钢铁冶金含铁尘泥高效循环利用技术思路与工艺集成
发展循环经济已经得到世界的普遍认同，成为人类文明进步的时代要求。我国钢铁工业持续快速发展将受到资源、能源和环境三大因素的严重制约，只有走发展循环经济之路，才能真正解决制约钢铁发展的瓶颈问题。
高效回收利用钢铁冶金尘泥中的有效元素，实现所有含铁尘泥资源的循环利用，无疑是发展钢铁工业循环经济的重要内容。据统计，我国大型联合钢铁企业产生的含铁粉尘和污泥约占钢产量的10%，其中烧结工序粉尘产量占烧结矿产量的2% ～4%，炼铁工序粉尘（泥）产量约占铁水产量的3%～4%，炼钢工序尘泥产量约占钢产量的3%～4%，轧钢工序固废产量约占轧材产量的 0.8%～1.5%。烧结区、炼铁区、炼钢区以及轧钢区的含铁尘泥平均铁品位分别约为55%、43%、48%和70%，此外，还含有部分氧化钙和碳等有用物质，具有十分可观的回收利用价值。
钢铁冶金含铁尘泥处理技术在国内起步相对较晚，目前大多数钢铁企业采用直接配入烧结系统回用的方式处理钢铁尘泥。直接回用烧结的方式在一定程度上实现了尘泥资源的回收利用，但是由于缺乏各类物料均质化、整粒与除杂（去除危害钢铁冶炼生产的杂质元素，如锌、铅、钾、钠等）过程，使得在回用这些尘泥过程中存在影响正常生产的问题，同时也带来了新的环保问题。这些问题集中表现为影响烧结透气性，烧结生产波动较大，进而影响烧结矿产品质量与正常生产；由于缺乏除杂系统，这些尘泥中含有钾、钠、锌等有害元素，直接影响烧结电除尘效果，导致烧结电除尘不能达标，影响环境保护。有害元素锌随烧结矿进入高炉，并在高炉内循环富集，致使高炉结瘤，影响高炉正常生产。因此，直接回用烧结的方式不能彻底解决钢铁尘泥高效资源化回收利用问题，需要开发均质化、整粒和除杂工艺来避免对烧结生产和烧结矿质量的负面影响。
国外钢铁冶金尘泥处理技术相对较为先进，典型的尘泥处理技术有：尘泥冷固结造块回用高炉炼铁技术，转底炉处理高锌尘泥技术，熔融还原法处理尘泥技术。其中尘泥冷固结造块回用高炉炼铁技术能够缩短尘泥回用钢铁冶炼系统的流程，具有一定的优越性。但是，该方法需要添加大量水泥等粘结剂，需要占用大量场地来养护冷固结产品，这些粘结剂最终又回到高炉冶炼，消耗大量的能源，并转化为高炉渣，因此，成本较高，影响高炉生产效率。转底炉和熔融还原技术具有较为彻底的除杂和回收金属铁资源功能，但投资相对较高，生产成本居高不下，难以在短时间内推广应用。
目前我国的钢渣和含铁尘泥处理技术相对较弱，尚不能支撑钢铁固废资源高效循环利用。国外技术相对较贵，在投资和运行成本方面国内均难以承受。因此，急需要开发适合我国国情的钢铁固废处理技术，以尽快满足发展循环经济的需要。本文提出一种以建设钢铁工业循环经济工业园的形式集中加工处理钢铁冶金所有含铁尘泥。按照“资源高效循环利用、不影响钢铁主流生产、绿色环保”的原则，将危害钢铁生产的元素（锌、碱金属等）分离出来，用作其他工业生产的原料；将可用于钢铁生产的元素（铁、碳、钙等）尽可能回收循环利用，真正实现“变废为宝”和资源高效利用。以期为我国钢铁工业含铁尘泥资源化利用树立示范，走出一条符合我国国情的钢铁工业循环经济道路，推进我国钢铁工业的可持续发展。
一、总体技术思路
建设钢铁工业循环经济工业园，将钢铁生产中产生的固体废弃物（尘泥）作为原料，在工业园内集中加工处理。一方面，将可以回用于钢铁生产的物质加工成满足钢铁生产原料质量要求的产品，该产品用作钢铁生产的工序原料，实现有用物质在钢铁工业内部循环利用；另一方面，将危害钢铁生产的物质分离出来，用作其他相关工业生产的原料，实现物质在钢铁工业与其他相关工业之间的循环利用，最终达到物质利用率100%，真正体现循环经济的理念。
