利用钢厂停产小高炉改建熔融钢渣协同处理尘泥、冶炼渣等固废危废新思路

第第页利用钢厂停产小高炉改建熔融钢渣协同处理尘泥、冶炼渣等固废危废新思路一、钢铁工业尘泥、冶炼渣处理现状

钢铁厂内部每天产生大量的含有容易循环富集的钾钠锌等有害元素的高炉布袋瓦斯灰、烧结机头灰和炼钢污泥等固废得不到处理，每天产出量更大的转炉钢渣因含有害元素磷，同样不便在烧结生产环节消纳利用。湖南建鑫公司研究开发了利用钢厂泰科钢铁等高温熔体协同处理尘泥、冶炼渣固废危废分离回收整体解决方案的两项专利技术，发表了《含锌瓦斯灰、除尘灰、污泥及冶金渣等固废协同处理整体解决方案探讨》、《利用钢厂高温熔融钢渣协同处理钢铁及有色化工尘泥、冶炼渣等固废危废新技术》两篇文章，引起了业内同行的关注。其中，熔融钢渣的液态下采用处理炉处理，如何实施是大家关心的问题，本文结合现有大钢厂拆小建大，将停产的小高炉改建成处理熔融钢渣与钢厂及有色化工固废危废的类似高炉进行钢渣固废处理生产，不失为一条新的路子。

处理含铁含锌尘泥固废，国内有物理分选法、回转窑及转底炉法（固态）、国内引进的太钢OxyCup竖炉法（液态）和宝钢Corex、山东墨龙HIsmelt熔融还原法（液态）也能处理部分尘泥固废。其中，OxyCup竖炉法工艺类似于一个直筒炉型的小高炉，借鉴了高炉炼铁的一些技术，将各种含铁废料做成含碳压块加入竖炉内，直接产出铁水和炉渣，并且在煤气除尘系统收集到含锌的烟灰或除尘泥。但不便大量循环利用的含磷有害元素的转炉钢渣的处理大多停留在传统热拨、热闷等冷态处理上，未见有新的钢渣固废处理技术出现。

OxyCup竖炉法工艺实际上就是一个专门用来处理固废加废钢的半化铁半炼铁高炉工艺，在处理固废方面具有一定的合理性。太钢引进的德国帝森-克虏伯OxyCup竖炉法技术，是一项在现有成熟高炉炼铁技术上开发的专门用于处理太钢不锈钢生产产生的固废新工艺。

