含铁尘泥综合利用技术

北京科技大学冶金与生态学院白皓冶金资源高效利用冶金工程硕士课程3.含铁尘泥综合利用技术一、背景和意义“节约资源、保护环境”是我国实现可持续发展战略的重要保证和手段。2010年我国粗钢产量达6.267亿吨，占全球总产量44.3%，是日本、俄罗斯、美国和印度粗钢产量之和的2倍以上。钢铁固体废物(尾矿、高炉渣、化铁炉渣、钢渣、尘泥、粉煤灰等)年产生量达2.0亿吨，综合利用率仅为40%左右。开展钢铁工业的固体废物回收处理和综合利用：不仅有利于钢铁工业可持续发展，节约资源；而且节约土地，防止环境污染。二、含铁尘泥来源和分类1.定义：含铁尘泥（Fe-bearingdustsandsludges）是指钢铁生产过程中对所排烟尘进行干法除尘、湿法除尘和废水处理后的固体废物，其全铁含量(TFe)一般在30-70%，主要包括：烧结尘泥、球团尘泥、高炉瓦斯灰、高炉瓦斯泥、炼钢尘泥、转炉污泥、电（转）炉除尘灰、冷（热）轧污泥、轧钢氧化铁鳞、原料场集尘和出铁场集尘等。钢铁厂尘泥主要来自于矿石、熔剂及燃料等原料,但由于尘泥是在各个不同工序连续产生的,生产条件、操作制度、尘泥收集工艺及方法相差甚大,因此其化学成分、物理性能差异也很大。含铁尘泥包括如下几种：烧结原料在转运、烧结过程中除尘器收集下来的粉尘，统称为烧结尘泥；在高炉煤气净化过程中，重力除尘器收集下来的粉尘称为瓦斯灰，文氏管洗涤产生的粉尘称为瓦斯泥；高炉出铁场收集的粉尘，称高炉出铁场粉尘；炼钢厂的含铁粉尘一般包括转炉污泥（OG法湿法收尘）、转炉电除尘（LT法干式收尘）、转炉蒸发冷却器粉尘、转炉二次布袋除尘、铁水预处理尘、电炉布袋除尘、电炉机力风冷收尘、各种精炼炉（AOD、VOD、LF炉等）粉尘以及烟道、沉降室收尘等；在钢坯轧制过程中产生的铁鳞称轧钢铁皮，在轧钢废水循环利用中沉淀池回收的污泥称轧钢二次污泥或水渣。1)含铁粉尘中铁含量较高,品位一般在50%左右,且有害杂质少,有很高的利用价值。2)粉尘粒度小,是一般铁矿粉的1/30～1/500

,小于50μm

的占绝大多数。这些粉尘的流动性好.3)吸水性差。年产600万吨钢的冶金厂粉尘发生量(万t/a)粉尘名称粉尘量粉尘名称粉尘量烧结粉尘32转炉尘泥6.5烧结粉尘4.5原料场粉尘6高炉瓦斯泥5煤粉尘2.5转炉粉尘5.2石灰粉尘3.8合计65.5(含铁59.2）钢铁工业含铁尘泥的来源NipponSteelKimitsuWorks新日铁君津2.含铁尘泥的化学成分含铁尘泥中主要化学成分有全铁（TFe）、CaO、MgO、SiO2、Al2O3、P2O5、TiO2、MnO、ZnO、Pb、C、S和碱金属（Na2O+K2O）等。有用成分：可以在钢铁生产过程中直接回收利用的成分，如TFe、CaO、MgO、C等；有害成分：不能在钢铁生产过程中直接回收利用、且对钢铁生产过程有害的成分，如Zn、Pb、K、Na、S、P等。典型高炉烟尘物理和化学性质表3-17高炉瓦斯泥化学组成（%）项目TFeCCaOMgOSiO2Al2O3ZnPbH2O钢厂A30～3325～339.01.25.02.30.9～1.60.2～0.620～35钢厂B36.5813.568.680.9712.144.42.240.5119.70钢厂C33.8722.782.553.1810.563.273.110.0～0.615.48钢厂D11.0616.374.335.5420.674.579.332.0928.21表3-18高炉瓦斯泥粒度组成（%）粒度/mm0.2800.280～0.1800.180～0.1540.154～0.1100.110～0.077＜0.077瓦斯泥3.06.382.64.0333.6850.31瓦斯灰9.18.428.629.26.77.8瓦斯泥是高炉煤气洗涤污水排放于沉淀池中经过沉淀处理后而得到的废渣，呈黑色泥浆状或灰色粉末状。