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技术推荐 78:利用钢厂高温熔融钢渣协同处理钢铁及有色化工 尘泥、冶炼渣等固废危废新技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-12-11   浏览次数:2727

一、钢铁工业尘泥、冶炼渣处理现状

我国钢铁工业正迎来一场深刻的发展变革,钢铁企业每天产生的大量除尘灰、污泥及钢渣的处理或资源化综合利用,成为了考验企业生存的一条环保红线,各个钢厂对环保的重视程度前所未有,也投入了很大的精力和资金治理。然而,怎样才是最经济最合理的解决之道,是摆在我们面前的一个重要课题。

钢铁工业高速发展的同时,带来了大量的除尘灰、污泥和钢渣的排放,其严峻性是不容置疑的。钢铁厂内部每天产生大量的含有容易循环累积的钾钠锌等有害元素含量较高的高炉布袋瓦斯灰、烧结机机头灰和炼钢污泥等固废得不到很好处理,每天产出量更大的转炉钢渣因含有害元素磷,同样不能在烧结生产线消纳利用,钢渣磁选后,虽然也能够超细磨成钢渣微粉,但作为水泥掺合料,其用量毕竟有限。这些大宗固废不能合理地很好处理,将成为企业发展的包袱,若能合理规划,找到一个好的解决办法,资源化综合利用,则“变废为宝”,不仅为企业解除了环保之苦,还可为企业创造可观的经济效益。

处理含铁含锌固废,国内有物理分选法和回转窑及转底炉直接还原法(固态)、国内引进的太钢OxyCup竖炉法(液态)和宝钢Corex和山东墨龙HISmelt熔融还原法(液态)也能处理部分尘泥固废,但含磷不便大量循环利用的转炉钢渣的处理大多停留在传统的冷态处理上,未见有新的技术出现。

二、现有解决含有有害元素废弃物利用的几种方法

1、回转窑工艺(固态)----处理高锌低铁高炉瓦斯灰,回转窑高温火法处理,主要目的为了提取锌等有用金属,对废料的锌含量有一定要求,回转窑排出的尾渣,或外卖、或对其进行球磨磁选。回转窑废料含铁高则易结圈。

代表性的有新钢、涟钢、昆钢等钢厂、云南的红河鑫联工贸公司。

生产工艺流程:

产品:

①、次氧化锌等烟灰,转入下工序加工,湿法分选其中的有用金属;

②、磁选铁精粉,送烧结厂烧结成烧结矿,再进高炉冶炼变成铁水。

③、尾渣,销售给水泥厂。

2、转底炉工艺(固态)----大高炉对入炉原料锌的控制要求高,产生的含铁灰、泥量大,转底炉工艺具有处理量大的优势。转底炉高温火法主要解决了脱锌的问题,但这种固态下处理,产生的半还原铁球团渣铁未分离,磷未去除,且投资大,运行成本高,烟气管路余热回收锌易结易堵,炉体砖墙易塌,另外是否会面临着与烧结球团同样的除尘脱硫脱硝环保成本问题。因此,整体经济上和环保的彻底解决上还不是太理想,铁元素最终还是没有变成铁水产品。

代表性的有宝钢、沙钢、马钢、日钢、莱钢等大型钢厂。

生产工艺流程:

产品:

①、半成品的半还原球团,需要其它工艺方法将其变成铁水供炼钢。

②、次氧化锌等烟灰。

3、OxyCup含碳压块竖炉法工艺(液态)

OxyCup竖炉法工艺---类似于一个直筒炉型的小高炉,各种含铁废料做成含碳压块加入竖炉内,竖炉直接产出铁水和炉渣,需加部分废钢等物料,可以在煤气除尘系统收集到含锌的烟灰或除尘泥。代表性的有山西太钢。

OxyCup竖炉法工艺实际上就是一个专门用来处理固废的半化铁半炼铁工艺,在处理固废方面具有一定的先进性,由于使用含碳压块(块度较大,使用水泥等固结)工艺,因此也带来了类似高炉生产的一些固体带料柱透气性、操作难以稳定顺行的问题。太钢引进的德国帝森-克虏伯OxyCup竖炉法技术,是一项在现有成熟高炉炼铁工艺技术上开发的专门用于处理太钢不锈的不锈钢生产产生的固废新工艺,是一项比较有前途的处理固废技术。