生产工艺流程：

产品：

①、铁水，送炼钢。

②、渣冲成水渣，磨成超细粉作水泥掺加料，或直接送水泥厂。

③、含锌粗灰，送有色冶炼厂湿法浸出。

二、一种利用钢厂高温熔融钢渣协同处理钢铁及有色化工尘泥、冶炼渣等固废危废新技术

湖南建鑫公司与炼钢炼铁专家共同研究，创新地提出了一种新的利用钢厂高温熔融钢渣的类高炉含碳压块(球团)熔融钢渣还原挥发熔炼炉处理钢渣新工艺，还原挥发熔炼炉处理新工艺是以标准的炼铁高炉、OxyCup竖炉法及HIsmelt熔融还原法，结合高温熔融钢渣处理需要形成的技术集成，类高炉处理新工艺综合以上两法采用降低高度的短炉型熔炼炉体，上部变成炉料预热段吸收煤气热量，以消除块状带不透气，降低炉内压力，便于从处理炉侧面加入液态熔融钢渣；在用料和加料方面，以液态从侧面向炉内加入高温熔融钢渣，同时，采用OxyCup竖炉法，上部向炉内加入含碳含铁自还原压块(压球)、含铁块状物（如渣钢、废钢、含铁块矿等），以及焦炭、块煤、熔剂，下部采用标准的高炉炼铁的鼓风、鼓氧，喷入煤粉含铁粉料或废油燃烧，为钢渣处理炉提供热量；烟气系统采用HIsmelt法和有色行业烟化挥发法的喷入三次风高温煤气二次燃烧，加热高温煤气直接预热预还原含碳压块等含铁料，热料进入炉内，亦采用余热锅炉回收高温烟气热量蒸汽发电，高热值煤气除尘后供用户；通过使用低价的固体废料、煤矸石、高灰分动力块煤和半焦炭以及废钢，以克服偏高的燃料消耗的不足，获得低的综合生产成本。通过利用高温熔融钢渣温度高、数量大的优势，使用难还原难处理的低价特殊复杂矿（如镍铬红土矿、高铁铅锌矿等），进一步协同处理有色化工行业不易处理的含铁含有色金属尘泥、有色冶炼渣、废油（及油泥渣）等危险废物，城市生活垃圾焚烧后的废物(如垃圾焚烧飞灰等)固废危废，以求得更好的经济效益，实现钢铁、有色化工、煤矸石废渣等大量固废危废得到整体解决。由于熔融钢渣的高碱性和各种固体废料煤矸石废渣等物料的脉石大多高酸性，两者酸碱互补特点，因此，利用高温高碱度熔融钢渣协同处理钢铁有色化工固废危废，实际上也是一项不需要石灰白云石钙镁碱性熔剂，也可以不使用硅石等硅铝酸性熔剂、有铁钢渣变成易于利用的无铁水渣的一种完全不同的炼铁冶炼新工艺。

1、熔融钢渣协同处理含铁固废危废原理

作为转炉炼钢产生的大量高温熔融含铁钢渣，对炼钢专业来说，它就是炼钢的弃渣，通常，处理炼钢钢渣的许多三产公司都不是炼钢炼铁冶炼专业人员，因此，在转炉钢渣的热态处理研究上就产生了一个空白，传统上，转炉排出的高温熔融含铁钢渣都是采用渣罐外排拉走冷却后，由钢厂的附属单位进行破碎磁选加工处理。若要对含铁钢渣真正科学有效再深度进行研究处理，很显然，这就涉及到炼铁冶炼专业氧化物还原理论的范畴，是跨专业的，需要用炼铁冶炼的C还原等方法去处理，将钢渣降碱改质成为普通炉渣。在高温液态下，从源头就开始去解决钢厂钢渣处理问题，显然是最合理的。

转炉熔融钢渣具有高温高钙高镁高氧化铁夹带铁珠的特点，在高温液态下在线进行处理是最好的时机，采用类似炼铁高炉冶炼的氧化物还原法原理进行处理，把钢渣的碱度降下来、把氧化铁还原出来，就可以分离回收其中的铁、磷，并使含铁难磨的高碱度钢渣变成易磨有利加工成水泥细粉的普通低碱度炉渣，其具体方法是：针对钢渣超高碱度特点，钢渣碱度在1.6～2.0是熔点粘度急剧升高区，钢渣中铁与渣分离显著变差，钢渣碱度在2.0以上，钢渣夹带铁珠非常严重，转炉出钢，渣中夹带金属铁一般在7～10%以上，这部分金属铁，只要加入含硅等酸性成分的含铁废料、高硅铁矿石，包括含硅铝成分高的焦炭、块煤以及煤矸石，或者硅石等，将熔渣碱度降低（例如1.1～1.3水平），渣的熔点和粘度大幅降低，金属铁就可以很容易地从渣中分离出来，另一方面，钢渣中还含有20%以上的氧化亚铁和三氧化二铁，在熔渣碱度降低，流动性大幅提高的同时，只要加入足够碳还原剂，就可以将铁和磷的氧化物还原，从而得到含磷铁水，铁磷得到回收，同样的，加入炉内处理的由钢厂内各种除尘灰、转炉污泥等制成的含碳含铁含锌压块，在处理炉内高温碳还原剂还原下，铁元素还原变成了铁水，钾钠锌等有害元素还原挥发去除，而高碱度钢渣改质降碱变成了类似高炉的普通炉渣，冲成水渣，成为易加工的水泥原料，磨成超细粉。