瓦斯泥粒度细微高炉瓦斯泥颗粒度细微，小于0.074mm的颗粒约占97%～100%，一般平均粒径只有20～25μm。高炉瓦斯泥的主要特性为：锌含量高、水含量高、铁含量高、碳含量高、颗粒料度细微、锌主要存在于较小的颗粒中。炼钢粉尘主要由氧化铁组成，氧化铁含量为70%～95%，其余的5%～30%的粉尘由氧化物杂质组成，如氧化钙和其他金属氧化物（主要是氧化锌），炼钢粉尘中其他化合物是锌铁尘晶石、铁镁尘晶石、碳酸钙，还有碳。碱性氧化转炉炼钢法产生的粉尘曾用作烧结生产的原料并在高炉内循环利用。锌在炼铁过程中属有害元素，在高炉冶炼过程中，锌易形成炉瘤而限制炉内固体和气体的流动。转炉炉尘和电炉炉尘的化学成分见表3-19、表3-20。表3-19氧化转炉炉尘化学成分（%）类型TFeFeOZnSiO2CaO干法除尘64.05.60.31.41.8湿法除尘68.362.40.540.43.1表3-20电弧炉炉尘化学成分（%）成分含量/%成分含量/%TFe30.2MnO2.8FeO2.8P2O50.5Fe2O340.0Na+K0.4ZnO24.2Cu+Ni0.9PbO4.1C1.7CaO5.1S0.6SiO24.8Cl3.3MgO1.3其他5.3转炉和电炉炉尘的粒度在10μm以下，转炉湿法除尘得到的除尘污泥经真空过滤或压滤后一般含水15%~30%，成胶体状，水分不易蒸发。3.含铁尘泥的分类（1）按全铁（TFe）含量可分为：低含铁尘泥（TFe<30%）中含铁尘泥（TFe=30~50%）高含铁尘泥（TFe>50%）按含铁尘泥中锌（Zn）含量可分为：低锌含铁尘泥（Zn<1%）中锌含铁尘泥（1%≤Zn≤8%）高锌含铁尘泥（Zn>8%）对于低锌含铁尘泥可直接作为烧结配料使用；锌含量≥1%的中高锌含铁尘泥需进行脱锌处理后才能返回钢铁工艺。3.含铁尘泥的分类（2）按含铁尘泥中固定碳（FC）含量可分为：低碳含铁尘泥（FC<2%）中碳含铁尘泥（FC=2~50%）高碳含铁尘泥（FC>50%）按含铁尘泥中碱金属（K2O+Na2O）含量可分为：低碱含铁尘泥（K2O+Na2O<0.5%）中碱含铁尘泥（K2O+Na2O=0.5~1%）高碱含铁尘泥（K2O+Na2O>1%）按含铁尘泥的物理状态可分为：干式除尘灰湿式污泥含铁尘泥来源及性质一览表尘泥种类来源收集方式性质主要成分原料准备尘泥在原料场、烧结、球团、炼铁、炼钢和轧钢等工艺的原料准备过程中产生的尘泥。多管除尘器、电除尘器和布袋等。粉体为主，随工艺变化较大。Fe,Ca等，随工艺变化较大烧结尘泥在烧结原料准备、配料、烧结与成品处理等过程中，除尘器收集的粉尘，包括烧结机机头、机尾、成品整粒和冷却筛分等收集的烟粉尘。干法：多管除尘器、电除尘器和布袋等。粉体，其细度在5~40μm之间。TFe含量约50%球团尘泥在球团原料准备、配料、焙烧与成品处理等过程中，除尘器收集下来的烟尘、粉尘。干法：多管除尘器或电除尘器同上TFe含量50%左右高炉瓦斯泥在高炉炼铁过程中高炉煤气洗涤污水排放于沉淀池中经沉淀处理而得到的固体废物。