鋼鐵冶金塵泥的產生及處置利用技術分析

劉福利，楊 燁，鄒宗來，李智勇

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

近年來，在鋼鐵企業的快速發展取得一定成績的同時，也暴露出了設備及技術落后的問題，這就導致生產水平無法提高，無法應對國內外市場環境的變化，特別是隨著科學技術的快速發展和經濟全球化的深入，也無法滿足客戶的多樣化需求。經濟全球化使得世界市場之間的聯系更加密切，中國與國外發達國家之間的溝通和協作成為未來發展的必然趨勢，而經濟全球化所引發的市場競爭，造成我國鋼鐵企業在發展過程中面臨著巨大的發展壓力，如何在國際市場中提高自身的市場競爭力和獲得更充足的發展空間，是未來鋼鐵企業發展中所亟需解決的問題。因此，鋼鐵企業應該加強對自身經營活動的管理，充分挖掘鋼鐵能源利用效率，有效解決鋼鐵行業在發展過程中所面臨的問題。

1 鋼鐵冶金塵泥相關理論概述

1.1 鋼鐵冶金塵泥的概念

鋼鐵冶金塵泥主要是鋼鐵企業在生產冶煉時產生的固體廢物、氣體和飛灰等[1]。在實際冶煉作業中，產生的大量廢氣致使環境污染問題愈發嚴重。鋼鐵行業所帶來的環境污染與經濟發展匹配問題日益凸顯。此外，鋼鐵冶煉時需要消耗含鐵物料和大量燃料，如何高效利用礦產資源及燃料是亟需解決的問題。

1.2 煉鋼污泥的生成機理

1）煉鋼污泥主要是煉鋼生產過程中，對轉爐煤氣進行濕法除塵產生的，由于該過程不斷排放大量的粉末，使得含碳量不斷增多，顆粒物、灰漿和其他雜質大量充斥在空氣之中[2]。一方面，在鋼鐵冶金企業生產過程中，由于生產工藝環節會排放大量的污水，且在鋼鐵冶煉爐中排放的污水多為酸性物質，會使工業廢水形成酸堿溶液，對環境產生嚴重危害。

2）煉鋼生產過程中，對轉爐煤氣進行濕法除塵過程中，大量的冶金粉塵與水混合在一起，降低了環境粉塵含量，有利于改善現場工作人員的工作環境，從而保障現場工人的身體健康[3]。近年來，隨著環保力度不斷加大，社會愈發對環境加以關注，在這種背景下，對鋼鐵企業而言，勢必需要加強對污染的防治力度，通過引進先進的環保設備來減少鋼鐵冶金生產過程中給人類帶來的不利因素，從而促進鋼鐵行業的可持續性發展，為鋼鐵行業的未來發展奠定重要基礎。

1.3 固體廢棄物的處置和利用

在鋼鐵冶金過程中，大量的燃煤經過燃燒之后從煙囪中排放出來，經回收后，包含大量的細灰，被稱為飛灰。通過對飛灰進行合理回收和利用，能夠使其在農業和工業生產中得到廣泛應用，也可以用于建筑工程、市政工程、道路工程、塑料行業、建材行業等[4]。對煙氣中的細灰進行回收，能夠生成粉煤灰，其中包含大量的鋁、鐵等金屬，也可進行回收再利用。粉煤灰作為一種顆粒較小、孔隙率較高的物質，能夠為植物的生長提供必要的營養物質。鋼鐵生產的每個階段，如燃料燃燒、原料運輸、燒結、冶煉和軋制等工序都會產生大量的灰塵，例如，2022 年國內鋼鐵總產量為99 985 萬t，鐵粉產量為9 856 萬t。鐵粉是煉鋼過程中的重要原料之一，隨著鋼鐵行業的快速發展，需要對鐵粉進行合理的回收和利用，這不僅能夠減少粉塵污染，還能夠充分提高煉鋼的資源效率，這也是鋼鐵企業生產過程中最需要解決的問題之一。

2 鋼鐵冶金塵泥的來源及組成

2.1 粉塵污泥燒結

粉塵污泥燒結主要由產品造粒、冷卻、燒結機頭、機尾組成。粉塵污泥燒結需要使用多種類型的除塵器，燒結機頭主要使用多管除塵器進行除塵。

2.2 高爐布袋灰粉塵

在高爐煉鐵過程中，高爐煤氣是通過干法除塵進行凈化的，高爐煤氣通過布袋除塵器，將煤氣中大顆粒的粉塵用布袋進行攔截，從而獲得比較純凈的高爐煤氣，供用戶使用，產生的大顆粒粉塵就是高爐布袋灰，在除塵系統中通過除塵器進行處理，能夠有效地回收有色金屬蒸氣，重力除塵器的粒徑較大，含碳量相對較高。一些空氣中的灰燼中含有較高比例的金屬，如鋅和鉛，總鐵質量分數可達到30%左右。

