項目背景

近年來，由于鋼鐵業的快速發展，鋼鐵企業面臨嚴峻的節能減排以及環保生存壓力，各個鋼廠都在大力整治環保。在固廢方面，有一種含鐵含碳但含有色金屬鋅鉛等有害元素的高爐瓦斯灰（布袋灰），含鉀鈉堿金屬有害元素的燒結電除塵灰，為了避免鉀鈉鋅鉛等有害元素循環富集而必須外排，即：需要外賣或處理，堆存粉塵飛揚，外賣得用罐車運輸。有色金屬鋅鉛等元素，雖然對高爐而言是有害的，但是，對有色冶煉來說卻是有用的，有些里面還含有銦或鉍等稀有金屬，不回收就是鐵鋅鉛等資源的浪費。顯而易見，如果能實現鋼鐵+瓦斯灰，將這些既含鐵又含鋅固廢，在龐大的鋼鐵企業的大型高爐上進行處理，那么在有色行業小型設備上看似很難的事，但在遍布全國的大量的大中型高爐上可能就是一個比較容易實現的事。這正是本專利項目的出發點和著力點。

當前處理這類固廢大鋼廠瓦斯灰大多高鐵低鋅，象寶鋼萊鋼這樣有實力的大鋼廠采用轉底爐來消化這類廢料，投資幾個億，運行成本高，球團強度較差，S、P仍然存在；南方部分鋼廠瓦斯灰屬高鋅低鐵，鋅在 8～10％以上，對瓦斯灰采用回轉窯傳統工藝處理，能耗和運行成本都較高；沿海大部分鋼廠瓦斯灰鋅低，更是簡單外賣。大量瓦斯灰簡單處理后或回到鋼廠，或賣給水泥廠，造成了鐵和鋅等資源浪費，大量固廢外排面臨較大的環保壓力。鋼鐵和有色兩個行業各自都為瓦斯灰處理作了大量的研究開發，但都往往不是合作開發工藝，而是各自在本行業內開發。業內比較引以自豪的是回轉窯火法富集，這些遍布全國的回轉窯處理廠，它們將鋼鐵廠瓦斯灰運到一個集中的地方進行處理，這些廠對鋅要求不能低于 8~10%，否則成本難支不賺錢，近年來，因瓦斯灰鋅不斷降低，采用回轉窯處理瓦斯灰已越來越少，需要尋找一種更經濟更有效的處理方法，很顯然，如果高爐自已產生的瓦斯灰能就近自已處理消化掉，將是最便捷最經濟有效的辦法，本專利就是基于這種想法，在一座 820 高爐上將高爐瓦斯灰壓成的球，在高爐爐外的出鐵主溝進行熔融還原處理，取得了增加鐵產量降低成本的好效果。本專利在選配料、制球、加入、收煙、防煙塵外泄、煙塵鐵粉與鋅氧粉分離提級等環節具有獨到和創新性，己形成一套整體技術工藝。

2現狀

煉鐵高爐爐頂吹出的粉塵一般達到噸鐵 15 公斤左右，其中重力除塵灰（粗粉）含鋅 1~3%以上，布袋除塵灰（細粉）含鋅較高，視各廠所用鐵粉不同而差別很大，控制較好的鋅在 5%以下，有些在 6~10%水平，回用重力灰和部分布袋灰到燒結生產，造成鋅不斷循環富集，則會大大高于應有控制水平，造成高爐風口淌鋅，風口頂起變形、上翹，堵塞煤氣支管，更為嚴重造成爐墻結厚結瘤，破壞高爐順行、燃料消耗增加，高爐壽命縮短，給生產帶來危害。正因如此，煉鐵工作者只有在系統中開一個口，外排布袋除塵灰（或瓦斯泥），以防止鋅等有害元素循環富集，通常將高爐布袋除塵灰外排，重力除塵灰配入燒結使用。因為含鋅的緣故，含鋅 8～10%以上的瓦斯灰（布袋灰）有人收購去進行提鋅，含量低的只有賣給水泥廠部分消化，或丟棄造成揚塵，或建大型設備進行集中處理，比如轉底爐（大鋼廠投資大）、回轉窯、豎爐進行提鋅，質量好的球可作為半直接還原鐵半成品，但大多對回轉窯生產線將排出的球磨再磁選得到鐵精粉，民間小廠大多直接將渣外賣。這種工藝無疑投資大、消耗高、處理成本高。南方鐵礦因大多伴生鉛鋅礦，因而鋅的影響更大，也是高爐冶煉一個較為突出的環保問題。不進行有效處理，就是一個浪費，采用好的辦法，回收鐵和鋅，就是變廢為寶，可以創造可觀的經濟效益。

本項目對瓦斯灰中鋅高低沒有過高要求，適合回轉窯使用不上的含鋅在 8～10%及以下的瓦斯布袋灰處理，將布袋瓦斯灰中的鐵和鋅等有用金屬全部得到了利用。瓦斯灰鐵鋅碳更高，其提鐵提鋅效益會更大。