湿法：文丘里洗涤等呈黑色泥浆状，表面粗糙，有孔隙，粒度<75μm占50%~85%。TFe=25~45%，锌含量较高。高炉瓦斯灰在高炉炼铁过程中随高炉煤气一起排出，经干式除尘器收集的粉尘。干法：多管除尘器或电除尘器等。呈灰色粉末状，粒度较高炉瓦斯泥粗，干燥，易流动，堆放、运输污染严重TFe以FeO为主,锌含量较高高炉除尘灰高炉炼铁过程中矿槽、筛分、转运、炉顶、出铁场等除尘收集到的粉尘干法：多管除尘器或电除尘器等。//转炉尘泥转炉炼钢过程中经文丘里洗涤器或干式静电除尘器收集而得的固体废物，包括转炉污泥和转炉粉尘。文丘里洗涤器或干式静电除尘器呈胶体状，很粘，难以浓缩脱水，粒度<40μm颗粒占80%。Fe、Zn成分较高，TFe在50%~60%。电炉粉尘电炉炼钢时产生的粉尘干式静电除尘器等粒度很细，<2μm颗粒>90%。TFe约30%，锌铅10~20%。轧钢尘泥在轧钢过程中回收的尘泥，不包括含油、含酸碱的尘泥。干式静电除尘器等随工艺变化较大。/氧化铁皮在钢材轧制过程剥落的固体物质。干湿法收集铁含量最高的废渣。TFe>70%。三、含铁尘泥的处置技术1976年，美国环保机构制定了法律，将含锌、铅的钢铁厂粉尘划归K061类物质（有毒的固体废物），要求钢铁厂对其中的锌、铅等进行回收或钝化处理。欧洲、日本、韩国等都制定了类似法律。含铁尘泥的处置方法通常包括两大类：企业外部处置企业外部露天堆放与填埋处置企业外部集中处置企业内部处置国外大多数钢铁企业大多基于集中管理和处理的原则，由环保公司统一处理。企业内部处置企业内部直接回收利用：是将含铁尘泥作为烧结、球团原料等在企业内部钢铁生产工艺上直接循环利用。含铁尘泥品位差别较大、且含有有害杂质，长期直接循环利用会造成烧结矿铁品位降低、有害杂质（主要为锌）含量提高，导致炉衬寿命和高炉利用系数降低。常用的直接回收利用工艺后面将详细介绍。企业内部集中回收利用：是将不同的钢铁生产工艺过程中收集的含铁尘泥进行集中堆放与贮存，经过混匀、配料等工艺后，作为烧结与球团原料来使用。钢铁工业含铁尘泥的来源四、含铁尘泥的利用途径冶金含铁尘泥利用方法一般分为四类。1、烧结球团法作炼铁原料主要方法有：一是直接作烧结原料，其中又分为直接烧结法和小球烧结法；二是直接作球团原料；亦有直接还原获得预还原球团做高炉炉料。①烧结法：烧结法是目前冶金粉尘应用最广泛的方法，虽然可以达到粉尘利用的目的，但其缺点也是很明显：直接烧结法由于冶金尘泥的大部分颗粒度细、分散度高，与烧结原料粒度差别过大，配料时容易产生偏析，难以混匀，且会影响烧结料的透气性和烧结产品的质量；小球烧结法虽然改善了烧结料的透气性，但还是走大循环道路，就能耗、工序而言均欠合理。②球团法：由于冶金尘泥特别是炼钢尘泥渣化温度低，大约在1100℃，软化区间狭窄，熔化速度快，超过1150℃就严重结瘤，球团焙烧炉操作上的困难和球团质量的均匀性很难保证。③直接还原法，该工艺对粉尘的铁要求含量很高，杂质含量低，而且投资大，能耗高，对粉尘原料适用性差。2、炼钢粉尘作炼钢化渣剂.作炼钢化渣剂的加工方式是将粉尘制作成具有一定强度的球团，然后再投入炼钢炉应用。主要方法如：碳酸化球团法、水泥冷固结球团法、轮窑烧结法、热压块法、冷压球团法等。目前利用炼钢粉尘可以加工炼钢化渣剂，它在冶炼时可起到冷却、化渣、脱磷、脱硫等效果，是目前炼钢粉尘利用的主要方向。