張兆有  陳麗芳  趙文富

（昆明鋼鐵控股公司節(jié)能減排中心 ）  

摘要：高爐瓦斯灰（泥）是鋼鐵企業(yè)煉鐵工序產生的除塵灰（泥）。在我國因產生量較大，如果處理不當，既造成資源的浪費，同時對生態(tài)環(huán)境的影響也較為突出，成為每個鋼鐵企業(yè)必須面對的重要問題。實現高爐瓦斯灰（泥）資源化處理及利用，對“綠色冶金、資源高值化綜合利用”具有重要的現實意義。本文結合昆鋼實際,對高爐瓦斯灰（泥）資源化處理利用情況進行介紹，供業(yè)內同仁交流及探討。

關鍵詞：高爐瓦斯灰（泥）；資源化利用；綠色發(fā)展

1  引言

1.1  高爐瓦斯灰（泥）的概念

高爐瓦斯灰（泥）是高爐冶煉過程中伴隨著高爐煤氣攜帶出的原料粉塵及高溫區(qū)激烈反應而產生的煙氣微粒經除塵而得到的產物,屬于鋼鐵企業(yè)產生的固體廢棄物之一。我國鋼鐵產能較大，近年來鐵產量約8億t，以t鐵產生約20kg高爐瓦斯灰（泥）測算，產生量將達1600萬t。如果處理不當，既造成資源的巨大浪費，以含鋅10～25%計，折合金屬鋅將達160～400萬t，約相當于2600～6400萬t鋅礦石的開采量。同時，對生態(tài)環(huán)境的影響也較為嚴重，除占用大量的土地資源外，對大氣、水、土壤將形成危害，成為每個鋼鐵企業(yè)必須面對的重要問題。

通常情況下，高爐煤氣的除塵工藝分為一、二級除塵。一級除塵也稱“預除塵”或“初級除塵”，通常采用重力或重力加旋風，其產出物稱為“高爐灰”或“瓦斯粗灰”。二級除塵分為干法和濕法兩種除塵工藝技術，現階段普遍使用干法（即布袋除塵）工藝，產出物稱為高爐“布袋灰”或“瓦斯細灰”；濕法除塵為傳統(tǒng)的高爐煤氣洗滌工藝，經絮凝沉淀脫水后產出，稱為“瓦斯泥”。瓦斯灰（泥）主要成分是鐵和鈣、碳等冶金物料，也含有一定量的鋅、鉛等有色金屬。一級除塵產生的瓦斯灰粒徑、密度相對大些，其理化成分氧化鐵和鈣、炭等含量相對較高，多數鋼鐵企業(yè)直接返回燒結混（配）原料使用；二級除塵產生的瓦斯灰（泥）粒徑、密度相對偏小，高爐煤氣經一級除塵降溫后，含有的部分易揮發(fā)的有色金屬（鋅、鉛、鉍、銦）煙氣富集還原、氧化為固態(tài)氧化物，因而產出的瓦斯灰（泥）相對具有較高的綜合利用價值。

1.2  高爐瓦斯灰（泥）的屬性分析

高爐瓦斯灰（泥）的性狀具有以下特征：

①粒徑小、密度輕，200目過篩率在50～65%；

②易反應，含有較多粒徑小的低沸點有價金屬，易揮發(fā)氧化；

③有腐蝕性，含有一定數量的堿金屬氧化物KO、NaO、CaO₂、MgO₂等；

④晶相獨特、難分離，因系高溫（＞1000℃）狀態(tài)下爐料熔融的產物，表面性質與天然礦物差異大，選礦難度大，有價金屬常規(guī)方式回收率較低。

基于上述特征，成為鋼鐵企業(yè)進行處理利用的難題。

高爐瓦斯灰（泥）除進行常規(guī)理化成分檢測外，因含有部分有色金屬，尤其是重金屬等成分。因此，還有必要進行浸出毒性檢測分析，對其屬性進行判定。昆鋼對高爐瓦斯灰進行了浸出毒性鑒別檢測，共檢測了16個項目，包括PH、總汞、總鎘、總鉻、六價鉻、砷、鉛、鎳、鈹、銅、鋅、鋇、硒、銀、氰化物、氟化物等。檢測結果顯示：浸出液濃度中16項指標均符合《危險廢物鑒別標準 腐蝕性鑒別》（GB 5085.1-2007）和《危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）。因此，昆鋼高爐瓦斯灰（泥）的屬性為一般工業(yè)固體廢物II類。