除钢厂内部固废外，有色化工行业也有大量不易处理的含铁含锌铅铜锡等金属元素的固废，甚至危废，比如硫酸渣、铅渣、铜渣及锌浸出渣、各种含重金属电镀及酸洗污泥，以及垃圾焚烧飞灰等，这些粉状、泥状及块状固废、危废，如能利用转炉倒出的高温熔融钢渣这一载体，协同处理，将不仅能够回收其中的含铁元素，还能顺利回收这些固危废中的易挥发或不挥发的铅锌铜锡金银等有色金属，有效解除有色化工固废危废难处理之苦，回收到价值较高的有色金属，具有显著的环保和经济效益，是一个比水泥回转窑协同处理固废危废处理温度更高、处理更彻底、处理效果更好的固废危废处置的更优解决方案。

不仅如此，在煤炭行业，还有大量的含碳煤矸石废渣，是低值的块煤，可以替代块煤。高炉炼铁不要的高硅高铝原燃料，正是钢渣处理炉降碱度所需要的酸性料。煤矸石除含碳外，其主要成分是SiO2和Al2O3酸性成分，既是燃料还原剂又是硅铝酸性熔剂，将“钢铁”+“有色化工”+“煤炭”三大行业固废结合起来，进行“三固废危废”协同处理，那将更能降低处理成本，取得更大的协同效果，做到既技术上可行，又能在经济上获得突出的效益，以达到节能减排经济环保、治理污染有益社会更优更全面的综合效果。

“钢铁+有色化工+煤炭”“三固废危废”在高温下在线协同处理，正是本专利技术的出发点。“三行业”“三固废危废”包括：钢铁及有色化工尘泥、冶炼渣废渣以及煤矸石、废油、废油泥渣等工业固废、危废。

基于此，根据熔融钢渣高钙高镁高氧化铁高温特点，结合有色化工行业大量含铁含有色金属废渣废料和煤炭行业大量含碳含高硅高铝煤矸石废渣的资源特点，本专利技术总的思路是：以炼铁的专业角度来解决炼钢产生的含铁钢渣处理问题，以炼铁的碳还原剂还原金属氧化物、碳燃烧加热提温、硅铝降碱度等炼铁冶炼方法来解决钢渣处理的技术问题，以熔融钢渣的高温液态熔池和以大带小来解决钢渣的高温还原和快速处理问题，以回收钢铁及有色化工固废危废的铁和各种有色金属的价值和危废处理补偿机制、煤矸石固废二次资源利用进行协同处理（跨行业跨界）来解决整个处理工艺的经济效益问题。

2、转炉熔融钢渣“三固废”还原挥发协同处理工艺（熔融钢渣Mss含碳压块cob还原挥发工艺MSSCOB工艺）

⑴、主要工艺流程：

压块制球：各种含铁或含有色化工固废危废、煤粉煤矸石等含碳燃料或物料、添加剂助剂等配料→混匀加工压块制球→“三固废”协同：高温熔融钢渣+含铁含铅锌铜锡等预处理物料压块(球团)+煤矸石煤块等+酸性熔剂料→还原挥发熔炼炉处理：高温还原挥发炉高温协同处理→得到产品：铁水或铁块、有色金属富集物、铅锌铟等有色金属烟灰和高温熔渣(高温熔渣制成水渣磨成超细粉、或回用至转炉、或制矿棉及微晶玻璃等材料)四种产品→再加工、分离、精炼及后续产业化。

⑵、“三固废”协同处理的固废、危废：

①、含铁、锌铅类、含铜锡类：钢铁厂固废：钢渣、炼钢污泥、炼钢炼铁除尘灰及污泥、脱硫脱磷渣、氧化铁皮、铁粉；有色化工固危废：铅渣锌渣类、高铁铜渣锡渣类、氰化提金提银尾渣等有色冶炼渣、湿法浸出渣、除尘灰、电镀酸洗污泥类、赤泥、选后尾矿，硫酸渣、化工污泥沉渣，垃圾焚烧飞灰；高硅铁矿、高铁铅锌矿或红土镍矿含镍铬铁矿粉等难选难处理复合矿，分类处理。

