China Resources Comprehensive Utilization Vol．27，No．22009年2月
收稿日期：2008－10－30作者简介：石
磊（1977－），男，江苏徐州人，博士，高级工程师，研究方向：冶金工业固体废物处理与资源化利用。
2007年我国粗钢产量接近5亿t ，由于铁矿资
源紧张、品位不断下降，导致高炉瓦斯泥（灰）、转炉OG 泥、转炉和电炉除尘灰等含锌尘泥产量不断增加。这些次生资源虽含铁较高，但锌在高炉中会挥发结瘤、缩短高炉寿命，并对高炉顺行和焦炭冶金性能造成严重影响［1］。此外，尘泥露天堆放或外理过程中，易造成资源浪费和二次污染。含锌尘泥的处理已成为冶金界的热点之一。 按锌含量不同，含锌尘泥可分为高锌（＞20％）、中锌（5％～20％）和低锌（＜5％）尘泥。目前，处理含锌尘泥的工艺有物理法、湿法和火法3种。1．1物理法
处理工艺主要有2种：①磁性分离———其原理是利用锌富集粒子粒度较小、磁性较弱的特性，采用
离心或磁选的方式富集锌元素。磁性分离方法用于高炉粉尘时，要增加浮选除碳工艺，以提高磁性分离的效率［2］。②机械分离———该工艺处理后的粗粉可直接用于炼铁，但该法的操作费用较高，富锌产品的锌含量过低，价值较小。物理法简单易行，但锌的富集效率较低，一般只作为湿法或火法工艺的预处理工艺。1．2湿法 湿法工艺一般用于中锌和高锌尘泥的处理。氧化锌是一种两性氧化物，不溶于水或乙醇，但可溶于酸、氢氧化钠或氯化铵等溶液中。湿法回收技术就是利用氧化锌的这种性质，采用不同的浸取液，将锌从混合物中分离出来，一般有酸浸、碱浸以及氨与CO 联合浸出等方法。湿法工艺富集率虽然很高，但处理后的浸渣中锌含量较高（＞0．5％），既满足不了环保要求，又不能作为钢铁厂原料，使得铁、碳得到
钢铁工业含锌尘泥的资源化利用现状与发展方向
民宿管理系统石
磊，陈荣欢，王如意
（宝山钢铁股份有限公司技术中心，上海
201900）
摘要：比较了钢铁工业含锌尘泥的传统处理工艺，介绍了宝钢含锌尘泥研究和利用的实践，调研了国外钢铁厂含锌尘泥的利用途径，列举了转底炉处理含锌尘泥的国内外进展，指出火法回用是妥善处理钢铁工业含锌尘泥的最佳途径，转底炉在资源化利用钢铁工业含锌尘泥及环境保护方面潜力巨大。关键词：含锌尘泥；资源化利用；火法工艺；转底炉中图分类号：X757
文献标识码：A
文章编号：1008－9500（2009）02－0019－04
Present Utilization State and Development Trend of Zinc－borne
Sludge ＆Dust in Iron ＆Steel Industry
Shi Lei ，Chen Ronghuan ，Wang Ruyi
（R ＆D Center ，Baoshan Iron ＆Steel Co．Ltd．，Shanghai
201900，China ）
Abstract ：Zinc－borne dusts and sludges are secondary resources remaining to be fully utilized in iron and steel industry ，most of them （with low zinc content ）are recycled in sintering plants with the harmful influence to the following blast furnace operation．while the rests （with high zinc content ）are sold outside with the negative results of resource waste and environmental pollution．