1.3  高爐瓦斯灰（泥）的處理利用情況

高爐瓦斯灰（泥）簡單利用就是返回燒結工序，添加在燒結原料中混（配）料使用。但如此在燒結與煉鐵工序間循環(huán)利用，將導致高爐中鋅、鉛等金屬的富集，成為影響高爐冶煉穩(wěn)定順行的重要因素。

鋅在高爐中的危害是顯而易見的。鐵礦石中的少量鋅以鐵酸鹽（ZnOFe₂O₃）、硅酸鹽（ZnOSiO₂）及硫化物（ZnS）形式存在，在燒結工序由于溫度、壓力等因素限制不能有效去除鋅，鐵礦石（燒結礦）加入高爐（高溫、高壓）后，被C還原為氣態(tài)鋅（沸點907℃），隨高爐煤氣進入除塵系統(tǒng)降溫（580℃）區(qū)域，再度氧化成細粒附著、粘裹于煤氣粉塵上，經除塵器捕集下來。高爐瓦斯灰（泥）用于燒結混（配）料，經燒結工序隨燒結礦返回高爐，形成鋅在燒結與高爐間的不斷循環(huán)、富集，會產生以下不利影響：

①易在高爐爐體上部形成爐瘤，造成掛料、崩料現象，增加高爐的操作難度；

②破壞爐襯造成開裂，高爐內被還原的鋅（氣態(tài)）易進入爐皮焊接處或裂隙處冷卻，降低爐皮溫度，同時造成爐皮不易焊接；

③在煤氣上升管內冷凝粘敷，影響氣流運行；在風口處沉積，滲入風口磚縫，對耐材形成浸蝕等；

④高爐出鐵時，鋅蒸汽被氧化形成粉末，造成爐前作業(yè)環(huán)境惡化。

由于高爐瓦斯灰（泥）的性狀特征，以及返回燒結混（配）料利用的負面影響，國外工業(yè)化國家（法國、德國等）在上世紀前期就進行了積極地研究、探索，其中火法應用技術取得積極進展及應用，并逐步形成了較為成熟的工藝，如回轉窯、轉底爐等煙化回收有價金屬的工藝技術，美國、日本等國得到推廣應用。改革開放以來，我國也逐步引進、消化吸收了高爐瓦斯灰（泥）的處理利用技術并得到發(fā)展應用。

2   昆鋼高爐瓦斯灰（泥）的處理利用情況

昆鋼是一個具有數十年歷史的老企業(yè)，原有的高爐煤氣經一級除塵后，二級除塵均為傳統(tǒng)的濕法除塵，產出的高爐瓦斯泥，含水率高（70～80%），污染性強，難以處理及利用，對環(huán)境的影響危害較大。一級除塵產生的“高爐灰”（或稱“瓦斯粗灰”），均返回燒結混（配）料使用；二級濕法除塵產生的瓦斯泥，較長時間都是與其他固廢（鋼渣等）外排渣場棄置。上世紀九十年代中期，通過選礦試驗、研究，曾拉運距昆鋼本部較近的王家灘鐵礦進行選礦利用，回收鐵資源，后因王家灘鐵礦資源枯竭停產而中斷。

2.1  昆鋼高爐瓦斯灰（泥）利用項目的建設

本世紀以來，隨著我國高爐瓦斯灰（泥）利用技術的日趨成熟，為高爐瓦斯灰（泥）的資源化利用創(chuàng)造了有利條件。昆鋼在獲知國內兄弟鋼廠，取得了利用高爐瓦斯灰（泥）生產氧化鋅粉的成功案例基礎上，于2005年通過考察學習和引進、吸收的方式，建設了利用高爐瓦斯灰（泥）生產次氧化鋅粉項目，設計規(guī)模為處理高爐瓦斯灰（泥）2萬ｔ/ａ，項目于2006年建成投入運行。主要立足于以昆鋼本部的高爐瓦斯泥，采用回轉窯煙化法，生產富集鋅、鉛、鉍、銦、銀等有色金屬組分的次氧化鋅粉（ZnO53%）4500t/a。

