轉爐除塵灰資源化利用研究

周鶴斌　梁康　姚雄健　林振

摘? 要：轉爐除塵灰是在轉爐吹煉過程中產生的，全鐵含量較高，氧化鈣、氧化鉀、氧化鈉等含量根據除塵灰的類別差別較大。目前轉爐除塵灰的利用方法較多，但主要是針對其中的鐵資源進行回收利用，包括生產燒結礦、冷壓球團、制備鐵系顏料等。由于球團煉鋼法具備能耗低、降低生產成本、減少石灰用量等優勢，且對轉爐生產無影響，已逐漸成為轉爐除塵灰未來的利用趨勢。

關鍵詞：轉爐除塵灰;鐵資源;回收利用;球團

1 前言

轉爐除塵灰是在轉爐吹煉過程中產生的。在吹練過程中產生含鐵粉塵，經煙道后進入除塵系統收集所得[1]。因煉鋼溫度較高，因此含鐵粉塵溫度較高，可達1400℃，對除塵系統要求較高。目前主流的除塵方法有兩種，一種為濕法除塵，也就是OG法除塵;另一種為干法除塵，也就是LT法除塵[2]。實際中還存在有以上兩種除塵方法的基礎上進行改進的方法，但總體可分為干法和濕法。由于濕法存在能耗高，且除塵系統復雜，配套要求較高，目前該方法已逐步被淘汰。而干法除塵無需廢水處理設備，且能耗低，系統運行穩定，因而受到廣大鋼廠歡迎。轉爐除塵灰產量非常大，據相關資料統計，冶煉1噸鋼所產生的除塵灰達15～20kg[3]，2018年全國粗鋼產量為8億噸，按噸鋼產生15kg除塵灰統計，產生的除塵灰達1200萬噸。隨著鋼鐵產能的不斷擴大，轉爐除塵灰的產量將逐年上升。轉爐除塵灰鐵和鈣含量豐富，將其棄置，不僅造成土地污染，同時還會造成資源的浪費。柳州鋼鐵集團目前鋼產能達1300萬噸，每年將有近20萬噸的除塵灰產生。隨著環保的要求越來越嚴格，除塵灰的資源化利用勢在必行。

2 轉爐除塵灰利用狀況

2.1 轉爐除塵灰成分

以柳鋼為例，柳鋼轉爐除塵灰的的主要成分及含量見表1、圖1、圖2、圖3所示。一次除塵細灰全鐵含量高達55.56%，氧化鈣含量較低，一次除塵粗灰全鐵含量為39.57%，氧化鈣含量較高，二次除塵灰中K2O、Na2O含量較高。

2.2轉爐除塵灰的理化性質

余雪峰[4]等人通過采用化學分析、激光粒度儀、掃描電鏡和XRD等手段研究發現，萊鋼轉爐除塵灰含鐵品位較高，都在50%上，堿金屬含量較高，鉀、鈉分別為1.01%和1.67%，粒度較細，比表面積較大。任海萍[5]利用BET、XRD、TEM化學分析、激光粒度分析儀、TG-DSC等方法，研究表明，濟鋼轉爐除塵灰中的鐵以赤鐵礦和磁鐵礦的形式存在，比表面積較大，大部分顆粒呈球狀。此外轉爐除塵灰呈堿性，具有較強的酸中和能力;Zeta電價為呈正值，具有吸附負離子的能力。張沅[6]等人研究表明，蒸發冷卻器（EC）及靜電除塵器（EP）收集的粉塵中含有較高的TFe和一定量的 CaO，同時C含量少，有害成分S、P所占比例也小。劉周利[7]等人研究表明，轉爐除塵灰中的TFe、CaO含量較高，并且200目篩下累積超過90%上，但F，K2O，Na2O，P含量較高，這些雜質（有害成分）對后續的綜合利用有一定影響。

2.3轉爐除塵灰利用現狀

目前轉爐除塵灰主要有以下幾方面應用：在燒結方面過程中綜合利用、制備鐵系顏料、合成非正分鐵、制備鐵氧體磁性新材料、代替部分膨潤土生產球團等。

在燒結過程中的應用主要根據轉爐除塵灰含鐵量、CaO含量高低，按照一定比例配入燒結礦中，將各種除塵灰按一定的比例混合后，并在一定的溫度范圍內進行燒結。孟祥福[8]等人研究表明，北鋼的高爐/電爐除塵灰以及轉爐除塵污泥混合摻入配比在3%時，燒結礦品位穩定在55%～56%、堿度穩定率90%以上、返礦率在18%以下，大幅度的降低燒結礦成本。

轉爐除塵灰中Fe2O3或FeO的含量比較高，是制取氧化鐵紅顏料的理想原料，目前國內對此已進行深入研究，并取得一定進展。制備鐵紅的基本方法是利用硫酸將除塵灰中鐵浸出，得到含Fe2+、Fe3+、SO42-的混合溶液，對混合溶液進行中和，控制條件可制備生成鐵黃、鐵棕、鐵黑、鐵綠等顏料，再將這些原料進行高溫煅燒，即可獲得鐵紅顏料[9]。