In the article ，traditional treatment technologies for zinc－borne dusts and sludges are compared ，research and utilization practices of zinc－borne dusts and sludges in Baosteel are introduced ，oversea recovery ways for zinc－borne dusts and sludges are investigated ，and the zinc－borne dusts and sludges present utilization state and development trend by RHF are enumerated home and abroad．Finally ，RHF application in zinc－borne dusts and sludges treatment is recommended for its great potential in resource recovery and environmental protection．
Keywords ：zinc－borne dust ＆sludge ；comprehensive utilization ；pyrogenic process ；RHF
综合利用
有效利用；同时，湿法单元操作多，浸出剂消耗大，操作条件较恶劣，设备腐蚀严重，操作不当易造成硫、氯等二次污染［3，4］。
1．3火法
火法工艺投资较大、成本较高。它是将氧化锌在高温还原条件下呈金属蒸气随烟气排出，使得锌与固相分离。在气相中，锌蒸气以氧化物颗粒的形态存在，可与烟尘一起被收集下来。目前主要有回转窑工艺、环形炉工艺、循环流化床工艺和冷固结球团法等，以前两种最具代表性［5］。脉动测速
1．3．1回转窑工艺
简称SPM法，是从住友公司钢铁厂回收含锌废料中发展起来的。其操作要点是：含锌尘泥与细的无烟煤一起装入还原窑，通过燃烧靠近回转窑出料端、沿轴向布置的燃烧器内的焦炉煤气和空气来加热。窑内的炉料加热到部分软化和熔化，并在窑衬上富集形成结瘤挂圈，回转窑高温带的成球棒把这些料从窑壁上刮下，并沿窑壁滚动形成小球或颗粒。废料中锌的氧化物被还原成金属锌，在窑温下蒸发并与排出的烟气一起离开回转窑。当烟气在排放系统中冷却时，一部分锌氧化成细小的固体颗粒并被收集在布袋式收尘器内。直接还原的铁产品排入回转冷却器内，用大量的水进行快速冷却。然后用筛孔为7mm的筛子筛分，粒度大于7mm的直接还原铁送至高炉，剩下的全部送往烧结厂。
此工艺特点是不需造球，还原出的产品30％（粒度＞7mm）可直接作为高炉原料使用，剩下约70％的粉末需重新烧结。还原炉内原料填充率仅为2％，金属化率为75％，因此产品质量差，生产效率较低。另外，该工艺设备庞大、投资大、成本较高。1．3．2环形炉工艺
又称Inmetco法，即转底炉工艺。是将含锌尘泥、碳粉和粘结剂混合造球，在环形炉中，生球置于中
间，料层厚为1～3个球团的高度（15～40mm）。该工艺靠直接点火的烧嘴提供热能。当环形炉转动时，生球被加热到1100℃左右时氧化锌被还原成金属锌，还原出的锌蒸汽随烟气一起排出环形炉。排出的烟气经冷却系统时，锌被氧化成细小的氧化锌颗粒而沉积在除尘器内。
Inmetco工艺要求球团中锌铅尽可能完全挥发，使球团的金属化率尽可能高。此外，抗压强度也应尽量提高，不然无法使脱锌后的金属化球团满足高炉冶炼的要求。由于目前环形炉处理后的球团抗压强度普遍较低，因此该工艺仅局限于处理锌含量较低和全铁含量较高的尘泥。
1．3．3循环流化床工艺
简称CFB工艺，是利用流化床的良好气体动力学条件，通过气氛和温度的控制，将锌还原挥发的同时，抑制氧化铁的还原，从而降低处理过程的能耗。德国蒂森钢铁公司利用CFB工艺处理烧结厂静电集尘器粉尘、高炉污泥、炼钢厂细粉尘或污泥、锌含量低于1％的电炉粉尘、油含量大于0．5％的轧钢氧化铁皮污泥。在CFB的处理过程中，由于粉尘很细，使得还原挥发出的锌灰纯度较低，流化床的操作状态也不易控制，温度低虽对避免炉料粘结有利，但降低了生产效率。
1．3．4冷固结球团法
将含锌较低的粉尘，加入还原剂、粘结剂制成球团或压成块状，重新返回高炉、电炉或转炉冶炼。日