2.3 煉鋼粉塵的回收

煉鋼粉塵的回收可分兩種方法：轉爐粉塵通過煙道后，被洗滌劑回收利用；轉爐粉塵通過可移動罩，經過蒸汽鍋爐和冷卻劑后，經過干燥被捕捉和回收。應用靜電除塵器對轉爐粉塵進行捕捉和回收，其w（Fe）能夠達到60%左右，細度小于40 μm。粉塵中除了有大量的鐵元素外，還包含鉛、鉻、鋅等金屬元素，具體的化學成分及含量因工藝而有所不同。轉爐粉塵的廢渣中w（Fe）能夠達到30%左右，也包含一定的鋅、鉛，細度小于2 μm。

3 鋼鐵冶金塵泥的特性分析

3.1 粉塵特性

鋼鐵冶金粉末中的元素主要是鐵和錳，其主要特點是：含氧顆粒占比大，在鋼鐵冶金的酸性環境中穩定性高；粉末中硫元素和氮元素化合物含量高，其不穩定性導致吸收過程中釋放出一些氣體或顆粒，大量的粉末也導致大量的顆粒填充在冶金生產線上；鋼鐵鑄造廠生產的顆粒由含量均勻的混合物和以粉末形式存在的復雜混合物為主，或具有各種差異和形狀的固體粉末組成；粉末的顆粒分布不均勻，顆粒之間有很大的空隙，這可能導致形成大量沉積物；由于空氣中水分和灰分含量高，當溫度達到200 ℃左右時，灰分含量明顯增加。粉體本身的高流動性使粉塵表面物質黏附在粉體表面，進一步加強了顆粒之間的相互結合，在風吹條件下引起振動，有利于大量堆積物的積累。

3.2 揮發分含量大

鋼鐵作為金屬材料的重要組成部分，對經濟的發展發揮著至關重要的作用。在市場競爭日益激烈的情況下，粉塵揮發分含量大還影響鋼鐵的生產質量和產量。而在鋼鐵的實際生產過程中，由于工藝水平不佳等問題，會致使大量含水量高、揮發性強的粉塵不斷產生，對環境產生污染，通過更新設備，加大環保投入，以及技術的進步，使所產生的冶金塵泥比例不斷下降，這對我國鋼鐵企業的發展造成了一定競爭壓力。

3.3 固體顆粒物易結塊

目前我國的鋼鐵公司已經在逐步改進生產工藝，并不斷引進先進的環保設備，但是在實際的生產過程中仍然會產生部分大顆粒粉塵和固體廢棄物，這些廢棄物主要以含鐵礦砂和鋁鎂合金以及細小的硫鋁銅陶瓷為主，如果未能及時進行處理，將會大量堆積，且這些粉塵中包含一定的有害氣體，會影響空氣質量。

4 鋼鐵冶金塵泥處置利用技術

4.1 濕法工藝

濕法工藝是用機械方法去除鋼鐵塵泥中的有害物。濕法工藝通過對排煙道中的粉塵氣體進行有效回收，經過高溫加熱后，鋼鐵冶金的內部溫度達到最大值，所產生的冶金渣包含的元素主要以鐵元素和氯元素為主。污染物也可以采用濕法工藝進行有效處理。

4.2 火法工藝

火法工藝主要是指在煉鋼過程中有效處理粉塵、灰燼和其他有害物質，并在符合排放標準和減少污染的條件下實現最終排放。目前，鋼鐵行業的煉鋼消耗了大量的鐵礦石資源，這些鐵礦石在燃燒使用時，會影響周圍居民的健康。此外，燃燒原料也會對城市空氣質量產生影響，使用火法工藝是有效清除排放物和固體廢物的有效手段。

5 結論

隨著經濟發展水平和公眾環保意識的不斷提高，在新形勢發展背景下，國家對鋼鐵企業的發展提出了新要求，這就需要加強鋼鐵企業的環境管理，實現節能減排目標。為了促進鋼鐵企業的可持續發展，進一步提高鋼鐵企業的經濟效益，需要開發一套合適的鋼鐵冶煉設備，并對鋼鐵冶金塵泥進行有效處置和利用。