生产工艺流程:

产品:

①、铁水,送炼钢。

②、渣冲成水渣,磨成超细粉作水泥掺加料,或直接送水泥厂。

③、含锌粗灰,送有色冶炼厂湿法浸出。

4Corex熔融还原法工艺(液态)

Corex熔融还原法是由奥钢联和德国科夫公司开发的一项旨在代替传统高炉炼铁工艺的一种熔融还原炼铁工艺。采取了先预还原成半海绵铁再熔融还原的两段结构工艺,在预还原竖炉内的气流控制、防结炉以及输送至气化炉管路上的卡堵方面,可能存在一些问题,目前还不能完全脱离焦炭,以球团为主,块矿使用比例并不太高。宝钢、八钢(欧冶炉)引进该工艺,经过多年的摸索和不断改进,积累了丰富生产经验,是工业化最成功的熔融还原炼铁新工艺,该工艺对生产的操作要求比较高,可以兼顾处理固废。

生产工艺流程:

产品:

①、铁水,送炼钢。

②、渣冲成水渣,磨成超细粉作水泥掺合料,或直接送水泥厂。

③、含锌除尘灰(泥)。

5、HISmelt熔融还原法工艺(液态)

HISmelt熔融还原法是澳大利亚力拓公司开发的一项旨在只使用煤粉和矿粉,无烧结、无球团、无炼焦的完全替代现有炼铁工艺的一种熔融还原炼铁工艺,是一项新的创新工艺。国内山东墨龙引进的原建于澳大利亚奎那那的成套设备,经改进生产的HISmelt熔融还原生产线,已生产多年,积累了较多的生产经验。原生产工艺采用流化床预热还原铁矿粉,粘结等生产问题多,成为生产停顿的主要因素,引进后改进为回转窑预热还原铁矿粉,又带来了回转窑容易结圈的新问题,由于炉内熔渣氧化气氛过强,FeO过高,熔渣区炉衬寿命存在一定的问题(已增设渣区铜冷却板,取得一定效果),亦制约生产的稳定连续运行,有待进一步改进提高。SRV炉可以兼顾处理固废。

生产工艺流程:

产品:

①、铁水,送炼钢。

②、渣冲成水渣,磨成超细粉作水泥掺合料,或直接送水泥厂。

③、含锌粗灰。

三、一种利用钢厂高温熔融钢渣协同处理钢铁及有色化工固危废、煤矸石资源化利用新技术

---类高炉含碳压块(球团)熔融钢渣还原挥发熔炼炉处理新工艺

虽然焦化、烧结、球团传统生产工艺有较大的环保压力,但熔融还原炼铁新工艺要完全取代传统高炉炼铁工艺,还有一段很长的路要走。定位在只处理含铁固废的角度去看问题,通过深入分析、挖掘高炉炼铁工艺和国内引进的三种新的炼铁工艺的各自优点,湖南建鑫公司与炼钢炼铁专家共同研究,创新地提出了一种新的利用钢厂高温熔融钢渣的类高炉含碳压块(球团)熔融钢渣还原挥发熔炼炉处理新工艺(专利申请号201810527784.1),以便能够使钢厂全部的尘泥等固废得到处理,并可发挥熔融钢渣还原挥发熔炼炉处理含铁固废量大的优势,不仅大量消化炼钢转炉排出的含铁熔融钢渣,以使钢铁工业产生的大量含铁含锌尘泥及转炉钢渣等固废得到处理、甚至包括有色化工行业的含铁含有色金属除尘灰、污泥、冶炼渣、湿法浸出渣及废油、油泥渣等危废都得到彻底的全部的消化处理。