本NKK把10％水泥和15％焦粉加到高炉粉尘中，压块养生1周后将团块投入出铁槽铁水中，利用铁水中显热点燃团块中焦粉和熔融被还原的氧化锌，团块中98％的锌进入富集锌粉尘中，65％的铁进入铁水中，富集锌的粉尘约由98％氧化锌和氧化铁混合物组成。从含锌粉尘团块投入出铁槽到锌富集回收的过程中，铁水成分不变。该工艺成本较低，可方便回收尘泥中的铁元素，但对锌含量超标的尘泥不适用。此外，尘泥成份的不稳定性将给转炉和电炉的工艺控制带来麻烦。
2宝钢含锌尘泥的研究和利用实践
宝钢股份2006年各类固体废物产生总量1300万t，综合利用率98．32％，其中含锌含铁尘泥约60万t，其中厂内厂外利用32．64万t，外卖28．84万t。2．1水力旋流脱锌装置
宝钢分公司能源部［6］针对1号、2号高炉瓦斯泥锌含量高的问题，在国内首先建造了一套5万t水力旋流脱锌装置。脱锌后约70％的瓦斯泥底流（含锌率低于0．2％）送烧结使用，30％的高锌瓦斯泥顶流（含锌率高于0．2％）送转底炉利用，从而达到废弃物减量和资源化的目的，年创效达1200余万元。在实际使用中发现，水力旋流器的选型与尘泥成份、含锌量与颗粒粒径关系密切，泥浆浓度的在线调整、含锌量的检测以及管道磨损和堵塞等问题的解决，可
综合利用第2期
牧一征
中国资源综合利用
确保瓦斯泥的脱锌效果。
2．2含锌粉尘快速还原工艺研究
王东彦等［7］通过小试和中试，开发了一种处理含锌粉尘的快速还原工艺。快速还原的主要技术特点：可将含锌粉尘彻底资源化，实现其在钢厂内的自身循环；金属化块铁和富锌二次尘两种产品均可产生较高的附加值；可实现转炉、电炉、高炉等各种含锌粉尘的集中处理，环保效果较好。
2．3含锌尘泥循环利用研究
王涛等［8］通过在实验室和现场试验，对含锌尘泥（转炉二次粉尘、电炉粉尘和高炉瓦斯泥）的厂内循环利用进行了研究，将含锌尘泥用于铁水三脱、转炉造渣和电炉造泡沫渣的循环利用工艺。研究结果表明：转炉二次灰和电炉粉尘混合物可取代部分烧结矿粉（最高可取代50％）作铁水脱磷剂；添加生白云石和低锰矿加工成冷压块在转炉吹炼前期加入，可促进化渣、提高脱磷率等；将高炉瓦斯泥添加生石灰和生白云石加工成冷压块，在电炉熔炼期加入，可强化泡沫渣操作，减少金属损失和碳粉用量；瓦斯泥压块加入后对钢水、炉渣成分无明显影响。
2．4BSR工艺回收高锌粉尘
陈亮等［9］利用钢渣显热，简单有效地实现了高锌粉尘回收利用的中试研究，开发了BSR工艺。其
工艺思路为：将高锌含铁尘泥配加一定量碳制成自还原含碳团块，并预先铺放在钢渣罐中，在转炉出渣过程中兑入1600℃以上高温红渣与其混合，利用红渣显热加热尘泥团块；在运输过程中团块被红渣加热到1300℃以上并保持20～30min，从而使尘泥团块中的氧化铁被还原为粒铁夹杂在红渣中；然后，利用钢铁厂现有的滚筒钢渣处理设备及磁选机将粒铁与钢渣分离；同时尘泥团块中的氧化锌被还原挥发，挥发出的高锌烟气可利用出渣跨的收尘设备回收，作为锌精矿副产品出售。
BSR工艺的优点是利用钢渣显热将高锌尘泥转变为粒状废钢，不需要使用燃料加热，可节省大量能源，而且除少量冷态混合、压块、加料设备以外，不需要建设专门的窑、炉设备，设备投资费用很低。2．5湿法回收锌的研究
周渝生等［10］采用连续溶剂萃取法进行了电镀锌泥饼中锌回收的实验研究，掌握了从宝钢电镀锌泥饼中回收锌产品的新工艺及最佳条件，制得了碱式碳酸锌（纯度大于94％）及氧化锌（纯度大于95％）两种产品，锌回收率达到80％。
2．6宝钢含铁尘泥的利用方向
目前，宝钢含锌尘泥的厂内利用约占产生量的一半，主要去向是烧结配料、转炉冷却剂和保温剂，尘泥中的大部分锌元素仍在系统内部循环和富集，缺乏有效的脱锌手段，厂内利用对高炉的侵蚀会越来越严重，同时回用的附加值不高；而厂外利用虽有一定的经济效益，但随着国家产业政策的调整，小
高炉关停后，这部分含锌尘泥将没有回用出路，势必造成资源浪费和环境污染双重问题。在“十一五”规划中，宝钢从整个集团出发，已规划了宝山地区含锌尘泥的处理方案，正在论证通过转底炉等有效方式，实现含锌尘泥的深度循环利用。
3国外钢铁厂含锌尘泥的利用
3．1电炉粉尘的循环利用
德国VELCO和丹麦DDS公司［11］在110t电炉炼钢时将电炉粉尘和碳粉喷入电炉内，锌被碳还原成金属锌，并立即气化。粉尘中97％以上的锌进入二次粉尘富集，可作为炼锌原料，不足2％的锌进入渣相，另不足1％的锌进入钢水。实践证明与不喷电炉粉尘的情况相比，钢水的锌含量高约20ppm，对所产钢种质量没有负作用。
