含锌铅钢铁厂粉尘处理技术现状含锌铅钢铁厂粉尘处理技术现状和发展趋势分析和发展趋势分析王东彦 王文忠 陈伟庆 周荣章 林宗彩(东北大学) (北京科技大学)摘摘 要要 概述了国内外含锌铅钢铁厂粉尘的产出和处理技术发展现状，总结了各种处理技术特点， 并根据我国含锌铅钢铁厂粉尘成分，对我国粉尘处理技术今后的发展方向进行了分析。 关键词关键词 粉尘 处理 发展PRESENT STATE AND DEVELOPMENT TREND OF DISPOSAL TECHNIQUE OF IN-PLANT Zn-Pb-BEARING DUST WANG Dongyan WANG Wenzhong(Northeastern University)CHEN Weiqing ZHOU Rongzhang LIN Zongcai(University of Science & Technology Beijing)ABSTRACT The present state of the disposal techniques of in-plant Zn-Pb bearing dust in China and abroad are summarized .The characteristics of different technique are also summed up .The development trend of the disposal technique of this kind of dust is discussed according to the in-plant dust composition in China. KEY WORDS dust,disposal,development1 1 国内外含锌铅钢铁厂粉尘产出及处理状况 1.11.1 国外钢铁厂含锌铅粉尘的产出及处理现状自 1976 年，美国环保机构(EPA)制定法律，将含锌铅的钢铁厂粉尘划归 K061 类物质(有毒的 固体废物)，要求钢铁厂对其中的锌、铅等进行回收或钝化处理，否则须密封堆放在指定场地， 致使堆放费用逐年升高，到 1990 年已达 300/t1。继美国之后，西方各国，日本，甚至韩国 都制定了类似法律。西方钢铁厂含锌粉尘成分和世界几个主要国家和地区的产出情况见表 1 和表 2。可见，发达国家的含锌铅钢铁厂粉尘的含锌成分及锌量已达到了相当高的程度，故使对其处 理工艺的研究成为冶金界的热点之一。目前，德国和日本的处理比例已接近 100 %，美国达到 10 %14.5 %，西班牙为 60 %2。表 1 国外粉尘单位产出及成分2 %Table 1 The unit production and chemical composition of Zn-Pb-bearing in-plant dust at abroad % 粉尘种类产出量/kg*t-1TFeZnPbC 电炉粉尘5201036 14403604 高炉粉尘14302050 0.525 0.21.5 2.560 转炉粉尘7305480 2.58 0.21.012平均 西欧29163.12.0北美2718.32.021.21.21.2 国内钢铁厂含锌铅粉尘的来源及处理现状国内含锌铅钢铁厂粉尘主要来源于电炉粉尘和南方(湖南、广西、广东、江西、四川等4) 使用含锌铅较高矿石(锌 0.3 %0.8 %，铅 0.1 %0.27 %)的高炉产出的粉尘。镀锌板及其它 含锌铅防腐钢材消费量的迅速增加以及电炉钢厂规模产量的不断扩大，正使电炉粉尘的产量和其 中的锌铅含量不断增加。目前粉尘的产出和化学成分状况见表 3。 