張臣臣

摘要：目前，我國的科技發(fā)展十分迅速，為研究冶金粉塵的組成特點和處置技術，文章分析了不同粉塵中的Fe、Ca和C等有價成分的組成特點和資源化利用技術。結果表明，含有重金屬和堿金屬的冶金粉塵在燒結利用的同時會對燒結煙氣污染物控制帶來負面影響，如何將這些雜質組分從含雜質冶金粉塵中有效分離至關重要。對于水溶堿金屬含量較高的冶金粉塵，可以采用水洗分離和析出氯化鉀技術，對于鋅等重金屬含量較高的冶金粉塵，可以采用火法除雜分離制備金屬化球團方式。

關鍵詞：冶金粉塵;細顆粒物;二噁英類物質;除雜技術

引言

超細鐵粉是一種基礎原材料中的新材料，其微觀顆粒細小而不同程度地表現(xiàn)出尺寸效應、量子效應、表面效應、界面效應等性能，因而在磁、電、光、熱和化學活性等方面都有傳統(tǒng)材料不具備的新特性，廣泛應用于電子工業(yè)、金屬注射成形（MIM）、金剛石工具、摩擦材料及高性能粉末冶金零件等領域。超細鐵粉的傳統(tǒng)制備方法主要有羰基熱解法、高壓氣體霧化法、超高壓水霧化法、等離子體霧化法、層流霧化法、電解法等，這些方法生產超細鐵粉存在工序多、流程長，產量、收率低，制造成本高等問題，因此刺激和推進了超細鐵粉制備方法的創(chuàng)新及在相關領域的應用研究。針對冶金含鐵粉塵原始顆粒細小、含鐵量高及其雜質相存在狀態(tài)，經過除雜提純后制備超細鐵粉，能縮短工序流程，降低產品的制造成本，同時為冶金含鐵粉塵的綜合利用拓展路徑，因此進行了冶金含鐵粉塵提純分離-還原工藝及獲得的超細鐵粉性能的探索試驗。

1冶金粉塵的產生和組成特性

隨著我國的綜合國力在不斷的加強，鋼鐵生產流程包括燒結、煉鐵、煉鋼等生產工序，據(jù)統(tǒng)計，我國大型鋼企粉塵產出比例按工序分別為燒結工序粉塵占燒結礦的2%～4%，煉鐵工序粉塵約占鐵水的3%～4%，煉鋼工序粉塵約占鋼產量的3%～4%。冶金粉塵化學組成因原料狀況、工藝流程、設備配置差異等有所不同，表1為不同冶金粉塵的產出工序及對應的組成。由表1可知，不同工序冶金粉塵中均含有燒結配料所需的Fe、CaO和C等主要組成，但不同粉塵中的雜質如重（堿）金屬組成含量相差較大，如燒結機頭除塵灰中的堿金屬K、Na含量較高，煉鐵工序除塵灰和電爐煉鋼工序除塵灰中重金屬Zn含量較高，這些雜質的產生既和入爐物料原始化學組成有關，也與冶煉工藝參數(shù)緊密相關。從冶金粉塵的資源化應用途徑來看，可分為鋼鐵工序內部利用、簡單加工回用和除雜加工利用等方式。其中又以燒結利用占有較大比例，直接燒結利用在一定程度上實現(xiàn)了粉塵有價組成的資源回收，但由于缺乏各類物料除雜過程，導致其在直接利用過程中影響鋼鐵的正常生產，如粉塵中的鋅元素將隨燒結礦進入高爐，在高爐內揮發(fā)和循環(huán)富集，致使高爐結瘤，影響高爐正常生產;粉塵中的鉀元素在燒結高溫過程中揮發(fā)再凝結將影響燒結電除塵效果，導致燒結電除塵不能達標，進而降低除塵效率，產生環(huán)保問題，或是在循環(huán)過程中進入高爐，引起高爐結瘤，惡化料柱透氣性，破壞焦炭強度，影響鐵水產量和高爐效率等。因此，冶金粉塵的資源化應基于粉塵的物理化學性質出發(fā)，另外，隨著我國對燒結煙氣污染物排放的控制標準越來越嚴格，粉塵在燒結中利用也要考慮到對煙氣污染物控制是否會帶來負面影響，以此作為依據(jù)來分析其是否適用于燒結處理，進而選擇合適的資源化處理方式，將有助于促進粉塵資源綜合利用和環(huán)境保護雙重目的的實現(xiàn)。