碳酸化固结工艺需要时间较长，能耗大，不尽合理；水泥冷固结球团法，其水泥杂质限制其投入炼钢应用；轮窑是可提供均匀加热的高温设备，但投资大能耗大，且需配备一定的挤压设备，且烧结后的产品需要破碎成一定的粒度后才能入转炉使用；热压块法只能用于处理干尘，且设备投资高；冷压球团法目前应用较多的是将转炉污泥干燥到一定水分程度后配加各种粘结剂后进行压球，然后再进行自然堆放养护，使之获得一定的强度，该流程需要很大的场地及长时间的养护，而且其使用的粘结剂成本较高，另外，该工艺所获得的团块强度质量特别是热态强度很难保证。目前普遍认为转炉炼钢粉尘加工粉尘球团化渣剂的工艺方法是实现转炉尘泥综合利用的最有效途径之一，但工艺过程中必须解决粉尘球团的强度问题，特别对特种钢冶炼粉尘球团的粉化问题。干压球团法，是将炼钢粉尘进行干态添加粘结剂压球直接得球团的方法，是目前流程最简单，又能处理各种干湿粉尘的方法。3、直接还原处理直接还原主要是针对含铁高的冶金粉尘、含铅锌高的粉尘和特种钢粉尘。直接还原法是粉尘先制备成球团，再在高温还原设备中用固体或气体还原剂进行还原处理。在还原的高温环境下，绝大部分锌、铅还原并挥发出来，再在环境中氧化后由收尘器捕集到，同时得到的金属化球团可直接送炼钢处理。4、湿法处理工艺湿法工艺一般用于含锌冶金粉尘的处理，低锌粉尘须经物理法富集后，再采用湿法处理。湿法工艺又包括酸浸和碱浸工艺。湿法工艺的总体特点：①锌铅的浸出率较低，浸渣难以作为钢厂原料循环使用，也满足不了环保法提出的堆放要求；②单元操作过多，浸出剂消耗较多，成本较高；③设备腐蚀严重，大多数操作条件较恶劣；④对原料比较敏感，使工艺难以优化；⑤处理过程中引入的硫、氯等易造成新的环境污染；⑥与钢厂现有技术不配套；⑦效率较低；⑧与火法比，其能源消耗、设备投资少。五、不锈钢粉尘的回收利用技术不锈钢粉尘是指在冶炼过程中由电弧炉、AOD/VOD炉或转炉中的高温液体在强搅动下，进入烟道并被布袋除尘器或电除尘器收集的金属、渣等成分的混合物。电炉的粉尘量约为装炉量的1%-2%，AOD炉的粉尘量约为装炉量的0.7%-1%。因为冶炼原料、冶炼温度、吹气量等的不同，所产的粉尘成分和物相结构随之不同。在电炉和AOD炉中冶炼不锈钢时，粉尘中含有较多地Ni、Cr等元素，其成分大致为：

成份Cr2O3NiOMoO2(T-Fe)其他（CaO等）

10-15%3-5%1-2%20-4038%不锈钢粉尘中一般都含有大量的Ni、Cr、Fe等有价金属，另外还含有一些微量元素如Si、C、Mn、Mg、Pb、Zn等，这些金属多以氧化物的形式存在，其中Fe以Fe2O3、Cr以CrO、Ni以NiO的形式存在。目前利用此类粉尘的方法主要有以下几种：

火法直接还原处理湿法处理喷吹或造块直接回炉法。

比较具有代表性，也是世界上处于领先水平的直接还原回收工艺包括：瑞典ScanDustAB(SKFSteel公司)的等离子工艺；美国Inmetco公司开发的InmetcoProcess和Midrex公司开发的Fastmet／Fastmelt

