煉鐵除塵灰及煉鋼污泥的利用研究

劉衛華

（日照鋼鐵有限公司，山東 日照 276800）

1 國內外去除塵灰和污泥領域的科研現狀

1.1 燒結設備部位去除塵灰領域的科研情況

1.1.1 參加燒結過程的配料

冶煉過程中的除塵灰返回燒結設備作為配料來應用是目前一個比較常規的模式，首鋼集團進行過對于各種除塵灰物質的主要成分的研究和分析，將除塵灰物質實施了比較詳細的分類化操作和處理，使其合理地投入到燒結過程的生產之中。對于燒結過程中的除塵灰物質進行提前的濕潤操作、投入適當的添加劑物質、進行造球操作之后再添加到燒結過程的系統中進行生產。武鋼集團研究了425 m2燒結機裝置使用除塵灰作為配料的實際狀況，對于后期添加的除塵灰之后燒結物料的透氣性指標降低、燒結中出現運行不平穩等狀況，研究了除塵灰相應配比變化和提升燒結工序的穩定性等應對方案。除塵灰物質在重新回到燒結環節作為配料使用的過程中有一些顯而易見的缺陷：盡管工藝方法相對簡單、鐵元素綜合使用率比較高，不過其中的有害元素相對也比較多，對于產品品質和現場操作人員的健康有一定程度的不利影響。除塵灰如圖1所示。

圖1 除塵灰

1.1.2從燒結裝置處的除塵灰中對堿類金屬、重金屬元素進行提取

（1）我國相關領域研究的現狀分析

經過針對燒結裝置處的除塵灰成分以及物相指標的詳細研究，相關學者和工程技術人員發現在燒結裝置的機頭部位上，除塵灰物質中堿類的金屬含量相當豐富，并且還含有一定的鋅和鉛等重金屬元素。武鋼集團的科研團隊為此進行了燒結裝置的機頭處使用電化學除塵灰物質的綜合應用與處理方法的研究和實踐，經過針對燒結裝置機頭部位的除塵灰的使用情況進行深入研究，給出了其中的氯化鉀、一氧化鉛、硫化鉀以及復合型肥料等物質提取工作的一整套思路和想法。萊鋼集團針對燒結裝置機頭部位除塵灰物質中氯化鉀物質的提取工作開展了一系列研究工作，經過對于燒結裝置機頭部位除塵灰物質中各種成分和結構的分析和討論，研究出了一類可以用來提取氯化鉀的工藝方法、并且給出了相應的工藝參數，通過此方法得到的氯化鉀產品，其純度可以實現92%以上、回收的效率超過了80%，因此這類工藝方法能夠實現比較理想的效益，值得在同行業中進行推廣。氯化鉀如圖2所示。

圖2 氯化鉀

（2）國際上相關領域的科研現狀

日本新日鐵公司進行了應用轉底爐裝置來收集除塵灰物質的工藝方法的深入研究，應用轉底爐裝置把含有鐵元素的塵泥和污泥物質進行最大限度的還原操作，使得鋅元素與其他的雜質伴隨著產生的煙氣共同排放出去。經過硫酸溶液浸泡的爐內粉塵實驗，工程技術人員對于溫度與硫酸濃度數值對與鋅元素析出效果的影響情況進行了研究，通過實驗過程中對于硫酸溶液的濃度進行調整的辦法實現了比較理想的操作結果，通過實驗室內部設備對于煉鋼過程中粉塵通過燒堿實施析出的過程進行了模擬操作，綜合水與外界環境共同配合的冶金操作流程。實驗室條件下對于堿類物質析出工藝方法處理爐內粉塵的工藝進行了模擬，經過調整堿類浸入的溫度、液體固體的比例、浸出操作的總體時間等指標，實現了比較理想的重金屬元素的回收效率和結果。經過對于粒度指標、各類化學元素成分指標以及射線頻譜類設備的分析，對于燒結裝置部位除塵灰物質中的氯化鉀成分的物理和化學相關屬性實施了深入的研究和討論，實現了比較理想的氯化鉀成分回收結果。

1.1.3 當前燒結裝置處除塵灰物質回收利用過程中的問題

在燒結裝置部位處的除塵灰內部的堿類金屬、重金屬元素的提取以及合理利用的領域進行了大量的研究，不過現階段的科研活動多數為實驗室研究階段，工業領域中的實際應用相對比較少。

1.2 煉鐵過程中的除塵灰物質后期利用現狀

高爐裝置中產生的除塵灰、焦槽除塵灰物質中由于鐵和碳元素的含量相對較高，有害物質的占比相對較低，通常流轉到燒結裝置處用于后期循環再利用或者與除塵灰物質共同生成污泥粉物質。由于瓦斯灰物質中的鐵、碳以及鉛元素具有含量相對比較高、粒度比較細的特性，因此瓦斯灰物質的后期合理再利用的研究課題現階段已經成為了相關領域中的研究熱點問題。

1.2.1 科研院所、高等院校對于高爐裝置中的瓦斯灰研究現狀

武漢科技大學對于高爐裝置內部除塵灰的后期綜合應用，例如對于鐵、碳以及鋅元素的回收領域進行了大量的研究，針對除塵灰物質取樣中的化學元素各個組成成分和粒度指標實施了詳盡的研究，使用浮選的方法、磁選的方法來對除塵灰物質內的碳、鐵元素進行了提取操作，隨后進行酸浸操作-去除操作-電積鋅操作等工藝流程來對除塵灰物質內部的鋅元素進行回收。中國地質大學以及馬鞍山礦山研究院共同開發了高爐裝置內部瓦斯灰物質的鋅元素提取工藝方法，引入了酸浸方法、氨浸方法以及物理方法來進行鋅元素的提取工藝方法的研究，并且對其中各個流程的操作參數進行了明確，對于化學法提取鋅元素與物理法提取鋅元素的利與弊進行了詳盡的比對。

