鄧永春，李 亮，韋嚴勇，鞏 猛

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010；2.包頭鋼鐵（集團）公司煉鐵廠，

內(nèi)蒙古包頭 014010；3.天津二十冶建設(shè)有限公司機械設(shè)備安裝分公司，天津 300355）

·冶 金·

高爐瓦斯灰綜合利用研究現(xiàn)狀

鄧永春1，李 亮2，韋嚴勇2，鞏 猛3

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010；2.包頭鋼鐵（集團）公司煉鐵廠，

內(nèi)蒙古包頭 014010；3.天津二十冶建設(shè)有限公司機械設(shè)備安裝分公司，天津 300355）

高爐瓦斯灰是由鐵、碳以及Si、Al、Ca、Mg的氧化物組成，并含有低沸點的Pb、Zn氧化物與堿金屬氧化物等，是一種質(zhì)輕、粒微的物質(zhì)。近年來隨著高爐煉鐵規(guī)模的擴大，產(chǎn)生了大量的高爐瓦斯灰，如果不實施綜合利用，不但造成環(huán)境的污染，同時也是資源的浪費。文章針對國內(nèi)外對高爐瓦斯灰綜合利用的研究現(xiàn)狀做了詳細的闡述，瓦斯灰的利用主要表現(xiàn)在這些方面：高爐瓦斯灰直接作燒結(jié)配料；回收鐵和碳；回收鋅等有色金屬元素；制備絮凝劑；作為吸附劑；高爐瓦斯灰與煤粉混合噴吹以及其它的一些應(yīng)用。各種處理方式都沒有達到有效綜合利用的目的，有待對高爐瓦斯灰的利用提出更完善的措施。

高爐瓦斯灰；綜合利用；回收有益元素

在高爐冶煉過程中，爐塵隨高爐煤氣在爐頂引出，經(jīng)下降管，在重力除塵器內(nèi)除去較粗的顆粒后，由布袋除塵器對高爐煤氣進行精除塵處理。布袋除塵器收集的粉塵稱為布袋灰，重力除塵器收集的粉塵稱為重力灰，二者統(tǒng)稱為瓦斯灰，主要由鐵、碳以及Si、Al、Ca、Mg的氧化物組成，并含有低沸點的Pb、Zn氧化物與堿金屬氧化物，是一種質(zhì)輕、粒微的物質(zhì)，是鋼鐵企業(yè)主要固體排放物之一［1，2］。

近年來隨著高爐煉鐵規(guī)模的擴大，產(chǎn)生了大量的高爐瓦斯灰，如果不實施綜合利用，不但造成環(huán)境的污染，同時也是資源的浪費。目前關(guān)于高爐瓦斯灰的綜合利用，國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作，取得了一定的進展，其研究主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1 高爐瓦斯灰直接作燒結(jié)配料

陳少軍［3］在2×28.5 m2燒結(jié)機原燃料條件及生產(chǎn)設(shè)備條件下，用高爐瓦斯灰部分取代焦粉作為燒結(jié)燃料進行了工業(yè)性試驗。研究結(jié)果表明：配加1%的高爐瓦斯灰，燒結(jié)礦固體燃料消耗下降4.75kg／t，而燒結(jié)機利用系數(shù)、燒結(jié)礦品位、燒結(jié)礦FeO含量、燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和篩分指數(shù)沒有明顯變化。

孫寶銀［4］對西林鋼鐵集團公司使用瓦斯灰配入燒結(jié)工序做了研究，此公司2005年11月3日開始在燒結(jié)工序配用10%的磁選瓦斯灰代替未經(jīng)磁選的瓦斯灰后，燒結(jié)工序和煉鐵工序的指標都有不同程度的改善：燒結(jié)工序揚塵變??；成球率提高了2%～3%；料層透氣性得到改善；燒結(jié)機利用系數(shù)明顯提高；提高了燒結(jié)礦強度及成品率；同時TFe升高，減少了白灰配入量，燒結(jié)礦品位增加了2.5%以上；高爐利用系數(shù)提高0.20 t／（m3·d）以上，焦比降低10 kg／t以上，同時，可實現(xiàn)在燒結(jié)工序檢修時高爐利用燒結(jié)礦庫存而不休風，高爐保持全風、全富氧、高冶煉強度的操作方針。

