转炉尘泥回收利用技术现状及前景研究
1. 概述
转炉炼钢是目前各国广泛采用的炼钢方法，尤其在我国，转炉炼钢产量占全部钢产量的80%以上。转炉尘泥的发生量（干重量）约为钢产量的2%，目前我国转炉污泥的产生量为每吨钢15kg～20kg，全国转炉污泥发生量为700 万t/a～950 万t/a。转炉在吹氧冶炼过程中，钢液翻腾及熔体表面气流爆裂，使一定量的铁和铁的氧化物蒸发并随炉气逸出，加料过程中散料的细微颗粒也被炉气带入烟道。烟气加水润湿被捕集后经浓缩成为转炉尘泥。转炉尘泥具有含铁高、含钙高、含水高（可达20%～50%）、粒度细、粘度大、活性高、杂物多（含有Mg、 Si、Al、P、Mn、C、S 等）等性质，是一种良好的二次资源[1-5]。
2. 转炉尘泥组分及性质
转炉尘泥含有 Fe、Ca、Mg、Al、Si、S、P、C、Pb、Zn 等多种元素，根据地区和生产工艺的不一样，元素含量和物化性质也有一定的差别，但是都具有，含铁高、含钙高、粒度细，粘度高，杂质多、孔隙大的基本特点。
从化学元素分析结果可以明显的看出，转炉尘泥中的铁主要以二价铁的形式存在，由于较高的铁含量（42.71%～55.99%）和可观的钙含量（4.63%～19.92%），所以转炉尘泥回收起来是一种很好的冶炼工业原材料。
转炉尘泥中的Fe，CaO 及酸不溶物都均匀的分布在所有的粒度级别上，因此，运用简单的选别技术来分选Fe 或者CaO 是很难达到的[7]。粒级以及元素的分布。
转炉尘泥样品X 射线衍射分析图谱。X 射线衍射分析是用来区分样品中不同的矿物晶相的[8]。从以下三种样品：（1）块样，（2）950℃下煅烧过的块样，（3）磁选精矿的波峰来分析，分别包含有：赤铁矿、石英、方铁矿、方解石和金属铁。
但是不同钢铁厂由于原料、工艺、设备不尽相同，其转炉尘泥的化学成分组成、性质相差很大，即使同一个钢铁厂当操作因素发生变化时，转炉尘泥的化学成分组成也不同[9,10]。
3. 转炉尘泥回收利用方法及现状
3.1 转炉尘泥返回炼钢方法
3.1.1 直接烧结法
在有烧结厂的企业中,将转炉尘泥作为原料，把干、湿尘泥直接与烧结原料混合进入烧结，是最简单的一种方法。这种方法国内外的许多企业都在使用,其优点是：投入少、见效快。
但同时也有一些不利因素。加入一定量的转炉尘泥，有利于混合料制粒，但随着尘泥量的增加，因其粒度细而易粘糊成块而各自成团，影响混合料制粒和烧结效果[11-13]。
3.1.2 小球烧结法
直接烧结法是利用比较粗的尘泥与矿石团矿而成，但对于尘泥的细度过细而使烧结性能变差，为此最近几年小球烧结法被广泛使用。其工艺是：湿泥浆在料场经自然干燥后送人料仓，将泥浆与粘结剂混匀送入圆盘造球机造成2～8mm 的小球，送到成品槽作烧结原料。该工艺宝钢从日本引进，现在国内许多钢厂使用[14]。
3.1.3 炼铁法
将转炉尘泥造块用来生产金属化球团，返回高炉是国外处理转炉尘泥较为普遍的一种方法。金属化球团的典型工艺为：含铁尘泥经浓缩、过滤、干燥后，再粉碎、磨细，加入添加剂造球、干燥后，由回转窑焙烧制成金属化球团块[15]。
高炉用转炉尘泥金属化球团的生产，也有用冷固结法，或加粘结剂压团法，这些方法均需加入含碳物(焦粉，煤炭)，以减少冶金焦的消耗。
3.1.4 炼钢法
将转炉尘泥造块返回炼钢工艺，用做炼钢的冷却剂是转炉尘泥回收利用的又一途径，国内许多企业已使用该方法[16]。
由于转炉尘泥块中含有很高的CaO、FeO，用于炼钢工艺种可起到一定的造渣剂、助熔剂的作用。炼钢工艺的特点对尘泥块的强度要求相对较低，因此，用于炼钢的尘泥造块多选用冷固结、加粘结剂压团、热压团或中温固结压团[17]等工艺。
3.1.5 转底炉
