中國(guó)鐵合金網(wǎng)訊:在物料利用方面,來(lái)自鋼鐵生產(chǎn)工序的固廢是一種有價(jià)二次資源。在歐盟,為了實(shí)現(xiàn)物料回收、循環(huán)經(jīng)濟(jì),業(yè)內(nèi)一直在開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)用以處理這些固廢。通過(guò)提升副產(chǎn)品回收效率,減少對(duì)一次資源(原材料和能源)的需求,縮減填埋規(guī)模,最大的收益就是節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本,實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本文回顧了歐盟鋼鐵工業(yè)處理和利用固廢的現(xiàn)狀,重點(diǎn)關(guān)注了粉塵和污泥,并對(duì)歐盟現(xiàn)有大型固廢處理技術(shù)進(jìn)行了介紹。另外,對(duì)有關(guān)固廢利用的泛歐洲研究項(xiàng)目也進(jìn)行了描述。最后,在物料靈活性和成分等方面,對(duì)現(xiàn)有的固廢處理工藝進(jìn)行了對(duì)比評(píng)估。
01 綜合INDUTECH®/EZINEX®工藝概念
歐盟地區(qū)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一些冶金固廢處理技術(shù),但部分尚未投入實(shí)際應(yīng)用。位于意大利奧斯坡的Ferriere Nord工廠,已經(jīng)開(kāi)展了名為“綜合INDUTECH®/EZINEX®”工藝 的中試試驗(yàn)。該試驗(yàn)由意大利比提尼(Pittini)集團(tuán)開(kāi)展,主要對(duì)電爐粉塵進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。綜合INDUTECH®/EZINEX®概念由意大利工程公司Engitech Technologies SPA開(kāi)發(fā)。在20世紀(jì)90年代,為了處理含鋅的電爐粉塵,Engitech公司開(kāi)創(chuàng)了EZINEX®工藝;纠砟钍峭ㄟ^(guò)濕法冶金工藝用電爐粉塵生產(chǎn)陰極鋅。EZINEX®工藝是一個(gè)電解冶金系統(tǒng),采用氧化鋅材料的氯化物浸出。通過(guò)電爐粉塵的火法冶金處理(如Waelz工藝),在70-80℃的溫度條件下,含鋅物料在中性pH溶液中與氯化物浸出,從而生產(chǎn)粗氧化鋅。
氧化鋅溶解并運(yùn)往第二步驟,而部分含鋅的鐵素體和含鐵的鐵素體則不會(huì)浸出,轉(zhuǎn)往粗鋅生產(chǎn)單元。除了氧化鋅以外,鎘和鉛等其他金屬則留在滲濾液。因此,膠結(jié)步驟是從其他金屬中分離出鋅,對(duì)于確保鍍鋅層而言,去除雜質(zhì)是非常重要的,因?yàn)樘砑愉\粉或者顆粒,就會(huì)造成這些金屬的析出。膠合劑可以用作再生鉛工業(yè)的原材料,凈化液在下一步鋅電解進(jìn)行處理,這一工藝會(huì)生成金屬鋅陰極,同時(shí)采用鈦陰極和石墨陽(yáng)極。