具體生產運行方式為：瓦斯灰、泥根據含水量按一定比例混合后，配入焦粉、氧化鋅礦（含沉降室氧化鋅粉返料）等進入原料倉，由料倉輸入回轉窯焙燒，同時鼓風助燃。原料由回轉窯尾進入后，隨著窯體的轉動前移，被干燥預熱，并進入焙燒段（1000～1200℃）還原區(qū)，氧化鋅等其他易揮發(fā)性金屬還原氣化后隨煙氣引入沉降室經表面冷卻器冷卻，氧化還原成固態(tài)粉塵經布袋收塵器捕集下來，得到次氧化鋅粉作為中間產品外銷。同時產出的窯渣外銷民營企業(yè)進行磁選后獲得鐵精礦和尾渣，尾渣作為建材添加劑或免燒磚原料使用。工藝流程見圖2—1。

 圖2—1  工藝流程圖

項目的建成投運，使昆鋼高爐瓦斯灰（泥）得到了有效利用，大大緩減了高爐瓦斯灰（泥）難以處理利用，占用土地資源和污染環(huán)境的壓力，實現了變廢為寶，化害為利，固廢利用的綜合效益。

2.2  昆鋼高爐瓦斯灰（泥）的利用現狀

進入“十二•五”以來，昆鋼生產發(fā)展加快，高爐瓦斯灰（泥）的產生量增加，并且昆鋼所屬的四個鋼鐵生產基地，分別位于云南昆明市、玉溪市和紅河州，增加了高爐瓦斯灰（泥）的運輸難度及成本，加之產生量也遠超已建成的利用項目處理規(guī)模。因此，玉鋼、紅鋼產生的高爐瓦斯灰（布袋灰）只能就近外銷有色金屬冶煉或貴金屬冶煉加工優(yōu)勢企業(yè)進行綜合利用。

近年來昆鋼生產運行的四座高爐，由于用料結構等因素影響，所產出的高爐瓦斯灰（泥）理化成分略有差異（Fe9～35%、Ca5～20%、C10～30%、Zn9～24%、Pb1.6～2.4%），但處理、利用途徑基本相近。高爐瓦斯灰（泥）的產生情況見表2—1。

表2—1   昆鋼公司近年來瓦斯灰產生情況

3  昆鋼高爐瓦斯灰（泥）利用面臨的問題與機遇

3.1  高爐瓦斯灰（泥）利用存在的環(huán)境問題

由于昆鋼高爐瓦斯灰（泥）利用項目建設時間較早（2005年），基于當時的經濟社會發(fā)展水平和環(huán)境保護法律法規(guī)、標準等背景，主要裝備及配套輔助設施水平、廠址選擇及規(guī)劃設計等因素的局限，加之連續(xù)運行時間達15年之久，設備老化、設施配套水平低、污染減排及控制與時代發(fā)展要求不協(xié)調的問題日益突出。在生態(tài)文明建設日趨緊迫，環(huán)境保護法律法規(guī)收嚴，執(zhí)法日益加強的當下，環(huán)境問題成為高爐瓦斯灰（泥）利用項目生存和發(fā)展的主要問題，具體表現在以下幾方面：

①原料堆場、廠區(qū)地坪未完全硬化，未實施雨污分流，沉淀池、雨水收集池等未做嚴格的防滲處理；瓦斯泥含水率高（70～80%），進廠后露天存放，主要靠自然晾曬風干降低水分，存在風損雨損大，旱季影響廠區(qū)周邊環(huán)境，雨季滲濾液污染土壤及地下水等；

②回轉窯煙氣僅采用布袋收塵處理，排放的大氣污染物SO₂、NO_x、顆粒物等主要指標中，SO₂不能穩(wěn)定達標，存在超過《工業(yè)窯爐大氣污染物排放標準》（GB9078-1996）的情況；

③物料倒運主要采用裝載機等作業(yè)機械，瓦斯泥由于水分大、粘性強，造成廠區(qū)地面物料潑灑、粘敷多，配料主要依靠人工作業(yè)方式，勞動強度大，由此造成廠區(qū)現場環(huán)境較差，清理和監(jiān)管難度較大；

④生產能耗高，按照《鉛鋅行業(yè)規(guī)范條件（2015）》要求，綜合能耗須低于1300kgce/t金屬鋅。2017年的產品（次氧化鋅粉）綜合能耗（ZnO53%）為1508.74kgce/t，約為2846.67kgce/t金屬噸；與《鉛鋅行業(yè)規(guī)范條件（2015）》要求存在較大差距。