转炉尘泥经浓缩、脱水(含水30%左右)、烘干(含水1%左右)后与各种除尘灰和粘结剂按比例配料(主要控制碳含量在14%以下)。经润磨、造球、筛分，合格生球(粒径Φ6～Φ16 mm)再经干燥(生球含水量由11%降到1%以下)后均匀布到转底炉 (RHF) [18]环形台车上,在还原性气氛和1000~1300℃高温下铁被还原,高温球团从RHF 排出经还原性气氛冷却到300℃，形成金属化球团；锌被还原成气态随高温废气从RHF 排出，经余热锅炉、换热器、布袋除尘器等冷却、收集。
3.2 转炉尘泥返回炼钢利用现状
攀钢、涟钢、湘钢、本钢等[19-23]的转炉污泥用回转窑烘干配煅烧造粒，成品直接加于烧结混合料中用于烧结生产，工艺简单，一次性投资少。唐钢 [24]将转炉污泥替代精矿粉，直接参与烧结配料。安钢、马钢、长钢等[25-29]将转炉污泥冷球团用于转炉造渣，在提高转炉初期炉渣的碱度，加快初期炉渣的形成时间、提高转炉炉渣的去硫、去磷能力等方面有明显作用；另外结合转炉冶炼操作，还可以降低终点炉渣的TFe 含量，减小转炉的铁损。并可回收一定量的铁元素，降低石灰和氧气消耗。宝钢、包钢[30,31]将转炉尘泥采用冷固结工艺替代原有热压工艺生产冷固球团返回转炉应用，可以替代原有除尘灰热压球团和部分铁矿石等，并经过现场试验，得到较好的冷却和化渣效果。济钢、兰钢等[32,33]单位将转炉污泥用管道直接送到烧结配料。首钢、鞍钢等[34]将转炉污泥做成OG 泥消化料进入烧结，降低了石灰燃料的消耗。新疆钢铁公司用转炉污泥生产高炉用球团矿。奥钢联[35]在多拉维茨钢厂的60 t 转炉进行了氧枪喷吹转炉粉尘的工业试验，结果表明：
粉尘可部分取代废钢做冷却剂，1 kg 粉尘可取代2.7 kg 废钢，熔炉温度降低了大约25℃；粉尘对钢水成分和炉渣成分没有影响。加拿大钢公司[36]分别在希尔顿和伊利湖钢厂进行过转炉除尘循环利用试验。即将转炉粉（锌含量0.6％～2％）做成球团或压块，加入炉内，加入量为48 t，为补偿粉尘的吸热，料块里加入了焦粉和瓦斯泥。结果表明：粉尘的加入对于转炉操作没有产生影响，只是在加入量较高的情况下，出钢温度有所降低；S 和P 的含量与常规情况没有差别，炉渣的成分也没有发现变化。伯利恒钢公司[37]在雀点钢厂将含锌滤饼与热渣混合，加工成一种低水分的矿石替代物。炉渣和滤饼的混合比例为0.2∶1，混合前炉渣约810℃，混合物的水分为6％左右，主要含有铁和氧化钙等物质，每炉加入量为3t 以上。不仅回收了有价资源，还减少粉尘掩埋费用及氧气转炉操作费用。
3.3 转炉尘泥其他回收利用方法现状及进展
3.3.1 制备还原铁粉
晁月盛等[38]研究出将转炉尘泥先于浓度为3.5mol/L 的浓硫酸以14：1 的比例混合，在75℃下溶解，浸出1.5h，在85℃滴定，然后再在900℃温度下灼烧2.5h，冷却至室温，经过如此一系列提纯处理后的尘泥，经过2h 球磨处理，在550℃温度下进行还原2h，再在NH3/H2=3/4 气氛下作3h 氮化处理，可得到较高生成量的氮化铁磁粉γ?-Fe4N。
高家诚等[39]将转炉尘泥通过球磨，重力沉降分选手段得到的含铁量90%铁粉末进行脱硫、改性、还原等处理，获得高质量的还原铁粉，基本上能满足粉末冶金使用的要求。
3.3.2 改性水玻璃
李祥兴[40]利用转炉尘泥颗粒高度的表面效应和潜在水化活性，采用水力漂洗处理分离粗颗粒组分后，将其过滤脱水浓缩成含水量在40%～50%悬浊液浆，按水玻璃浆液与尘泥100：70～100 混合，改性后的水玻璃胶凝能力没有明显下降，耐高温性能得到很大提高。
3.3.3 制备脱硫剂
张小敏等[41]利用炼钢尘泥的悬浮液进行脱硫实验，并与石灰石脱硫效果进行了对比。结果表明，炼钢尘泥的悬浮液是一种性能较好的铁系列脱硫剂，可以作为常用脱硫剂的替代品。
3.3.4 从转炉尘泥中分选铁
傅平丰等[42]进行了马钢炼钢污泥综合回收与氧化铁红制备的试验研究。经过对磨矿细度、磁场强度、上升水流量等工艺参数寻优试验后，确定采用二段磨矿、二段磁选的流程回收铁。