羅文［5］針對杭鋼高爐瓦斯灰添加在燒結(jié)配料中引起的問題進行了研究。研究結(jié)果表明：燒結(jié)使用瓦斯灰可以一定程度降低燒結(jié)固體燃料消耗；大量使用含鐵廢料可以降低燒結(jié)生產(chǎn)成本；雖然燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標有所波動，但通過加強工藝過程控制，改善燒結(jié)工藝條件，2007年全年燒結(jié)礦堿度合格率89.41%，平均轉(zhuǎn)鼓指數(shù)77.44%，能較好地滿足高爐生產(chǎn)需求，以綜合效益來看還是合算的。

昆明鋼鐵集團有限責任公司將高爐瓦斯灰直接作燒結(jié)配料，利用率達80%［6］，但易產(chǎn)生揚塵和混合不均勻，影響燒結(jié)礦成分偏析等問題。

2 回收鐵和碳

胡曉洪［7］等根據(jù)江西新余鋼鐵有限責任公司高爐瓦斯泥的礦物特性，首先采用常規(guī)的選礦方法（如磁選、重選和浮選等）對鐵的回收進行了試驗研究，之后進行了單一搖床、細篩－搖床、磁選－搖床和細篩－磁選－搖床4個工藝流程的試驗研究。研究結(jié)果表明：單一的磁選及浮選方法難以獲得高品位鐵精礦，但易丟棄低品位尾礦；重選以搖床分選效果為佳，一次分選就可獲得最終鐵精礦。經(jīng)上述流程進行技術(shù)經(jīng)濟指標比較及綜合評審，確定采用磁選－搖床為最佳工藝流程。試驗所得鐵精礦全鐵含量大于62%。

張漢泉［8］對含鐵品位為37.89%的武鋼高爐瓦斯泥采用磁選、重選（搖床、螺旋溜槽）等方法進行鐵礦物的回收，試驗研究表明：采用兩段重選工藝流程處理可獲得精泥產(chǎn)率31.81%、含鐵品位61.51%、鐵回收率為51.64%的較理想指標，其中SiO2、Al2O3、CaO、MgO的含量都能滿足高爐冶煉的要求。

成海芳［9］針對攀鋼高爐瓦斯泥相對含鐵量低、含鋅高較難選的情況進行了研究，首先經(jīng)過磁選、重選和浮選方法的探討研究，最終確定采用的最佳工藝流程為：重－浮選聯(lián)合，可使選出的鐵精礦品位達到47%～20%，回收率達到49.24%，符合攀鋼煉鐵原料的要求。

潘國泰［10］針對福建三鋼高爐瓦斯灰的處理回收進行了研究，采用浮選和重選方法將其中的C、Fe分離，提選鐵精粉和碳精粉返回燒結(jié)用作生產(chǎn)原料，剩余尾泥外賣制磚等。研究結(jié)果表明：采用一級浮選的工藝流程選取瓦斯灰中的碳，可獲得固定碳含量為76%、產(chǎn)率48%、回收率85.5%的碳精粉；采用重選回收高爐瓦斯灰中的鐵，可獲得全鐵含量54%、產(chǎn)率10%、回收率24%的鐵精粉，尾礦的全Fe含量為40%～48%；采用重選選取瓦斯灰中的鐵，回收率不是很高，建議采用重選及弱－強磁搭配的工藝來回收瓦斯灰中的鐵，從而使資源得到最大化的回收利用。

寶鋼和有關(guān)科研單位合作［11］，在試驗室用浮選－磁選或磁選－浮選聯(lián)合流程處理寶鋼高爐粉塵，可獲含鐵60%的鐵精礦，同時回收含碳67%的碳精粉。

徐柏輝等［12］以江西新余鋼鐵公司高爐瓦斯灰為原料采用浮選－重選聯(lián)合選礦技術(shù)回收鐵、碳。研究結(jié)果表明：該工藝簡單，技術(shù)可靠，過程穩(wěn)定，可獲得全鐵含量61.13%、回收率56.12%的鐵精礦和碳含量80.09%、回收率88.04%的碳精礦，所獲得鐵精礦、碳精礦可用作燒結(jié)原料，尾礦可做為渣磚原料。

3 回收鋅等有色金屬元素

劉建輝［13］等采用回轉(zhuǎn)窯還原煙化法，即“威爾茲”法。以高爐瓦斯灰為主要原料，加入適量的還原劑（煤和焦炭）以及含硅鈣的溶劑（如硫酸鋅生產(chǎn)過程中的紅泥等固體排放物），配料至混合料含鋅10%左右，在回轉(zhuǎn)窯進行煙化處理。實驗結(jié)果表明：瓦斯灰中的Fe主要殘留在窯渣中，渣中含鐵可以達到40%，通過控制煙化工藝，使得鐵主要以磁鐵礦形式存在于渣中，可以作為選鐵原料，Zn、Pb、In、Bi等有價金屬富集在產(chǎn)品次氧化鋅中，分別得到了5、4、5和3倍的富集。