2燒結煙氣污染物排放與冶金粉塵的關系

2.1化學成分

試驗制成的超細鐵粉的化學成分指標優(yōu)于現(xiàn)行的還原鐵粉標準GB/T 4136-94及YB/T 5308-2011中細鐵粉牌號FHY200的化學成分指標，其中全鐵含量較高，雜質含量明顯降低，酸不溶物也得到降低，指標也優(yōu)于進口的某牌號羰基鐵粉的分析指標（TFe質量分數(shù)為98.1%、C質量分數(shù)為0.8%）。

2.2燒結性能

壓制成型條件為：采用5t/cm2×1min、6t/cm2×1min的參數(shù)單向壓制生坯，燒結條件為：t×2h，其中t的取值為750～950℃，在還原性氣氛下進行燒結。不同燒結條件下的樣品體積收縮率如圖6所示。由圖6可以看出：隨著燒結溫度的升高，生坯燒結體積收縮率增大;當燒結溫度超過900℃時，隨著燒結溫度的升高，生坯燒結體積收縮率趨于穩(wěn)定。說明超細鐵粉的燒結溫度在850～900℃左右，明顯低于常規(guī)鐵粉的燒結溫度（1 150℃）。

2.3壓制性能

隨著壓制壓力的增加，生坯密度不斷增大，壓制壓力超過6t/cm2后，其生坯密度仍在繼續(xù)增大，隨著進一步增大壓制強度，生坯密度增幅減緩。試驗中當壓制壓力超過3t/cm2時，物料就能成型，壓制壓力越大，生坯越致密，表面光潔度越好，這說明制備的超細鐵粉具有較好的壓制成型性能。

3冶金粉塵處置技術分析

3.1含Zn粉塵除雜技術

在我國快速發(fā)展的額過程中，煉鐵、煉鋼工序產生的粉塵含有Zn、Pb等重金屬，尤以重金屬Zn的含量較高，這些含重金屬雜質粉塵如直接在燒結、高爐等工序中利用會對生產造成負面影響，含重金屬粉塵的除雜可以分為物理分離、濕法和火法工藝技術。以含Zn粉塵為例，物理分離方式效率較低，因此一般作為濕法技術或火法技術的預處理工藝;濕法工藝是利用氧化鋅不溶于水或乙醇可溶于酸、氫氧化鈉或氯化銨的特性，通過酸浸、堿浸以及氨聯(lián)合浸出將鋅從混合物中分離出來，由于需要大量水和藥劑，容易產生難處理泥漿，對設備磨損和腐蝕?；鸱üに囀窃诟邷剡€原條件下實現(xiàn)含鐵氧化物的金屬化還原，同時使含有的Zn、Pb等雜質元素揮發(fā)，隨煙氣排出并進行收集。相對而言，火法成本略高，但資源化和除雜綜合效果最好。圖1為轉底爐技術的工藝流程，主要是將粉塵和煤粉進行混合造塊和干燥，然后送入環(huán)形轉底爐高溫金屬化，并輔以余熱回收和尾氣處置，其處置時間較短、產品性能多用途廣、過程環(huán)?？刂戚^好，另外，由于粉塵本身含有一定碳組成，可以部分替代還原劑煤粉，因此其在冶金粉塵處置方面受到國內外廣泛重視，在歐、美、日等發(fā)達國家應用較多自上世紀以來，我國科研院所、企業(yè)積極開展了轉底爐技術的自主研發(fā)和引進，在馬鋼、日鋼、沙鋼等多處建設轉底爐生產線，其中有大約一半左右用于處置冶金粉塵。

3.2含堿金屬粉塵除雜技術

燒結機頭電除塵灰中含有較多的可溶堿金屬氯化物，除可溶性氯化鉀和氯化鈉外，除塵灰中含有的其它相均難溶于水，因此可采用水溶分離、結晶提純技術，將可溶氯化物在水中分離，然后可以將分離后的不同物質再分別進行利用。

結語

（1）鋼鐵冶金含鐵粉塵高達數(shù)千萬噸，是我國固廢資源利用的重要組成部分，不同工序的冶金粉塵組成差異較大，目前燒結回用處置仍是冶金粉塵利用的重要途徑。（2）燒結煙氣污染物控制已經成為冶金環(huán)境保護的重要內容，因此進行冶金粉塵資源循環(huán)利用的同時也要關注其對煙氣的影響，含有重（堿）金屬且粒度較細的配料對煙氣細顆粒物和二噁英類物質的生成有促進作用。

參考文獻

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