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钢铁尘泥资源化利用大有可为

http://www.100ppi.com  2020年12月10日 17:20  中国冶金报
生意社12月10日讯

  钢铁工业是典型的能源、资源密集型工业。钢铁生产需要消耗大量的能源和资源,同时产生大量的工业固废。如果不能妥善处理固废,不仅给区域生态环境带来巨大压力,还将造成资源的巨大浪费。

  近年来,我国推出了一系列产业政策,支持固废资源循环利用产业发展;各地方也出台相关政策,推动钢铁行业节能减排,绿色转型。一系列相关政策的发布和实施,为钢铁行业发展工业固废资源综合开发利用产业提供了政策支撑、技术方向、经济引导,明确了资源综合利用产业的发展方向,促进钢铁行业固废资源综合利用朝着专业化、规模化和高值化方向发展。

  目前,钢铁冶炼流程已基本实现达标生产。其中,废水实现100%循环利用,废气达到国家超低排放标准,而钢铁尘泥等钢铁冶金固废的综合利用成为制约钢铁绿色循环可持续发展的关键课题。强化理念创新、加强科技研发、实行绿色改造、加强固废管理等,可提高钢铁产业全流程的固废综合利用水平,推动钢铁产业链向零排放方向合理再延伸。因此,践行“钢铁固废不出厂”的理念,对钢铁行业绿色发展、固废零增长以及节能减排等战略目标,具有十分强烈的现实意义,也是钢铁行业可持续绿色发展的内在要求。本文详细介绍了钢铁尘泥产生的原因、分类,以及资源化利用方法。

  钢铁尘泥种类较多

  钢铁工业固体废物种类繁多,主要有高炉渣、钢渣、含金属尘泥、脱硫石膏、脱硫灰、铁合金渣等。其中,产生量最大的固废是冶炼渣,其次是尘泥。2019年,我国粗钢产量约为9.96亿吨,钢铁尘泥按粗钢产量的10%测算,约为9960万吨。

  钢铁尘泥来源于钢铁的生产车间,一般是指在原料处理、烧结、球团、炼铁、炼钢等生产工序中利用除尘设施对高温烟气进行除尘后产生的废弃物,以及后续加工环节、清洗过程等方面产生的废弃物。按尘泥产生环节区分,尘泥主要有烧结原料在转运、烧结过程中除尘器收集下来的尘泥(烧结尘、泥)、高炉煤气净化过程中收集的尘泥(高炉瓦斯灰、高炉瓦斯泥)、转炉炼钢煤气除尘收集的尘泥(转炉除尘灰或污泥)、电炉炼钢烟气收集的尘泥(电炉除尘灰或污泥)、钢材轧制过程剥落的氧化铁皮、在轧钢废水循环利用中沉淀池回收的污泥(轧钢二次污泥)、钢坯或钢材的后续加工及其清洗过程中累积的尘泥等。

  其中,环境除尘主要包含槽上的卸料、皮带机转动衍生物、槽下的筛分、原料装入料斗、集料斗等,粉尘的浓度为5克/立方米~8克/立方米。

  烧结尘泥主要为烧结工序产生的除尘灰,包含机头烟气除尘灰、机尾成矿除尘灰等,产量约为0.9千克/吨生铁~15千克/吨生铁。

  高炉尘泥(瓦斯灰、瓦斯泥、除尘灰)产生量约为9千克/吨生铁~22千克/吨生铁。当炼铁原料含有一定比例的锌金属时,95%~98%的锌金属以挥发物的形式进入尘泥,该尘泥的锌含量是其原料的20~30倍。

  转炉尘泥产量约为9千克/吨钢~15千克/吨钢。由于配入部分废钢和转炉的高温条件,废钢返回转炉过程进行再生时,锌、铁等金属进入尘泥中,尘泥中的铁含量很高。

  电炉(EAF)尘泥产量约为16千克/吨钢~20千克/吨钢。电炉炼钢原料的镀锌废钢配比较大,废钢中的锌金属在高温条件下绝大部分返回到尘泥中,导致尘泥中的锌含量很高。不同废钢品种对应尘泥中的锌、铁含量也有所不同。

  其他尘泥,如轧钢过程中产生的筛下尘泥、氧化铁皮、含油污泥,以及锻压、切割、焊接、酸洗等后续加工、清洗流程中产生的尘泥、废泥。

  从钢铁尘泥产生情况来看,其主要有四个特征:一是来源多样且产量大;二是成分复杂,含量低且波动大;三是粒度偏小,污染隐患大;四是资源化利用的潜在价值大。

  钢铁尘泥现有处理方式存在一定局限

  目前,对钢铁尘泥的处理方式主要以堆存填埋覆盖和返回高炉烧结为主。堆存处理不仅占用大量土地,污染生态环境,还造成大量的资源浪费。2019年,我国钢铁尘泥的产生量约为1亿吨,按50%的堆存量计算,占用土地超2500亩。