美国Armco公司［12］在110t和165t电弧炉炼钢过程中将含锌量3％～9％的粉尘喷入电炉，每炉喷吹量约为360～1860kg，在喷吹期间收集的二次粉尘中锌含量可增加到22％～44％；然后将富集得到的高锌粉尘采用湿法提锌，锌的浸出率大于90％。粉尘喷入电炉后产生的炉渣含Zn、Pb、Cd很低，达到了美国的环保标准。
3．2转炉粉尘的循环利用
奥钢联在多拉维茨钢厂［13］的60t转炉进行了氧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，1kg粉尘可取代2．7kg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［14］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4～8t，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［15］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
石磊等：钢铁工业含锌尘泥的资源化利用现状与发展方向综合利用第2期
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。
4转底炉处理含锌尘泥的国内外进展
转底炉直接还原技术自1978年出现以来，已有多个国家实现了工业化生产，如美国、日本等。新日铁
于2000年引进美国技术，对因含锌高而无法利用导致填埋处理的含铁粉尘，用转底炉进行脱锌处理的同时生产出金属化球团，加入高炉代替烧结矿使用后，不仅明显降低了高炉燃料比，而且提高了高炉生产效率。
转底炉直接还原技术，曾在我国鞍山、舞阳、翼城、巩义等地建有工业试验生产线［16］。山西翼城转底炉生产线是我国目前唯一的一条已投产的转底炉生产线，其主体设备和关键技术全部国产化，球团金属化率可达到85％左右，年产量7万t左右。
2007年年底，国家发改委在《关于组织实施循环经济高技术产业重大专项的通知》（发改办高技［2007］2289号）中，号召在钢铁行业中“开展转底炉直接还原成套工艺产业化示范，建设年产20万t以上转底炉直接还原示范装置，使钢铁厂尘泥（特别是含锌尘泥）全部得到资源化利用”，并对该类项目进行重点扶持。
目前国内莱钢、马钢、荣钢、昆钢等拟采用国内自主开发和从国外引进技术等方式建设转底炉处理含锌尘泥生产线，2008年底后将陆续投产。其中：莱钢项目由北京科技大学研发，计划总投资1．5亿元，转底炉达产后，可形成年处理自产尘泥32．9万t，年产金属化球团20万t、锌灰0．2万t的生产能力；马钢转底炉工程投资2．8亿元，设计年处理干量为20万t，其产品为金属化球团，可作为高炉及转炉原料，而转底炉产生的粉尘因含锌较高，可作为化工厂的原料，炉子排出的高温废气经余热锅炉后可产生蒸汽。
日本新日铁公司称，世界最大的年产能31万t 铁尘回收转底炉已全面在君津厂投产，3号RHF的投产将进一步强化公司的“零排放”和“节能”战略。这是新日铁安装的第3座RHF炉，新日铁是RHF 炉回收含铁炉尘技术的世界领先者，其正计划将此技术向海外推广应用，目前已与韩国浦项合作建立了一家合资公司，以推广利用该技术。
5结论和建议
（1）我国钢铁工业的含锌尘泥来源广、产量大，属于冶金二次资源，有很高的利用价值，目前主要用于烧结配料，但锌在高炉内的循环富集，势必影响高炉顺行。
（2）含锌尘泥的传统处理工艺有物理法、湿法和火法，各有优缺点。物理法作为预处理，湿法－火法或火法－湿法的联用前景看好。
（3）采用转底炉直接还原工艺治理钢铁厂含锌粉尘，在实现回收减排的同时，可有效分离锌，具有很好的经济效益和环境效益，可以彻底解决高炉内锌量富集引起的一系列问题。在资源化利用钢铁工业含锌尘泥及环境保护方面潜力巨大。
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