3鋼鐵企業為解決含有色金屬有害元素廢棄物的方法

轉底爐工藝----大高爐對入爐原料鋅要求高，大鋼廠處理低鋅高鐵瓦斯灰（布袋灰），制球（需外加鐵精粉以提高鐵品位）、轉底爐高溫火法、布袋收集提鋅，同時生產半直接還原鐵用于高爐，投資大，成本高，主要目的是為了消減鋼廠自身產生的瓦斯灰等除塵灰固廢，解決環保問題和獲得一定政策獎勵（寶鋼、沙鋼、馬鋼、日鋼、萊鋼等大型鋼廠）（事實上，由于半直接還原鐵強度較差，不太適于高爐使用）。

回轉窯工藝----處理高鋅低鐵瓦斯灰，回轉窯高溫火法、布袋收集提鋅再加工，對渣進行球磨磁選（或堆存或廉價直接外賣），生產鐵精粉用于燒結，燒結礦入高爐冶煉，選后殘渣賣給水泥廠或丟棄。（新鋼、漣鋼、昆鋼、酒鋼、邯鋼、云南的紅河鑫聯工貿、云南祥云縣飛龍公司等三產或非鋼企業處理廠）。

豎爐法------類似于一個小高爐，也直接出鐵水，需加部分廢鋼（山西太鋼）

一步快速高溫鐵浴熔融還原直接全處理（目前公認最好的方法－－高溫熔池熔融還原，但傳統工藝通常投入大成本高企）----制球、不是投入大量資金建一座大型高溫熔融還原爐，而是利用高爐出鐵場生產現場高溫出鐵溝（熔池溫度高達 1460~1550 度）現有工藝和改造現有布袋收集系統提鐵提鋅再分選。

一步快速高溫熔融還原全處理，沒有轉底爐和回轉窯之類投資大、能耗高、運行維護成本高的大型設備，沒有再建費電的鼓風機和引風機設備，煙氣揮發，利用現場現有布袋收塵系統進行改造后予以收集提級，原料中的氧化鐵直接還原變成鐵水、原料中鐵之外的渣直接變成熔渣被直接沖成高爐水渣而外賣，因而不留尾巴無外排全部得到了處理，將真正最大限度地做到節能減排環保，降本增效。

4鋼鐵企業高爐瓦斯灰處理現狀

目前，在南方一些高爐瓦斯灰含鋅在 8~10％以上的鋼鐵企業，比如江西新鋼和湖南漣鋼，采用回轉窯技術對煉鐵高爐產生的瓦斯灰（布袋灰）進行集中處理，以回收鋅、銦以及少量其它有色金屬，投資大、運行成本高，生產一噸粗鋅灰單加工成本就在 1800～2000 元以上，排出的窯渣經球磨磁選得到的鐵精粉給燒結使用。一些大型鋼廠，苦于瓦斯灰量大無法處理，采用轉底爐來處理這類廢料，但也只是去除了鋅鉛等，半還原球仍含S、P，且球團強度較差，煉鋼和高爐都不想用，一些鋼廠因鋅偏低，無法采用回轉窯處理，也無力建轉底爐，均是外賣給外部企業或個人，或不知去向。簡單處理對資源是一種浪費。尋找一種經濟可行辦法進行處理很有必要。

基于此，提出了一種工藝路線最優，投資最省、運行成本最低，效益最高的借船出海的整體解決方案

----鐵浴熔融還原全處理工藝，并已在一座 800 立方級高爐進行了小試、中試到正規生產，并取得了實際生產經驗，希望此技術能在一個大鋼廠的一座 1000～3000 立方級大高爐率先得到應用推廣。

傳統回轉窯工藝：

各種固廢+煤或焦粉、添加劑等配料→長近 36~40 米大園筒回轉窯火法處理→煙氣煙塵沉降→煙氣布袋除塵器過濾收集鋅灰等→再加工分選→回轉窯排出的夾生鐵渣進行球磨成細粉→磁選得到鐵精粉。

產品：含氧化鋅等粉末，轉入下工序加工、濕法分選其中的有用金屬；磁選鐵精粉送燒結廠燒結成燒結礦進高爐冶煉變成鐵水。

鐵浴熔融還原全處理工藝：

各種固廢、添加劑助劑等配料→調濕混勻→壓球→烘干或不烘干自然干燥→高爐作業區內利用現有高爐出鐵主溝高溫熔池進行處理→鋅等有色金屬煙氣，改造利用現有布袋除塵器過濾收集鋅等煙灰、分離、提級→再加工分選→金屬鐵水和渣。

產品：含氧化鋅等粉末，轉入下工序加工、濕法分選其中的有用金屬；金屬鐵水直接進入鐵水溝中鐵水運往煉鋼冶煉，渣直接進入鐵水溝中的熔渣與高爐渣一起被高壓水沖成水渣一塊外賣給水泥廠。