1.2.2國外對于煉鐵過程中除塵灰物質后期利用的研究現狀

RIES H B對于混合方法、研磨方法、造粒方法來生成鐵氧化物原材料的相關工藝進行了研究。NOMURA T和YAMAGUCHI T對于含鐵的原材料粉末的主要特征以及后期的燒結過程進行了詳盡的研究和分析。ZEYDABADI B A和SHARIAT M H對于從高爐裝置的煙塵產物中提煉鋅元素的相關工藝進行了研究，應用浸出方法、過濾方法以及提純方法結合相應的電化學工藝方法實現了有選擇性地提取煙塵產物中的鋅元素，獲得了相對較高的鋅元素回收率，通常高于80%。

1.2.3 當前瓦斯灰物質回收利用領域存在的主要問題

現階段針對高爐裝置內部的瓦斯灰物質的研究通常集中于提取碳元素、鐵元素以及鋅元素層面，實驗室內的研究也獲得了相對理想的結果，不過工業領域的實際應用偏少。

2 煉鋼污泥利用研究現狀

2.1 煉鋼過程中除塵灰在工序中的消化情況

國內某鋼鐵集團在100 t氧氣底復吹轉爐裝置上實施了添加含有鐵元素的渣鋼與塵泥的方法來進行冶煉的實際操作。此種方式，使得相關的操作方法和流程得到了一定程度的優化，有效降低了鐵料及渣料的不合理損耗，并且在終點把控以及凝渣和護爐等方面的實際運行能力方面獲得了顯著的提升。國內某鋼鐵集團進行對于轉爐裝置內部的除塵污泥以及電爐內部的除塵灰物質的化學成分的研究，脫鋅操作處理之后的電爐裝置內部的除塵灰物質與煉鋼污泥物質共同生成造渣的初始資源，用在轉爐裝置的熔煉過程以及造渣流程之中。寶鋼集團研究院進行了煉鋼過程中含有鐵元素的塵泥物質的再生循環利用方面的研究工作，采用了煉鋼過程中的污泥作為初始的材料，經過各種調整和提取，生成了一類具備優良的脫硫效果的鋼水潔凈試劑，并且其潔凈效果比較令人滿意。轉爐如圖3所示。

圖3 轉爐

2.2 煉鋼過程中除塵灰轉運到燒結工序中的處理方法

國內某冶金設計研究院把寶鋼集團煉鋼廠OG泥相關的處理方法改良為OG泥漿物質通過濃縮操作之后由泵站轉運回燒結裝置，對國外設計公司原有的小球生成工段實施了改良。造后的新工藝方法提升了操作環境，節省了生產過程中的費用消耗，并且符合寶鋼集團的相關需要。

3 國內煉鋼污泥處理相關研究出現的問題研究

國內煉鋼過程中產生的污泥如將其制成造渣劑以及各種類型的制冷劑等直接在煉鋼工序實施的過程中進行全方位的消化，但是這種加工工藝非常復雜并且投資非常多，收益率不理想?，F階段國內各大煉鋼廠污泥絕大多數傾向于返回燒結進行二次生產或者返回球團進行二次造球。煉鋼污泥雜質如圖4所示。

圖4 煉鋼污泥雜質

3.1 先進技術的研究

相關先進技術必須結合文獻研究法、科學合理的試驗研究法以及各種類型的經典案例解決方案進行徹底的研究。

3.2 參考文獻的研究

鋼鐵行業相關工程技術人員通過中國知網、百度百科學術網、維普網、萬方網以及知乎等重要數據庫與各種國內國外的檢索工具進行重要文獻的快速檢索，進而了解并掌握世界各國鋼鐵行業的真實狀況、國內鋼鐵行業去產能相關重要法規及技術標準、各種有毒有害化學元素對于高爐冶煉過程中所導致的各種不利影響與除塵灰（泥）使用現狀及不足。

3.3 相關重要案例方法研究

鋼鐵行業相關工程技術人員基于國內某大型鋼鐵集團除塵灰（泥）處理過程中重要參數信息的真實狀況，徹底研究了除塵灰（泥）在處理過程中存在的各種不良問題及弊端，進而確定改進計劃及相關解決方案。

3.4 相關試驗研究解決方案

鋼鐵行業相關工程技術人員在理論研究的基礎上進行相關重要科學試驗研究，詳細地分析了各類影響因素對于試驗結果的影響并且確定出科學合理的參數取值區間。鋼鐵行業相關工程技術人員通過大量的工業試驗得出確定運行以及參數控制，對比研究相關重要試驗參數及試驗數據信息并且實施快速修正，進而達到設計目標。

4 結束語

綜上所述，現階段國內煉鐵除塵灰及煉鋼污泥的全方位高效使用是由于鋼鐵行業相關工程技術人員配備了科學合理的綠色環保煉鋼專用設備及各類先進設施，進而最大限度地解決了以往國內除塵灰的快速運輸以及煉鋼污泥粉制造進程中所產生的各種類型污染狀況，最大限度地提高了相關鋼鐵企業的良好形象，具有非常良好的綠色環保效益以及各種社會經濟效益。伴隨著現階段國內基于資源模式回收除塵灰組成內部附加值非常高的金屬并且進行對外銷售，也為目前國內仍然深陷產能過剩狀況的各大鋼鐵行業探索出了全新的經濟效益增長點，進而對于全國整個鋼鐵行業起到非常積極的現實作用，相關部門的管理者堅信此類先進技術一定能夠在整個鋼鐵行業內部得到大力的推廣以及廣泛應用。