高炉含锌除尘灰的综合利
用
杨春雷
岗位职级：助理工程师
专业：矿物加工工程
二〇一四年
摘要
结合钢铁企业节能减排、建立循环经济的发展方向，针对除尘灰的循环利用导致高炉中锌的富集，高锌灰已经成为影响高炉冶炼的重要因素。本文根据酒钢除尘灰的情况，介绍国内外多种高锌除尘灰处理工艺和基本原理，为高锌除尘灰处理提供思路和方式。
关键词：高锌除尘灰酒钢集团处理工艺节能减排
一、除尘灰简介
钢铁企业资源和能源密集、生产规模和物流量大、工序流程长，因而产生大量固体废弃物，成为公认的污染大户。近20年来国外不少发达国家如德、日、英、美、俄等加大了对冶金工业固体废弃物研究开发力度，取得了很好的成绩。例如在冶金废渣利用方面，美国的利用率已经达到80"--85％，日本为70"--80％，德国和西班牙接近100％。，而在国内，随着近年来钢铁产量高速增长，环境问题更为突出。日益增长的钢铁生产能力对周围环境的压力越来越大。如何提高资源和能源的使用效率，减轻环境负荷，走循环经济的道路，实现可持续发展，已成为未来我国钢铁行业发展的必然方向。目前我国的钢铁企业冶金流程主要集中于烧结一高炉一转炉一轧钢长流程生产，占钢铁总生产能力的70％以上。在烧结、高炉炼铁、转炉及电炉炼钢
等工序均可产生的大量粉尘及其副产品，统称为除尘灰。若不加以有效处理，这些堆积和飞扬的除尘灰将对厂区及周围的环境造成严重污染，对农田的生态环境也有很大的危害。如果能对各类除尘灰合理地开发和利用，不但可以防止产生二次污染，有效地改善周边环境，而且还能变废为宝，将除尘灰作为二次资源来利用。近年来随着高炉大型化的发展，高炉粉尘发生量不断增多，高炉布袋除尘灰有以下特征：l、粒径小、比重轻。一般200目过筛率在50"--65％，甚至更细，极易飘散在大气中，严重污染周围环境；2、易反应。含有较多粒径小的低沸点金属，与空气接触时，易于空气中氧反应，产生自燃。3、强烈的腐蚀性。高炉瓦斯泥中存在相当数量的碱金属与碱土金属，如K20、Na20、CaO、MgO等，易与水化合生成氢氧化物而呈碱性。4晶相独特，分离困难。高炉瓦斯泥是高温产物，矿物表面性质与天然矿物相差巨大。细粒矿物在高温作用下熔融在一起，极易包裹脉石矿物，选矿难度大，有价金属回收率较低。如何处理已成为钢铁企业的一大难题。
二、锌在高炉中的循环和危害
铁矿石中的少量锌主要以铁酸盐(ZnOFe2O3)、硅酸盐(2ZnOSiO2)及硫化物(ZnS)的形式存在。锌元素进入高炉后，与炉料一起被加温。但它不能跟随炉料中的几大主要元素一起进入渣铁。其硫化物先转化为复杂的氧化物，然后再在大于1000℃的高温区被CO还原为气态锌。即ZnO+ CO= Zn( 气)+CO2。沸点为907℃的锌蒸汽，随煤气上升，到达温度较低的区域时冷凝(580℃) 而再氧化。再氧化形成的氧化锌
细粒附着于上升煤气的粉尘时就被带出炉外，富含锌元素的高炉煤气除尘灰被用于烧结原料，而烧结过程不能去锌，烧结矿带着锌作为高炉的主要原料重新回到高炉中来。这就是锌在烧结与高炉间的循环。附着于下降的炉料时就再次进入高温区，周而复始，这就形成了锌在高炉内的富集现象。
国内部分企业的高炉锌负荷如表所示。
由表可见，我国各钢铁企业的锌负荷差别较大。