在大于65℃的條件下進(jìn)行電解操作,同時(shí)采用空氣吹掃系統(tǒng),改善了擴(kuò)散速率并有效混合溶液。電解采用的電流密度高達(dá)300A/m2,而且在較低的鋅濃度(標(biāo)準(zhǔn)操作范圍是5-15g/L)下進(jìn)行。鋅沉積持續(xù)24-48h,并在鈦陰極上出現(xiàn)。由于鈣和鎂會(huì)干擾鋅向陰極界面遷移,同時(shí)擾亂電解過(guò)程,為了去除這些雜質(zhì),還需要進(jìn)一步的下游碳化步驟。為避免這一問(wèn)題,通過(guò)添加碳化鈉或者碳酸氫鈉實(shí)現(xiàn)結(jié)晶和沉淀析出;除了鈣鎂以外,在滲濾液中的其他主要雜質(zhì)是堿性氯化物和氟化物,盡管它們并不會(huì)影響鍍層,但除上述工序中的鹽結(jié)晶以外,它們會(huì)改變電解質(zhì)導(dǎo)電性,降低歐姆電阻。蒸發(fā)或結(jié)晶單元有兩大主要目標(biāo):蒸發(fā)掉帶入設(shè)備的水分,去除來(lái)自電解質(zhì)的堿性氯化物,含有鋅氨基化合物和氯化銨的母液被回收并返還至廠區(qū)。
EZINEX®理念采用了粗氧化鋅進(jìn)料。由于電爐粉塵必須進(jìn)行預(yù)處理,從而產(chǎn)生具有穩(wěn)定質(zhì)量的氧化鋅,那么就需要采用諸如Waelz工藝的火法冶金處理粉塵理念。因此,Engitech公司設(shè)計(jì)了一項(xiàng)名為INDUTEC®的熱處理工藝,并在Ferriere Nord設(shè)立了150kW的中試工廠。采用電爐粉塵和氧化鐵皮的不同物料進(jìn)行試驗(yàn)。粒化物料裝入感應(yīng)爐,在熱處理過(guò)程中,鋅與鎘、鉛和汞等其他揮發(fā)性金屬一起蒸發(fā),氣流離開(kāi)感應(yīng)爐冰杯冷卻。熱量用于進(jìn)料的預(yù)熱。兩步除塵系統(tǒng)(旋風(fēng)和袋式除塵器)從氣體中分離出含固體氧化物混合物的金屬。除了工藝氣體以外,產(chǎn)出生鐵(鐵含量92wt%- 94wt%,碳含量2wt%-4wt%)和惰性渣。
目前,INDUTEC®/EZINEX®理念正在逐步實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。近年來(lái),鋅生產(chǎn)商采用電爐粉塵制備鋅上已經(jīng)取得了一些成果,因此,F(xiàn)erriere Nord決定將電爐粉塵運(yùn)往Befesa這類外部公司。
02 PRIMUS®多段爐
PRIMUS®技術(shù)是由Paul Wurth工程公司開(kāi)發(fā)的,用于回收高爐、轉(zhuǎn)爐和電爐的污泥、粉塵和氧化鐵皮。該工藝可以從粉塵中分離鋅和鉛,并以液態(tài)金屬形式回收鐵成分。PRIMUS®技術(shù)由兩部分組成:多段爐(MHF)和電爐。物料;⑦\(yùn)往MHF。煤粉被噴入到預(yù)熱、脫油和煅燒區(qū)域以下。氧化物的還原發(fā)生在MHF的最低區(qū)域。重金屬氧化物與氧化鐵一起進(jìn)行預(yù)還原。煤粉的添加會(huì)促成鐵和鋅還原以及金屬滲碳。在隨后的熔化步驟中完成鐵的還原,熔化生鐵,形成爐渣,同時(shí)完成鋅還原。鋅、鉛、氯和堿運(yùn)往尾氣系統(tǒng),并在袋式過(guò)濾器中進(jìn)行分離,作為PRIMUS®氧化物,其氧化鋅含量很高。液態(tài)生鐵的鐵含量在50wt%-80wt%,碳含量高達(dá)4wt%。產(chǎn)生的爐渣性質(zhì)與高爐渣相似,可以用于鋪路建設(shè)。除了鋅、鉛、堿等成分以外,氯也被蒸發(fā)并被采集。2003-2009年,盧森堡的PRIMOREC S.A.公司興建的工廠采用了這項(xiàng)技術(shù),每年可以處理6萬(wàn)噸的電爐粉塵和1.5萬(wàn)噸的軋鋼氧化鐵皮污泥。目前,歐盟以外的中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)在2006年也建成了一座類似的工廠,該廠歸屬于中龍鋼鐵股份有限公司,最大年產(chǎn)能為12萬(wàn)噸。物料主要由電爐粉塵、高爐污泥和氧化鐵皮組成。