技术；日本KawasakiSteel公司STAR工艺；美国BureauofMines电炉间接还原回收法等。火法直接还原法不锈钢粉尘直接还原是指粉尘直接（或经过造块制粒）加入还原设备中还原生成合金海绵铁或直接还原铁DRI，然后再加到电弧炉（或转炉）中，也有直接还原分离回收金属的。所有这些工艺都采用高温加热的形式，使金属镍、铬、铁从粉尘中还原出来以合金的形式存在，再将成品或半成品返回不锈钢冶炼的流程中。要是把水蒸汽再加热，比方几千度、上万度地烧，会达到物质的第四态，等离子体状态！PLASMAGASLIQUIDSOLIDENERGY等离子体：当物质的温度从低到高变化时，物质将逐次经历固体、液体和气体三种状态，当温度进一步升高时，气体中的原子、分子将出现电离状态，形成电子、离子组成的体系，这种由大量带电粒子（有时还有中性粒子）组成的体系便是等离子体等离子体是物质存在的第4种状态，称物质第四态。等离子体广泛存在于宇宙空间（从电离层到宇宙深处物质几乎都是电离状态），宇宙空间99%是等离子体。地球表面几乎没有自然存在的等离子体。只有闪电、气体放电等实验室中出现的电离气体，即等离子体。（1）ScanDustAB等离子技术等离子技术是德国人于上世纪40年代早期发明的，后来被瑞典人在1954年用于炼钢。等离子弧的原理﹕首先，让连续通气放电的电弧通过一个喷嘴孔﹐使其在孔道中产生机械压缩效应﹔同时﹐喷嘴中心安装有一个涡流环﹐等离子气在电离前就已产生强烈的涡流收缩效应﹐使等离子气聚焦成一束很细的气柱从喷中心喷出；最后，为了确保等离子弧的温度不致持续升高而使等离子弧柱膨胀扩散，割枪内的循环冷却液又对喷嘴进行冷却，通过降低温度对弧柱再一次进行压缩并最终达到一种平衡。这3种效应对弧柱进行强烈压缩﹐在与弧柱内部膨胀压力保持平衡的条件下﹐使弧柱中心气体达到高度的电离﹐而构成电子﹑离子以及部分原子和分子的混合物﹐即等离子弧。

等离子弧按导电方式可分为非转移型﹑转移型和混合型3种。ScanDustAB等离子技术其原理是利用通电电流在电极（铜合金）上产生的高温（3000℃）将通入的燃料气体分子离解成原子或粒子，气体原子或粒子在燃烧室内燃烧，释放出高达20000℃的火焰中心温度。加入的不锈钢粉尘与还原剂的混合物，在如此高的温度下被迅速地还原，并生成金属蒸气。金属混合物蒸气因为沸点不同，在冷凝器中逐渐分离。该工艺的突出优点:设备占地面积小、效率高;整个工艺过程清洁、无二次污染；粉尘与还原剂混合干燥后直接加入等离子炉，不需造球；还原彻底，铬的回收率较高；可实现较低沸点不同金属的分离；能量适应范围广；流程短、可回收利用大量的热量资源等。缺点：电能消耗大；还原剂要求高（需要高质量焦炭）、噪声较大、电极消耗大（100～1500h更换一次）；耐火材料消耗较大，且设备需增加冷凝装置；其产品一般还需另外冶炼，增加了后序处理工艺。该工艺已较为成熟完善，在瑞典已大量应用于钢铁生产领域处理不锈钢粉尘和其他电弧炉粉尘。（2）Inmetco工艺美国Inmetco公司开发的InmetcoProcess直接还原工艺在环形转底炉（RHF）中生产海绵铁，并于1978年建成直径为16.8m的RHF进行生产实验，距今已有20多年的生产经验。该工艺分为三个步骤：①备料、混合、造球；②还原；③熔炼和吹炼。将不锈钢粉尘+煤或焦粉混合造球;在转底炉床中直接还原，粉尘中Zn、Pb挥发，其它氧化物被还原;然后将产出的热金属化球团加入埋弧电炉熔炼，生产的含Ni、Cr、Fe的合金铸块（每块20Kg），然后再卖给钢厂作为冶炼不锈钢的原料。六、钢铁冶炼中含锌粉尘等的回收处理在钢铁冶炼过程中，粉尘中除富含铁外，常含有较高的锌含量。其中的锌主要来源于镀锌的废钢及含锌较高的铁矿石。国外大力发展电炉炼钢短流程技术，原料以废钢为主，粉尘中含锌较高。