钢铁厂含铁锌尘泥处置工艺综述

图3 熔融炉工艺

该工艺最先在河北秦皇岛卢龙县建成年处理30万t含铁锌固废产学研合作基地，后唐山鹤兴废料综合利用科技有限公司在河北唐山古冶区建成一期年处理冶金固废100万吨含铁锌固废生产线，可回收再生生铁30万t，硫酸锌30万t，氯化钾2万t[10]。

4 回转窑工艺

4.1 回转窑工艺介绍

回转窑处理含锌的物料时，先将物料与还原剂（焦粉或煤粉）混合均匀，从窑尾加入具有一定倾斜度的回转窑内，随着窑的转动，炉料翻滚向窑头端流动。窑内燃烧产生的高温炉气与物料逆向流动，炉料中的金属氧化物与还原剂良好接触而被还原。窑内沿窑长各带的温度不同，最高温度达1100~1300 ℃。物料中的锌在回转窑高温条件下被还原为金属锌蒸发出来，后被氧化为氧化锌，随排出的烟气进入回转窑烟器处理系统，经过收集装置富集锌。处理高炉瓦斯灰等含锌粉尘时，约90%的锌进入气相。窑渣采用水进行快速冷却，后续采用进一步分选处理或返回烧结。其典型工艺流程见图4。

多数回转窑处理含铁锌尘泥时均采用粉料入窑，不同粉尘料进厂后堆放处理，铲车混匀，调配到水分约10%，甚至更高的水分，主要目的是防止物料在窑尾加入时尽可能少地被抽到烟气系统中，一般混合料中氧化锌含量在6-7%，含铁品位在15-20%，氯离子控制在10%左右。

图4 典型回转窑法工艺流程图

典型的回转窑综合处理含锌粉尘工艺可以分为三个系统：回转窑直接还原系统、锌焙砂处理系统、窑渣选铁系统。

1）回转窑直接还原系统

回转窑直接还原系统工艺流程：将高炉炼铁烟尘与焦粉（兰炭、烟煤等）按照一定的比例配料后通过胶带输送机送入回转窑中，挥发窑反应区温度为1000～1300℃，窑尾烟气温度约为400~500℃，炼铁烟尘中的有价金属锌、铟、铅、铋、锡、镉等在回转窑内被还原，挥发进入气相中被氧化成氧化物，经降温后被收集在烟道及布袋收尘器内，随后送入锌焙砂窑系统或外卖，烟气再由风机送至脱硫塔洗涤脱硫后，由烟囱排放；回转窑内的窑渣在水淬熄火降温后送入选铁处理工序或返回烧结工序。

2）锌焙砂窑系统

锌焙砂窑系统工艺流程：次氧化锌经皮带运输由下料管进入焙烧窑内，通入燃料点火，在700-850℃的高温中，将氧化锌中的铅、铟、锡、铋、氟、氯等元素从料层中挥发出来。烟气被带入收尘系统形成烟尘收集。从窑头排出的窑渣为锌焙砂，经水淬冷却后供电炉炼锌系统使用。

3）窑渣选铁处理系统

窑渣选铁处理工艺流程：含铁窑渣加湿经皮带运送至球磨机内，经球磨机球磨成矿浆后进入磁选机进行磁选，磁选分离出铁粉和尾泥，铁粉可进一步经分级产出高纯铁粉和铁精粉，高纯铁粉经干燥后外售，铁精粉直接给烧结厂作为原料使用。尾泥经脱水后销售下游企业。

4.2 主要维修及故障处理

回转窑作业率在90%左右，5-6个月检修一次，每次检修周期约20天。

主要是更换窑内耐火材料（主要是耐火砖），根据生产情况，耐火材料有脱落段需要更换，多发生在窑头部前15米的高温段，但也有发生在窑内其它位置的。

回转窑结圈是回转窑生产面临的主要问题，这与原料有关，也与操作工的操作有关：为了减少结圈情况，尽量减少原料中的含铁量，要求入窑原料中含铁量少于20%，同时应加强窑操作工培训，进一步熟悉回转窑操作。回转窑结圈对回转窑生产而言是一种正常现象，结圈不严重时，生产过程中多会自行脱落、或通过调节窑操作和进料、风量将结圈处理掉。

另外，如果原料中氯离子含量过高，会造成冷却管堵灰或烟气收尘系统布袋粘灰堵塞情况，需要及时清理积灰、更换堵灰布袋，同时降低原料中氯离子含量。

5 转底炉工艺

5.1 国内转底炉发展综述                                                                                                                                                             

自20世纪80年代，国内开始引进转底炉工艺。1992年，北京科技大学理化系与河南舞阳钢铁公司合作，借鉴美国的FASTMET和Inmetco工艺，在舞阳钢铁公司建成一座直径3 m的转底炉试验炉，取得初步成功，其第二次半工业试验以舞钢氧化铁皮为原料，配入煤、粘结剂和水，经造球烘干后送入转底炉进行还原，还原温度为1300~1350 ℃，试验结果表明，其金属化率为73.5%~88.7%[11]。

1996年，北京科技大学和鞍山市科委合作，在鞍山汤岗子铁矿建成了一座转底炉试验装置，转底炉平均直径5.5 m，炉底全宽2.0 m，炉底有效宽度1.8 m，炉底面积30 m2，设计油烧嘴12个，生产率为1.5 t/h，设计年产能为1万t。1997年6月8日，开始热态试验，6月19日完成了第一次热试，试验初步取得了良好的结果：产品的金属化率稳定，达80%~85%；操作容易，证明转底炉生产直接还原铁是可行的。

