基于燒結工藝的冶金油泥資源化利用研究

劉尚超，張壘，羅之禮，李軍

（1.寶鋼中央研究院武漢分院，湖北武漢430081;2.武漢鋼鐵有限公司煉鐵廠，湖北武漢430081）

冶金油泥是鋼鐵工業生產過程中產生的廢油、水和鐵屑的三相混合物。通常在軋鋼和煉鋼過程中生產較多油泥。冶金油泥呈灰黑色，具有刺鼻氣味，屬于廢棄礦物油類的危險廢物，不僅占用土地，而且污染環境。據統計，在我國每生產1 t 鋼材，平均產生0.86 kg油泥[1]。目前，油泥的處理方法主要有焚燒法、物理熱還原法和生物處理法。然而，這些處理工藝存在著投資成本高、設備維護困難、利用效率低、環境污染等問題。因此尋找一種低成本、高效的冶金污泥處理方法已迫在眉睫。而在鋼鐵行業存在一種具有處置冶金油泥的生產工藝，即燒結生產工藝。在燒結生產中，鐵礦粉、助熔劑、燃料和返礦按一定比例混合，加入一定量的水，混合后，放在燒結機小車上，在一定負壓下點燃抽氣。混合物中的燃料從上到下依次點燃。燃燒后釋放熱量，使混合料層溫度升高。低熔點礦物是通過固態反應形成的，在液相高溫下產生熱量。在隨后的冷卻過程中，液相冷凝為溶解液相顆粒和未熔化顆粒之間的固體橋，最終成為多孔燒結產品。在試驗中，將冶金油泥摻燒至返礦中送至燒結生產工藝中加以資源化利用，考察冶金油泥摻入后對燒結礦質量及污染物排放的影響。

1 試驗部分

1.1 試驗原理

燒結是利用粉粒狀含鐵物料生產具有良好冶金性能的成品塊礦的過程，是目前高爐煉鐵準備原料的重要工序，其主要工藝過程是依靠高溫使鐵礦混勻料產生液相而將其固結成塊的過程[2]。在燒結過程中，料層的最高溫度可以達到1 000 ℃以上，在這樣的高溫環境下，冶金油泥中的油分可以作為燒結燃料得以燃燒，油泥中的鐵素則會隨著燃燒產生的灰分熔融成液相固留在燒結礦中，而燒結工藝中的煙氣處理設施對煙氣進行處理，從而使資源化利用過程中的污染排放影響最小。

1.2 試驗流程

不同批次的冶金油泥在物化性質上存在顯著差異，返燒結工序進行高溫無害化處置時應當與燒結原料充分混勻，因此在試驗前需要對試樣中關鍵組分化學成分進行定量，在此基礎上替代部分返礦與綜合熔劑、生石灰、燃料充分混勻后進入后續燒結工序。冶金油泥燒結工序無害化處置技術原則流程如圖1所示。

圖1 冶金油泥處置試驗流程圖

1.3 試驗原料

試驗原料主要包括油泥、返礦、鐵精礦、石灰石和焦粒等，其中油泥來自于武鋼有限冷軋油泥，其他原料來自武漢鋼鐵有限公司2#燒結機，將油泥按質量比0%、1%、3%和5%摻混至返礦中，返礦再進入燒結機。試驗前對冶金油泥進行工業分析和化學成分分析，結果見表1和表2。

表1 試驗冶金油泥工業分析%

表2 試驗冶金油泥渣元素組成分析%

從檢測結果可知，冶金油泥含油泥較高，導致其具有可觀的熱值，達到18.36 MJ/kg，冶金油泥灰分中主要成分為TFe，達到47%，這為冶金油泥資源化處置提供條件，其次冶金油泥中的有害成分Zn、Na2O 和K2O等含量較低，將不會對后期高爐生產造成影響。

2 結果與討論

2.1 對燒結礦粒度的影響

粒度分布是指燒結成品在不同直徑范圍內的質量百分比，分別用不同篩孔大小的孔篩對燒結成品進行篩分并稱重，篩孔規格分別為5 mm、10 mm、15 mm、25 mm 和40 mm。篩分指數是以小于5 mm 粒級的燒結成品的百分比表示，篩分指數越大，表示燒結成品的質量越差[3]。