利用钢厂高温熔融钢渣处理固危废的新的类高炉含碳压块熔融钢渣还原挥发熔炼炉处理新工艺是以传统炼铁高炉和OxyCup竖炉法及HISmelt熔融还原法等技术的集成,类高炉处理工艺综合以上两法采用降低高度的短炉型熔炼炉体,以克服因使用含碳压块带来的对压块等原料的强度质量要求、料柱透气性和气流不易控制、炉况不顺问题,同时更是为了便于从上部的侧面加入液态熔融钢渣;在用料和加料方面,以液态从上部的侧面向炉内加入高温熔融钢渣,同时,采用OxyCup竖炉法,上部向炉内加入含碳含铁自还原压块、含铁块状物(如渣钢、废钢、含铁块矿等),以及焦炭、块煤、熔剂为主,下部采用传统高炉炼铁的鼓风、鼓氧,喷入煤粉含铁粉料或废油;由于料柱很短,煤气温度较高,可以采取富氧或全氧生产,烟气系统采用HISmelt法的喷入三次风二次燃烧加热高温煤气直接预热预还原含碳压块等含铁料,热料直接进入炉内,亦采用余热锅炉回收高温煤气热量蒸汽发电,高热值煤气除尘后供用户;在操作上,以控制合适的还原气氛,更接近于高炉的冶炼生产特点,控制渣中FeO,以提高炉体的寿命;通过使用低价的固体废料、低固定碳的煤矸石、高灰分动力块煤和半焦炭以及废钢,以克服偏高的燃料消耗的不足,获得低的综合生产成本。通过即时在线利用高温熔融钢渣,使用难还原难处理的特殊复杂矿(如镍铬红土矿、高铁铅锌矿等),进一步协同处理有色化工行业不易处理的含铁含有色金属除尘灰、污泥、有色渣、废油(及油泥渣)等危险废物,城市生活垃圾加工后的废物(如垃圾焚烧飞灰等),以及低价的煤矸石废渣等固废危废,以求得更好的经济效益,实现钢铁、有色化工大量固废危废处理得到整体解决。由于熔融钢渣的高碱性和各种固体废料煤矸石废渣等物料的脉石大多高酸性,两者酸碱互补特点,因此,利用高温高碱度熔融钢渣协同处理钢铁有色化工固危废,实际上也是一项不需要钙镁碱性熔剂,也可以不使用硅铝酸性熔剂的有铁钢渣变无铁水渣的一种新的炼铁冶炼新工艺。

1、熔融钢渣协同处理含铁固废原理

钢铁工业从烧结球团到炼铁、炼钢、轧钢,都要产生除尘灰、污泥,炼钢还产生大量高温高碱含铁含磷熔融钢渣,如前所述,采用回转窑和转底炉高温火法(固态)、以及OxyCup竖炉法(液态)、Corex和HISmelt熔融还原法(液态)对除尘灰、污泥等粉状固废进行处理,这是在铁前生产区域内炼铁专业的范畴。然而,作为转炉炼钢产生的大量高温熔融含铁钢渣,对炼钢专业来说,它就是炼钢的弃渣,不是炼钢专业去解决的问题,因此,传统上,转炉排出的高温熔融含铁钢渣都是采用渣罐外排拉走冷却后进行破碎磁选铁处理。若要对钢渣真正科学有效再深度进行处理,很显然,这就是跨专业,涉及到炼铁冶炼专业的范畴,需要用炼铁冶炼的方法去处理,但传统上,在钢厂,炼铁与炼钢是两个完全不同的生产工区,炼铁专业人员一般不涉足到炼钢生产工序中,正如钢铁与有色化工两个行业互不相关一样。因此,若要解决钢渣的有效处理问题,还需用炼铁冶炼专业的方法去解决炼钢冶炼时转炉外排出的大量高温熔融含铁钢渣的铁、磷的回收和钢渣的降碱改质成为普通炉渣,用跨专业的办法,在高温液态下去解决钢厂钢渣这个老大难问题,自然就迎刃而解。

