鋼鐵塵泥資源化利用大有可為

?????? 來源: 中國鋼鐵新聞網 中國冶金報社 ???????發布時間:2020-12-10


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鋼鐵工業是典型的能源、資源密集型工業。鋼鐵生產需要消耗大量的能源和資源,同時產生大量的工業固廢。如果不能妥善處理固廢,不僅給區域生態環境帶來巨大壓力,還將造成資源的巨大浪費。

近年來,我國推出了一系列產業政策,支持固廢資源循環利用產業發展;各地方也出臺相關政策,推動鋼鐵行業節能減排,綠色轉型。一系列相關政策的發布和實施,為鋼鐵行業發展工業固廢資源綜合開發利用產業提供了政策支撐、技術方向、經濟引導,明確了資源綜合利用產業的發展方向,促進鋼鐵行業固廢資源綜合利用朝著專業化、規模化和高值化方向發展。

目前,鋼鐵冶煉流程已基本實現達標生產。其中,廢水實現100%循環利用,廢氣達到國家超低排放標準,而鋼鐵塵泥等鋼鐵冶金固廢的綜合利用成為制約鋼鐵綠色循環可持續發展的關鍵課題。強化理念創新、加強科技研發、實行綠色改造、加強固廢管理等,可提高鋼鐵產業全流程的固廢綜合利用水平,推動鋼鐵產業鏈向零排放方向合理再延伸。因此,踐行“鋼鐵固廢不出廠”的理念,對鋼鐵行業綠色發展、固廢零增長以及節能減排等戰略目標,具有十分強烈的現實意義,也是鋼鐵行業可持續綠色發展的內在要求。本文詳細介紹了鋼鐵塵泥產生的原因、分類,以及資源化利用方法。

鋼鐵塵泥種類較多

鋼鐵工業固體廢物種類繁多,主要有高爐渣、鋼渣、含金屬塵泥、脫硫石膏、脫硫灰、鐵合金渣等。其中,產生量最大的固廢是冶煉渣,其次是塵泥。2019年,我國粗鋼產量約為9.96億噸,鋼鐵塵泥按粗鋼產量的10%測算,約為9960萬噸。

鋼鐵塵泥來源于鋼鐵的生產車間,一般是指在原料處理、燒結、球團、煉鐵、煉鋼等生產工序中利用除塵設施對高溫煙氣進行除塵后產生的廢棄物,以及后續加工環節、清洗過程等方面產生的廢棄物。按塵泥產生環節區分,塵泥主要有燒結原料在轉運、燒結過程中除塵器收集下來的塵泥(燒結塵、泥)、高爐煤氣凈化過程中收集的塵泥(高爐瓦斯灰、高爐瓦斯泥)、轉爐煉鋼煤氣除塵收集的塵泥(轉爐除塵灰或污泥)、電爐煉鋼煙氣收集的塵泥(電爐除塵灰或污泥)、鋼材軋制過程剝落的氧化鐵皮、在軋鋼廢水循環利用中沉淀池回收的污泥(軋鋼二次污泥)、鋼坯或鋼材的后續加工及其清洗過程中累積的塵泥等。

其中,環境除塵主要包含槽上的卸料、皮帶機轉動衍生物、槽下的篩分、原料裝入料斗、集料斗等,粉塵的濃度為5克/立方米~8克/立方米。

燒結塵泥主要為燒結工序產生的除塵灰,包含機頭煙氣除塵灰、機尾成礦除塵灰等,產量約為0.9千克/噸生鐵~15千克/噸生鐵。

高爐塵泥(瓦斯灰、瓦斯泥、除塵灰)產生量約為9千克/噸生鐵~22千克/噸生鐵。當煉鐵原料含有一定比例的鋅金屬時,95%~98%的鋅金屬以揮發物的形式進入塵泥,該塵泥的鋅含量是其原料的20~30倍。

轉爐塵泥產量約為9千克/噸鋼~15千克/噸鋼。由于配入部分廢鋼和轉爐的高溫條件,廢鋼返回轉爐過程進行再生時,鋅、鐵等金屬進入塵泥中,塵泥中的鐵含量很高。

電爐(EAF)塵泥產量約為16千克/噸鋼~20千克/噸鋼。電爐煉鋼原料的鍍鋅廢鋼配比較大,廢鋼中的鋅金屬在高溫條件下絕大部分返回到塵泥中,導致塵泥中的鋅含量很高。不同廢鋼品種對應塵泥中的鋅、鐵含量也有所不同。

其他塵泥,如軋鋼過程中產生的篩下塵泥、氧化鐵皮、含油污泥,以及鍛壓、切割、焊接、酸洗等后續加工、清洗流程中產生的塵泥、廢泥。

從鋼鐵塵泥產生情況來看,其主要有四個特征:一是來源多樣且產量大;二是成分復雜,含量低且波動大;三是粒度偏小,污染隱患大;四是資源化利用的潛在價值大。

鋼鐵塵泥現有處理方式存在一定局限

目前,對鋼鐵塵泥的處理方式主要以堆存填埋覆蓋和返回高爐燒結為主。堆存處理不僅占用大量土地,污染生態環境,還造成大量的資源浪費。2019年,我國鋼鐵塵泥的產生量約為1億噸,按50%的堆存量計算,占用土地超2500畝。

