回轉窯法處理含鋅冶金塵泥潔凈生產工藝研究

王德勝，黃彩云

（唐鋼國際工程技術有限公司，河北唐山 063100）

0 引言

鋼鐵工業屬于能源、資源密集型產業，鋼鐵長流程生產工藝從原料、燒結、煉鐵、煉鋼到軋鋼，每個工序都要產生大量的冶金灰塵，每生產1t鋼，約產生灰塵56kg，而這些灰塵中一般含有較高的鐵元素，具有較高的資源回收利用價值，可以作為含鐵原料重新進入燒結配料。由于高爐煤氣煙塵含有鋅、鈉、鉀等有害元素，因此高爐煤氣的除塵灰中也不同程度地含有鋅、鈉、鉀等有害元素，如果不加處理，而直接作為含鐵原料加入燒結配料系統，那么這些有害元素將在高爐內循環富集，造成高爐風口上翹、爐身上部結瘤、煤氣上升管及布袋除塵堵塞等現象，嚴重影響高爐使用壽命[1]。因此這些含鋅冶金灰塵如何安全處理、循環利用已成為鋼鐵企業共同研究的課題。當前，采用回轉窯處理含鋅冶金塵泥是一種比較理想的工藝，但該工藝也存在著許多環保不達標的問題，如果不能很好地解決這些問題，將會制約其在處理含鋅冶金塵泥方面的推廣[2]。而最近國家頒布的鋼鐵行業超低排放產業政策，對鋼鐵企業的粉狀物料存儲、輸送和二次揚塵治理都有明確要求，因此必須對回轉窯法處理含鋅冶金塵泥環保不達標問題加以解決。

本文對當前我國鋼鐵企業含鋅冶金灰塵產生情況進行介紹，并就當前回轉窯法處理含鋅冶金塵泥工藝流程及化學反應原理進行詳述，同時對回轉窯法處理含鋅冶金塵泥過程中，原料運輸、配料、上料、窯渣冷卻、窯渣破碎、返灰處理、產品收集等環節存在環保不達標的問題，提出了解決方案。

1 當前回轉窯法處理含鋅冶金塵泥工藝

回轉窯法處理含鋅冶金塵泥，對其原料的含鋅量及含碳量有要求。回轉窯法比較適合處理電爐除塵灰、高爐除塵灰，得到的氧化鋅產品品位較高，并且可實現無需配碳處理，經濟效益較好。處理轉爐一次、二次除塵灰以及轉爐含鐵污泥等則需要進行配碳處理，并且其得到的氧化鋅產品品位低，經濟性差?；剞D窯法也不適合處理燒結機機頭除塵灰，主要是由于燒結機機頭除塵灰中氯元素含量太高，可達到40%，會對回轉窯生產造成嚴重影響。

1.1 回轉窯法處理工藝流程

圖1為當前回轉窯法處理含鋅冶金塵泥生產工藝流程。由圖1可以看出：含鋅冶金塵泥通過汽車運至配料車間，打水后用鏟車進行翻混，配水比約15%為宜；翻混均勻后取樣化驗，確保翻混均勻的含鋅塵泥中的配碳達到要求，當原料中碳含量不夠時，可配入碳粉或焦炭粒翻混均勻，直到碳配比達到要求，然后用鏟車將混配好的原料運至料倉；原料從料倉落到圓盤給料機上，通過圓盤給料機將原料送至皮帶輸送機，皮帶輸送機上的原料通過下料溜管送至回轉窯尾進行煅燒處理；煅燒后的熱渣經水淬后進入堆場，煅燒后的含鋅煙氣經沉降室、表冷器、除塵器收集氧化鋅粉后，經脫硫達標排放。

圖1 當前回轉窯法處理含鋅冶金塵泥生產工藝流程

1.2 回轉窯構成及生產工藝

回轉窯分為干燥段、預熱段、反應段、冷卻段四段[3]?；剞D窯帶有一定的傾斜度，原料隨著回轉窯轉動從窯尾向窯頭運動，原料運動的過程中，與窯內的熱煙氣充分接觸，當溫度達到907℃時，塵泥中鋅元素會快速揮發成蒸汽狀，鋅蒸汽很快與空氣中的氧反應生成氧化鋅。氧化鋅隨著熱煙氣從窯尾排出，煅燒處理后窯渣從窯頭排出。