转炉熔融钢渣具有高温高钙高镁高氧化铁夹带铁珠的特点,在高温液态下即时进行处理是最好的时机,采用类似炼铁高炉冶炼的氧化物还原法原理进行处理,把钢渣的碱度降下来、把氧化铁还原出来,就可以分离回收其中的铁、磷,并使含铁难磨的钢渣变成易磨有利加工成水泥细粉的普通炉渣,其具体方法是:针对钢渣超高碱度特点,钢渣碱度在1.6~2.0是熔点粘度急剧升高区,钢中铁与渣分离显著变差,钢渣碱度在2.0以上,钢渣夹带铁珠非常严重,转炉出钢,渣中带金属铁一般在7~10%以上,这部分金属铁,只要加入含硅等酸性成分的含铁废料、高硅铁矿石,包括含硅铝成分高的焦炭、块煤以及高硅高铝煤矸石,或者硅石等,将熔渣碱度降到1.1~1.3水平,渣的熔点和粘度大幅降低,金属铁就可以很容易地从渣中分离出来,另一方面,钢渣中还含有17~20%以上的铁氧化物,五氧化二磷,在熔渣碱度降低,流动性大幅提高的情况下,只要加入足够的碳还原剂,就可以将铁和磷的氧化物还原,从而得到含磷铁水,铁磷得到回收,同样的,加入炉内处理的由钢铁厂内含铁含锌等除尘灰、转炉污泥等制成的含碳含铁含锌等压块(球团),在处理炉内高温碳还原剂还原下,铁元素还原变成了铁水,钾钠锌等有害元素还原挥发去除,而高碱度钢渣改质降碱变成了类似高炉的普通炉渣,可以冲成水渣,成为易加工活性高的水泥原料,磨成超细粉。

除钢厂内部固废外,有色化工行业也有大量不易处理的含铁含锌铅铜锡等金属元素的固废,甚至危废,比如硫酸渣、铅渣、铜渣及锌浸出渣、各种含重金属电镀及酸洗污泥,以及垃圾焚烧飞灰等,这些粉状、泥状及块状固废、危废,如能利用转炉倒出的高温熔融钢渣这一载体,协同处理,将不仅能够回收其中的含铁元素,顺利回收这些固危废中的易挥发的铅锌等元素,以及不易挥发或不挥发的铜锡金银等有色金属,还能有效解除有色化工固危废难处理之苦,回收到价值较高的有色金属,具有更加显著的经济和环保效益,是一个比水泥窑协同处理固废处理温度更高、固废危废处理更彻底、处理效果更好的固废危废处置的更优解决方案。

2、技术背景

在各种不同的有色金属矿山,选矿产生的中矿、尾矿含有较高品位的铁和铅锌铜锡铟铋锑金银等不同的有色金属和稀贵金属,在有色金属和制酸化工等行业,有色金属冶炼厂和各种化工厂、加工厂(如镀锌厂、硫酸厂等)的除尘灰、污泥和各种冶炼渣、回转窑铁渣、加工废渣、赤泥等也含有一定量的铁(一般在10~50%不等,有些化工铁泥含铁高达近70%)和铅锌铜锡铟铋锑金银等各种有色金属和稀贵金属;在钢铁和铁合金等冶炼工业,高炉、炼钢转炉、电炉、铁合金炉和烧结等冶炼炉、窑、机等设备生产时也会产生大量的含铁含铅锌镍铬钾钠氯等有害元素除尘灰、污泥(如炼钢污泥)等工业废料,如果作为含铁物料配入铁前的烧结使用,这些含铅锌钾钠氯等有害元素进入高炉,将严重影响高炉正常生产,造成结厚结瘤、破坏砖衬、燃料消耗上升。有色化工、钢铁等工业的这些废料大多是粉状料、泥浆,通常采用湿法浸出分离、浮选、韦氏炉、烟化炉、回转窑、转底炉、竖炉、循环流化床炉等进行铁和各种有色金属物质的废料的处理与回收,这些方法存在设备投资大、运行费用高、成本高、铁与渣等没有分离、或分离不彻底、仍残留磷P等有害成分的问题,湿法浸出法、浮选法还存在药剂消耗大、废水废渣二次污染环保问题。