  若通过烧结或球团工序简单处理,然后再次进入高炉,会造成尘泥中的锌等金属元素在高炉内循环富集,对含铁炉料、焦炭以及炉内衬耐火材料产生不利影响,进而破坏高炉的稳定顺行,缩短高炉的使用寿命,提高企业的生产成本。如锌金属及碱在炉衬表面一旦过度沉积,容易产生炉瘤,阻碍炉料下降顺畅,甚至导致悬料发生。锌金属及碱在炉衬内部若过度沉积,容易造成炉衬显著膨胀而被破坏;锌金属及碱在风口处若过度聚集,容易烧损风口等送风设备,据相关统计,炉龄因此或减少2年以上。

  此外,我国钢铁固废资源化利用存在装备能耗高、资源回收率低、资源回收品种少等问题,许多钢铁企业在钢铁冶金固废处理方面或是有选择性地进行少量回收利用,或是设置专用场所堆积存放或者外售。对于钢铁行业自身而言,亟待寻求先进的含铁锌等金属尘泥处理技术,以解决尘泥废料的堆放占地、污染环境、资源浪费、难以回收利用等难题。

  钢铁尘泥资源化利用意义重大

  支撑钢铁工业实现绿色循环高质量发展。钢铁冶炼加工企业加强固废管理,纾解固废综合利用难题,提高固废综合利用效率,推动固废资源的循环利用,既是企业与城市的共融协调,也是实现绿色循环高质量发展的必由之路。

  助力钢铁行业聚集型城市转型升级、经济结构性调整。钢铁固废是资源型城市发展历史进程中的遗留宝藏,也是新时代背景下钢铁聚集型城市转型升级的重要抓手。国家出台了一系列钢铁固废综合利用的政策鼓励文件与相关限制措施,从正向鼓励和反向倒逼两个层面强力推动钢铁行业转向绿色循环发展。未来,我国将对各种固废综合利用提出更高标准、更严要求,多项限制措施为地方发展工业资源综合利用产业提供重大机遇,也迎合了钢铁聚集型城市产业转型升级的迫切要求。

  切实补充一次资源。我国铁矿石对外依存度高,很大程度上影响我国的资源安全。钢铁尘泥中除含大量铁元素以外,还含有很多有价值的金属元素,如铬、锰、镍、铜、钴、钒、钼、铌、锌、钾、钠、金、银、铟等。科学提取其中的价值金属元素,对我国依赖进口的铁矿、锰矿、镍矿、铬矿以及开采难度较大的钼矿、钒矿等一次资源形成有效补充。

  亟待寻求新的钢铁尘泥资源化利用工艺

  目前,我国对于钢铁尘泥的常规处理工艺主要有物理法、湿法和火法等。物理法主要包括磁性分离和水力螺流分离;湿法是利用酸浸、碱浸或浸取+焙烧等工艺对钢铁尘泥进行处理;火法主要有烧结法、球团法、直接还原法(回转窑及转底炉处理工艺等)、熔融还原法。

  物理法处理钢铁尘泥的工艺比较简单,缺点是锌等金属的富集率较低,富锌产品的锌含量过低,价值较小。一般物理法只作为湿法或火法工艺的预处理工艺。湿法工艺设备腐蚀严重,大多操作条件较恶劣,生产效率较低,与钢铁企业的尘泥产量不匹配。火法工艺因对钢铁尘泥的处理效率高、规模大,是钢铁尘泥资源化利用选择的主要途径。

  在钢铁尘泥资源化利用的火法工艺,转底炉工艺产品是金属化球团,具有铁等金属品位低、渣量大等缺点。回转窑在使用过程中容易结圈,维修费用高,还原时间长,且对工艺条件的要求比较苛刻。熔融还原技术因原料适应性广、炉料强度要求低等优势而备受关注。

  面对我国能源、资源、环境等压力日益突出的新形势,钢铁产业重视固废资源高效利用是实现绿色可持续循环发展的关键性必然选择。投资经济性更好、环保性更优、资源化效率更高的钢铁尘泥资源化利用工艺技术,对于包括不锈钢在内的钢铁冶金企业不仅迫在眉睫而且意义重大,更是时代赋予、环境倒逼钢铁产业的新要求。

  (文章来源:中国冶金报)

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