含氧化鋅熱煙氣從窯尾排出后，經沉降室、表冷器、布袋除塵器后，氧化鋅粉被收集，收集的氧化鋅粉裝袋成為氧化鋅產品。布袋除塵器出來的煙氣則進入脫硫系統進行脫硫處理，脫硫系統的排煙風機將達到排放標準的煙氣送至煙筒排入大氣。

煅燒處理后窯渣從窯頭排出，落入水淬池進行水淬冷，然后由撈渣機撈出，運送至窯渣庫堆存或進行下一步處理。

沉降室收集的返灰，因其氧化鋅品位低于45%，由刮板輸送機送至配料庫，配入原料中繼續送至回轉窯處理。

1.3 回轉窯系統化學反應原理

混配好的原料在回轉窯內經過干燥、預熱后，進入回轉窯反應區，此時回轉窯內物料溫度可達到1100～1200℃，在高溫環境及還原性氣氛下，物料中的鋅金屬化合物與瓦斯灰、含碳物料充分接觸，被其中的碳還原為金屬鋅蒸汽而進入氣相，在氣相中又被空氣氧化成氧化鋅，高溫煙氣經表冷器冷卻后進入布袋除塵器收塵系統，使氧化鋅粉被收集。

（1）料層內主要化學反應：

C+O=CO

CO2+C=2CO

ZnO+CO=Zn+CO2

ZnO+C=Zn+CO

Fe2O3+CO=2FeO+CO2

FeO+CO=Fe+CO2

ZnO+Fe=Zn+FeO

（2）料層上層主要化學反應：

Zn+1/2O2=ZnO

CO+1/2O2=CO2

2 當前回轉窯法處理冶金含鋅塵泥存在的問題

2.1 產生揚塵污染環境

（1）由于粉塵顆粒非常細，容易形成揚塵，造成環境污染。通過自卸車將含鋅除塵灰運送至配料車間過程中、配料車間內采用鏟車對除塵灰進行配水翻混過程中，均會產生揚塵，造成周圍的環境污染。

（2）回轉窯沉降室收集的除塵灰，因氧化鋅品位達不到要求，需要通過刮板輸送機送至配料庫，配入原料中繼續送至回轉窯處理。返灰在配料翻混過程中也會產生揚塵，造成周圍的環境污染。

2.2 產生大量有害蒸汽和煙氣外溢

（1）窯渣從回轉窯窯頭排出，直接落到渣池中水淬。此時熱窯渣的溫度高達900℃以上，遇水會產生大量白蒸汽，而這些白蒸汽中含有硫化物，對周圍環境造成污染。窯渣轉運堆放或進一步破碎處理，仍存在造成環境污染的可能。

（2）窯頭一般采用半密封罩除塵，存在一定的煙氣外溢現象。

2.3 氧化鋅灰裝袋產生二次揚塵

表冷器及布袋除塵器收集的氧化鋅灰，被收集在灰倉中，通過卸灰閥將氧化鋅灰裝入噸包袋中，一般采用人工裝袋，裝袋過程中容易產生二次揚塵，造成周圍環境污染。

3 解決方案

通過對上述問題的分析，提出了回轉窯法處理含鋅冶金塵泥環保解決方案，圖2為改進后的回轉窯法處理含鋅冶金塵泥潔凈生產工藝流程。由圖2可以看出，此次潔凈生產工藝流程改造主要包括：除塵灰配料及上料、窯渣冷卻、窯渣破碎、沉降室返灰處理、氧化鋅灰收集裝袋等工藝。

3.1 除塵灰配料及上料工藝

回轉窯配料室設置干灰倉，頂部設置倉頂除塵器，確保卸灰過程無揚塵產生；增設雙螺旋加濕攪拌機，對含鋅干灰及其他原燃料進行加水攪拌，避免攪拌產生揚塵。

含鋅干灰直接由吸排罐車送至干灰倉，通過星型卸灰閥放到密封的管式皮帶秤上，然后通過管式皮帶秤卸到密封的刮板輸送機，通過密封的刮板輸送機送至雙螺旋加濕攪拌機，沿途各落料點均設置單體除塵器。通過雙螺旋配水攪拌機攪拌均勻后，含塵灰變成含水約15%的塵泥，經皮帶運輸機送到窯尾下料溜管，進入到回轉窯內進行煅燒處理，可實現全過程不產生揚塵。

