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(chǎn)生的除塵灰（泥）。在我國(guó)因產(chǎn)生量較大，如果處理不當(dāng)，既造成資源的浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也較為突出，成為每個(gè)鋼鐵企業(yè)必須面對(duì)的重要問題。實(shí)現(xiàn)高爐瓦斯灰（泥）資源化處理及利用，對(duì)“綠色冶金、資源高值化綜合利用”具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文結(jié)合昆鋼實(shí)際,對(duì)高爐瓦斯灰（泥）資源化處理利用情況進(jìn)行介紹，供業(yè)內(nèi)同仁交流及探討。

關(guān)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(yīng)而產(chǎn)生的煙氣微粒經(jīng)除塵而得到的產(chǎn)物,屬于鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物之一。我國(guó)鋼鐵產(chǎn)能較大，近年來鐵產(chǎn)量約8億t，以t鐵產(chǎn)生約20kg高爐瓦斯灰（泥）測(cè)算，產(chǎn)生量將達(dá)1600萬t。如果處理不當(dāng)，既造成資源的巨大浪費(fèi)，以含鋅10～25%計(jì)，折合金屬鋅將達(dá)160～400萬t，約相當(dāng)于2600～6400萬t鋅礦石的開采量。同時(shí)，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也較為嚴(yán)重，除占用大量的土地資源外，對(duì)大氣、水、土壤將形成危害，成為每個(gè)鋼鐵企業(yè)必須面對(duì)的重要問題。

通常情況下，高爐煤氣的除塵工藝分為一、二級(jí)除塵。一級(jí)除塵也稱“預(yù)除塵”或“初級(jí)除塵”，通常采用重力或重力加旋風(fēng)，其產(chǎn)出物稱為“高爐灰”或“瓦斯粗灰”。二級(jí)除塵分為干法和濕法兩種除塵工藝技術(shù)，現(xiàn)階段普遍使用干法（即布袋除塵）工藝，產(chǎn)出物稱為高爐“布袋灰”或“瓦斯細(xì)灰”；濕法除塵為傳統(tǒng)的高爐煤氣洗滌工藝，經(jīng)絮凝沉淀脫水后產(chǎn)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(jí)除塵產(chǎn)生的瓦斯灰粒徑、密度相對(duì)大些，其理化成分氧化鐵和鈣、炭等含量相對(duì)較高，多數(shù)鋼鐵企業(yè)直接返回?zé)Y(jié)混（配）原料使用；二級(jí)除塵產(chǎn)生的瓦斯灰（泥）粒徑、密度相對(duì)偏小，高爐煤氣經(jīng)一級(jí)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(chǎn)出的瓦斯灰（泥）相對(duì)具有較高的綜合利用價(jià)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(yīng)，含有較多粒徑小的低沸點(diǎn)有價(jià)金屬，易揮發(fā)氧化；

③有腐蝕性，含有一定數(shù)量的堿金屬氧化物KO、NaO、CaO₂、MgO₂等；

④晶相獨(dú)特、難分離，因系高溫（＞1000℃）狀態(tài)下爐料熔融的產(chǎn)物，表面性質(zhì)與天然礦物差異大，選礦難度大，有價(jià)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(jìn)行處理利用的難題。