罗立群等[43]对转炉尘泥进行磁选，磁选粗精矿再磨再选以及摇床分选等实验，结果表明：转炉尘泥经过适当细磨后，经磁选再磨，然后摇床分选，铁元素可以得到有效分离，提高转炉尘泥综合回收利用价值。
3.3.5 生产海绵铁
王莉馨与董宏[44]用煤粉、氧化铁皮与转炉烟尘生产海绵铁，研究得出以下结论：用煤粉还原氧化铁皮、转炉烟尘生产海绵铁含铁量高，杂志含量低且成分稳定，较之用矿石生产的海绵铁不含脉石杂质，可作优质废钢使用。
3.3.6 制备氧化铁红
以转炉尘泥为原料，锻烧除碳。然后经酸浸除杂、过滤、燃烧氧化后制得铁红，产品符合一级铁红的要求；其氧化铁红还可用于磁性材料[45]。有许多利用钢厂除尘灰制备氧化铁红的研究，并且取得了一定的成果，攀钢、武钢等一些大型钢铁公司对除尘灰在铁系颜料方面的利用有不少研究，尤其是在铁红的制备上，不仅技术成熟，而且已有多项专利成果[46]。
3.3.7 转炉尘泥去除水中重金属离子
利用铁及其氧化物的化学特性与水中的重金属发生一系列的反应，然后在一定的pH 下使重金属与未溶的尘泥及生成的氢氧化物一起从水中分离出来[47]。
加拿大的S. Kelebek 等[48]以Dofasco 公司的转炉尘泥为样，基于XRD、SEM、EDX 等表征手段，采用筛分磨矿，颗粒离析为粗颗粒（+38μm）和细颗粒（-38μm），采用十二烷二亚乙基三胺和煤油代替磺酸盐作为捕收剂进行浮选，硫酸代替盐酸浸选，沉降分级等方法，最终得到转炉尘泥粗粒矿（>38μm）在pH=2 的时候，锌去除率达到了大约81%，而相应量的铁损失率只有18%。转炉尘泥吸附锌后的颗粒代表组成。酸滤后，转炉尘泥总体去除锌和铁的效果。
韩国延世大学Joo Sung Ahn 等[49]曾研究利用氧气顶吹转炉尘泥去除砷，将砷由25mg/L降低到了不到0.5mg/L，效果非常好。
兰尧中等[50]研究了转炉污泥作为一种吸附剂对废水中磷吸附的一般规律。实验结果表明，转炉污泥的投加量、溶液pH 值、接触时间是影响污泥对磷吸附的主要因素；当投加量为2.0mg/100ml、接触时间4h、溶液pH 值为4 时，废水中88%的磷被除去；转炉污泥对废水中磷的吸附符合Freundlich 模型。转炉污泥是一种比较有效的废水吸附剂。
4. 转炉炼钢废弃物利用存在的问题及展望
（1）传统的转炉尘泥回收后主要运用于制造球团，此类方法虽然使炼钢二次资源——转炉尘泥得到了利用，但是，难以去除尘泥中有害杂质（K、Na、 Pb、S、Zn 等），容易造成高炉内有害杂质的恶性循环，降低烧结矿的质量，而且对生产设备使用寿命具有一定影响。
（2）转炉尘泥的元素组成根据地区矿种的不同而具有一定差别，有些地区的转炉尘泥含有大量的有用元素，比如Zn 是我国目前很匮乏的资源；Ca，Si，Mg 等元素可用作硅酸盐类建筑原料。现有的回收方法不能有效利用里面的有用成分，在某种程度上也是一种资源浪费。
（3）转炉尘泥用作废水吸附剂是目前新兴的一种利用途径，使用效果好，如果能替代现有吸附剂，则具有良好的环境和经济价值。但是吸附后的转炉尘泥处理回收技术亟待解决。
如无法解离回收再利用，直接填埋，会造成严重的二次污染转炉尘泥是一种发生量大，组成复杂，元素含量多的二次资源，极具经济和利用价值。能根据具体元素组成进行分选，针对各阶段矿物组分特点进行分类回收利用，例如含铁量高的精矿产品可用于生产铁化工产品，含铁量较低，且极具吸附性能的产品可用于吸附材料的制备，铁含量低的尾矿用于烧结造球，最好同时能分离有效成分用于其它领域产品的生产，将对我国绿色钢铁行业的可持续发展具有很大的经济和环境意义。
参考文献：（略）
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