5熔池熔融還原全處理工藝與傳統回轉窯工藝不同點

1、全處理工藝無大型轉底爐、回轉窯等處理設備（燒煤粉和回轉窯運轉的費用很高），高鐵低鋅和低鐵高鋅的廢料都能處理，以高鐵中鋅瓦斯灰最佳。

2、無費電的鼓風機和引風機，完全利用現有煉鐵工藝爐前鐵水溝進行處理，煙氣和鋅粉收集亦主要利用現有設備（風機和大布袋除塵設施）改造回收。

3、鐵元素無需球磨磁選，經處理得到的不是鐵精粉，而是金屬鐵水，直接進入鐵水供煉鋼冶煉，沒有外排廢渣而直接是水渣產品。

4、由于沒有這些大型運轉設備，故不僅投資少，運行費用低，而且日常設備維護省了，操作和維護人員少了，管理也簡單了，管理成本也低了，這點非常重要。

5、壓球生產線是一次性投入，而高爐作業區現場的改造投資是分高爐，分步進行投資，投資分散分步走，但所投資改造不是運轉設備，日常運行和維護費用相對較低，只要采取相應的技術措施，加強日常管理和維護，其日常更新費用是可控的。

6、鐵鋅銦等有價值元素回收比回轉窯回收更先進，回收效率更高，回轉窯鐵元素只能球磨磁選回收，球磨磁選不僅耗電耗球，經處理磁選鐵精粉只能達到 65%左右鐵元素回收率，鐵精粉還得燒結再入高爐冶煉，高爐還得消耗焦炭才能變成鐵水，而本工藝直接還原成金屬鐵水，直接供煉鋼冶煉。超高溫助劑催化下，灰球反應速度快、鐵還原徹底、鋅鉛銦等元素的揮發率較高，比回轉窯又快又好，同時沒有外排廢渣，而直接進入高爐水渣，又增加了水渣產量，水渣是一種正規產品，一同外銷。

以上對比可以肯定，本工藝其投資和總的運行成本，現有傳統工藝是無法比擬的，鐵鋅鉛銦等回收效率更高，鐵水有一定脫硅，對后道工序轉爐生產也有利。

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對鋼廠生產的有利點

1、1000～3000 級高爐情況

如以 2500 級高爐為例，進行推廣，一座高爐三條主溝一年處理瓦斯灰量預計可以達到 2萬多噸，2500 大高爐比已經實施的800立方級高爐具有非常好的實施條件，關鍵是有規模有量，連續性強（出一次鐵 1.5 小時以上）。如在鋼廠高爐上進行項目的實施，對鋼廠節能降本有利，是一項消減環保利于環保節能減排的鼓勵項目，能實現企業、投資方和社會各方的雙贏、多贏。

2、項目對生產的有利點

熔池熔融還原是最有效和最好的處理瓦斯灰等固廢的生產工藝，但單獨建爐，能耗相當高，如利用高爐出鐵溝這個現成的高溫熔池，不失為一個好方法，起到了四兩撥千斤的效果，其綜合效果遠超目前普遍使用的回轉窯處理生產工藝（鋅低于8%以下，回轉窯傳統工藝處理，基本無效益，如使用瓦斯灰含鐵高，容易窯內結圈，采用轉底爐處理，但投資過大，小廠不會采用），對企業的節能降耗降成本有利。不僅如此，它給企業生產也帶來很多益處。

1、高爐自身產生的布袋瓦斯灰高爐自身處理消化，將極大地消減高爐產生的大量布袋瓦斯灰固廢，不用再為了瓦斯灰鋅低時無人要買，公路運輸整治或年關等其它情況下無處外賣時而發愁，對企業生產和節能環保有利。

2、可以高效地回收瓦斯灰中的鐵，提高了高爐鐵產量和高爐利用系數，高爐入爐原料鉀、鈉、鋅降低，有利降低燃料比，提高了資源的利用，尤其是避免了鐵元素的白白浪費，降低了綜合成本。

3、瓦斯灰鋅達不到外銷標準，處理廠家不收，要不丟棄，要不被迫回用部分布袋灰到燒結生產，造成鋅不斷循環富集，則會大大高于應有控制水平，造成高爐風口淌鋅，風口頂起變形、上翹，堵塞煤氣支管，更為嚴重造成爐墻結厚結瘤，破壞高爐順行、高爐壽命縮短，無疑還造成燃料消耗增加，給生產帶來危害。采用這一技術，煉鐵生產大系統中有了一個鋅的出處，鋅等有害有色金屬能夠被清理出這個循環系統，這樣一來，長期困擾煉鐵高爐鋅循環富集危害高爐生產問題有望得到解決，甚至還可以在一定程度上可放寬對含鋅偏高國內礦采購的限制，降低采購成本，轉爐加廢鋼也可放寬對鋅的限制。

４、由于處理時鐵水產生了部分脫硅反應，鐵水的脫硅可減少煉鋼吹煉時產生的渣量，并且，鐵水硅的降低也有利于后續轉爐脫磷的進行。

5、鐵口區全封閉，并對收塵方式進行全面改進優化，實現了無外泄煙塵，無環保顧慮、減少了野風的大量吸入，有利降低電耗。