按返礦料的0%、1%、3%和5%配加冶金油泥，對燒結后的燒結礦進行料粒度組成分析，結果如圖2所示。

圖2 不同試驗批次中燒結礦粒度組成分析

從圖2中可知，油泥添加比例對燒結礦粒度有著一定的影響，隨著摻入軋鋼油泥量的增加，燒結成品粒度減小，當油泥量摻放量達到5%時，其燒結礦篩分指數明顯下降，為12.31%，遠高于未添加油泥時的篩分指數。這主要是和油泥的化學成分相關，油泥中CaO 和SiO2的含量較少，導致粘結原料粘結能力降低。由此可知，從燒結礦粒度來考慮，油泥添加量不應超過3%。

2.2 對燒結礦質量的影響

本試驗中，燒結礦質量主要是以轉鼓強度來評價，不同油泥摻入量的燒結礦轉鼓強度如圖3所示。

圖3 不同試驗批次中燒結礦轉鼓強度

圖3顯示不同油泥摻入比例條件下，燒結礦轉鼓強度變化規律，結果表明，不同油泥原料配比條件下燒結率無顯著變化，但燒結礦成品率在配加油泥后出現了明顯下降。在實際試驗中，返礦中的冶金油泥摻入量增加，燒結速度、利用系數也隨著油泥配比的增加而呈下降趨勢，這也導致了燒結過程燃耗的增加。燒結礦轉鼓強度也在配加油泥原料后出現下降，油泥配加量由0%增加至5%時燒結礦轉鼓強度也由68.36%下降至60.31%。其原因主要是因為隨著油泥的不斷增加，原料中的鋁含量不斷提高，有利于燒結礦中的玻璃體的產生[3]，冷態強態惡化，從而降低了燒結礦強度。此外，油泥摻入量達到5%后，燒結過程中煙氣散發出類似橡膠燃燒的剌激性氣味。

2.3 對燒結礦化學成分的影響

在燒結礦化學成分影響試驗中，主要考察燒結礦中TFe 含量、FeO 含量及SiO2含量。不同油泥摻入量的燒結礦TFe 含量、FeO 含量及SiO2含量如圖4和圖5所示。

從圖4可看出，隨著油泥摻入比例的增加，TFe 含量變化范圍不大，略有減小，在57.63%~56.89%變動，滿足優質燒結成品對于TFe 含量的要求。FeO 含量隨著軋鋼油泥量摻入比例的增加而減小，滿足優質燒結成品對于FeO 含量的要求。圖5是摻入不同油泥比例的條件下，燒結礦中SiO2含量的變化規律。隨著油泥摻入量的增加，燒結礦中的SiO2含量減小，造成這些變化的原因主要是因為油泥中的鐵含量及硅含量小于燒結原料中的含量，當油泥摻入比例增加時，燒結礦中的TFe、FeO 及SiO2含量減小。

圖4 不同試驗批次下燒結礦TFe 和FeO 含量變化

圖5 不同試驗批次下的SiO2 含量

2.4 對燒結機除塵灰化學成分影響

為考察冶金油泥添加前后，對燒結除塵灰的化學成分影響，對燒結機除塵灰作化學成分分析，分析結果如表4所示。

對比發現，添加冶金油泥樣品后，燒結機機頭灰的化學成分變化不大，因此可以認為摻入適量的冶金油泥，對燒結機除塵灰的化學成分沒有顯著影響。

2.5 對燒結機的煙氣中二惡英含量的影響

為了解冶金油泥加入燒結原料后，對試驗前后的燒結煙氣二惡英排放濃度的影響，試驗過程中委托具有檢測資質的第三方檢測公司對燒結煙氣進行檢測，結果如表3所示。

表3 冶金油泥添加前后燒結機機頭灰成分分析%

表4 油泥添加前后燒結廢氣中二惡英含量分析TEQ ng/m3

檢測結果可看出，燒結煙氣中二惡英含量從0.169 TEQ ng/m3上升到0.286 TEQ ng/m3，上升的幅度較大，但排放濃度仍遠低于《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》（GB 28662—2012）的限制值（0.5 TEQ ng/m3），油泥添加并不會導致燒結過程煙氣中二惡英超標，但綜合考慮油泥添加后煙氣中二惡英含量的大幅增加，處置過程應嚴格控制油泥的添加量，并對高溫窯爐處置過程的溫度進行控制，盡量保證油泥燃燒完全。

3 結論

利用鋼鐵行業自身具備的燒結工藝資源化利用冶金油泥技術是可行的。當將冶金油泥以不高于3%的比例配入燒結返礦原料中時，不影響燒結礦的質量，排放的除塵灰及煙氣中的二惡英等污染物均滿足國標要求，同時還將冶金油泥中的鐵元素實現了資源化利用，不僅消除了冶金油泥作為危廢對社會環境的二次污染，同時又降低了企業的處置成本，具有顯著的經濟效益和環境效益。