表 2 1993 年几个主要工业国家(地区)电炉粉尘的 产出量及其锌含量3 万 tTable 2 The output of EAF dust and the Zinc content in dust of main developed countries and regions in 1993 10 t 国家(地区) 西欧 美国 日本 韩国 粉尘量60504020 锌量1410.594 表 3 国内含锌粉尘单位产出及成分3 %Table 3 Unit production and chemical composition of Zn-Pb-bearing in-plant dust in China % 粉尘种类 产出量/kg*t-1TFeZnPbC 电炉粉尘4.522.53545571404 高炉粉尘10801030 31727321 转炉粉尘8205568 00.5 00.3 02该类粉尘目前在许多钢厂附近堆积如山，据 1994 年不完全统计，其中的锌量至少达到 3 万 t，占 1991 年我国锌总产量的 5.8 %4，既造成了严重的环境污染，也使占地和二次资源浪费 问题日益严重。 2 2 合锌铅钢铁厂粉尘处理工艺的发展现状及特点合锌铅钢铁厂粉尘处理工艺的发展现状及特点含锌粉尘按锌含量分为高锌粉尘(30 %)，中锌粉尘(15 %26 %)，低锌粉尘(15 %)5。 工艺研究是以尽可能低的成本，回收其中所含的有价元素锌、铅、铁、碳，并使残余物不对环 境造成污染为目的。处理工艺可分为火法和湿法，而利用粉尘中锌富集在粒度较小和磁性较弱 粒子中的特性，采用离心或磁选富集的物理法工艺，对锌铅的富集效果较差，只能作为湿法或 火法工艺的预处理工艺。 2.12.1 湿法类处理工艺的发展现状及特点湿法工艺一般用于中锌和高锌粉尘的处理，低锌粉尘须经物理法富集后，再采用湿法处理。 湿法工艺应用状况见表 4。其中，焙烧方法比酸或碱浸有更大的选择性，锌铅去除比较彻底，但硫化焙烧对原料要求较苛刻(不含大量碳)，硫污染严重，烧渣硫含量过高，不宜作为钢铁厂原 料。氯化焙烧对设备的腐蚀过于严重，有些厂已为此而倒闭。酸浸法工艺虽较成熟，但强酸浸 出(硫酸浸出，盐酸浸出)在常温常压下的锌铅浸出率较低(80 %左右)。升温加压虽可将浸出率 提高到 95 %以上，但铁的浸出率也达 60 %以上，使浸液电解前的除铁负担加重。弱酸浸出虽然 避开了电解工艺，可得品位很高的氧化锌，但浸出率也较强酸低。粉尘中铁酸锌的存在是降低 酸浸过程锌浸出率的主要原因。总之，酸浸类方法浸渣中的锌含量至少在 0.5 %以上，因而，不 能满足环保要求和作钢铁厂原料，所含的铁碳也得不到有效利用。表 4 温法类工艺应用状况3Table 4 The application of hydrometallurgical process 工艺种类产品状态应用厂(公司)粉尘量/t*a-1 焙烧工艺 硫化焙烧电解锌+含氧化铁废渣实验室规模氯化焙烧 锌、铅、铁等氯化物的混合物+含氧化铁废渣日本光和公司230 000 酸浸工艺 硫酸浸出电锌+含氧化铁废渣盐酸浸出电锌+含氧化铁废渣碳酸浸出氯化锌+含氧化铁废渣南昌钢铁厂醋酸浸出硫化锌、硫化铅、石膏、含氧化铁废渣美国 Chappral 公司24 000碱浸工艺 强碱浸出电锌，淀沉铅+含氧化铁废渣法国 SERH 公司(现已倒闭)12 000 15 000氨浸 氧化锌+含氧化铁废渣加拿大 AMAX 铅锌公司氨与 CO2联合浸 出氧化锌+少量铅+含氧化铁废渣碱浸对设备的腐蚀程度较轻，浸出选择性好，但浸出率更低。低的原因与酸浸相同。一般 情况下，当粉尘锌含量较低时(锌10 %)，浸出率为 10 %，锌含量较高时(20 %)，可达 80 %，补加焙烧工艺，才可达 90 %。浸出率低，浸出剂的用量较大且贵，及粉尘成分的波动等因素， 已使法国一家粉尘处理厂倒闭。弱碱浸出虽具有更高的选择性，可得到纯浸出液，且常压下即 可得到相当高的浸出速度，浸出剂再生容易，得到的氧化锌较纯。但当粉尘中铁酸锌较多时， 浸出率很低，只有 60 %左右，且除杂质的步骤很多，铅也不能有效回收。