②、含碳还原剂、燃料类：焦炭、块煤、煤矸石、含碳除尘灰及污泥、废油及油泥渣、废弃含碳可燃有机物料以及需处理的各类可燃物料。

③、酸性熔剂料：硅石、河沙、废玻璃及高硅高铝物料，用于调降碱度。

⑶、“三固废”协同处理得到的产品：

①、铁水→→中低磷铁水，或脱磷供炼钢，或铸成铁块的高磷生铁块(磷铁合金)，或镍铬生铁块、含铜生铁块等；

②、有色金属富集物等副产物→→含金银铜等混合金属富集物、含有色金属粗铅等，精炼分离；

③、含铅锌铟等有色金属烟灰→→含铅锌铟镉等有色金属元素的粉末烟灰收集、分离、提级后转入下工序加工→→外销有色冶炼厂湿法浸出等方法分离其中的有用金属（根据不同废料分类处理，得到不同类别产物）。

④、高温熔渣→→①直接冲成水渣，磨成超细粉，作为水泥混凝土掺合料；②控制好吹炼进程，调整好熔渣成分，控制钢渣去磷后高温熔渣部分直接返回转炉，作为高温渣料替代部分石灰等熔剂料、其余部分空冷成炉渣再加工成水泥细粉、或直接冲成水渣再加工成水泥超细粉；③将熔渣酸度系数调整到矿棉适宜成分，高速吹成矿棉保温材料，或调质后浇筑成微晶玻璃。

3、转炉钢渣高温熔池熔融还原挥发“三固废”协同处理工艺的优点：

钢铁厂转炉钢渣，因碱度太高，以致熔点高、流动性差、渣铁分离差，渣中包裹了大量金属铁粒，钢渣的高钙高镁必须加高硅高铝酸性熔剂料将钢渣碱度降下来，以改善钢渣流动性，达到还原挥发处理时钢渣内各种反应和渣铁分离能够顺利进行。钢渣有用成分主要是铁，在熔融态单独只对钢渣进行高温熔融处理，价值不是很高，面对钢渣的铁资源、钙镁熔剂和高温“热”资源的浪费，与钢铁及有色化工等其它行业高价值固废危废协同处理，才是最佳方案。