羅文群［14］等人以高爐煉鐵瓦斯泥為原料，采用火法富集和濕法浸取制取活性氧化鋅。實驗結(jié)果表面：高爐瓦斯泥在1 000℃通氮氣的條件下焙燒60 min，鋅的揮發(fā)率可以達到97%，富集產(chǎn)品中氧化鋅含量82.24%；濕法采用結(jié)晶法NH3－NH4HCO3溶液處理富集產(chǎn)品粗品氧化鋅，氧化鋅浸取率高達99.9%；濕法浸取后得到的堿式碳酸鋅在400℃煅燒30 min可得到純度高達98.4%、比表面積42.5 m2／g、符合HG／T2572－2006標準的活性氧化鋅。

Xia.D K和Pickles C A［15］發(fā)現(xiàn)瓦斯泥中的鐵酸鋅可以通過強堿燒結(jié)轉(zhuǎn)變成鋅酸鈉和氧化鐵，再經(jīng)過氫氧化鈉浸出，以氧化鋅和鋅酸鈉形式存在的鋅全部進入浸出液中，而鐵留在渣中，經(jīng)過強堿燒結(jié)過程，瓦斯泥中鋅的浸出率可以達到95%。針對鋅有25%～50%以鐵酸鋅形式存在的瓦斯泥，Zhao Y C和Stanforth R也提出兩段式堿性浸出工藝［16，17］，具體工藝流程為：首先，瓦斯泥用水或稀堿進行水解處理，浸出渣繼續(xù)用水洗滌后烘干，然后，水解渣在318℃經(jīng)燒堿焙燒，焙燒礦再經(jīng)5M的氫氧化鈉溶液逆流浸出，鋅的浸出率為99%；浸出液經(jīng)過過濾后加入硫化鈉進行沉鉛處理，沉鉛后液經(jīng)過濃縮直接進行電解得到含鋅99.0%～99.9%的鋅粉。Lenz D M和Martins F B同樣提出利用水解－強堿焙燒－強堿浸出－沉淀分離的方法回收瓦斯泥中的鋅和鉛［18］，不同之處在于堿性浸出液先加入兩倍沉鉛理論量的硫化鈉進行沉鉛，此時鋅基本沒有損失，然后加入三倍沉鋅理論量的硫化鈉進行沉鋅，以硫化鋅的方式進行鋅的回收。

G khan Orhan［19］用NaOH浸出瓦斯灰，回收富集Zn的研究表明：鋅的富集受化學(xué)反應(yīng)過程控制，反應(yīng)活化能為26.7 kJ／mol。在浸出溫度95℃、NaOH濃度10 M、固液比＝1∶7、浸出時間2 h條件下，Zn的浸出率達85%；通過鋅粉置換除雜，浸出液中Fe＜0.01 g／L，Cd＜0.001 g／L，Pb＜0.12 g／L，符合鋅電積的要求。

張丙懷［20］以高爐瓦斯泥為原料，采用含碳球團還原焙燒的方法對高爐瓦斯泥高效利用作了研究，研究結(jié)果表明：還原后的球團為半金屬化球團，其全鐵（TFe）含量為52%左右，最高達65.2%，單個球強度在2 kN／個左右；副產(chǎn)品氧化鋅粉含ZnO 95%左右，最高達97.97%。

何環(huán)宇［21］將高爐瓦斯灰和轉(zhuǎn)爐污泥混合，造塊后在碳氣化反應(yīng)產(chǎn)生的還原氣氛下，將鐵氧化物還原成金屬鐵及鋅氧化物還原蒸發(fā)，最終獲得性能良好的金屬化球團，工藝條件為：C／O＝1.0，溫度1 220℃，時間30 min以上，金屬化球團的金屬化率均大于85%；球團中鋅含量均小于0.04%，脫鋅率大于90%。

毛磊［22，23］對湖南湘鋼高爐瓦斯灰酸浸提銦進行了研究，得到了最優(yōu)的工藝條件，硫酸濃度為1 mol／L、固液比1∶5、每20 g原料瓦斯灰加入0.4 g明膠、浸出溫度80℃、浸出時間2 h、高速攪拌條件下銦浸出率為15.31%；隨后利用硫酸浸出高爐瓦斯灰所得到含有較低濃度的銦離子的浸出液為原料，利用液膜萃取法對瓦斯灰酸性浸出液中的銦進行富集、分離提取，以P507、SPAN80、工業(yè)煤油、液體石蠟為成膜組成，按體積比5∶5∶85∶5制備W／O型乳狀液膜，用于萃取瓦斯灰酸浸液中的銦。當瓦斯灰酸浸液中銦濃度為1.18×10－6g／mL、pH＝2.96，乳水比為1／3，常溫萃取6 min，銦萃取率可達99.01%。

