徐華軍

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

0 前言

高爐瓦斯灰是高爐煉鐵過程中產(chǎn)生的固體廢棄物。在高溫下鐵礦石中的雜質(zhì)鉛、鋅等被還原成蒸汽，與礦石、焦炭和熔劑等粉塵一起隨著高爐煤氣攜帶出爐外，由煤氣除塵凈化裝置捕集，第一級除塵器捕集下來的干式粗粒粉塵稱為重力灰，可返回配料；而第二級布袋除塵器捕集的干式細(xì)粒塵稱為高爐瓦斯灰(簡稱瓦斯灰)。生產(chǎn)1 t鐵大約產(chǎn)生15～25 kg高爐煙塵，按我國高爐產(chǎn)鐵10億t/a計算，高爐煙塵高達(dá)2 000萬t/a，其中60%～70%為重力塵，30%～40%為瓦斯灰[1]。高爐瓦斯灰中的主要成分見表1。

表1 高爐瓦斯灰的主要成分

我國目前雖未將瓦斯灰列為危廢，但若其得不到妥善處置，將占用大量堆放土地，同時也將造成其中有價金屬的資源浪費，還將會給環(huán)境帶來安全隱患。因此，高爐瓦斯灰的資源利用具有重要意義，生產(chǎn)中一般是先火法富集回收鋅，得到高品位的氧化鋅煙塵，再進(jìn)行濕法氧化鋅浸出處理。目前工業(yè)廣泛應(yīng)用的火法富集工藝主要有轉(zhuǎn)底爐法和回轉(zhuǎn)窯法,本文對這兩種工藝和設(shè)備特點進(jìn)行了介紹。

1 轉(zhuǎn)底爐火法富集工藝

1.1 轉(zhuǎn)底爐的發(fā)展

轉(zhuǎn)底爐由軋鋼使用的環(huán)形加熱爐演變而來，具有環(huán)形爐膛和可轉(zhuǎn)動的爐底，爐膛為一個固定的環(huán)狀容器，爐側(cè)壁和爐膛頂部配有高效燃?xì)鉄旌蜔犸L(fēng)噴嘴，用于控制爐內(nèi)溫度和氣氛。轉(zhuǎn)底爐最早由加拿大國際鎳集團(tuán)開發(fā)用于處理不銹鋼的粉塵，在20世紀(jì)90年代開始應(yīng)用于處理鋼鐵廠的含鋅煙塵，目前我國、日本、美國和韓國等都有規(guī)?；瘧?yīng)用。

2009年我國萊鋼與北京科技大學(xué)合作建設(shè)了一條轉(zhuǎn)底爐火法富集生產(chǎn)線，處理含鋅煙塵32萬t/a，該生產(chǎn)線可獲得氧化鋅煙塵，同時生產(chǎn)出金屬化球團(tuán)[2]。馬鋼、萊鋼和沙鋼也在2010年左右開始采用此工藝處理鋼鐵廠塵泥。

1.2 轉(zhuǎn)底爐法的工藝流程

轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括原料運輸存儲、配料、混料、壓球、烘干、焙燒還原、冷卻和儲存等[3]。瓦斯灰與其他煙塵一起先配料，在強力混合機內(nèi)配水和膨潤土等粘結(jié)劑充分混勻，再用對輥壓球機壓球送入鏈蓖機內(nèi)烘干至含水3%以下，烘干好的生球經(jīng)布料器均勻分布到轉(zhuǎn)底爐床上。爐料隨著爐底一起轉(zhuǎn)動，不受擠壓，先在預(yù)熱區(qū)加熱到1 000 ℃以上，再進(jìn)入還原區(qū)。在爐內(nèi)高溫1 250～1 350 ℃下，球團(tuán)內(nèi)氧化鐵被還原金屬化，物料中的鉛鋅氧化物被碳還原，形成金屬蒸汽進(jìn)入煙氣，在氣相時又重新形成金屬氧化物隨煙氣進(jìn)入余熱回收和煙塵凈化處理系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)底爐的煙氣約1 100 ℃，先經(jīng)余熱鍋爐進(jìn)行余熱回收，接著進(jìn)入換熱器預(yù)熱助燃風(fēng)和二次風(fēng)，最后進(jìn)入低壓蒸汽發(fā)生器和布袋除塵器，充分回收熱量并收集得到粗氧化鋅煙塵。轉(zhuǎn)底爐出料口設(shè)置螺旋出料機將高溫球團(tuán)通過溜槽排入振動冷卻機組，經(jīng)冷卻水間接冷卻后，可作為配料返回加入電爐或高爐中煉鐵。

1.3 轉(zhuǎn)底爐法的工藝特點

轉(zhuǎn)底爐工藝不僅可富集回收瓦斯灰里鉛鋅，外售給鋅廠進(jìn)一步提取回收鋅。同時可以使煙塵里的鐵金屬化，回收金屬Fe。生產(chǎn)中鋅回收率為90%，鐵金屬化率為70%，具有脫鋅率高、金屬化率高和自動化程度較高等優(yōu)點。但一般瓦斯灰里的鐵含量較低，金屬化球團(tuán)中還含有較高的硫和其他雜質(zhì)，而球團(tuán)含鐵品位要求高于60%，所以不能單獨直接處理高爐瓦斯灰，必須配入鐵精礦或高品位電爐灰或轉(zhuǎn)爐灰等含鐵物料，才能產(chǎn)出合格的直接還原球團(tuán)。同時轉(zhuǎn)底爐對進(jìn)料粒度要求嚴(yán)格，原料備料復(fù)雜，需要成球團(tuán)和烘干。而且生產(chǎn)中還需要大量的燃?xì)鈦硖峁崃烤S持爐內(nèi)溫度，雖后期建設(shè)的沙鋼工程采用了蓄熱式轉(zhuǎn)底爐但同樣需要消耗大量的燃?xì)?。對于鋅冶煉廠來說，一般都沒有自產(chǎn)煤氣，而天然氣價格較高，燃料選擇受限，推廣較難，故轉(zhuǎn)底爐法大多只在鋼鐵廠使用。