高温熔池熔融还原挥发是最有效、最快速和效果最好的有色金属固废危废处理方法，但有色冶炼厂专门为此单独建炉，有一些现实问题，能耗也相对高，难以获得经济效益。各有色厂主业差异很大，各种有色固废成分复杂，产生的点多、不集中，有色厂规模普遍不大、比较分散，单个点固废产出量偏小，给各个点单独建炉处理造成了一定限制，增加了不少难度。而钢铁企业的钢铁厂具有规模大、高温熔渣产出量大的特点，在固废的数量上是有色冶炼行业所不能比拟的，转炉每天产出的大量1600℃以上的高温熔融钢渣，是大部分有色冶炼厂所没有的一个天然的高温熔渣熔池载体，给处理这些有色固废、危废提供了一个绝佳的高温处理（实际上就是超级焚烧）平台。利用转炉倒出的大量的1600℃的高温熔融钢渣这个载体，在一个特别设计的处理炉内，做成一个特别类似半个炼铁高炉的高温熔炼处理炉内进行有色固废危废的熔融还原挥发处理，不失为一个好方法，起到了量大的高温熔融钢渣“以大带小”协同处理量小的有色固废危废、四两拨千斤的效果，其“熔融钢渣”+“有色固废”协同处理的综合效果远超目前普遍存在的钢铁行业的“冷态钢渣处理”和有色行业的“有色固废分散委托处理”的各自单独处理的效果。毫无疑问，在钢铁厂生产区现场采取转炉熔融钢渣高温液态下在线协同处理有色固废危废（包括钢厂自产和外部的各种含铁尘泥），分离回收了铁、磷资源和高价值的有色和稀贵金属。由于还原挥发炉处理钢渣与有色固废危废、廉价的煤矸石“三固废”协同处理，不仅钢渣得到了处理，产生了经济效益，钢厂内大量的含铁品位低的各种尘泥不在烧结工序使用，可以有效提高烧结矿品位，而且延伸到有色化工行业的固废危废处理，缓解了有色化工行业固废危废（大多数是危废）难处理之苦，为有色化工固废危废、煤炭开采的煤矸石废渣找到了一条利废减排新途径，对污染治理和节能减排环保，对企业对社会都带来益处。与现今国家鼓励正大力推动的水泥回转窑协同处理固废危废工艺相比，其处理温度更高，能彻底裂解有毒物质和二噁英，转炉钢渣的高碱度CaO能完全吸纳硫等有害元素，同时能有效分离出、并回收铁和有色金属等有用物质，避免水泥回转窑协同处理存在的建筑水泥重金属超标和二次资源的浪费，因而具有很好的社会和经济价值，是一项开创性的利用转炉液态下高温熔融钢渣协同处理固废危废的不需要石灰白云石等钙镁碱性熔剂也可以不使用硅石等硅铝酸性熔剂降碱的有铁钢渣变无铁水渣的一种新的炼铁冶炼新工艺。+

4、熔融钢渣协同处理钢铁及有色化工固废危废项目出资和效益测算

①项目出资：

可分两步实施，初期可以建设一座以还原挥发熔炼炉为主体的生产线(类似高炉下半部的炉缸炉腹圆形炉型、也可以是矩形，如矩形炉3×3×5，容积45M3左右)，之后再相应配套有关鼓风空气预热、喷煤(也可不用上喷煤而喷废油)、烟气锅炉余热回收等相应配套设施，必要时再考虑扩大炉容(矩形炉则可以侧向扩大炉容)。

②年处理35万吨液态熔融钢渣，协同处理9万吨含铁或含锌铅等固废危废(4:1)，测算效益：

经冷却破碎磁选外卖钢渣块一般在50元左右，高温液态钢渣中含有25～30%左右的铁，以残钢、金属铁珠和氧化铁存在，在高温液态下，铁珠不需要熔化和还原消耗碳，铁磷氧化物也只要还原耗热，含碳自还原固废压块反应快速，在短时间反应完成，只需加入廉价的含铁固废及块煤或煤矸石等废料（加热燃料、还原剂和降碱酸性熔剂），就可以得到价值2500元以上的生铁（磷高可作磷铁合金）和100元左右的水渣（磨成超细粉价格在300元），经济效益显著，如再配入含铁含有色金属危废、废油、废油泥渣等协同处理，则不付费甚至收取产废企业危废处置费（部分危废处置费高达1000～3000元），估算年效益在1亿左右。处理量越大效益更大。

三、利用钢厂停产小高炉改建熔融钢渣协同处理尘泥、渣等固废危废新思路

湖南建鑫公司技术人员已经在钢厂生产线上，在转炉出渣时，在渣罐内进行了加入添加了碳的含碳尘泥球等物料的降碱度还原回收铁(加含C还原剂、燃料和加含SiO2酸性熔剂料)的原理验证试验，并在一个有一个风口一个排渣铁口的小型模拟试验炉进行了倒入熔融钢渣和含碳尘泥球等物料的小型模拟试验，通过原理验证试验、小型模拟试验、现场分析研究，将该技术扩大，在钢厂生产线上进行产业化实施，同样不存在限制环节。通过此技术开展的前期工作表明，该专利技术类似高炉炼铁冶炼，原理清晰，进行工程产业化实施不会存在大的问题，可以按以下两种方式实施：