若通過燒結或球團工序簡單處理,然后再次進入高爐,會造成塵泥中的鋅等金屬元素在高爐內循環富集,對含鐵爐料、焦炭以及爐內襯耐火材料產生不利影響,進而破壞高爐的穩定順行,縮短高爐的使用壽命,提高企業的生產成本。如鋅金屬及堿在爐襯表面一旦過度沉積,容易產生爐瘤,阻礙爐料下降順暢,甚至導致懸料發生。鋅金屬及堿在爐襯內部若過度沉積,容易造成爐襯顯著膨脹而被破壞;鋅金屬及堿在風口處若過度聚集,容易燒損風口等送風設備,據相關統計,爐齡因此或減少2年以上。

此外,我國鋼鐵固廢資源化利用存在裝備能耗高、資源回收率低、資源回收品種少等問題,許多鋼鐵企業在鋼鐵冶金固廢處理方面或是有選擇性地進行少量回收利用,或是設置專用場所堆積存放或者外售。對于鋼鐵行業自身而言,亟待尋求先進的含鐵鋅等金屬塵泥處理技術,以解決塵泥廢料的堆放占地、污染環境、資源浪費、難以回收利用等難題。

鋼鐵塵泥資源化利用意義重大

支撐鋼鐵工業實現綠色循環高質量發展。鋼鐵冶煉加工企業加強固廢管理,紓解固廢綜合利用難題,提高固廢綜合利用效率,推動固廢資源的循環利用,既是企業與城市的共融協調,也是實現綠色循環高質量發展的必由之路。

助力鋼鐵行業聚集型城市轉型升級、經濟結構性調整。鋼鐵固廢是資源型城市發展歷史進程中的遺留寶藏,也是新時代背景下鋼鐵聚集型城市轉型升級的重要抓手。國家出臺了一系列鋼鐵固廢綜合利用的政策鼓勵文件與相關限制措施,從正向鼓勵和反向倒逼兩個層面強力推動鋼鐵行業轉向綠色循環發展。未來,我國將對各種固廢綜合利用提出更高標準、更嚴要求,多項限制措施為地方發展工業資源綜合利用產業提供重大機遇,也迎合了鋼鐵聚集型城市產業轉型升級的迫切要求。

切實補充一次資源。我國鐵礦石對外依存度高,很大程度上影響我國的資源安全。鋼鐵塵泥中除含大量鐵元素以外,還含有很多有價值的金屬元素,如鉻、錳、鎳、銅、鈷、釩、鉬、鈮、鋅、鉀、鈉、金、銀、銦等。科學提取其中的價值金屬元素,對我國依賴進口的鐵礦、錳礦、鎳礦、鉻礦以及開采難度較大的鉬礦、釩礦等一次資源形成有效補充。

亟待尋求新的鋼鐵塵泥資源化利用工藝

目前,我國對于鋼鐵塵泥的常規處理工藝主要有物理法、濕法和火法等。物理法主要包括磁性分離和水力螺流分離;濕法是利用酸浸、堿浸或浸取+焙燒等工藝對鋼鐵塵泥進行處理;火法主要有燒結法、球團法、直接還原法(回轉窯及轉底爐處理工藝等)、熔融還原法。

物理法處理鋼鐵塵泥的工藝比較簡單,缺點是鋅等金屬的富集率較低,富鋅產品的鋅含量過低,價值較小。一般物理法只作為濕法或火法工藝的預處理工藝。濕法工藝設備腐蝕嚴重,大多操作條件較惡劣,生產效率較低,與鋼鐵企業的塵泥產量不匹配。火法工藝因對鋼鐵塵泥的處理效率高、規模大,是鋼鐵塵泥資源化利用選擇的主要途徑。

在鋼鐵塵泥資源化利用的火法工藝,轉底爐工藝產品是金屬化球團,具有鐵等金屬品位低、渣量大等缺點。回轉窯在使用過程中容易結圈,維修費用高,還原時間長,且對工藝條件的要求比較苛刻。熔融還原技術因原料適應性廣、爐料強度要求低等優勢而備受關注。

面對我國能源、資源、環境等壓力日益突出的新形勢,鋼鐵產業重視固廢資源高效利用是實現綠色可持續循環發展的關鍵性必然選擇。投資經濟性更好、環保性更優、資源化效率更高的鋼鐵塵泥資源化利用工藝技術,對于包括不銹鋼在內的鋼鐵冶金企業不僅迫在眉睫而且意義重大,更是時代賦予、環境倒逼鋼鐵產業的新要求。

 

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