2 回轉(zhuǎn)窯火法富集工藝

回轉(zhuǎn)窯法(又稱威爾茲法)，1926年波蘭首先用于處理低品位鋅氧化礦[4]，后被廣泛應(yīng)用到鋅浸出渣、鉛鼓風(fēng)爐高鋅水淬渣和其它含鋅煙塵廢料的處理上。我國鋼廠煙塵綜合回收的鋅冶煉工廠大多采用回轉(zhuǎn)窯工藝，主要集中在云南、河北、湖南和臺灣等地。

2.1 回轉(zhuǎn)窯法的工藝流程

處理高爐瓦斯灰的回轉(zhuǎn)窯與處理濕法煉鋅浸出渣的回轉(zhuǎn)窯在工藝和裝備都基本相同，但因瓦斯灰粒度更細(xì)，為提高粗氧化鋅煙塵品質(zhì)，一般在入窯前要求混合制粒。生產(chǎn)中可根據(jù)瓦斯灰中的含碳量來計算還原劑焦粉的配入量，含碳量高時，基本不用額外添加焦粉，只需加入熔劑調(diào)整渣型。

混合物料通過膠帶輸送機先送入強力混合制粒機中造粒，為增加強度，球粒一般先晾曬7天左右，再送入斜率為2%～5%的回轉(zhuǎn)窯中。窯內(nèi)分干燥段、預(yù)熱段、反應(yīng)段和冷卻段，爐料隨回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動向窯頭運動，而高壓空氣從窯頭罩鼓入并直接向高溫爐料噴吹。高壓風(fēng)作用既可以加劇焦炭的燃燒，還可以掀動爐料延長反應(yīng)帶使反應(yīng)更充分。爐料與煙氣在逆向運動中被煙氣加熱，在干燥段首先進(jìn)行水的蒸發(fā)，窯內(nèi)反應(yīng)段溫度能達(dá)到1 200～1 300 ℃，高溫下鉛鋅等金屬氧化物被碳還原成金屬，然后以蒸汽的形式從料層中揮發(fā)出來，在窯內(nèi)上部空間又和氧結(jié)合，重新生成金屬氧化物，并隨煙氣一起離開回轉(zhuǎn)窯進(jìn)入余熱回收和收塵凈化系統(tǒng)?；剞D(zhuǎn)窯產(chǎn)生的含塵煙氣，先進(jìn)入窯尾沉塵室，收集出的鋅低鐵高的粗粒煙塵返回配料。沉塵室出口煙氣溫度在750 ℃左右，余熱鍋爐回收余熱，再經(jīng)電收塵器收塵，余熱鍋爐和電收塵器收集得到高品位氧化鋅煙塵，送鋅廠氧化鋅浸出車間提煉鋅，除塵后的煙氣送脫硫系統(tǒng)，尾氣達(dá)標(biāo)后排放。

回轉(zhuǎn)窯法是半熔化揮發(fā)，爐料中各物質(zhì)互相嵌布緊密。窯頭排出的熱渣一般進(jìn)行水淬，熱焓沒有回收且還會產(chǎn)生大量蒸汽。窯渣中含有30%左右的Fe，其中60%～70%被金屬化了，同時還含有5%～15%左右的殘?zhí)?。窯渣經(jīng)磁選后可產(chǎn)出鐵磁精礦，因含硫難以作為煉鐵原料返回鐵廠，一般只可作為有色金屬冶煉的鐵熔劑。部分鋅廠還對窯渣進(jìn)行了搖床選碳，選出的部分焦粉返回回轉(zhuǎn)窯配料使用，降低能耗[5]。

2.2 回轉(zhuǎn)窯法的工藝特點

回轉(zhuǎn)窯法具有設(shè)備簡單、建設(shè)投資低和動力消耗小等優(yōu)點，是目前常用的二次鋅物料處理工藝，被大多中小型鋅冶煉廠采用?；剞D(zhuǎn)窯法目前在窯機械部分、節(jié)能和環(huán)保等多方面做了較大的改進(jìn)，其生產(chǎn)更趨大型化和現(xiàn)代化，但還存在一些待改進(jìn)的地方。主要體現(xiàn)在：爐襯壽命短、作業(yè)率低、年實際工作日一般只有240～300天、維修費用較高、生產(chǎn)能力低、設(shè)備占地面積大、需要價格昂貴的焦炭、經(jīng)濟(jì)效益較差、操作環(huán)境不好以及熱渣熱焓沒有等到回收等。

3 結(jié)束語

我國高爐瓦斯灰產(chǎn)量大，是良好的鋅二次資源。鋅冶煉企業(yè)從中既可回收金屬鋅，提高本廠的經(jīng)濟(jì)效益，又可解決鋼鐵行業(yè)瓦斯灰的堆存處理問題，發(fā)展前景良好。氧化鋅煙塵的濕法浸出工藝基本成熟，而瓦斯灰前段的火法富集回收鋅工藝，轉(zhuǎn)底爐法和回轉(zhuǎn)窯法是目前常見的工藝，但仍存在一些問題。改進(jìn)和發(fā)展火法富集回收鋅處理工藝和設(shè)備是未來的發(fā)展趨勢。