朱耀平［24］利用云南某鋼高爐瓦斯灰為原料，采用揮發(fā)－分段浸出－萃取－置換電解的流程綜合回收其中的銦、鋅、鉍和鉛等，揮發(fā)工序采用回轉(zhuǎn)窯，收塵得鋅氧粉8～10 t／d，其成分為Zn約55%，Pb約9%，Bi約0.6%，In約0.07%，Cl 6%～9%；脫氯后的鋅氧粉用含Zn 50 g／L，H2SO4150 g／L的鋅電解液進行中性浸出，浸出終點的pH值為5.2～5.4，95%以上的鋅被溶浸于溶液中，溶液經(jīng)凈化后經(jīng)常規(guī)電解得電鋅產(chǎn)品，而In、Pb、Bi等則留于渣中；對中性浸出的渣進行高溫高酸二次浸出，使其中的In和殘留的Zn轉(zhuǎn)移至溶液中，Pb則留于渣中；將消除了高價鐵離子的含銦料液在水平箱式混合澄清槽中加入30%的P204＋煤油進行多級萃取，用8 mol／L的HCl進行多級反萃取，得到含In 25～50 g／L的高銦料液，用堿調(diào)整高銦反萃取液的pH值至2.5，加入鋁片進行置換得到海綿銦，經(jīng)壓團－熔鑄得含In＞99.5%的粗銦，再用真空蒸餾爐除雜和常規(guī)的電解精煉，即可將銦提純到含In＞99.993%～99.999%的高純銦（4～5 N銦）；在二次高溫高酸浸出作業(yè)中得到的渣，尚含有相當?shù)腜b和Bi，采用常溫條件下HCl浸出，讓Bi溶浸于溶液，通過鐵板置換得海綿鉍，熔鑄成粗鉍，再經(jīng)常規(guī)火法精煉得精鉍。提取鉍后的渣中的鉛主要以PbSO4形式存在，含Pb＞35%可供作煉鉛原料。

4 制備絮凝劑

李善評［25］以濟鋼的高爐瓦斯灰為原料，制備復(fù)合型無機高分子絮凝劑聚合氯化鋁鐵（PAFC），用鹽酸溶瓦斯灰最佳的溶出實驗條件為：溫度100℃左右、時間3 h、灰酸比1∶3，此時鐵、鋁溶出率分別為67.61%和11.35%；在最佳溶出實驗條件的基礎(chǔ)上，向溶出液中加入Al（OH）3溶膠，在60～70℃的條件下攪拌反應(yīng)4 h，得到的復(fù)合無機高分子絮凝劑聚合氯化鋁鐵穩(wěn)定性好，對濁度廢水的濁度去除率為99.36%。

楊維［26］以工業(yè)廢渣高爐瓦斯灰和煉鋁灰渣為原料，在合成聚合鋁鐵絮凝劑PAFC的過程中添加釹的化合物，研制一種稀土釹改性聚合鋁鐵絮凝劑（Nd－PAFC），改性絮凝劑的最佳合成條件為：鋁鐵摩爾比為1∶3，堿化度為2.0，稀土釹添加量為0.002 8 mol／L；在最佳的稀土釹改性條件下，Nd－PAFC的去除效果比自制PAFC高4.47%。

5 作為吸附劑

A.LOPEZ－DELGADO等用高爐瓦斯泥吸附重金屬離子［27，28］。研究表明：（1）瓦斯泥對Pb2＋的吸附主要發(fā)生在赤鐵礦相中；（2）瓦斯泥的吸附能力隨Fe2O3／C總的增加而升高；（3）隨著溫度的升高，瓦斯泥對Pb2＋的吸附量增大，在80℃時，吸附量達到79.89 mg／g；（4）對于不同的重金屬離子，吸附量的順序為：Pb＞Cu＞Cr＞Cd＞Zn。

6 高爐瓦斯灰與煤粉混合噴吹

賈國利［29］將混合后的高爐爐塵與煤粉（或再添加助熔劑、助燃劑）通過煤粉噴吹系統(tǒng)從風口噴入高爐，測算結(jié)果表明：每噸鐵噴入爐塵18 kg，相當于提高富氧率約0.3%，在噴入高爐的爐塵中添加適量的助熔助燃劑（如CaO粉、Ca（OH）2粉），使混合噴吹的作用更加顯著，噴入的氧化鈣和氫氧化鈣具有更強的降硅、脫硫、助燃、防爆等作用。