另一方面,在钢铁厂的转炉(包括电炉等)炼钢生产时,会产生数量很大的含氧化铁和较多金属铁粒的高碱度熔融钢渣,炼钢钢渣熔点高、流动性差、渣铁分离差、稍一降温即不流凝固、渣中包裹大量金属铁粒,一般含铁高达25%以上,碱度往往在2.8~3.2以上,温度高达1600~1650℃,通常钢厂生产时,都是用渣盘将转炉倾倒出的高温熔融钢渣接走,用车转运至渣跨或钢渣处理场地翻倒出,打水冷却,冒出大量蒸汽,或热闷池打水热闷处理,钢渣水化爆裂,采用电磁铁吸盘等方法,将大小块带渣的残钢吸出,再用破碎、磁选、筛分方法选出钢渣粉中夹带的金属铁,含有金属铁粒和氧化铁成分(无磁性不能选出)的渣块、钢渣粉、尾泥浆外卖,废渣中铁粒子和内在铁元素被白白丢掉,由于钢渣磷高,制约了钢渣在钢厂内部的循环利用。目前,钢渣采用冷却后进行冷态处理的工艺,铁元素分离回收困难、回收率低,处理和分选钢渣占用场地大,冒水蒸汽扬尘,环境较差,对钢渣的资源化综合利用,业内作了大量的研究,事实证明,液态钢渣一旦冷却成固态钢渣,真正有用的好办法并不多,对钢渣进行超细磨粉,作为建材用钢渣粉,其利用率也不高,利用价值难以体现。

在有色行业内部,对有色冶炼等产生的这些含铁含铅锌铜锡等金属的废料,对易挥发的铅锌等元素以烟化挥发法富集回收,火法处理能耗高、成本高,对某些元素则往往采用湿法浸出分离回收。这些处理方法,以回收高价格的有色和稀贵金属为主要目的,对其中的铁元素则作为廉价物质以渣的形式存在,往往不予回收,因而有色行业的废渣废料往往既含各种有色金属,又含较多的铁元素。在钢铁及化工等行业,大量的含铁污泥呈泥浆状,含铁除尘灰粒度特别细,其中所含铁等有用元素品质也是参差不齐,有些也含有一些不利炼铁冶炼的有色金属,很难回收循环利用,甚至被视为垃圾而到处丢弃,污染环境。

我国是钢铁大国,钢铁企业转炉冶炼后要排出大量的高温熔融钢渣,钢渣本身的内在价值不高,长期以来采用打水冷却破碎磁选分离冷态处理办法,但原始出炉的熔融钢渣温度高达1600℃以上,这个“热”资源是它的优势,如能打破现有冷态处理钢渣传统工艺,利用钢铁行业转炉熔融钢渣量大、温度高的优势,在钢渣高温熔融热态下对钢厂自身的除尘灰、污泥等含铁废料进行彻底处理,有效解除钢厂内部的大宗固废带来的环保压力,同时,还可以协同处理这些有色化工含铁含有色金属固废危废、那么既解了有色化工行业固废危废(大多数是危废)难处理之苦,又回收了熔融钢渣的高温热量,以及其中不菲的铁和高价有色金属,从而很好解决了处理钢渣的经济性问题,使得处理钢厂的钢渣既是一项节能减排,对社会有利的环保项目,又是一项具有显著经济效益的节能降本创效项目。

另外,在煤炭行业,有大量的含碳低的煤矸石废渣,是低值的块煤,可以替代块煤,煤矸石除含碳外,其主要成分是SiO2和Al2O3酸性成分,将“钢铁”+“有色化工”+“煤炭”三大行业固废结合起来,进行“三固废危废”协同处理,那将更能降低处理成本,取得更大的协同效果,做到既技术上可行,又能在经济上获得突出的效益,以达到节能减排经济环保、治理污染有益社会更优更全面的综合效果。

“钢铁+有色化工+煤炭”“三固废危废”在高温下在线协同处理,正是本专利出发点。“三行业”“三固废危废”包括:钢铁、有色冶炼渣、化工污泥及废渣、煤矸石、废油、废油泥渣等工业固废、危废。