高炉中Zn元素均主要来源于烧结矿，其中带入的Zn占总量的%；此外，焦炭、喷吹煤粉分别带入%和%的锌。烧结过程中的锌主要是由布袋灰带入的，其次是重力灰，两者带入总量达783g/t烧结矿，占烧结过程中带入锌总量的%；锌主要通过布袋灰排出高炉，占总排出量的%，其次为炉渣%，其它方式排放%。
酒钢曾在2006年8月，1号高炉在休风期间，对其锌负荷和锌平衡进行了测定。测定表明，烧结矿带入高炉的Zn占全部收入的%，是高炉内Zn元素的主要来源；进入高炉的ZnO负荷吨铁为1930g（后来通过不配加高炉瓦斯灰后ZnO负荷降到760g），在全国处于较高水平。瓦斯泥和重力除尘灰合计带出的Zn占全部支出的%，是高炉内Zn排出的主要渠道。另外，瓦斯泥和重力除尘灰以%的比例配入烧结矿，为烧结矿带来%的锌，这是锌流入高炉参与闭路循环的主要方式。
由以上分析可知，高炉内的锌负荷主要由烧结矿带入的，而锌的排除主要通过瓦斯灰（泥）。
锌在高炉内的危害
高炉中锌的循环和积累造成锌负荷逐渐增高，高炉内锌负荷过高又会对高炉产生一系列的危害，主要表现在:
1、在炉喉钢砖及炉身中上部等部位形成炉瘤。由于锌聚集产生的炉内结瘤会导致高炉上部煤气流紊乱，出现悬料崩料现象，使高炉操作难度增大，影响高炉正常生产。
2、破坏炉衬造成高炉炉皮开裂。高炉内被还原的锌在高温下挥发，锌蒸汽如果在炉皮焊接或者裂缝处冷凝，会生成低熔点的锌铁合金，既降低了炉皮强度，又使炉皮裂缝更不易焊补。
3、在煤气上升管内冷凝、积聚造成上升管阻塞。在高炉风口处沉积，渗入风口砖缝，对风口耐火材料侵蚀，造成砖体疏松，并逐步形成肿瘤状侵蚀体，从而导致风口上翘或破损。
4、缩小间接还原区，扩大直接还原区，进而引起焦比上升，降低料柱，特别是软融带焦窗的透气性。在高炉下部形成较多锌蒸汽后，出铁时锌蒸汽会随铁水逸出，锌蒸汽遇到空气后被氧化成白色氧化锌粉末，从而造成炉前作业环境恶劣，能见度差。锌蒸汽的循环也会引起渣铁物理热不足，炉缸易凉等问题。
三、高锌除尘灰的处理方式
高锌除尘灰中锌的去除目前效果较好的方法有湿法工艺和火法工艺两种。
（1）湿法
氧化锌是一种两性氧化物，不溶于水或乙醇，但可溶于酸、氢氧化钠或氯化铵等溶液中。湿法回收技术就是利用氧化锌的这种性质，采用不同的浸出液，将锌从混合物中分离出来。根据选择浸出液的不同，湿法处理工艺又可分为酸浸、碱浸（含氨浸）和焙烧+碱浸等方法。
攀钢曾进行了高炉瓦斯泥含锌渣制取活性氧化锌的研究。对含锌渣采用3~4次富集浸出，即加H2SO4浸含锌渣为一次浸出，用一次浸出液浸含锌渣为二次富集浸出，二次浸出液浸含锌渣为三次富集浸出。净化时，在浸出液中加入适量的 (NH4)2S2O6除去铁、锰等杂质，然后，再用锌粉置换除去其中的铜。碳化合成是在净化合格的硫酸锌溶液中加入适量的碳酸氢铁或碳酸铵溶液进行结晶沉淀碳酸锌。经过滤洗涤，干燥后转入马弗炉锻烧即得到活性氧化锌。
张金保将钢铁厂的高炉瓦斯灰和炼钢转炉（或电炉）的烟尘经过预处理之后，送入高压釜中，用饱和CO2水溶液在一定的温度和压力下进行浸出回收有价锌。经过充分浸出反应，从高压釜送出的经过过滤的浸出液，除溶有碱式碳酸锌之外，还可能溶有部分铜、铅、铬、铁等杂质元素，可通过用锌粉置换的方法把一部分杂质元素从溶液中取代出来。然后，溶液被送入蒸汽蒸馏处理，初始，溶液中的低价铁全部被氧化为高价铁，高价铁经水解全部从溶液中沉淀出来，可通过及时过滤的办法除去溶液中的铁杂质。除铁滤液继续用蒸汽蒸馏，蒸汽带入的热量使碳酸锌分解，使溶液中的碳酸锌分解成氧化锌沉淀并