二、工艺方案
2.1 整体工艺描述
以建设首钢迁钢循环经济工业园为例，工业园内规划设计了钢渣加工处理厂、高炉水渣加工处理厂和含铁尘泥加工处理厂。其中，含铁尘泥加工处理厂规划设计了三条工艺路线，即：“多种尘泥均质化造粒回用烧结工艺”、“OG泥与氧化铁皮造块回用转炉造渣工艺”和“高含锌与高含钾钠的尘泥脱锌、脱钾钠工艺”。
多种尘泥均质化造粒回用烧结工艺：主要以来自钢铁厂的各类尘泥和脱锌、脱钾钠后的可回收物质为原料，按照一定比例分类配合，定量配合后的物料经过充分搅拌、均匀混合后进行造粒，造粒后的物料进入烧结配料系统，回用烧结，实现固废资源回收循环利用。
OG泥与氧化铁皮造块回用转炉造渣工艺：主要以OG泥和氧化铁皮为原料，通过干燥脱水处理后，按一定比例配加粘结剂进行混碾和成型。成型后的冷固结块进入转炉炼钢工序，用作转炉造渣剂，实现固废资源短流程高效循环利用。
高含锌与高含钾纳的尘泥脱锌、脱钾钠工艺：主要以高锌、高钾钠尘泥为原料，通过脱锌装置分离出低含锌物料和高含锌物料。低锌物料作为造粒回用烧结工艺生产线的原料，最终回用烧结；高锌物质作为富锌资源，用作锌冶炼工艺的原料。通过脱钾钠装置分离出低含钾钠物料和高含钾钠物料，低含钾钠物料作为造粒回用烧结工艺生产线的原料，最终回用烧结；高含钾钠物料用作相关工业的生产原料。
2.2 多种尘泥均质化造粒回用烧结工艺
工艺描述：将来自钢铁生产各工序的含铁尘泥（包括除杂后可回收尘泥）按照组成特性进行分类，分类后的尘泥进行单独定量配料，配料后物料进行均质化处理，均质化处理后的物料进行造粒，最终得到均质化并整粒后的烧结颗粒料产品，运往烧结厂循环利用。物料均质化的过程主要是调水分和均匀混合过程，其目的在于尽可能减少回用尘泥给烧结产品质量造成波动，保证烧结生产稳定顺行。整粒的过程就是将均质化后的物料加工成烧结原料要求的颗粒尺度和颗粒强度，其目的在于一方面减少烧结过程中粉尘的产生，进而减少除尘器压力和减少环境污染，另一方面改善烧结透气性，降低烧结能耗，提高烧结系数。该工艺的技术关键在于：物料分类、物料定量配合、物料均质化与整粒。该工艺的主要设备系统包括：粉体物料与泥状物料的上料系统、不同性状物料的定量与输送系统、各种物料的均质化系统、均质化物料的整粒系统、自动化控制系统。
2.3 OG泥与氧化铁皮造块回用转炉造渣工艺
工艺描述：将来自钢铁生产炼钢工序产生的OG泥和轧钢工序产生的氧化铁皮分别进行定量配料，配料后物料进入干燥脱水装置进行干燥脱水处理，回收的冷凝水用于脱钾钠盐和脱锌系统，余热用作蒸发提钾钠盐的热源；产生干燥后的物料进行冷却调温，调温后物料与粘结剂按配比要求进行混碾，混碾后物料进入高压成型机进行成型加工，制得高强度型块产品用作炼钢造渣剂循环回用于转炉炼钢，实现尘泥短流程高效循环利用。其特点在于尘泥中的有用元素不需要经过烧结、炼铁等工序，直接进入炼钢工序，实现了有用物质的短流程高效循环利用。该工艺的技术关键在于：型块的水分控制、型块的强度控制、型块的铁品位控制。该工艺的主要设备系统包括：物料的定量给料与输送系统、干燥系统、除尘系统、混碾与成型系统、自动控制系统。
2.4 高含锌与高含钾纳的尘泥脱锌、脱钾钠工艺
