冶金固废先进绿色化深加工技术

2019-11-15 16:35:18 作者:huangj 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

介绍了我国钢铁企业冶金固废的来源和分类,并结合具体钢铁企业对现有含铁固废的资源化利用方式进行了回顾和总结
   岳崇锋,李殿杰,白璐,洪益成,徐立军

  北京钢研新冶工程技术中心有限公司

  钢铁企业在整个冶炼流程中会产生大量的固体废弃物,特别是在烧结、炼铁、炼钢、轧钢等生产工序中各工序都会产生一些不同种类的含铁固体废弃物。这些冶金固废主要包括:采矿废石、矿石洗选过程排出的尾矿、冶炼过程产生的各种冶炼矿渣、轧钢过程中产生的氧化铁皮和生产环节净化装置收集的各种粉尘、污泥等。冶金固废的特点主要有:1)量大面广:种类繁多钢铁生产消耗原材料和燃料多,但80%以上的消耗又以各种形式的废物排出。2)蕴含有价元素:综合利用价值,高钢铁工业原料多为各种元素共生矿物,导致排出废物中蕴含各种不同的有价元素,如铁、锰、钒、铬、钼、铝、钙、硅等元素。3)有毒废物少:大部分固体废物,如尾矿、钢铁渣、含铁尘泥等,虽然量大,但基本属于一般工业固体废物。

  面对产生量如此巨大的含铁固废,如果长期堆放未能及时处理不仅会造成其由于物理性能的变化而加大再处理难度,还会造成铁矿资源的严重浪费和大量占用土地形成环境污染问题,严重时会导致土壤、空气及水资源污染等问题。因此,钢铁企业冶金固废资源化利用具有重要的环境意义和经济效益。本文对国内钢铁企业冶金固废先进绿色化深加工技术进行了回顾和总结,以期为今后冶金固废资源化利用的发展提供借鉴和参考。

  1 含铁固废的先进绿色化深加工技术

  1.1 除尘灰的来源及分类

  钢铁企业的除尘灰在烧结工序和炼铁工序中的产生量最大,主要包括烧结工艺除尘灰、环境除尘灰和高炉重力除尘灰等。通常,可以把烧结机头除尘灰、机尾除尘灰等烧结工艺除尘灰和烧结原料在转运过程中产生的烧结环境除尘灰统称为烧结除尘灰。各类除尘灰的成分特点如表1所示。

   表1 除尘灰的化学成分(%)

除尘灰种类

TFe

CaO

SiO2

Al2O3

C

S

P

烧结除尘灰

40~60

5~15

2~7

1~3

0.5

1.5

0.5

高炉重力除尘灰

25~50

3~6

3~12

2~10

15~25

0.3

0.3

 

  根据表1中两种除尘灰的化学成分对比可以得出,烧结除尘灰中的含铁量更高,通过矿石构造分析可知这两种除尘灰中矿物成分主要以磁铁矿和赤铁矿为主,除S、P外其他有害杂质较少。所以对于烧结除尘灰的处理应以铁元素的资源化利用为主。而高炉重力除尘灰的特点是含有中等含量的铁,但C元素含量比较高,部分能达到 30%以上,C的赋存形式主要以焦粉以及不定型碳形式存在。因此对于高炉重力除尘灰的处理应在资源化利用铁元素的同时,重视对碳元素的综合利用。

  1.2 冶炼渣的来源及分类

  在钢铁冶炼过程中产生的冶炼渣主要包括高炉渣和钢渣,其中产生的高炉渣约占钢产量的25%~30%,钢渣产量约占钢产量的11%~15%[2]。高炉渣是钢铁企业产生数量最多的一种固体废弃物,主要成分包括CaO、MgO、SiO2、Al2O3等,属于硅酸盐质材料,其化学组成与天然矿石、硅酸盐水泥相似。典型高炉渣主要成分范围见表2[3]。

   表2 高炉渣的化学成分(%)