劉德軍［30］對鞍鋼高爐綜合噴吹技術(shù)工藝進行了工業(yè)試驗，試驗結(jié)果表明：（1）焦比上升3 kg／t、煤比下降0.9 kg／t、綜合焦比升高1 kg／t，燃料比基本不變；（2）鐵水溫度升高3℃、ω［Si］升高0.007%；ω［S］降低0.001%、ω（S）上升0.03%，Ls上升3.9；R上升0.02；基準期ω（FeO）為0.30%，試驗期ω（FeO）為0.47%，二者相差0.17%，略有升高，屬正常范圍內(nèi)波動，即生鐵質(zhì)量基本穩(wěn)定，爐渣成分基本穩(wěn)定；（3）期間高爐生產(chǎn)正常，高爐產(chǎn)量有所增加，利用系數(shù)升高0.035 t／m3·d。

7 其它應(yīng)用

李善評［31］以高爐瓦斯灰為主要原料、粘土和硅酸鈉作為添加劑制備曝氣生物濾池填料。其最佳制備工藝條件為：高爐瓦斯灰、粘土、硅酸鈉質(zhì)量分數(shù)分別為79%，15%，6%，燒制溫度為600℃。將其應(yīng)用于曝氣生物濾池處理醬油廢水，在水里停留時間為4 h、氣水比6∶1、濾層高度為100 cm的情況下，COD的去除率達到70.3%，NH3－N的去除率達到74%，色度的去除率達到60%，取得了較好的處理效果。

鄒俊甫［32］將瓦期灰用于廣州軍區(qū)黃石水泥廠生料配料代替銅礦渣做鐵質(zhì)校正原料，經(jīng)濟效益十分可觀，值得推廣。

針對包鋼高爐瓦斯灰的特殊組成，堿金屬含量高，且含氟，屬世界獨有資源，鄧永春［33］對其進行了研究，實驗采用火法氯化，以包鋼瓦斯灰為原料，通過配加氯化鈣，在一定溫度下焙燒，將金屬氧化物轉(zhuǎn)化為水溶性的氯化物，通過過濾將其分離，濾渣可作為煉鐵燒結(jié)原料，濾液含有有價成分Zn，通過濕法冶金可得到ZnO。研究表明：600℃時K2O和Na2O的氯化率均高于98%，Pb和Zn的氯化率分別為54.21%、15.24%。

8 結(jié) 語

由于高爐瓦斯灰成分特殊，鐵含量低，Pb、Zn氧化物與堿金屬氧化物含量相對高，導(dǎo)致沒有得到較好的利用，本文就國內(nèi)外高爐瓦斯灰綜合利用的研究現(xiàn)狀做了詳細的闡述，但各種處理方式都沒有達到有效綜合利用的目的，有待對高爐瓦斯灰的利用提出更完善的措施。

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Research Situation of the Blast Furnace Gas Ash Com prehensive Utilization

DENG Yong-chun1，LILiang2，WEIYan-yong2，GONG Meng3
（1.Inner Mongolia University of Science and Technology，School of Materials and Metallurgy，Baotou 014010，China；2.Baotou Iron and Steel（Group）Company，Ironmaking Plant，Baotou 014010，China；3.Tianjin Twenty Metallurgical Construction Co.，Ltd，Mechanical Equipment Installation Branch，Tianjin 300355，China）

The blast furnace dust，which contains the oxides of iron，carbon and Si，Al，Ca，Mg，some low-boiling oxides of Pb，Zn and alkalimetal oxides，is lightweightmicro particlematerial.In recent years，with the constant expansion of the blast furnace，a lot of blast furnace dust has been discharged which will not only cause serious environmental pollution，but also greatly waste resources if it is not comprehensively used.This papermainly deals with the comprehensive utilization of the blast furnace dust both home and abroad.The use of dustmainly focuses on the following areas：sintermix proportioning directly with blast furnace dust，recovery of iron and carbon，recovery of zinc and other non-ferrousmetal elements，production of flocculants and adsorbent，coal injection into the blast furnace dust aswell as some other researchers.The above researchers have not used the blast furnace dust comprehensively，so the use of blast furnace dust presents a better solution.

the blast furnace dust；comprehensive utilization；recovery of valuable elements

TF11

：A

：1003－5540（2014）05－0025－05

2014－07－26

內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金資助項目（2011NCL047）

鄧永春（1982－），男，講師，在讀博士，主要從事冶金新技術(shù)及工藝的研究。