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工业化含锌粉尘处理技术现状及分析

北极星环保网来源:鞍钢技术 张伟2018/4/26 17:35:57我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:钢铁企业 含锌粉尘 雾霾

北极星环保网讯:结合钢铁企业实际分析了锌的来源及危害,并对国内外现有工业化含锌粉尘处理技术进行了阐述,包括选矿法、湿法以及火法技术,重点介绍了Waelz回转窑、转底炉、Oxycup竖炉、DK小高炉等几种工艺的特点和发展现状,通过不同处理技术的对比和分析,对企业采用适宜的处置方式提出了建议。

钢铁企业在炼铁、炼钢以及轧钢等各工序会产生大量粉尘,约占到总钢产量的10%左右。随着近年来雾霾天气频发,保护环境成为全社会共识,国家针对工业粉尘排放的管控日趋严格,尤其重点涉及的钢铁企业压力加大,各工序除尘设施不断增加升级,使粉尘的数量也持续增加,这些粉尘往往含有大量铁和碳而具有很高的利用价值,传统方式一般将其作为配料返回烧结,实现企业内部回收。

但其中部分粉尘含有较高的锌等有害元素,直接回配将使锌不断循环富集,导致高炉锌负荷超标,对生产顺行和安全长寿造成危害,而另一方面由于含锌粉尘质量远不及传统炼锌原料,提锌价值有限,通常也无法直接给炼锌企业使用,因此如何有效处置含锌粉尘一直是业界的重要课题。目前国内外已有诸多工业化成熟技术,本文对相关工艺进行了阐述和分析,以期为企业采用适宜的处置方式提供参考。

1钢铁生产系统中锌的来源

钢铁企业从高炉顺行及安全长寿考虑,应严格限制原燃料锌含量,通常要求高炉锌负荷不超过0.15kg/t(铁水),但由于经营形势、原料条件或主观上不重视,很多企业的高炉锌负荷都超出以上标准。以鞍钢为例,鞍钢鲅鱼圈分公司4038m3高炉锌负荷曾达到1.5kg/t左右,通过进行高炉锌平衡分析发现,90%以上的锌都是由烧结矿带入,表1为进一步对烧结部分原料检验锌含量后的对比结果。

由表1可知,粉尘类物料的锌含量普遍较高,尤其高炉干法布袋灰含锌最高,而各精矿的锌含量都较低(均未超过0.01%),因此含锌粉尘回配烧结是导致高炉锌负荷过高的直接原因,经过减少和暂停回配干法灰等高锌粉尘料后,高炉锌负荷随之明显降低。

钢铁生产系统中的锌初始主要来源于铁矿原料,虽然铁矿中伴生的锌含量都极低,但由于锌的循环富集特点使其在系统中会不断累积,而迫于成本压力使用低价料比例增大,入炉品位降低,也促使进入系统的锌量增加。另一方面,随着镀锌产品增长,炼钢中使用的含锌废钢也成为钢铁系统中锌的一大来源,含锌废钢的使用使转炉粉尘的锌含量明显提高,电炉炼钢粉尘的锌含量通常会更高。

在传统钢铁生产过程中,含锌粉尘回配烧结模式导致锌的循环几乎没有出口,从而造成系统中的锌量只增不减,尤其对高炉造成诸多危害影响,减少粉尘回配量或短期停用并不能从根本上解决问题,关键还是要脱除锌等有害元素,国外在此领域的研究较早,开发了众多的含锌粉尘处理工艺,尤其一些已工业化的成熟技术值得借鉴。

2工业化含锌粉尘处理技术概况

2.1选矿法处理技术

选矿法即采用常规选矿技术实现粉尘中Zn、C、Fe元素的分离和富集,根据锌具有富集在粒度较小和磁性较弱粒子上的特性,可利用水力旋流器使含锌高的较细粉尘溢流[1],含锌低的较粗粉尘底流,进而通过重选浮选选碳、磁选选铁。选矿法相对工艺简单、运行成本低、易于实施,但脱锌率相对不高,能达到70%左右,从提锌考虑一般作为湿法或火法工艺的预处理工艺。

2.2湿法处理技术

湿法技术一般用于较高锌含量(>15%)的粉尘处理,主要有酸浸法和碱浸法。酸浸法主要是用硫酸、盐酸、醋酸等作浸出剂,粉尘中的锌化合物在酸中溶解,对浸出液过滤除杂后电积回收锌,部分化学反应如下:

采用强酸(硫酸、盐酸等)浸出工艺锌的浸出率较高,在常温常压下为80%以上,在高温、加压条件下可提高到90%以上,但大量铁及其他硅、铝等杂质也易被浸出,加重了后序净化负担,影响产品质量[2]。弱酸(碳酸、醋酸等)浸出工艺能耗较低,氧化锌产品质量较高,但锌浸出率低,特别是当其主要以铁酸锌形式存在时,锌浸出率更低。

碱浸法主要是用氢氧化钠等强碱作浸出剂,还有用氨溶液或氨与铵盐的混合溶液作浸出剂,锌氧化物溶于碱中转入溶液,部分化学反应如下:

碱浸法相对选择性好,得到的浸出液更纯,可制取纯度较高的氧化锌产品,但锌浸出率相对较低,铁酸锌形式的锌难被浸出。总体而言,湿法工艺相对能耗小、设备投资少,但浸出剂消耗多,生产效率较低,除杂工艺步骤繁琐,而且普遍存在设备腐蚀严重、浸渣易造成二次污染等问题。由于湿法工艺更适用于较高锌含量的粉尘处理,通常国外用其处理电炉粉尘方面研究的较多。

2.3火法处理技术

目前钢铁企业普遍流行的处理方法仍是火法工艺,对相关设备和配套技术也更加熟悉。火法处理工艺的基本原理都是利用锌沸点较低、高温易挥发的性质,通过还原使粉尘中的锌挥发再富集回收。主要化学反应为:

火法工艺的典型工业化代表是回转窑、转底炉、竖炉和小高炉几种技术,此外还有一些利用微波、等离子等手段的新技术,下面对几种典型的火法脱锌工艺进行介绍。

2.3.1回转窑工艺

回转窑工艺脱锌率较高,普遍能达到90%以上,欧美HorseheadResourcesDevelopment、B.U.SAG、GlobalSteelDustLtd等,以及日本住友金属、中国台湾钢联等都广泛采用(表2),处理能力从数万到数十万吨,大都用于处理含锌>15%的电炉粉尘,否则经济效益不佳,不过日本开发的回转窑倾向处理低锌粉尘。国内同类型回转窑多是Waelz工艺,大都是炼锌企业用来处理浸出渣,而处理钢铁粉尘的较少,文献介绍过的有云南红河锌联公司、昆钢等采用过其技术[4]。

回转窑工艺是用固体燃料作还原剂,以回转窑为反应器,能处理较广的原料,目前已发展出多种类型,有威尔兹法(Waelz)、川崎法、SL/RN法、SDR法等。其中以Waelz回转窑工艺应用最为广泛,该工艺是20世纪20年代德国克虏伯公司为处理锌精炼渣而开发,其基本流程见图1[3]。

延伸阅读:

煤气发电技术在某钢铁企业的应用

钢铁企业生产废水零排放技术浅析

【技术汇】WESP在燃煤电厂粉尘“近零排放”工程的应用

电除尘专栏35期粉尘比电阻的测定方法

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