燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰資源化利用研究進(jìn)展

摘要：燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰是鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的固廢，目前主要有4種資源化利用方式，即回收利用鐵、制取肥料、制備一氧化鉛、提取銀單質(zhì)。本文結(jié)合燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰組成特性，綜述資源化利用技術(shù)研究現(xiàn)狀，并展望其未來發(fā)展方向，以更好地推進(jìn)燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰的資源化利用。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰；肥料；一氧化鉛；銀；資源化利用

中圖分類號：X757 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）06-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.06.032

Research progress on resource utilization of electrostatic precipitator ash from Sintering machine head

YE Wei， XU Yao， WU Fangyao

（Sinosteel Tiancheng Environmental Protection Science amp; Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430205， China）

Abstract： Electrostatic precipitator ash from sintering machine head is a solid waste produced by iron and steel enterprises， at present， there are four main ways of resource utilization， namely recycling iron， making fertilizer， preparing lead monoxide， and extracting silver. Based on the composition characteristics of electrostatic precipitator ash from sintering machine head， this paper summarizes the current research status of resource utilization technology and looks forward to its future development direction， in order to better promote the resource utilization of electrostatic precipitator ash from sintering machine head.

Keywords： electrostatic precipitator ash from sintering machine head; fertilizer; lead monoxide; silver; resource utilization

燒結(jié)是鋼鐵冶煉過程的重要工序，但同時也是鋼鐵工業(yè)的污染大戶。其中，燒結(jié)過程中產(chǎn)生的大量粉塵是主要污染源之一。據(jù)統(tǒng)計，我國每年產(chǎn)生的燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰高達(dá)1 500萬t左右[1]。燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰的傳統(tǒng)處理方式主要有3種，即堆放、直接外售、返回?zé)Y(jié)。其中，堆放易污染環(huán)境，同時易造成土壤鹽堿化和污染地下水；直接外售則未實現(xiàn)固廢循環(huán)利用，經(jīng)濟(jì)效益差，且易形成二次污染，鋼鐵企業(yè)存在嚴(yán)重的環(huán)保連帶責(zé)任風(fēng)險；返回?zé)Y(jié)可以回收利用其中的鐵元素，但會造成燒結(jié)機(jī)產(chǎn)能降低、機(jī)頭電除塵器除塵效率下降等問題[2-3]。因此，合理處置燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰，實現(xiàn)其資源化利用，對我國鋼鐵企業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰組成特性

因原料、配比、生產(chǎn)工藝等的區(qū)別，各鋼廠燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰組成有所差異，但主要組成元素基本一致[4]，主要包括Fe、Ca、Si、C、K、Pb、Mg、Al等。同時，各鋼廠燒結(jié)機(jī)頭電除塵器捕集的除塵灰組成基本一致，但具體成分含量有較大差異。如表1所示，各鋼廠燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰含有豐富的Fe、K、Pb等有價元素[5-7]，提取利用價值高。因此，有必要對燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰進(jìn)行資源化利用，提取并回收其中的有價成分。

2 燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰資源化利用技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 鐵的回收利用

為降低燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中有害元素的含量，提高鐵的回收利用率，喻榮高[8]采用“弱磁-強(qiáng)磁”梯度磁選的方法對燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰進(jìn)行選鐵，回收得到鐵品位高于55%的鐵精礦。王瑋等[9]采用浮選-重選聯(lián)合工藝對燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰進(jìn)行選鐵，回收得到總鐵（TFe）含量不小于60%的鐵精礦。該類工藝可有效回收利用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中的鐵，降低有害元素含量，但未對富集鉀、鉛等有害元素的尾泥提出有效利用途徑。

2.2 制取肥料

燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰含有大量鉀元素，提取利用價值高[10]，而作為農(nóng)業(yè)大國，我國陸地鉀資源貧乏，自給率嚴(yán)重不足，長期依賴進(jìn)口[11]。近年來，提取燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀制取肥料的研究越來越多。

2.2.1 提取氯化鉀

燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中的鉀主要以氯化鉀的形式存在[11]，因此我國從燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中直接提取氯化鉀的研究較多。目前，國內(nèi)已成功實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的工藝主要是水浸提取[12-13]。各家主要工藝路線類似，如圖1所示，主要包括水浸、固液分離、凈化除雜/脫色、冷卻結(jié)晶/蒸發(fā)結(jié)晶和干燥等工序。這種工藝流程簡單，無廢水、廢氣排放，氯化鉀的提取回收率和純度均可大于90%，經(jīng)濟(jì)效益顯著，發(fā)展前景良好。