高爐瓦斯灰（泥）除進(jìn)行常規(guī)理化成分檢測(cè)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(jìn)行浸出毒性檢測(cè)分析，對(duì)其屬性進(jìn)行判定。昆鋼對(duì)高爐瓦斯灰進(jìn)行了浸出毒性鑒別檢測(cè)，共檢測(cè)了16個(gè)項(xiàng)目，包括PH、總汞、總鎘、總鉻、六價(jià)鉻、砷、鉛、鎳、鈹、銅、鋅、鋇、硒、銀、氰化物、氟化物等。檢測(cè)結(jié)果顯示：浸出液濃度中16項(xiàng)指標(biāo)均符合《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 腐蝕性鑒別》（GB 5085.1-2007）和《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 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(jiǎn)單利用就是返回?zé)Y(jié)工序，添加在燒結(jié)原料中混（配）料使用。但如此在燒結(jié)與煉鐵工序間循環(huán)利用，將導(dǎo)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(jié)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(jié)礦）加入高爐（高溫、高壓）后，被C還原為氣態(tài)鋅（沸點(diǎn)907℃），隨高爐煤氣進(jìn)入除塵系統(tǒng)降溫（580℃）區(qū)域，再度氧化成細(xì)粒附著、粘裹于煤氣粉塵上，經(jīng)除塵器捕集下來。高爐瓦斯灰（泥）用于燒結(jié)混（配）料，經(jīng)燒結(jié)工序隨燒結(jié)礦返回高爐，形成鋅在燒結(jié)與高爐間的不斷循環(huán)、富集，會(huì)產(chǎn)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(xiàn)象，增加高爐的操作難度；

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

③在煤氣上升管內(nèi)冷凝粘敷，影響氣流運(yùn)行；在風(fēng)口處沉積，滲入風(fēng)口磚縫，對(duì)耐材形成浸蝕等；

④高爐出鐵時(shí)，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?zé)Y(jié)混（配）料利用的負(fù)面影響，國(guó)外工業(yè)化國(guó)家（法國(guó)、德國(guó)等）在上世紀(jì)前期就進(jìn)行了積極地研究、探索，其中火法應(yīng)用技術(shù)取得積極進(jìn)展及應(yīng)用，并逐步形成了較為成熟的工藝，如回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐等煙化回收有價(jià)金屬的工藝技術(shù)，美國(guó)、日本等國(guó)得到推廣應(yīng)用。改革開放以來，我國(guó)也逐步引進(jìn)、消化吸收了高爐瓦斯灰（泥）的處理利用技術(shù)并得到發(fā)展應(yīng)用。

2   昆鋼高爐瓦斯灰（泥）的處理利用情況

昆鋼是一個(gè)具有數(shù)十年歷史的老企業(yè)，原有的高爐煤氣經(jīng)一級(jí)除塵后，二級(jí)除塵均為傳統(tǒng)的濕法除塵，產(chǎn)出的高爐瓦斯泥，含水率高（70～80%），污染性強(qiáng)，難以處理及利用，對(duì)環(huán)境的影響危害較大。一級(jí)除塵產(chǎn)生的“高爐灰”（或稱“瓦斯粗灰”），均返回?zé)Y(jié)混（配）料使用；二級(jí)濕法除塵產(chǎn)生的瓦斯泥，較長(zhǎng)時(shí)間都是與其他固廢（鋼渣等）外排渣場(chǎng)棄置。上世紀(jì)九十年代中期，通過選礦試驗(yàn)、研究，曾拉運(yùn)距昆鋼本部較近的王家灘鐵礦進(jìn)行選礦利用，回收鐵資源，后因王家灘鐵礦資源枯竭停產(chǎn)而中斷。

2.1  昆鋼高爐瓦斯灰（泥）利用項(xiàng)目的建設(shè)