3.2  高爐瓦斯灰（泥）利用存在問題的整改措施

鑒于瓦斯灰（泥）利用存在的環(huán)境問題，從自身生存發(fā)展實際和屬地政府生態(tài)環(huán)境部門的監(jiān)管要求出發(fā)，項目單位將環(huán)境綜合整治和強制清潔生產審核有機結合，開展了一系列的整改措施，并取得積極成效：2012～2013年開展首輪強制清潔生產審核，投入18.9萬元完成雨、污分流方案的實施，建設料場擋墻、集水溝渠、沉淀調蓄池、輸水管道改造等，年節(jié)約生產用水12000m³/a，生活用水約15000m³/a，減少廢水排放30000m³/a，削減COD 4.44t/a，氨氮1.23t/a。2014年針對主體生產設備老化、生產率低等問題，投入185萬元完成表面冷卻器、沉降系統(tǒng)改造和布袋收塵器升級改造，提高了裝備水平，使經濟技術指標得到明顯改善，縮小了與行業(yè)先進水平的差距。2018～2019年開展第二輪強制清潔生產審核，分別投入125萬元和80.4萬元，實施了料場地面硬化和彩鋼瓦擋雨大棚和回轉窯煙氣脫硫設施建設，完成料場地面硬化5208m²和彩鋼瓦大棚1700m²，有效解決了物料無組織排放和雨季含水率增高的問題；采用石灰—石膏法脫硫，使回轉窯煙氣SO₂從1200mg/m³下降到605.58 mg/m³，確保了主要大氣污染物的穩(wěn)定達標排放，削減SO₂ 80.34t/a。

通過近年來的不斷環(huán)境整治和強制清潔生產審核，提高全員環(huán)保意識和加強監(jiān)督管理，廠區(qū)環(huán)境實現了根本改善，并得到屬地生態(tài)環(huán)境主管部門的認可，實現了生產與環(huán)境保護的同步協(xié)調發(fā)展。

3.3  高爐瓦斯灰（泥）利用面臨的重大歷史機遇

目前，隨著昆鋼公司升級轉型發(fā)展戰(zhàn)略的快速推進，正在實施本部鋼鐵產能環(huán)保搬遷工程（昆鋼新區(qū)二期工程），將公司本部現有鋼鐵產能搬遷到安寧市草鋪工業(yè)園區(qū)，計劃2021年底建成投產，公司本部廠區(qū)將作為建設工業(yè)遺址和大健康產業(yè)等轉型項目用地，實現產城融合發(fā)展。原依托公司本部建設的高爐瓦斯灰（泥）利用項目，面臨新的重大發(fā)展機遇，將隨同鋼鐵產業(yè)搬遷到草鋪工業(yè)園區(qū)。屆時昆鋼新區(qū)高爐瓦斯灰的產生量預計將達到8.5～9萬t/a,其中二級除塵產生的布袋灰預計將達到1.6～1.8萬t/a。同時，昆鋼高爐瓦斯灰（泥）利用項目的搬遷，將選用現代先進技術及裝備，可以預見一個綠色高效、資源節(jié)約與環(huán)境友好的高爐瓦斯灰（泥）利用生產基地，將在不遠的將來展現在人們面前。

4  結語

昆鋼高爐瓦斯灰（泥）的處理利用，歷經了較長時間的探索與實踐，走過了十多年的風雨歷程，也摸索出了一條適合自身生存與發(fā)展的道路，積累了一定的經驗與得失，培養(yǎng)了一批艱苦創(chuàng)業(yè)、為實現固廢資源綜合利用、保護生態(tài)環(huán)境甘于奉獻的干部及職工隊伍。我們堅信，中國鋼鐵強國的路還很長，“發(fā)展綠色冶金、資源高值化綜合利用”的路也還很遠，讓我們攜起手來，加強交流與合作，共同努力，為保護我們的綠水青山、藍天凈土——共同的家園，實現中華民族的偉大復興，貢獻自己的一份力量。

參考文獻

[1]  《高爐含鋅除塵灰的綜合利用》楊春雷（酒鋼集團助理工程師）

[2]  《高爐瓦斯泥灰治理與環(huán)境保護淺談》（華云集團華吉鑫公司  趙洪寶）

[3]  《華吉鑫公司強制清潔生產審核報告》（云南莫高科技有限公司）