我国钢铁烟尘综合利用现状及对策

作者：曹建国

  一、前言

   钢铁生产过程中产生的烟尘主要指烧结除尘灰、高炉瓦斯泥（灰）、转炉除尘灰（泥）、电炉除尘灰等。钢铁厂内含铁烟尘的发生量一般按工序划分，占比为：烧结／球团35%、炼铁25%、炼钢20%、轧钢15%、其他5%。进入21世纪的15年间，随着我国钢铁产业飞速发展，钢铁行业每年固体废弃物产生量由不到1亿吨上涨到5亿多吨，其中钢铁烟尘产生量占比达到13%。从行业现状看，钢铁产能发展迅猛，而辅助配套工艺装备相对落后，欠账较多。多数企业仍采用回收烟尘直接回配生产或简单加工粗放式的利用。按照循环经济的发展理念，钢铁行业粗放式的烟尘回收利用存在以下问题：

    (1)开展应用研究不够。简单回配，影响钢铁烟尘回收利用效果和附加值。  (2)烟尘回收工艺装备落后。专用设备少、利旧设备多，效率低、能耗高，影响资源回收率和回收成本。  (3)普遍缺乏系统计量与管理。烟尘的分类、堆放、处理、利用随意性大，直接影响烟尘的加工回收利用效果。

    固废资源高效利用体现在固废资源化的生产过程之中，高效利用内在包含了固废资源利用高效率和利用高效益两个方面。在具体的固废加工过程中，高效利用的内涵就是使固废回收利用的有价成分损失最小，使再生产品产量的转化效率达到最佳指标，使回收加工项目得到较好的经济收益和社会效益。

    国际上工业发达国家的钢铁烟尘回收综合利用技术总体上高于我国。由于我们自身重视不够，造成了目前既对国外先进技术借鉴少，又缺乏具有自主知识产权的应用技术。我国钢铁行业固废资源综合利用技术五花八门，有片面追求高利用率指标的倾向，而“利用率高”不能等同于“高效利用”。因此，未来我国钢铁行业在保持固废利用率稳步增长的同时，必须重视“高效利用”。

    二、我国钢铁行业烟尘回收利用概况

    进入21世纪，钢铁工业高速发展，全行业资源综合利用的步伐也在加快。按2014年全国粗钢产量估算，钢铁烟尘总产生量为5900万吨，折合吨钢产生量约72千克。经过三个五年计划的努力，钢铁行业烟尘综合利用率由2000年的95.g%分别上升到2005年的98.5%、2010年的99.2%、2014年的99.5%，利用率指标达到国际先进水平。在综合利用效益方面，虽提高了利用率，但存在附加值低、返回钢铁生产系统的再生产品质量达不到精料要求、技术上不合理、经济效益不明显等问题。

    （一）钢铁烟尘的主要化学纽成与分类

    钢铁烟尘主要化学成分除含全铁外，还含有CaO、MgO、SiO2、Al2O3、P2O5、TiO2. MnO、ZnO、Pb、C、S和碱金属(Na2O+ K2O)等。其中，有用成分如TFe、CaO、MgO、C等，可以在钢铁生产过程中直接回收利用；有害成分如Zn、Pb、K、Na、S、P等，会对钢铁生产运行、产品质量产生危害，应在钢铁生产回收利用中去除。

钢铁烟尘的产生量及主要成分随原料状况、工艺流程、设备配置、管理水平的差异而不同。根据来源、化学成分和物理形态的不同，对钢铁烟尘进行分类，见表l。

    （二）钢铁烟尘的回收利用

目前，钢铁企业对生产过程中产生的大部分烟尘经直接或间接处理后返烧结、球团、炼铁或炼钢等生产工序利用。但其中含锌烟尘有800万吨-1000万吨，其大部分仍没得到“高效”的处理利用。这部分含锌烟尘主要是烧结机头灰、高炉瓦斯灰（泥）、少量炼钢除尘灰等。钢铁企业将这部分烟尘视为难题，有的企业直接外卖或外委，有的企业少量“稀释”回配，有的占地堆存，有的自行建设简易加工线进行提锌、提铁处理利用；而通过社会化、规模化处理高附加值利用的仅占总量的20%。不同钢铁烟尘的成分有一定差异，国内钢铁烟尘主要化学成分见表2。

    根据钢铁烟尘中锌含量的不同，可采取不同的处理方法。

    (1)从钢铁烟尘中提铁、提碳。对于低锌(Zn含量小于1%)含铁烟尘，可采用磁选、重选、浮选方法分离其中的铁和碳，进而得到铁精矿和碳粉。

    回收工艺包括单一回收工艺和联合回收工艺。单一回收工艺是指仅采用磁选、重选、浮选中的一种方法进行铁、碳回收；联合回收工艺是将两种或两种以上单一回收工艺进行集成，也是钢铁企业通常采用的方法。常用的联合回收工艺有：弱磁选．强磁选（全磁选）工艺、浮选一重选工艺、粗磨一弱磁一强磁一反浮选工艺、重选一反浮选一磁选工艺、磨矿一磁选一重选一浮选工艺等。