本世紀(jì)以來，隨著我國(guó)高爐瓦斯灰（泥）利用技術(shù)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(guó)內(nèi)兄弟鋼廠，取得了利用高爐瓦斯灰（泥）生產(chǎn)氧化鋅粉的成功案例基礎(chǔ)上，于2005年通過考察學(xué)習(xí)和引進(jìn)、吸收的方式，建設(shè)了利用高爐瓦斯灰（泥）生產(chǎn)次氧化鋅粉項(xiàng)目，設(shè)計(jì)規(guī)模為處理高爐瓦斯灰（泥）2萬ｔ/ａ，項(xiàng)目于2006年建成投入運(yùn)行。主要立足于以昆鋼本部的高爐瓦斯泥，采用回轉(zhuǎn)窯煙化法，生產(chǎn)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(chǎn)運(yùn)行方式為：瓦斯灰、泥根據(jù)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(jìn)入原料倉(cāng)，由料倉(cāng)輸入回轉(zhuǎn)窯焙燒，同時(shí)鼓風(fēng)助燃。原料由回轉(zhuǎn)窯尾進(jìn)入后，隨著窯體的轉(zhuǎn)動(dòng)前移，被干燥預(yù)熱，并進(jìn)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(jīng)表面冷卻器冷卻，氧化還原成固態(tài)粉塵經(jīng)布袋收塵器捕集下來，得到次氧化鋅粉作為中間產(chǎn)品外銷。同時(shí)產(chǎn)出的窯渣外銷民營(yíng)企業(yè)進(jìn)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(xiàng)目的建成投運(yùn)，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(shí)現(xiàn)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(xiàn)狀

進(jìn)入“十二•五”以來，昆鋼生產(chǎn)發(fā)展加快，高爐瓦斯灰（泥）的產(chǎn)生量增加，并且昆鋼所屬的四個(gè)鋼鐵生產(chǎn)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(yùn)輸難度及成本，加之產(chǎn)生量也遠(yuǎn)超已建成的利用項(xiàng)目處理規(guī)模。因此，玉鋼、紅鋼產(chǎn)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(shì)企業(yè)進(jìn)行綜合利用。

近年來昆鋼生產(chǎn)運(yùn)行的四座高爐，由于用料結(jié)構(gòu)等因素影響，所產(chǎn)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(chǎn)生情況見表2—1。

表2—1   昆鋼公司近年來瓦斯灰產(chǎn)生情況

3  昆鋼高爐瓦斯灰（泥）利用面臨的問題與機(jī)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(xiàng)目建設(shè)時(shí)間較早（2005年），基于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平和環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等背景，主要裝備及配套輔助設(shè)施水平、廠址選擇及規(guī)劃設(shè)計(jì)等因素的局限，加之連續(xù)運(yùn)行時(shí)間達(dá)15年之久，設(shè)備老化、設(shè)施配套水平低、污染減排及控制與時(shí)代發(fā)展要求不協(xié)調(diào)的問題日益突出。在生態(tài)文明建設(shè)日趨緊迫，環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)收嚴(yán)，執(zhí)法日益加強(qiáng)的當(dāng)下，環(huán)境問題成為高爐瓦斯灰（泥）利用項(xiàng)目生存和發(fā)展的主要問題，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

①原料堆場(chǎng)、廠區(qū)地坪未完全硬化，未實(shí)施雨污分流，沉淀池、雨水收集池等未做嚴(yán)格的防滲處理；瓦斯泥含水率高（70～80%），進(jìn)廠后露天存放，主要靠自然晾曬風(fēng)干降低水分，存在風(fēng)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(zhuǎn)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(biāo)中，SO₂不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，存在超過《工業(yè)窯爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB9078-1996）的情況；

③物料倒運(yùn)主要采用裝載機(jī)等作業(yè)機(jī)械，瓦斯泥由于水分大、粘性強(qiáng)，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(dòng)強(qiáng)度大，由此造成廠區(qū)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差，清理和監(jiān)管難度較大；