⑴、在炼钢厂生产工区建造一座中试试验炉，然后再配套完善或扩大

可以分二步进行，与钢厂、设计院合作，在炼钢工区（一般都采用双转炉布置）转炉出钢跨一端合适区域(新建钢厂时进行专门规划)，先期设计建设一座钢渣提铁还原挥发处理中试炉及相应配套设施，进行项目半产业化，在验证生产数据、优化工艺参数、主体试验成功后再进行进一步的工艺改进，第二步再视情况相应配套有关鼓风空气预热、喷煤(也可喷废油)、余热锅炉蒸汽能源回收等降低成本的附属设施，同时，在降低能源消耗、使用低值块煤或煤矸石降低处理成本、以及在政策允许的情况下寻求配入含铁含锌铅铜锡等有色金属固废危废，协同处置产废企业危废，扩大收益来源等方面再进行有益尝试，以实现本技术的效益最大化。工艺完善后，根据熔融钢渣处理量，再按需要扩大炉容，满足所对应的转炉所产钢渣处理的需求。

⑵、利用钢厂停产小高炉改建熔融钢渣协同处置固危废类高炉新型处理炉

通过与目前的高炉炼铁生产系统比较，我们不难发现，熔融钢渣协同处理固废危废新工艺，除所采用的原料和核心的还原挥发熔炼处理炉外，其它公辅系统差别并不大，而处理炉本身就是借鉴高炉炼铁技术应用于液态下熔融钢渣协同处理固废危废，若将淘汰下来的停产小高炉就地改造（或易地拆建），将炉型改造成适合处理熔融钢渣和钢厂固废的只有炉缸炉腹没有炉身的还原挥发钢渣处理炉，那么，可以将原高炉的整个系统资产全部利用，将使钢厂原有的占地很大、污染严重的传统冷态处理钢渣场变成先进的整个钢铁厂集中的各个转炉高温熔融钢渣处理工厂，不仅钢渣中的铁得到了还原回收，高碱度难处理钢渣变成了低碱度普通水渣，而且将钢厂的含铁尘泥固废一并得到了处理，并且进一步延伸到协同处理有色化工有色金属等固废危废的处置，不仅钢厂的大量钢渣处理的老大难问题得到了较好的解决，可以在一定程度上又可以替代常规的转底炉、回转窑（包括水泥回转窑）处理钢厂内部的含锌尘泥除尘灰和有色化工有色金属固废危废的协同处理，使转炉钢渣的高温热资源、钙镁碱性熔剂资源、金属铁资源，以及各种固废危废的铁资源、有色金属高价值资源和高炉炼铁冶炼不需要的硅铝酸性成分元素废弃资源都得到了很好的利用，实现了固废危废资源综合回收利用的效益最大化。

①、高炉炉型的改造

高炉炼铁的核心就是高炉本体、炉型，熔融钢渣处理炉的核心不同就在于炉型的不同，在现有高炉基础上，将炉身去除掉，只保留炉腹和炉缸以下部分，作为高温熔融钢渣的接收容器和处理熔池，增加熔融钢渣接渣口，将上部装料设施整体平移下来，作为顶部，将固废（或危废）压球、含铁物料以及各种燃料或熔剂料加入预热段，经过预热升温后进入熔炼处理炉内。

②、增加炉料预热段，上料系统斜桥角度大幅降低

在钢渣熔炼处理炉上部增设固废压块等物料预热段，以吸收处理炉高温煤气热量，提高进入熔炼物料的温度，同时，使压块在高温下提前进行预还原。炉顶装料设施下移后，将上料斜桥同步降低，其它辅助系统相应进行改造。

③、高炉炉前出铁场平台及附属设施和热风炉、送风系统可以利用

高炉本体的关键部位：炉腹和炉缸保留，那么处理炉的鼓风系统及出铁出渣、水冲渣系统、出铁场地平台等现有设施都得到了利用，热风炉加热鼓风也可以得到利用。由于熔融钢渣已经是液态，不需要象高炉那样消耗