尘的资源化综合利用开发了新产品。

2.3 全流程绿色环保

本技术的火法湿法深加工全流程处理钢铁烟尘与有色金属冶炼渣形成全闭式循环链，全流程无废水排放[6]。此外，通过从源头上改变工艺，提高金属回收率，实现重金属减排。本技术采用富氧燃烧高效节能技术，解决高海拔地区燃烧过程局部缺氧，燃烧不完全的问题；充分利用钢铁烟尘中的炭质组分，使回转窑挥发时不用或少用炭质还原剂，节约能源与资源、降低能耗[7]；利用余热锅炉回收烟气余热并用于湿法综合回收工序，充分利用余热能源。

2.4 系统高效循环运行

采用通用燃烧优化控制技术对挥发回转窑燃烧进行控制，利用钢铁烟尘中的有效成分抑制有色冶炼渣低熔点物质的熔化，减少了炉窑粘接现象，解决了含铁物料结窑问题，提高了运转效率。在湿法工艺中，采用自主研发的中浸液铜盐脱氯技术，使氯离子形成氯化亚铜沉淀从而得到进一步脱除[8]，氯化亚铜渣通过再生实现了铜的重复利用。采用自主研发的工业氧气脱除硫酸锌溶液中铁离子，对现有生产线上的富余氧气充分进行回用，减少80%双氧水消耗量，除铁效率大于99.5%，除铁前废液含铁量为10—16g/L，经两段除铁后废液含铁量＜30mg/L。采用新型中低温硫酸锌溶液净化技术，通过引入新型活化剂，实现镍钴的脱除。与传统的高温净化技术相比，工艺能耗大幅降低，中温净化后的溶液可通过自然冷却达到低温净化的温度要求，从而避免低温净化镉复溶的问题。采用新型中低温硫酸锌溶液净化技术，新液Cd 平均含量0.27mg/L，Co 平均含量0.45mg/L，Ni 平均含量0.29mg/L，Co、Ni、Cd 的平均含量均小于0.5mg/L，远低于电解新液要求。

3 技术实施和落地

目前，钢铁烟尘及有色金属冶炼渣资源化清洁利用新技术已在云南个旧、河北唐山、江西新干、浙江衢州等多个厂区落地。在河北邯郸、四川什邡等地建立的钢铁烟尘及有色金属冶炼渣前端处理工厂验证了该技术模块化程度较高，有极强的可迁移性。

企业通过技术转移方式在马来西亚投资建设钢铁烟尘及有色金属冶炼渣前端处理工厂，目前已初步建成处理能力7 万t/a、年产次氧化锌1.6 万t 的火法处置基地。项目以马来西亚地区的钢铁烟尘为原料，使用回转窑挥发还原工艺产出次氧化锌粉，再由我国云南综合基地进行湿法工艺深加工产出锌锭、锌合金、铟锭、硫酸铅等产品。这一项目的成功实施，有力提高了马来西亚地区钢铁烟尘等含重金属固危险废物的开发利用能力，并在一定程度上降低了我国对原生金属矿石的进口依赖且切断了洋垃圾的进口。

此外，秉承钢铁企业资源内循环理念，企业已经建立了完整的资源循环体系为钢铁产业提供系统的服务：由专业设计院设计，钢铁企业投资建设，企业实施长期的管理运营服务并确保指标合格。该模式可将钢厂的高炉灰、电炉灰、镀锌污泥等含锌固体废物转变为钢铁企业自身可以使用并命名自有品牌的标准锌锭用于其镀锌产业链循环，实现锌资源在钢企内部的“无限循环”，帮助上游钢铁产业实现“固废不出厂”。

4 效益情况

4.1 经济环境效益

2022 年，该企业云南基地实现总产值15.29 亿元，综合回收生产再生锌锭6.24 万t，生产运行稳定，产品质量优，经济效益良好。该技术的成功实施削减了重金属的排放量，实现了钢铁和有色冶炼行业固体废物的协同处理，提高了钢铁和有色冶炼行业含重金属固体危险废物的开发利用能力。同时，该项目产出产品为再生金属，减少了大气污染物、碳排放及能源消耗，一定程度上减少了矿产开采对环境的破坏和冶炼废渣堆积对土地的污染[2]。

工艺指标方面，对于处理含锌二次资源，本技术锌总回收率在90%以上，水的循环利用率达100%，满足《铅锌行业规范条件》中锌总回收率应达到88%及以上、水的循环利用率须达到95%以上的规定值。根据标准《综合能耗计算通则》（GB/T 2589—2020）及相关减碳政策、规范的要求，企业云南基地合计年节能量折标煤当量值为6725tce，减排碳4500tC，年CO2减排量为16 500t，有效提升了污染防治水平。

4.2 社会效益

该企业云南基地的落地，不仅为当地创造了近千个就业岗位，还通过多种方式积极承担企业社会责任，相关公益支出累计达上百万元。

5 结语

该技术入选生态环境部“无废城市”建设试点先进适用技术（第一批），该技术的成功实施，对推动我国钢铁烟尘和有色金属冶炼渣等固体危险废物的回收利用，扩充我国战略金属资源储备，实现金属资源国内大循环，减少矿山资源开发，推动发展循环经济技术具有重要意义。该技术对金属开采冶炼工业城市的绿色转型发展，推进工业固体废物资源化利用，最大限度减少填埋量，将固体废物环境影响降至最低，推动“无废城市”建设有着积极影响[1]。