    (2)从钢铁烟尘中回收锌。含锌钢铁烟尘的回收处理工艺主要有：物理法、湿法、火法及联合法。

    物理法锌回收技术是采用机械分离（离心、重选等）或磁性分离（磁选）的方式富集钢铁烟尘中的锌元素。常用的机械分离方法有浮选．重选工艺、水力旋流脱锌工艺等；常用磁性分离方法有弱磁，强磁联合工艺。经过处理后可以得到中高锌含铁料和低锌含铁料两类物质，分别用于提锌和回用烧结。目前国内绝大多数的钢铁企业采用此方法，虽回收效率低，但投资也相对少。

    湿法锌回收技术是利用氧化锌(ZnO)不溶于水或乙醇，但溶于酸、氢氧化钠或氯化铵等溶液的性质，采用不同的浸出液，将锌从混合物中分离出来，适用于处理高锌含铁烟尘。火法锌回收技术是利用锌的沸点较低，在高温下还原氧化锌，气化使锌与固相分离。火法工艺分为直接还原法和熔融还原法两大类，适用于处理中、高锌含铁烟尘，其中以威尔兹回转窑法和转底炉法应用最为广泛。威尔兹回转窑技术是目前被国内外业内认为处理含锌烟尘最有效、经济的方法。

   联合法是将上述几种方法联合使用，以得到最好的回收铁、碳、锌和其他有价金属效果的综合利用方法。联合法处理含锌烟尘效果最理想，环保和经济效益可达到最大化，但目前掌握整套技术的企业极少。

    三、含锌烟尘回收利用效果分析

我国含锌烟尘产生量约为800万吨-1000万吨，其中可实际回收的锌、铅、铟、铋、锡、铁、碳合计价值达162亿元人民币。目前已得到有效处理的含锌灰量约20%，主要集中在中国南方。南方烟尘灰的特点是含锌高，含铁、含碳低，含稀贵金属相对较高，此部分的烟尘灰实际回收价值超过45亿元人民币，见表3。

    尚未得到有效处理的高锌烟尘灰主要集中于北方，其中北方六省（自治区）一市（河北、山东、辽宁、山西、河南、内蒙、天津）占全国铁产量的70%以上，北方地区烟尘灰的特点是含铁高、含碳高，含锌及稀贵金属品位略低。但初步估算，可回收的锌、铅、铟、锡、铋、铁金属量及碳素含量的市场价值也超过百亿元。

    按现有掌握的国内钢铁烟尘有价成分含量的估算，回收项目的投入产出效益明显，高效回收利用技术经济分析结果乐观。

    四、对我国钢铁行业烟尘资源高效利用的再认识

    党的十八大以来，党中央把建设生态文明、注重节约资源提升到战略的高度。2015年，钢铁行业面对新环保法，全行业节能减排力度加大，同时提出了按照可持续发展和循环经济理念，提高环境保护和资源综合利用水平，节能降耗，最大限度提高固体废弃物的综合利用水平，力争实现“零排放”的生态文明建设目标。

    通过对钢铁烟尘回收利用技术的分析及对未来钢铁烟尘回收利用市场和发展前景预测，对钢铁企业烟尘高效综合利用有了进一步的认识。

    第一，未来我国钢铁产量规模将位于平台峰值期，逐步下降，因此钢铁烟尘产生量仍将很大，钢铁烟尘回收处理市场前景广阔。充分认识高效利用固体废弃物的重要性，转变过去片面追求提高综合利用率而忽视高效益的综合利用理念。研究探讨各方法的特点，及其应用范围和局限性，找出符合企业特点的钢铁烟尘回收高效综合利用最佳组合途径是未来钢铁企业烟尘回收利用工作的重点。

    第二，我国钢铁烟尘回收处理主要采用传统的物理法，具有处理效率高、规模大，原料适应性强的显著优势；但也存在有害元素富集、回收利用率低，资源不能充分利用等缺点。因此，选择何种利用途径要综合考虑烟尘原料的物理化学性质、产品用途、生产规模、投资能力以及技术掌握程度等方面。如高锌灰处理，未来应加强除尘过程锌的分离，实行与普通含铁尘泥分类高效处理，从而提升资源化利用水平。

    第三，钢铁烟尘除铁含量高外，同时含有锌、铅、铟、铋、锡、铁、碳等有价元素，具有回收利用价值。目前，国内的以火法富集、湿法分离、多段集成耦合的处理技术，具有完全的自主知识产权，通过回转窑工艺火法富集烟尘中的锌、铟、铅等贵稀金属元素，富集后的次氧化锌配套专门湿法工艺进行上述贵稀金属元素的进一步提取，作为宝贵二次资源供给生产再生贵稀金属。本工艺技术先进，经济合理可行，具有较强的适应性和市场竞争力。

    第四，走社会化、规模化处理利用的方式是中小型钢铁企业一条可以选择的道路。我国钢铁烟尘回收利用行业整体市场化程度不高，但部分钢铁烟尘回收利用行业如高炉瓦斯灰提锌处理、氧化铁皮深加工利用等存在着激烈的市场竞争。相比于国外钢铁烟尘回收利用行业，我国钢铁烟尘回收利用多为中小企业，专业化处理水平和产业集中度不高，缺少大型、龙头型钢铁烟尘回收利用企业。提高钢铁烟尘处理行业集中度，走专业化、规模化的高效处理利用之路，将是促进钢铁烟尘综合利用高效化的关键。