張兆有  陳麗芳  趙文富

（昆明鋼鐵控股公司節能減排中心 ）  

摘要：高爐瓦斯灰（泥）是鋼鐵企業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，同時對生態環境的影響也較為突出，成為每個鋼鐵企業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，對生態環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，含有的部分易揮發的有色金屬（鋅、鉛、鉍、銦）煙氣富集還原、氧化為固態氧化物，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，有價金屬常規方式回收率較低。

基于上述特征，成為鋼鐵企業進行處理利用的難題。

高爐瓦斯灰（泥）除進行常規理化成分檢測外，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還原為氣態鋅（沸點907℃），隨高爐煤氣進入除塵系統降溫（580℃）區域，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、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）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，造成爐前作業環境惡化。

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，原有的高爐煤氣經一級除塵后，二級除塵均為傳統的濕法除塵，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，氧化鋅等其他易揮發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勢企業進行綜合利用。

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展水平和環境保護法律法規、標準等背景，主要裝備及配套輔助設施水平、廠址選擇及規劃設計等因素的局限，加之連續運行時間達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展要求不協調的問題日益突出。在生態文明建設日趨緊迫，環境保護法律法規收嚴，執法日益加強的當下，環境問題成為高爐瓦斯灰（泥）利用項目生存和發展的主要問題，具體表現在以下幾方面：

①原料堆場、廠區地坪未完全硬化，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，旱季影響廠區周邊環境，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不能穩定達標，存在超過《工業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機械，瓦斯泥由于水分大、粘性強，造成廠區地面物料潑灑、粘敷多，配料主要依靠人工作業方式，勞動強度大，由此造成廠區現場環境較差，清理和監管難度較大；

④生產能耗高，按照《鉛鋅行業規范條件（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《鉛鋅行業規范條件（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）利用存在的環境問題，從自身生存發展實際和屬地政府生態環境部門的監管要求出發，項目單位將環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定達標排放，削減SO₂ 80.34t/a。

通過近年來的不斷環境整治和強制清潔生產審核，提高全員環保意識和加強監督管理，廠區環境實現了根本改善，并得到屬地生態環境主管部門的認可，實現了生產與環境保護的同步協調發展。

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展戰略的快速推進，正在實施本部鋼鐵產能環保搬遷工程（昆鋼新區二期工程），將公司本部現有鋼鐵產能搬遷到安寧市草鋪工業園區，計劃2021年底建成投產，公司本部廠區將作為建設工業遺址和大健康產業等轉型項目用地，實現產城融合發展。原依托公司本部建設的高爐瓦斯灰（泥）利用項目，面臨新的重大發展機遇，將隨同鋼鐵產業搬遷到草鋪工業園區。屆時昆鋼新區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、資源節約與環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展的道路，積累了一定的經驗與得失，培養了一批艱苦創業、為實現固廢資源綜合利用、保護生態環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）