2.2.2 制取硫酸鉀、復(fù)合肥

很多忌氯作物不能使用氯化鉀肥料，其施用范圍受到限制。為提高燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鉀的使用價值，蔣新民[4]采用“水浸-CO2氣體除雜-活性炭脫色-硫酸銨復(fù)分解-蒸發(fā)結(jié)晶”的方法從燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中制取得到農(nóng)用硫酸鉀，其質(zhì)量符合國家農(nóng)用合格品要求。劉憲等[14]則采用“水浸-碳酸氫銨除雜-活性炭脫色-硫酸銨復(fù)分解-分步蒸發(fā)結(jié)晶”的工藝，在成功制得工業(yè)級硫酸鉀的同時，還獲得農(nóng)用硫酸鉀+氯化鉀銨復(fù)合肥，鉀的總回收率達(dá)到95.54%。

2.3 制取一氧化鉛

鉛對高爐冶煉系統(tǒng)和農(nóng)作物均有害，在對燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰進(jìn)行鐵、鉀等元素回收利用時，要進(jìn)行脫鉛處理。同時，鉛又是一種重要的有價金屬元素，經(jīng)濟(jì)價值高。劉憲[5]采用“磁選-鹽酸+氯化鈉浸提-冷卻結(jié)晶-固液分離-氯化鈉溶解-碳酸鹽沉淀轉(zhuǎn)化-焙燒”的方式從燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中提取獲得純度為99.8%的一氧化鉛，鉛的總回收率為88.85%。付志剛等[15]則采用類似的工藝，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，制得品位99.5%的一氧化鉛產(chǎn)品，鉛的總回收率高達(dá)95.08%。該工藝可有效提取回收燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中的鉛元素，但對于鉛含量較低的燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰，單獨采用該工藝提鉛，其經(jīng)濟(jì)效益有待進(jìn)一步論證。

2.4 提取銀單質(zhì)

部分鋼廠燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中銀元素的平均含量介于200～600 g/t，具有較高的提取利用價值[6]。先將燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰水洗，得到脫除鉀、鈉的浸出渣，然后對浸出渣進(jìn)行氨水（濕法）浸提，形成銀氨絡(luò)合液，再向其中加入醛類與銀氨發(fā)生還原反應(yīng)，得到銀單質(zhì)，整個工藝對銀的回收率為74.28%。楊運泉等[16]從燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中提取銀，其回收率大于95%。這類工藝需要采用大量的氨水、甲醛等作為浸出劑和還原劑，對設(shè)備的腐蝕性大，生產(chǎn)操作要求高，目前未見實際工程應(yīng)用。

3 燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰資源化利用技術(shù)前景

總體來看，目前，燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰資源化利用技術(shù)的研究已取得很多進(jìn)展，但技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、工程化應(yīng)用等方面還存在不少需要進(jìn)一步解決的問題。同時，燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中單一有價成分的提取利用研究較多，而充分提取利用燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中各種有價成分的研究較少，尤其是工程化應(yīng)用。因此，如何將燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰單一有價成分提取技術(shù)進(jìn)行集成，形成技術(shù)經(jīng)濟(jì)性可行的資源化綜合利用技術(shù)（見圖2），將是未來的研究重點和發(fā)展方向，從而真正實現(xiàn)燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰的吃干榨凈、變廢為寶。

4 結(jié)語

目前，國內(nèi)對燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰的資源化利用主要是對鐵、鉀、鉛、銀等有價元素的提取回收。其中，選礦法提取鐵精礦對燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中鐵的回收率高，但尾泥的有效處置利用有待進(jìn)一步研究；水浸法提取燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中的鉀制取氯化鉀技術(shù)成熟、工藝流程簡單，產(chǎn)品附加值高，且已成功實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，其發(fā)展前景良好；濕法提鉛、銀的研究已取得一定進(jìn)展，但仍存在一些問題，還未實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。目前，我國對燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰的資源化利用研究主要是針對單一或部分有價元素，未來的研究應(yīng)側(cè)重于燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中多種有價成分的統(tǒng)籌考慮，將單種元素提取回收工藝技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化、集成，以實現(xiàn)燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰中多種有價資源綜合利用和效益最大化。

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