工艺描述：采用水解方式将来自烧结电除尘二、三电场的高含钾钠灰进行水洗，灰中的钾盐和钠盐溶于水中，与其他不溶于水的固体物质分离开，溶于水中的钾钠盐利用造块生产线中产生的废热蒸发提盐，蒸发后的水分回收利用，提取的钾钠盐用作相关工业的原料。水洗后过虑所得的固体物质用作烧结颗粒料生产线的原料，回用于烧结工序。将主要来自高炉煤气二次除尘所得的高含锌尘泥采用水力旋流方式进行分离，富含锌的细颗粒物质从旋流器顶部逸出，而含锌较低的粗颗粒物质则从旋流器的底部流出，达到分离锌的目的。然后分别过虑得到高锌泥和低锌泥两类物质，高锌泥用作深度提锌原料，而低锌泥则回用于烧结颗粒料生产工序，最终回用烧结。烧结具有脱除钾和钠元素的功能，脱除的这些钾钠主要以氯化钾和氯化钠形式富集在烧结电除尘器的二、三电场内。碱金属盐类物质极易溶于水，因此可以采用水解方式脱除。高炉由于属于还原气氛，具有较强脱锌的能力，脱除的锌主要以蒸汽的形式吸附在细颗粒表面，并随高炉煤气除尘，而富集在二次除尘灰（泥）中。由于水力旋流能够将泥浆中的物质按照颗粒尺度进行分离，富集锌的细颗粒与含锌量小的粗颗粒就自动分离开，达到脱锌的目的。该工艺的技术关键在于：泥浆浓度的控制、旋流器操作参数的选取、钢铁生产系统中钾钠盐含量和锌含量的平衡控制。该工艺的主要设备系统包括：物料定量与输送系统、水解脱盐与水力旋流分离系统、泥浆过虑系统、自动化控制系统。
三、环境保护技术措施
本集成工艺将钢铁生产厂的所有含铁尘泥集中分类处理，工艺设计遵循循环经济和清洁、环保理念，实现资源高效循环利用，减少了新水资源消耗和能源消耗。从环境保护角度而言，工艺设计过程中考虑了以下防治措施：
（1）厂外物料运输污染防止措施：粉尘运输采用密闭罐装车辆输送，装卸灰采用密闭气力输送，有效防止粉尘污染问题。厂外污泥运输采用汽车密闭输送，入厂出厂均设置洗车装置，有效防止污泥的洒落和运输可能造成路面污染。
（2）厂内污泥原料堆存、倒运、给料等污染防止措施：污泥原料采用地仓储存，倒运和上料均采用电动抓斗，有效避免常规铲车作业造成厂内环境污染问题，也有效防止污泥在厂内洒落污染等问题。
（3）物料干燥过程中的环境污染控制措施：污泥干燥采用转炉煤气间接干燥方式，有效避免燃烧废气中的氮氧化物、二氧化硫和粉尘污染。由于采用间接加热干燥，热烟气与污泥不直接接触，大大减少粉尘产生量，这些粉尘采用冷水喷淋方式进行除尘，有效防止粉尘污染。喷淋后产生的含有粉尘的污水进入水力旋流脱锌、脱钾钠系统循环使用，没有污水外排，有效防止水污染问题。
（4）泥状原料设计在厂房内泥池，粉状原料设计在密闭罐仓内，采用密闭输送和密闭加工处理，加工后的产品采用不落地设计，及时采用汽车和皮带运至用户。
（5）水力旋流脱锌提盐工艺中，95%以上的水内部循环利用，约有5%的高盐水蒸发提盐。因此，该项目实现了污水“零排放”。
（6）尘泥中有用元素（铁、碳、钙等）全部回收，并在钢铁冶金中循环利用，有害元素（钾、钠、锌等）用作相关工业生产原料，实现固废“零”排放。
四、结束语
发展循环经济是我国钢铁工业可持续发展的必由之路，回收钢铁冶金尘泥中有用元素并在钢铁生产流程中循环利用，分离出不能在钢铁生产循环利用的有害元素用作相关工业生产的原料，是发展钢铁工业循环经济的重要内容和具体体现。本文提出在钢铁工业循环经济工业园内集中加工处理含铁尘泥技术思路，并以建设首钢迁安循环经济工业园为依托，提出具体工艺路线设计方案，方案中集成了多种先进工艺技术和自主创新技术，以期为我国钢铁工业发展循环经济树立示范。
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