成分

CaO

SiO2

Al2O3

MgO

MnO

Fe2O3

S

范围

32~49

32~41

6~17

2~13

0.1~4

0.2~4

0.2~2


  由于钢铁生产工艺以及原料不同,所产生的钢渣的化学成分会存在差异,但主要几种成分大体相同,典型钢渣主要成分范围见表3[4-5]。从表中数据可以看出,钢渣含有的氧化物主要是CaO、MgO、FeO和SiO2。从钢渣的化学成分可知,钢渣中CaO的含量最高,一般超过40%。钢渣中铁以FeO和Fe2O3两种形式存在,FeO的数量高于Fe2O3。由此可见,由于钢铁企业的冶炼渣中含有大量的 Fe、CaO、MgO、SiO2、Al2O3等有用成分,在进行资源化利用时应注意在回收其中的有价铁金属资源的同时,尽可能地充分利用CaO、MgO、SiO2、Al2O3等有用成分替代石灰石等炼钢炼铁炉料,以降低生产成本,尽可能减少钢铁企业钢铁冶炼渣的排放堆存量。
   表3 钢渣的化学成分(%)

成分

CaO

SiO2

Al2O3

MgO

FeO

Fe2O3

P

范围

45~60

10~15

1~5

3~13

7~20

3~9

1~4


  1.3 除尘灰的资源化利用现状

  据统计,烧结除尘灰的产生量约占烧结矿总量的1%~2%,由于其相对于烧结矿产生量不大,而且含铁量较高,因此长期以来对烧结除尘灰资源化利用的主要形式是返回烧结配料,以充分回收利用其中的铁。为解决烧结除尘灰粒度较小,表面疏水性强,表面能很低,难于制粒或造球,难与其他原料混合均匀等问题,国内一些重点大型钢铁企业采用小球烧结技术加强了除尘灰的造球性能,通过将除尘灰造小球配入烧结料中,最终改善了烧结料柱的透气性,提升了烧结矿的质量[6]。

  此外,为解决烧结除尘灰在进行烧结配料过程中产生的有害元素循环富集问题,针对烧结机头除尘灰经多次循环配矿使用后,其富含K、Na等碱金属和Pb、Zn、Cu等重金属元素具有较高的回收利用价值[7],国内研究者分别开发了用其制备氯化钾[8-9]、 硫酸钾及含钾复合肥的工艺路线[10-12]; 以及制备较高质量一氧化铅的工艺路线[13]。因此,直接烧结的方式不能彻底解决钢铁尘泥高效资源化回收利用问题,需要开发均质化、整粒和除杂工艺来避免对烧结生产和烧结矿质量的负面影响。

  长期以来,我国钢铁企业对高炉重力除尘灰的处理方法大致可分为三种,一是直接外排堆存,这种方法易造成环境污染,且造成资源和能源的浪费,随着国家环保要求的提高,这种方法要逐渐淘汰。二是直接利用,通常是作为烧结配料或建筑材料的原料,该方法简单易行,但利用量十分有限[14-15]。三是综合回收,通常采用物理方法或化学方法对其中的铁、碳、有色金属等有用矿物进行回收,该方法是目前处理高炉重力除尘灰最有效的方法,不近可以彻底消除高炉重力除尘灰对周围生态环境的污染,还能有效地回收各类有价资源。

  因炼铁所用的矿物组成差异较大,不同钢铁企业的高炉重力除尘灰所采用的选矿方法也不尽相同,通常是通过采用磁选、重选和浮选等选矿方法对铁资源进行资源化回收利用[16-18]。高炉除尘灰经回收利用后,可分离出铁精粉、炭精粉、尾泥等。其中铁精粉和炭精粉一般送烧结厂作为烧结原料再次返回高炉炼铁,尾泥可作为铁质调节剂送水泥厂制作水泥, 也可作为添加原料生产内燃型节能砖,生产用水经充分生化处理后作为分选用水,并自我形成闭路循环。

……
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