3、钢铁企业转炉钢渣处理现状

在钢铁厂的炼钢转炉生产时,会产生数量很大的含氧化铁和较多金属铁粒的高钙高镁高碱度高温熔融钢渣,一般钢渣产出量是钢产量的10%左右,一座年产400万吨中型规模钢厂,一年的钢渣产出量高达40多万吨,在现有标准的炼钢厂生产区工艺布局上,炼钢厂房里没有钢渣在线现场处理工艺环节,通常吹炼一炉钢后,倾动转炉,将转炉高温熔渣倒入炉下的渣车渣盘(渣罐)内。因为钢渣是作为废渣来看待,在整个炼钢整体生产中,钢厂考虑更多的是不要妨碍转炉、连铸主线生产,因此都是用渣盘将转炉倾倒出的熔融钢渣接走,用渣车转运至渣处理跨,或用汽车转运至钢渣处理场地,打水冷却,冷却凝固后翻倒出,不断打水降温膨化,冒出大量蒸汽,或热闷池热闷处理,带渣的大小块渣钢回炉,磁选出的铁精粉供烧结,含有残余金属铁粒和氧化铁成分的渣块、钢渣粉、尾泥浆作为废料外卖或找场地倾倒。钢渣冷态处理,占用较大的场地,环保不理想。近年,随着水泥行情好转,有些地方采用钢渣细磨粉生产工艺处理磁选后的钢渣,但由于钢渣中含铁,给细磨粉加工带来了难度,钢渣成分的限制降低了作为水泥替代的价值。由于转炉承担脱磷功能,脱除的磷进入钢渣,钢渣含磷高的劣势,更是制约了钢渣在钢厂内部铁前烧结的回用(磷循环富集)。采取钢渣直接冷却后,进行冷态处理,显然其处理工艺粗糙,不仅宝贵的高温热量“热”资源没有利用,冷态下铁与渣很难分离干净,铁元素分离回收也困难,铁元素回收率低,且冷却、破碎、分选加工处理占用场地很大,冒水蒸汽扬尘,环境较差,已不适应日益严格的环保要求,其后续利用产品也相当窄,价值较低,有些厂干脆简单一卖了之,钢渣偷排倾倒事件也时有发生。

基于此,根据熔融钢渣高钙高镁高氧化铁高温特点,结合有色化工行业大量含铁含有色金属废渣废料和煤炭行业大量含碳含高硅高铝煤矸石废渣的资源特点,将处理熔融钢渣从钢铁企业协同处理内部的各种除尘灰、污泥,扩展到有色化工及煤炭行业,提出了一种利用大量熔融钢渣的高温液态热量的优势,协同处理钢铁及有色化工固废、危废和煤矸石的新的“1+2”“三固废危废”协同处理工艺,以实现高温熔融钢渣、钢铁有色化工渣泥等固废危废、煤矸石等二次资源经济高效综合利用。其总的思路是:以炼铁的专业角度来解决炼钢产生的含铁钢渣处理问题,以炼铁的直接熔融还原炼铁来解决钢渣处理的技术问题,以熔融钢渣的高温液态熔池和以大带小来解决钢渣的高温还原和快速处理问题,以钢铁及有色化工固废危废的铁和各种有色金属价值和危废处理补偿机制、煤矸石固废二次资源利用进行协同处理(跨行业跨界)来解决整个处理工艺的经济效益问题。

4转炉熔融钢渣 “三固废”还原挥发协同处理工艺(或称熔融钢渣Mss含碳压块cob冶炼挥发工艺---MSSCOB工艺)

⑴转炉熔融钢渣与钢铁有色化工固危废、煤矸石“三固废”协同处理工艺:

压块制球:用各种含铁或含有色化工固废危废、煤粉煤矸石等含碳燃料或物料、添加剂助剂等配料→混匀加工压块制球→“三固废”协同:高温熔融钢渣+含铁含铅锌铜锡等预处理物料压块(球团)+煤矸石煤块等+酸性熔剂料→还原挥发熔炼炉处理:高温还原挥发炉高温熔池协同处理→得到产品:铁水或铁块、有色金属富集物、高温熔渣(高温熔渣制成水渣磨成超细粉、或回用至转炉、或制矿棉及微晶玻璃等材料)和铅锌铟等有色金属烟灰四种产品→再加工、分离、精炼及产业化。

⑵“三固废”协同处理的固废、危废:

①、含铁、锌铅类:钢铁厂固废:钢渣、炼钢污泥、炼钢炼铁除尘灰及污泥、氧化铁皮、铁粉;有色化工固危废:铅渣、铜渣、氰化提金提银尾渣等有色冶炼渣、湿法浸出渣、除尘灰、污泥、赤泥、选后尾矿;硫酸渣、化工污泥沉渣;垃圾焚烧飞灰;难选难处理复合矿:高硅铁矿、高铁铅锌矿或含镍铬铁矿等。