国内含锌粉尘主要来源于电炉粉尘和使用含锌、铅较高铁矿石的高炉粉尘。当前国内外钢铁冶炼含锌粉尘的单位产出和组成成份统计结果如表3-21、表3-22所示，某钢铁厂含锌粉尘的堆密度和粒度组成如表3-23所示。表3-21国外钢铁冶炼含锌粉尘单位产出及组成/%粉尘种类产出量/kg.t-1TFeZnPbC电炉粉尘5~2010~3614~403~60~4高炉粉尘14~3020~500.5~250.2~1.52.5~60转炉粉尘7~3054~802.5~80.2~1.01~2表3-22国内钢铁冶炼含锌粉尘单位产出及组成/%粉尘种类产出量/kg.t-1TFeZnPbC电炉粉尘4.5~22.535~455~71~40~4高炉粉尘10~8010~303~172~73~21转炉粉尘8~2055~680~0.50~0.30~2表3-23某钢铁厂含锌粉尘的堆密度和粒度组成粉尘种类堆密度/kg.m-3粒度组成（%）+147m-147+74m-74+41m-41m转炉粉尘77615.9317.528.4958.06高炉粉尘117619.9015.5810.1254.40钢厂尘泥按不同锌质量分数的分类国外通常将含锌大于30%的粉尘划为高锌粉尘，含锌15%~30%的为中锌粉尘，含锌小于15%的为低锌粉尘。我国划分标准依企业自身情况而定，一般将含锌大于1%的粉尘划为中、高锌粉尘，含锌小于1%的为低锌粉尘。对锌含量小于1%的低锌粉尘，目前主要用于烧结配料，在冶金流程内部循环，基本得到全部利用。但因工艺技术、设备配置等不同，对用于内部循环使用的粉尘锌含量要求差别也较大，如宝钢就严格限制锌含量大于0.1%的粉尘再返回烧结循环使用。对锌含量大于1%的中、高锌粉尘的利用，国内外都做了大量工作，目的是以尽可能低的成本，充分回收其中的锌等有价元素，并使脱锌后的尘渣能作为富铁料循环利用。概括起来，处理含锌粉尘的方法有物理分离法、湿法浸出和火法冶金三种。含锌粉尘的利用途径（1）物理分离法含锌粉尘的物理分离法主要有磁选法和分级法。（1）磁选法磁选法是利用粉尘中锌富集在磁性较弱的细颗粒中的特性，采用磁选方法，将富含锌的磁性较弱的细颗粒与富含铁的强磁性颗粒分离，富集锌元素，并降低富铁粉尘中的锌含量，使其能在钢铁冶炼流程中循环利用。对含碳较高的高炉粉尘，需采用浮选脱碳—磁选富锌的联合工艺流程，以提高分离的效率。磁选法工艺成熟、简单易行，但锌、铁分离效率低。（2）分级法分级法是利用锌一般富集在较细粒级颗粒中的特性，采用离心分级富集锌。分级法可分为湿式和干式两种。由于物理分离法的分离效率较低，通常不单独应用，只作为湿法浸出或火法冶金的预处理工艺。（2）湿法浸出含锌粉尘中的锌主要以氧化锌形式存在，少量呈铁酸锌形态。氧化锌是一种两性氧化物，不溶于水或乙醇，但可溶于酸、碱或铵液中。湿法浸出技术就是利用氧化锌的这种性质，根据需要采用不同的浸出液，将锌从混合物中分离出来，主要用于处理中、高锌粉尘，如图3-19所示。根据所选择浸出液的不同，湿法浸出技术又可分为酸性浸出和碱性浸出等。图3-19湿法浸出处理钢铁厂中、高锌粉尘工艺流程表3-24几种湿法浸出的反应过程及工艺技术特点方法浸出液反应特征酸浸出硫酸系一段浸出：pH值为2.5~3.5，ZnO溶解二段浸出：pH值为1~1.5，200℃