1997年，北京科技大学冶金与生态工程学院冶金喷枪研究中心在含碳球团直接还原的实验过程中发现了珠铁析出的现象，同年即申请了转底炉珠铁生产的专利[12]。2002年再次申请了名为煤基热风转底炉熔融还原炼铁法的专利，即转底炉煤基热风熔融炼铁工艺，又称恰普法(Coal Hot-Air Rotary Hearth Furnace Process，简称CHARP)。2004年在山西翼城和河南巩义永通钢铁公司建成了两台直径为13.5 m的转底炉，设计年生产能力为金属化球团矿7万t，但是由于技术、资金等问题，目前都处于停炉状态[13]。

2007年，马钢与日本新日铁工程技术公司正式签订关键技术合作协议，设计年产17万吨以上转底炉直接还原示范装置。于2008年开工，2009年投产。除部分技术设备从日方引进外，其余均由马钢自主研发集成。

2008年沙钢与神雾集团江苏省冶金设计院签订联合开发协议，建设年处理30万t钢铁含铁锌尘泥生产线，2010年项目热负荷试车，后于2011年12月连续投产至今。项目年处理30万吨含铁锌尘泥，年产20万吨金属化球团，8000吨次氧化锌粉[14-15]。

2015年和2016年，中冶赛迪分别与燕山钢铁公司和宝武钢铁集团开发设计的处理钢铁厂含锌尘泥的20万吨/年转底炉投产，该项目每年可处理高炉、转炉除尘灰等冶金固废约20万吨，实现脱锌率＞85%，金属化率＞75%，获得约14万吨金属化球团、0.5万吨氧化锌粉尘、13万吨蒸汽。

目前，国内多家钢铁企业对转底炉表现出浓厚的兴趣，中国已建成投产的转底炉处理含铁锌尘泥生产线15条，在建转底炉6条，共计21条生产线。此外，正在筹建转底炉的钢铁企业包括东海特钢、安阳钢铁、鞍山钢铁、攀钢、八一钢铁等。在已建成转底炉处理钢铁厂含锌尘泥生产线中，有代表性的转底炉工程化案例包括神雾集团江苏省冶金设计院设计的沙钢30万t/年含铁锌尘泥生产线，钢铁研究总院设计的日照2×20万t/年含铁锌尘泥生产线，北京科技大学设计的莱钢30万t/年含铁锌尘泥生产线，日本新日铁工程技术公司设计的马钢20万t/年含铁锌尘泥生产线，中冶赛迪设计的燕山钢铁2×20万t/年含铁锌尘泥生产线，宝武环科设计的江苏永钢25万吨/年含铁锌尘泥生产线与韶关钢铁25万吨/年含铁锌尘泥生产线等。表6列出了中国已建成与在建含铁锌尘泥转底炉生产线情况。

5.2 转底炉成型工艺及产品用途

目前工业化生产的转底炉均要求块状物料入炉，造块方式包括对辊压球、圆盘造球、挤压成型3种成型方式。如马钢、沙钢、淮钢均采用圆盘造球的工艺；湛江钢铁、宝钢、燕山钢铁、江苏永钢均采用对辊压球的工艺；台湾中钢采用挤压成型的工艺。从电耗、耗材、人工等因素综合对比来看，采用圆盘造球的成本相对较低。

转底炉工艺的的产品主要包括金属化球团、次氧化锌粉与副产蒸汽，其中次氧化锌粉外售给锌冶炼厂，副产的蒸汽并入厂区管网。各大钢铁企业根据企业自身需求，金属化球团的利用也不尽相同，主要包括加入高炉作为炼铁原料，加入电炉或转炉作为炼钢原料。相关研究表明[16]，高炉每使用100 kg/t的金属化球团，能够降低燃料比约22 kg/t。如果向高炉中加入6%的金属化球团，则比普通的高炉工艺流程节约工序能耗76.6 kg/t标煤。如果把物料消耗都折合到铁精矿上，可以节约铁精矿粉57.7 kg/t。

5.3 宝武环科转底炉

宝武环科转底炉业务作为宝武环科六大业务板块之一，是支撑中国宝武“固废不出厂”的重要举措之一，以高科技、高效率、高市占、生态化的综合竞争优势吸引了国内外钢铁企业，是行业内相对认可，适宜处置长流程钢铁企业含铁锌尘泥的工艺路径，以其处理量大、作业率高、能耗低、产品质量稳定、环保指标佳的优势得到普遍认可，宝武环科充分发挥聚焦融合的专业化优势，持续提升，在中国宝武内外部领域均实现了成果输出，可为客户提供集研发、设计、建设、运营一体化的专业化服务。多年来，宝武集团一直致力于转底炉直接还原技术研发与产业化开发，2016年在宝钢湛江建成了年处理20万吨含锌粉尘转底炉生产线，已达标达产，实现100%固废不出厂，成为国内转底炉处理含锌粉尘的标杆企业。2019年，由宝武环科自主集成的广东韶关钢铁年处理25万吨含锌粉尘生产线顺利投产，上海宝钢2条年处理25万吨含锌粉尘生产线相继投产，2020年，宝武环科对外技术输出的第一转转底炉-江苏永钢年处理25万吨含锌粉尘生产线投产，技术指标优异。此外，宝武环科正在筹建多条转底炉处理含锌粉尘生产线：宝钢湛江二期年处理20万吨含锌粉尘生产线、武钢2×20万吨/年含锌粉尘生产线等。转底炉处理含锌粉尘生产线已然是业内共识的大型钢厂的标准配置，强有力地支撑了钢铁企业的稳定健康发展。表7列出了宝武环科已建成与在建转底炉情况。