②、含碳还原剂、燃料类:焦炭、块煤、煤矸石、含碳除尘灰及污泥、废油及油泥渣、废弃含碳可燃有机物料(有些是危废)以及需处理的各类可燃物料。

③、酸性熔剂料:硅石、河沙、废玻璃及各种高硅高铝物料,用于调降碱度。

⑶“三固废”协同处理得到的产品:

①、铁水和有色金属富集物等副产物→→①中低磷铁水,或脱磷供炼钢,或铸成铁块的高磷生铁块(低品磷铁合金),或镍铬生铁块、含铜生铁块等;②含金银铜等混合金属富集物、含有色金属粗铅等,精炼分离;回收的铁和有色金属类产品是协同处理的主要经济效益来源;

②、高温熔渣→→①直接冲成水渣,磨成超细粉,作为水泥混凝土掺合料;②控制好吹炼进程,调整好熔渣成分,控制钢渣去磷后高温熔渣部分直接返回转炉,作为高温渣料替代部分石灰等熔剂料、其余部分空冷成炉渣再加工成水泥细粉、或直接冲成水渣再加工成水泥超细粉;③或将熔渣酸度系数调整到矿棉适宜成分,高速吹成矿棉保温材料,或调质后浇筑成微晶玻璃。

③、含铅锌铟等有色金属烟灰→→含铅锌铟镉等有色金属元素的粉末烟灰收集、分离、提级后转入下工序加工,→→外销有色冶炼厂湿法浸出等方法分离其中的有用金属(根据不同废料分类处理,处理废料不同,处理方法不同,处理挥发回收得到的有色金属不同)。

5、转炉钢渣高温熔池熔融还原挥发“三固废”协同处理工艺的优点:

钢铁厂转炉钢渣,因碱度太高,以致熔点高、流动性差、渣铁分离差,熔融钢渣稍降温即不流凝固、渣中包裹了大量金属铁粒,钢渣的高钙高镁必须加高硅高铝酸性熔剂料将钢渣碱度降下来,以改善钢渣流动性,达到还原挥发处理时钢渣内各种反应和渣铁分离能够顺利进行。钢渣有用成分主要是铁,在熔融态单独对钢渣进行高温熔融处理,价值不是很高,且炼钢厂房传统的工艺布局将发生改变,面对钢渣的铁资源、钙镁熔剂和高温“热”资源的浪费,与钢铁及有色化工等其它行业高价值固废危废协同处理,才是最可行之策。

高温熔池熔融还原挥发是最有效、最快速和效果最好的有色金属固废危废的处理方法,但有色冶炼厂专门为此单独建炉,有一些现实问题,能耗也相对较高,难以获得经济效益。有色固废产生的点多、不集中,有色厂规模普遍不大、比较分散,单个点固废产出量偏小,给各个点单独建炉处理造成了一定限制,而各种有色固废成分复杂,各有色厂主业也差异很大,更给分散处理增加了难度。而钢铁企业的钢铁厂具有规模大、高温熔渣产出量大的特点,在固废的数量上面是有色冶炼行业所不能比拟的,转炉每天产出的大量温度高达1600℃以上的高温熔融钢渣,是有色行业大部分有色冶炼厂所没有的一个天然的高温熔渣熔池载体,给处理这些有色固废、危废提供了一个绝佳的高温处理平台,如果利用转炉倒出的大量的高温熔融钢渣,在一个特别设计的处理炉内做成一个类似高温处理熔池,利用1600℃的高温熔融钢渣这个载体,在这个特别类似半个高炉内的高温熔炼炉内进行有色固废危废的熔融还原挥发处理,不失为一个好方法,起到了量大的高温熔融钢渣“以大带小”协同处理量小的有色固废危废、四两拨千斤的效果,其“熔融钢渣”+“有色固废”协同处理的综合效果远超目前普遍存在的钢铁行业的“冷态钢渣”和有色行业的“有色固废”各自在行业内部单独处理的效果。毫无疑问,在钢铁厂炼钢生产区现场采取转炉熔融钢渣高温液态下在线协同处理有色固危废(包括钢厂自产和外部的各种含铁污泥除尘灰),回收了铁、磷资源和高价值的有色和稀贵金属。同时,熔渣除冲成水渣外,也可以考虑高温熔融钢渣去磷再生后回用到转炉,以回收利用了高温熔渣热量、钙镁碱性熔剂成分,减少了石灰等熔剂的用量,促进转炉早期快速化渣,减少钢渣中未熔化石灰。由于还原挥发炉处理钢渣与有色固危废还得加入燃料和酸性熔剂料,采取使用廉价的煤矸石来替代块煤和熔剂料,进一步降低处理成本,以实现“熔融钢渣”+“有色固废”+“煤矸石废渣”“三固废”的协同处理,不仅钢渣处理产生了良好的经济效益,而且解了有色化工行业固废危废(大多数是危废)难处理之苦,为有色化工固废危废、煤炭开采的煤矸石废渣找到了一条利废减排新途径,对污染治理和节能减排环保,对企业对社会都带来益处。与现今正推动的水泥窑协同处理固废工艺相比,其处理温度要高,能彻底裂解有毒物质和二噁英,转炉钢渣的高碱度CaO能完全吸纳硫等有害元素,同时能有效回收铁和有色金属等有用物质,避免建筑水泥重金属超标和二次资源的浪费,因而具有很好的经济和社会价值,是一项开创性的利用转炉液态下高温熔融钢渣协同处理固废危废的不需要石灰白云石等钙镁碱性熔剂也可以不使用硅石等硅铝酸性熔剂的有铁钢渣变无铁水渣的一种新的炼铁冶炼新工艺。