非正分鐵是指Fe3O4向α-Fe2O3轉變過程中的亞穩定相，即γ-Fe2O3。由于γ-Fe2O3具有良好的磁致伸縮系數和較穩定的化學性質，經常用來當磁選粉使用。轉爐除塵灰中Fe2O3或FeO含量較高，非常適合用來制備非正分鐵，主要方法是利用硫酸浸出除塵灰中的鐵，得到H2SO4的浸漬液，再加入鐵粉還原Fe3+，再利用燒堿中和沉淀，將沉淀在200℃烘干即得到產品[10]。

鐵氧體是一種具有鐵磁性的金屬氧化物。鐵氧體的電阻率較大，具備較高的介電性能。高頻時具備較高的磁導率。在高頻弱電領域應用廣泛。天津大學張永祥[11]等人研究表明，轉爐除塵灰可以用于制備鎖鐵氧體磁性材料，該材料具備優異的介電性能。

劉周利[7]等人研究表明，利用2%的轉爐除塵灰替代0.6%膨潤土后生成的生球和成品球的各項指標均滿足高爐要求。但添加除塵灰后，鏈篦機—回轉窯預熱溫度需控制在工藝要求的溫度上限才能保證干球的抗壓強度，且除塵灰的摻量較小。

2.4轉爐除塵灰利用趨勢

轉爐除塵灰多種多樣，但目前最受歡迎的還是將其中的鐵資源進行循環利用，此種利用方法不僅效率高，而且能夠顯著降低生產成本，提高鐵資源的回收利用，具有顯著的社會效益和環保效益。燒結煉鐵和球團煉鋼是回收鐵資源的兩種方法。燒結煉鐵將除塵灰進行燒結處理后利用其中鐵資源進行配礦，進高爐、轉爐使用。球團煉鋼法將除塵灰制球，替代部分鐵礦石和用作造渣劑，但適用范圍僅限于轉爐。顏根發[12]等人研究表明，利用轉爐除塵灰制球進行循環使用不僅金屬鐵流失率低，而且能耗也遠低于轉爐除塵灰在燒結中回收利用，能耗僅為利用除塵灰制備燒結礦的40%。此外，由于轉爐除塵灰粒度較細，根據燒結工藝的要求，適用于燒結的原料粒較粗，一般粒度<104μm在20%以下，而轉爐粉塵的粒度一般小于74μm的占85%以上[13]，故除塵灰的回收利用更適合進行制球。

在生產實踐中也表明，將轉爐灰用于燒結生產，造成燒結礦成分偏析，導致一級晶率下降5%;此外燒結料層透氣層惡化，相應垂直燒結速度下降，燒結機利用系數降低而產量減少[14]。而在用于煉鋼生產時，冶金效果顯著，具有能減少石灰的消耗量、提前化渣、減少鋼鐵材料的消耗等優點[15]。

我公司（柳鋼環保股份有限公司）目前采用冷壓球方法對轉爐除塵灰進行回收利用，生產線設計年產量為20萬噸，轉爐廠每月電除塵細灰產量將近1萬噸，將除塵灰進行冷壓球回轉爐使用，不僅有效降低轉爐生產成本，減少除塵灰堆積造成的揚塵和場地浪費，具有一定的環保效益和社會效益。

3 結論

1、轉爐除塵灰全鐵含量較高，氧化鈣、氧化鉀、氧化鈉含量根據種類不同差別較大，且呈堿性，粒度較細，比表面積較大;

2、目前轉爐除塵灰主要在燒結礦、制備鐵系顏料、合成非正分鐵、生產球團等方面進行利用;

3、轉爐除塵灰回收利用主要是針對其中的鐵資源進行，由于生產球團具有能耗低、降低生產成、減少石灰消耗量本等優勢，未來應用趨勢以轉爐應用為主。

參考文獻

[1]? 居天華. 提高轉爐除塵灰冷壓球團強度的粘結劑研究 [D]. 東北大學，2014.

[2]? 原志勇，原志勇. 轉爐除塵技術發展及改進展望淺析 [J]. 山西冶金，2009（03）：69-71.

[3]? 張東麗，毛艷麗，曲余玲. 轉爐煤氣干法除塵技術應用現狀 [J]. 冶金管理，2010（07）：57-60.

[4]? 佘雪峰，薛慶國，董杰吉，等. 鋼鐵廠典型粉塵的基本物性與利用途徑分析 [J]. 過程工程學報，2009（s1）.

[5]? 任海萍. 納米零價鐵、煉鋼粉塵的表征及吸附性能研究 [D].濟南大學，2008.

[6]? 張沅，徐鐵，陳高亮. 轉爐除塵灰的循環利用技術和應用 [J]. 包鋼科技，2017