高压浸出ZnO·Fe2O3分解容易处理，传统的电解法回收Zn盐酸系ZnO+2HCl→ZnCl2+H2OZnO·Fe2O3+2HCl→ZnCl2+H2O+Fe2O3吹入Cl2使溶解的少量Fe2+转变成Fe(OH)3一步浸出，氯化锌的盐酸溶液电解回收Zn或者溶剂萃取盐酸硫酸混合系混酸可一步浸出ZnO和ZnO·Fe2O3残渣用碱处理一步浸出，浸出环境不比盐酸系差碱性溶液浸出氯化铵30%的NH4Cl100℃浸出，最后回收ZnO，ZnO·Fe2O3成为残渣工艺简单，Zn回收率难以提高，回收ZnO后需要酸浸才能提取Zn氨水通CO2气体，氨水溶解ZnO，最后回收ZnO应考虑ZnO精制氢氧化钠ZnO·Fe2O3经反应ZnO·Fe2O3+2OH–

→ZnO22­+Fe2O3+H2O溶解，原NaOH溶液中电解最终残渣中Pb含量较低（3）火法冶金火法冶金技术处理含锌粉尘可分为熔融还原法和直接还原法。熔融还原法主要用于处理锌含量大于30%的高锌粉尘。包括有瑞典、美国、英国等国家的等离子法、美国的火焰反应炉还原法、日本川崎的Z-Star竖炉熔融还原法、俄罗斯和日本新日铁的Romelt等。对于中、低锌粉尘，主要采用直接还原法。直接还原法利用锌的沸点较低（907℃）的性质，在高温还原条件下，粉尘中锌的氧化物被还原成锌金属，并气化挥发成锌金属蒸气，随烟气一起排出，实现锌与粉尘的分离。在烟气气相中，锌蒸气又很容易被氧化，再转化成锌的氧化物颗粒，得到回收。直接还原法比较成熟的工艺技术有回转窑法、转底炉法、循环流化床法和冷固球团法。近年宝钢自主开发了转炉红渣法，微波加热法也是当前受到关注的技术。钢铁厂内各种来源的含锌粉尘经过物理分离、浓缩、干燥等预处理，与还原剂混合。送入还原气氛的回转窑，在高温下，粉尘中铁和锌的氧化物被还原，锌进一步蒸发并随烟气排出，经过烟气收集装置获得富锌产品。直接还原铁产品从窑头排出，经冷却后，用筛孔为7mm的筛子筛分，大于7mm的直接还原铁产品作为高炉原料，小于7mm的作为烧结原料。其工艺流程见图3-20。a回转窑法图3-20回转窑法处理钢铁厂含锌粉尘工艺流程该工艺不需造球，还原出的产品30%（+7mm）可直接作为高炉原料使用，70%(-7mm)作为烧结原料，并综合回收了有价元素锌。但因是粉料入炉，设备处理能力较低，直接还原铁产品的金属化率不高。回转窑法中比较成熟的工艺是威尔兹(Waelz)工艺。

图3-21威尔兹工艺流程图转底炉法的工艺过程主要包括配料造球、还原、烟气处理及烟尘回收等主干单元。含锌粉尘与还原剂混合造球、干燥。送入转底炉，在1316~1427℃高温下快速还原处理，得到直接还原铁。同时，被还原的锌气化后进入烟气，烟气冷却后，气化的金属锌被氧化成细小的固体颗粒，得到氧化锌产品。b转底炉法与回转窑法相比，转底炉法获得的直接还原铁金属化率高，单位处理能力大。但是如果粉尘中的非铁、锌成分较多，将降低还原后金属化球团的铁品位，金属化球团中残留锌的含量也比回转窑法高，影响其循环利用。转底炉工业生产流程如图3-22所示。图3-22转底炉工业生产流程日本新日铁等公司采用该方法处理含锌粉尘，获得的直接还原铁产品含铁82%~84%，金属化率大于90%，锌含量小于0.1%，脱锌率达94.0%。获得的氧化锌产品锌含量高达63.4%。46国内钢铁尘泥循环再利用——转底炉直接还原处理含铁尘泥技术用转底炉将含铁尘泥造块①生产金属化球团，供给高炉炼铁或②生产直接还原球团代替废钢供给转炉冶炼纯净钢。①使尘泥能全面利用，同时②还可除去尘泥中的有害金属元素(铅、锌)。