含水約15%的含鐵污泥可通過自卸車卸入地倉，然后通過地倉底部的螺旋輸送機將污泥送至輸送皮帶機，通過皮帶機將含鐵污泥送至污泥中間存儲倉，在存儲倉下設拖拉皮帶秤，通過拖拉皮帶秤將含鐵污泥送至雙螺旋混料機，同時將焦炭粒配入雙螺旋混料機進行混勻，混勻后的含鐵污泥通過皮帶輸送機送至回轉窯進行煅燒處理。

焦炭?？赏ㄟ^自卸車卸入焦炭地倉，然后通過地倉底部的螺旋輸送機將焦炭粒送至輸送皮帶機，通過皮帶機將焦炭粒送至中間存儲倉，在存儲倉下設拖拉皮帶秤，通過拖拉皮帶秤將焦炭粒送至雙螺旋混料機，用于污泥及干灰的配碳。

3.2 尾渣冷卻、破碎工藝

熱渣從回轉窯窯頭排出后，溫度達到900℃左右，可采用全封閉溜管送到單筒冷卻機進行冷卻，并且回轉窯窯頭采用封閉式窯頭，窯頭可形成負壓狀態。單筒冷卻機機頭安裝有鼓風機，送進單筒冷卻機的冷風經過熱渣帶走熱量，通過回轉窯尾部的風機將熱風抽到回轉窯內，單筒冷卻機內和回轉窯內均呈負壓狀態，避免煙塵外溢，不僅能夠達到環保要求，還能夠實現尾渣余熱高效回收利用。

單筒冷卻機排出的窯渣，溫度達到180℃以下，可通過斗提機提升至顎式破碎機進行粗破碎，然后再進入振動篩進行篩分，將直徑8mm以下篩出物直接送至匯總倉，直徑8mm以上的篩出物進入錐式破碎機進行二次破碎，然后再送至匯總倉。匯總倉下設轉運皮帶將合格的窯渣運送至燒結系統，作為燒結原料。所有受料點均設除塵罩，除塵罩連接至一臺單體除塵器上。

3.3 沉降室返灰處理工藝

沉降室下設置封閉的刮板輸送機，并增設配水攪拌機。刮板輸送機將沉降室收集的返灰送至新增設的配水攪拌機進行配水，配水量控制在12%～15%，配水后的返灰通過斗提機送至上料皮帶機，通過皮帶機送至回轉窯煅燒。改進后的沉降室返灰處理工藝，全過程不產生逸塵，返灰進入回轉窯可形成閉環處理。

3.4 氧化鋅灰收集工藝

氧化鋅灰倉下增設自動裝袋機。表冷器及布袋除塵器收集的合格氧化鋅灰，通過密封的刮板輸送機送至氧化鋅灰倉，經灰倉下自動裝袋機裝袋。裝袋機落料點除塵罩接入單體除塵器，自動裝袋機可實現產品自動封裝，不會產生逸塵。

4 結語

隨著國家關于重點行業執行國家大氣污染物特別排放限值以及國家頒布的鋼鐵行業超低排放產業政策的落地，現行中越來越多的生產工藝不能滿足上述要求，企業要想在新的環保政策下求生存、謀發展，就采用新技術、新工藝改變現狀，努力使鋼鐵企業全流程的污染物排放指標達到現行政策要求。

本文針對現行回轉窯法處理含鋅冶金塵泥存在的環保問題，從除塵灰配料、上料，窯渣冷卻、破碎，沉降室返灰處理，氧化鋅灰收集裝袋等問題環節，提出了環保解決方案。改進后的塵泥處理工藝，可實現回轉窯法處理含鋅冶金塵泥全流程潔凈生產。這些成果的取得對采用回轉窯法處理含鋅冶金塵泥的企業有很好的借鑒作用，對回轉窯法處理含鋅冶金塵泥工藝的推廣應用有積極的促進作用，對固廢資源化利用和企業可持續發展意義重大。