6、熔融钢渣协同处理钢铁及有色化工固废危废项目投资和效益测算

①项目投资:可分两步实施,初期可以建设一座以还原挥发熔炼炉为主体的生产线(矩形炉3×4×5,容积60M3左右),之后再考虑扩大炉容(可以侧向扩大炉容),并相应配套有关鼓风空气预热、喷煤(也可不用上喷煤而喷废油)、烟气锅炉余热回收等相应配套设施。

②年处理30万吨液态熔融钢渣,协同处理8万吨含铁或含锌铅等固废危废,测算效益:

经冷却破碎磁选外卖钢渣块一般在50元左右,高温液态钢渣中含有25~30%左右的铁,以残钢、金属铁珠和氧化铁存在,在高温液态下,铁珠不需要熔化和还原消耗碳,铁磷也只要还原耗热,含碳自还原固废压块反应快速,在很短时间完成,只需加入廉价的含铁固废及块煤或煤矸石等废料(燃料、还原剂和降碱酸性熔剂),就可以得到价值2500元以上的生铁(磷高可作磷铁合金)和100元左右的水渣(磨成超细粉价格在350元左右),经济效益显著,如配入含铁含有色金属危废、废油废油泥渣等协同处理,则不付费甚至收取产废企业危废处置费(危废处置费高达1000~3000元),估算年效益在1亿左右。处理量越大效益更大。

7、前期已做的小型试验和工程产业化:

专利技术方已经在钢厂生产线上,在转炉出渣时,在渣罐内进行了加入添加了碳的含碳尘泥球等物料的铁还原和降碱的原理验证试验,并在一个有一个风口一个排渣铁口的小型模拟试验炉进行了倒入熔融钢渣和含碳尘泥球等物料的小型模拟试验,通过原理验证试验、小型模拟试验、现场认真分析研究,将该技术扩大,在钢厂生产线上进行产业化实施,同样不存在限制环节。通过此技术开展的前期工作表明,该技术的原理没有问题,进行工程产业化实施也不会有大的问题,可以分二步进行,与钢厂、设计院合作,先期设计建设一座钢渣提铁还原挥发处理中试试验炉及相应配套设施,进行项目半产业化,在验证生产数据、优化工艺参数、主体试验成功后再进行进一步的工艺改进,第二步再视情况相应配套有关鼓风空气预热、喷煤(也可不喷煤而喷废油)、余热锅炉蒸汽能源回收等降低成本的附属设施,同时,在降低能源消耗、使用低值块煤(煤矸石)降低处理成本、以及在政策允许的情况下寻求配入含铁含锌铅铜锡等有色金属固废危废,协同处置产废企业的危废,扩大收益来源等方面再进行有益尝试,以实现本技术的效益最大化。

 
 
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