湿法工艺的总体特点在于：锌铅的浸出率较低，浸渣难以作为钢厂原料循环使用，也满 足不了环保法提出的堆放要求；单元操作过多，浸出剂消耗较多，成本较高；设备腐蚀严 重，大多数操作条件较恶劣；对原料比较敏感，使工艺难以优化；处理过程中引入的硫、 氯等易造成新的环境污染；与钢厂现有技术不配套；效率较低；与火法比，其能源消耗、 设备投资要少一些。 2.22.2 火法处理工艺发展现状及各工艺特点按前述锌含量，火法工艺可分高、中、低三类，其应用状况见表 5。等离子工艺目前在高锌 类中得到了较广泛的应用，其优点是处理效率较高，处理设备较小，但能耗较大，炉衬寿命较 低。Inred 实际上是一种熔融还原工艺，处理成本较低，但其应用的前景取决于熔融还原技术的 发展。ELKEM 法虽有在电渣炉中还原回收锌铅和用于矿物熔炼等较多功能，但不回收铁，粉尘入 炉前需烧结筛分，处理成本最高。电热竖炉对入炉粉尘的成分要求较高(不含铅)，锌的回收率 仅 78 %，排渣的锌含量较高，已不再被人们所重视。 表 5 火法类工艺应用状况3Table 5 The application of pyrometallurgical process(1)高锌工艺应用状况工艺种类产品状态应用厂(公司)粉尘量/万 t*a1 等离子法tetronicsPERASKFHi-plasPW 级金属锌铅+ 高含量氧化铁渣PW 级金属锌、铅+液态 铁英国 Tetronics 研究开发有限公 司 Rotherham 厂 美国 IMS 公司 Jackson BLY therille 厂 意大利 Multiserv 公司 加拿大 TIBUR-Howden 公司 瑞典 SKF 钢公司 Scan dust 厂 英国 Davy Mckee 公司0.8 0.6 1.2 2 13MW 7 0.3Elkem 法PW 级金属锌铅+含氧化 铁废渣瑞曲冶金研究基地 Mefos 公司4电热竖炉PW 级金属 Zn、Po+含氧 化铁废渣美国 StJOE 公司10lnredPW 级金属锌铅+液态铁瑞典 Mefos 公司和美国 Inred 铁公司 美国 Inred 铁公司6(热金属) 4(热金属)(2) 中锌工艺应用状况 工艺种类产品状态应用厂(公司)粉尘量/万 t*a1Waelz Kiln锌、铅氧化物粉尘+含铁废渣德国 Waelz 厂 美国 IKL 资源发展公司处理钢厂 100 %粉尘 555HTR锌、铅氧化物粉尘+含 FeO 的 废渣日新制钢3.5HRD高纯氧化锌；氧化铅+含氧化 铁的废渣美国 Horsehead 资源发展公司15IRRSPW 级金属锌铅+用于电炉的金 属化球团美国 ZTI 公司6.3 1991 年计划扩大到 9闪烁炉工艺富锌铅粉尘+含 Fe 和 FeO 废 渣美国 St.、JOE 矿业公司 美国 Horsehead 资源发展公司2 50 冲天炉工艺铁水+富含 Zn、Pb 的粉尘加拿大 Metkem 工艺有限公司530美国 Kaiser 公司的印度加尔各达 示范厂5 t/h(铁水)竖炉+低频感应炉 金属锌铅+铁水日本住友重工实验规模 100 kg/h喷射工艺富锌、铅粉尘+钢水美国 Armco 公司 瑞典 Mefos 公司实验规模(1640.45 kg/min) 工业实验规模(60 kg/min)烟化工艺富氧化锌、氧化铅粉尘+含氧 化铁渣实验室(3)低锌工艺应用状况 工艺种类产品状态应用厂(公司)粉尘量/万 t*a1CFB氧化锌、氧化铅粉尘+富氧化铁渣德国蒂森公司中间实验室lnmetco 工艺金属化球团或热压块海绵铁+高纯氧化锌 和氧化铅粉尘加拿大国际金属回收公司下设美国的 lnmetco 厂 德国德马克公司 美国 Midrex 公司5.6 20 45(金属)回转 SDR锌铅氧化物粉尘+海绵铁日本住友和歌山钢厂24窑法 川崎法 锌铅氧化物粉尘+金属化