④生產(chǎn)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(chǎn)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(shí)際和屬地政府生態(tài)環(huán)境部門的監(jiān)管要求出發(fā)，項(xiàng)目單位將環(huán)境綜合整治和強(qiáng)制清潔生產(chǎn)審核有機(jī)結(jié)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(qiáng)制清潔生產(chǎn)審核，投入18.9萬元完成雨、污分流方案的實(shí)施，建設(shè)料場(chǎng)擋墻、集水溝渠、沉淀調(diào)蓄池、輸水管道改造等，年節(jié)約生產(chǎn)用水12000m³/a，生活用水約15000m³/a，減少?gòu)U水排放30000m³/a，削減COD 4.44t/a，氨氮1.23t/a。2014年針對(duì)主體生產(chǎn)設(shè)備老化、生產(chǎn)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(jí)改造，提高了裝備水平，使經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)得到明顯改善，縮小了與行業(yè)先進(jìn)水平的差距。2018～2019年開展第二輪強(qiáng)制清潔生產(chǎn)審核，分別投入125萬元和80.4萬元，實(shí)施了料場(chǎng)地面硬化和彩鋼瓦擋雨大棚和回轉(zhuǎn)窯煙氣脫硫設(shè)施建設(shè)，完成料場(chǎng)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(zhuǎn)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(dá)標(biāo)排放，削減SO₂ 80.34t/a。

通過近年來的不斷環(huán)境整治和強(qiáng)制清潔生產(chǎn)審核，提高全員環(huán)保意識(shí)和加強(qiáng)監(jiān)督管理，廠區(qū)環(huán)境實(shí)現(xiàn)了根本改善，并得到屬地生態(tài)環(huán)境主管部門的認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)的同步協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.3  高爐瓦斯灰（泥）利用面臨的重大歷史機(jī)遇

目前，隨著昆鋼公司升級(jí)轉(zhuǎn)型發(fā)展戰(zhàn)略的快速推進(jìn)，正在實(shí)施本部鋼鐵產(chǎn)能環(huán)保搬遷工程（昆鋼新區(qū)二期工程），將公司本部現(xiàn)有鋼鐵產(chǎn)能搬遷到安寧市草鋪工業(yè)園區(qū)，計(jì)劃2021年底建成投產(chǎn)，公司本部廠區(qū)將作為建設(shè)工業(yè)遺址和大健康產(chǎn)業(yè)等轉(zhuǎn)型項(xiàng)目用地，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)城融合發(fā)展。原依托公司本部建設(shè)的高爐瓦斯灰（泥）利用項(xiàng)目，面臨新的重大發(fā)展機(jī)遇，將隨同鋼鐵產(chǎn)業(yè)搬遷到草鋪工業(yè)園區(qū)。屆時(shí)昆鋼新區(qū)高爐瓦斯灰的產(chǎn)生量預(yù)計(jì)將達(dá)到8.5～9萬t/a,其中二級(jí)除塵產(chǎn)生的布袋灰預(yù)計(jì)將達(dá)到1.6～1.8萬t/a。同時(shí)，昆鋼高爐瓦斯灰（泥）利用項(xiàng)目的搬遷，將選用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)及裝備，可以預(yù)見一個(gè)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(chǎn)基地，將在不遠(yuǎn)的將來展現(xiàn)在人們面前。

4  結(jié)語(yǔ)

昆鋼高爐瓦斯灰（泥）的處理利用，歷經(jīng)了較長(zhǎng)時(shí)間的探索與實(shí)踐，走過了十多年的風(fēng)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(jīng)驗(yàn)與得失，培養(yǎng)了一批艱苦創(chuàng)業(yè)、為實(shí)現(xiàn)固廢資源綜合利用、保護(hù)生態(tài)環(huán)境甘于奉獻(xiàn)的干部及職工隊(duì)伍。我們堅(jiān)信，中國(guó)鋼鐵強(qiáng)國(guó)的路還很長(zhǎng)，“發(fā)展綠色冶金、資源高值化綜合利用”的路也還很遠(yuǎn)，讓我們攜起手來，加強(qiáng)交流與合作，共同努力，為保護(hù)我們的綠水青山、藍(lán)天凈土——共同的家園，實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興，貢獻(xiàn)自己的一份力量。

參考文獻(xiàn)

[1]  《高爐含鋅除塵灰的綜合利用》楊春雷（酒鋼集團(tuán)助理工程師）

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

[3]  《華吉鑫公司強(qiáng)制清潔生產(chǎn)審核報(bào)告》（云南莫高科技有限公司）