03 REDSMELT™/REDI-RON™
Paul Wurth工程公司還開(kāi)發(fā)了REDSMELT™和REDIRON™兩大工藝。兩種工藝均由兩步熔化和還原工序組成,采用轉(zhuǎn)底爐(RHF)和熔化裝置對(duì)高爐、轉(zhuǎn)爐和電爐的粉塵和污泥進(jìn)行處理,生產(chǎn)直接還原鐵(DRI)。細(xì)磨的固廢與煤或石油焦等碳質(zhì)還原劑混合,進(jìn)行預(yù)處理,用于后序的生球團(tuán)生產(chǎn)。粒化步驟需要狹窄的粒度分布,80%小于100µm,100%小于250µm。
在攪拌器中制備濕潤(rùn)的物料,通過(guò)添加水和少量的膨潤(rùn)土作為黏合劑。采用圓盤(pán)造粒機(jī)對(duì)混合物進(jìn)行造粒,生球團(tuán)的粒徑約為7mm。干燥步驟以后,球團(tuán)裝入RHF進(jìn)行加熱和預(yù)還原處理。燃?xì)夂椭伎諝馔ㄟ^(guò)幾個(gè)側(cè)面燃燒器引入,分成三個(gè)控制區(qū)。在每個(gè)燒成帶,為了獲得理想的溫度和氣體成分(一氧化碳和氧氣),分別控制燃料和空氣流速。操作溫度約為1450℃。二次空氣通過(guò)單獨(dú)的進(jìn)風(fēng)口引入,用于燃燒還原工序所產(chǎn)生的一氧化碳?偼A魰r(shí)間從10-18min,最終DRI金屬化程度接近70%-90%。
根據(jù)不同原材料的性質(zhì),單位DRI的生產(chǎn)量在60-100 kg/(m2·h)。離開(kāi)轉(zhuǎn)底爐的尾氣溫度約為1100℃,一氧化碳隨后被氧化。為了產(chǎn)生蒸汽,還安裝了一個(gè)廢熱回收系統(tǒng)。起初,在最終的熔化還原步驟上采用了一種埋弧爐,經(jīng)過(guò)后期改進(jìn),采用了一種吹氧煤基熔爐(新型熔化技術(shù),NST)。NST熔爐被設(shè)計(jì)成為一個(gè)垂直的反應(yīng)容器,底部配備了一個(gè)虹吸出鐵口,這種設(shè)計(jì)與沖天爐(用撇渣器分離渣和鐵水)相似。熱DRI借助重力從頂部裝入一個(gè)水冷溜槽。熔煉反應(yīng)器配備了兩級(jí)側(cè)槍(每級(jí)三槍)用以噴入氧氣和煤粉。上部槍向乳化液中噴入氧氣,用以促進(jìn)過(guò)渡區(qū)的二次燃燒,而下部槍向熱金屬熔池中噴入氧氣和煤粉。與之前的RHF(高達(dá)1700℃)相比,熔化階段的尾氣溫度更高一些。在一個(gè)雙級(jí)系統(tǒng)(熱回收步驟后的熱氣除塵器和洗滌器)中與RHF尾氣一起處理。
REDIRON™工藝與RED -SMELT™的概念相似,在意大利皮奧姆比諾地區(qū)建成了一座示范工廠,該廠現(xiàn)歸屬于印度鋼鐵企業(yè)京德勒西南鋼鐵公司。REDIRON™工廠的固廢年處理能力為6萬(wàn)噸,DRI的年產(chǎn)能為4萬(wàn)噸,經(jīng)過(guò)壓塊后裝入高爐。目前,在歐洲地區(qū)尚沒(méi)有REDSMELT™或REDIRON™工廠處于運(yùn)行之中。
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