运行的转底炉47转底炉直接还原处理含铁尘泥技术马钢引进日本技术；莱钢与我校合作在建的转底炉生产线是国内第一条设备全部国产化、用于处理钢铁企业含铁粉尘的生产线。莱钢项目生产的金属化球团直接供高炉利用，锌灰全部外销。项目建成后，年处理含锌尘泥32.9万吨，年产金属化球团20万吨，回收锌灰2000吨。项目投资10110万元，年新增销售收入20800万元、所得税894万元、利润2709万元。该项目不仅解决钢铁企业粉尘难以利用和污染环境的问题，而且缓解铁矿石和锌矿石资源紧张的局面。循环流化床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，在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。其流程见图3-23。利用循环流化床法处理冶炼含锌尘泥过程中，由于尘泥很细，使得还原挥发出的锌纯度较低，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。因此，自1990年代4t/h的工业试验成功后，未再有进一步的工业应用实践。c循环流化床法图3-23循环流化床法处理钢铁厂含锌粉尘流程d冷固球团法冷固结球团法是将含锌较低的粉尘，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。该方法成本较低，可方便回收尘泥中的铁元素，但当返回高炉冶炼时，此方法不适用于锌含量超标的尘泥。e转炉高温红渣法转炉高温红渣法（BSR）是宝钢自主研究开发的处理含锌粉尘的工艺技术。BSR法的技术思路就是利用钢铁厂现有工艺流程中尚未得到利用的钢渣显热资源，使含锌粉尘脱锌并熔融还原成可代替废钢使用的粒铁产品。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，在出渣过程中兑入1600℃以上的高温红渣与其混合，利用高温红渣的显热来加热尘泥团块，在运输过程中团块被加热到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-热闷罐法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收尘设备回收，作为锌精矿副产品出售。转炉高温红渣法处理含锌粉尘的工艺流程示意图见图3-24。转炉高温红渣法工艺步骤与特点图3-24转炉高温红渣法处理含锌粉尘工艺流程该方法虽有一定的脱锌效果，并可回收铁资源，不需要专门的熔炼设备，投资省、成本低。但锌没有有效回收，在整个处理过程中，脱锌反应动力学条件不好，钢渣本身显热量也不能保证反应充分进行，同时工艺流程长，工艺操作较难控制。微波加热是以电磁波的形式将电能输送给被加热的物质，并在被加热的物质中转变成热能，与物质的作用表现为：热效应、化学效应、极化效应和磁效应。微波加热与传统加热不同，它不需要由表及里的热传导，而是依靠被加热物体自身的介电性，吸收微波能并将其转化为热能，从而通过微波在物料内部的能量耗散来直接加热。微波独特的加热方式使得其加热速度大大加快，并且消除了传统加热方式在物料中产生的温度梯度，使物料温度更加均匀。含锌粉尘中加入碳粉和辅助材料在微波下处理，类似于微波加热碳热还原，尘泥中含有Fe3O4和Fe2O3属于微波敏感性材料，能够使物料快速升温，及时补偿反应所消耗的热量，促进反应快速进行。研究表明，在2.45GHz，