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吉建斌

 
 
 

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零排放:“绿色炼钢”新理念  

2018-06-07 11:03:05|  分类: 工业和生活垃圾处 |  标签: |举报 |字号 订阅

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翻译:吉建斌

作者:Laura Pontoni20150525)

炼钢厂产生的所有废弃物中,从烟气中回收的粉尘类废料是最难处理的废弃物之一。

零排放:“绿色炼钢”新理念 - 吉建斌 - 吉建斌的网易博客

现状

炼钢企业排出的所有废弃物中,从烟气中回收的粉尘类废料是最难处理的废弃物之一。一个产量100万吨/年的炼钢厂,光是EAF(电弧炉)粉尘的产量即可达到1.5到2.5万吨/年。

而且,这类粉尘废弃物已被多数国家界定为“有害废弃物”类别,原因是其含有重金属成分,故必须采取特定的处置措施,因此这类废弃物的填埋处置费用相当高。

目前仅有少数几个国家仍然允许免费地或者低成本地对这类EAF粉尘类废物进行填埋处置,但总体来看,强制性环保法规的颁布和实施呈日益严厉化的趋势,这种趋势迫使炼钢企业采取更多的回收利用技术来获得环保收益:将炼钢过程排出的有害废料进行处理和转化,回收一种或多种可在国内市场销售的副产品,这种挑战的机遇将在下文中予以探讨。

处置活动之现状

要达到“绿色炼钢”理念的实施目标,需要寻求可替代传统处置方法的技术途径,这意谓着需要对这些废料进行加工,找到能够回收其中所含某些成分的方法,借以削减甚至完全消除炼钢过程产生的、需要进行后继填埋处置的废弃物。

冶炼碳素钢和低合金钢时,电弧炉收尘富含锌元素(含量可达10%到40%,重量比率),这些锌成分主要以碎片状态赋存在废料中;而冶炼合金钢时,电弧炉收尘则富含铬(含量3%到6%,重量比)、镍(含量2%到4%,重量比)及其它有色金属元素。这两种EAF收尘中铁元素的含量都很高(可达25%至50%,重量比),以氧化铁形态赋存,当以回收铁元素借以削减对原料铁矿石的用量时,这些收尘可采取相当简便的方法和工艺达到铁回收目标。

近年来已经提出了好几种从EAF收尘中回收金属锌的工艺方法,其中最为著名且获得了工业化应用的方法是火法冶金工艺,系采取高温处理EAF收尘,使其中所含的非铁性可挥发成分(包括锌、铅、铜等)以氧化物形态得以富集并回收,获得的产品称为“粗氧化锌(CZO),其中以ZnO物态计的锌含量可达50%至70%。当锌含量超过50%时,CZO就能够达到市售品级要求了。

下文将做简单介绍的不同EAF收尘回收利用技术,尽管不同技术的目标回收副产品、所用的反应剂、加工条件各自不同,但都具有以下共性:采取高温(12001600)处理工艺,且均使用碳元素做为还原剂。

Waelz及转炉处理技术

Waelz是一种“传统”型EAF收尘处理技术,系将造粒后的EAF收尘投加到转炉中,通过高温环境使原料中的可挥发性成分(锌、铅)得以减量、挥发并最终以氧化物态形式得以回收,产品被称为Waelz氧化物(粗氧化锌,CZO)。该工艺存在的主要问题是由转炉排出的炉渣,其中含有原料EAF收尘中所有的非挥发性重金属成分和铁元素,在某些特定环境中这种炉渣仍然具有显著的可沥滤性,这使得炉渣的应用可能会受到严格限制。迄今为止,还没有找到可靠的、能够使Waelz炉渣得以稳定化、进而扩展其二次利用率的技术方法,故目前这种炉渣仍然不得不继续填埋处置。

炉渣处置难题不仅仅只是安全性,还包括“总产出量”方面的困扰:每处理1吨原料EAF收尘,产出的炉渣量高达750至850kg。这就意味着:尽管采用这种技术能够从原始废弃物中回收一定量的有价金属(CZO),但仍然会残留可观数量的产出废料,而且产出的废料还存在一定的安全性问题和最终处置量问题。另外需要指出的是,原始废弃物中的铁元素会全部被抛弃。

其它已经完成研究并开始实施的EAF收尘废弃物处理加工技术的共同目标是:在不产生二次有害废弃物的前提下,同时对原始废料中的非铁金属成分(锌)和铁元素进行回收。

转底炉(Rotary hearth furnacesRHF

转底炉工艺是一种被寄以厚望的可行性解决方案,包括Fastmet工艺、Inmetco工艺(及其演进后的RedSmelt工艺)、Primus工艺(采用的是多膛炉,相当于数个转底炉的叠加形态)。

转底炉工艺的基本原理是:将造粒后的EAF收尘(以及其它可能同时投加的原材料)一起投入到圆筒形的可旋转炉子内,使含铁组分被转化成DRI(直接还原铁),同时通过烟气处理装置回收CZO(粗氧化锌)。

Waelz转炉工艺相比,转底炉工艺能够回收铁元素,且不再排出有害炉渣产物,固体废弃物的总量得以削减(具体削减率则与原料的成分组成相关)。

上文提及的工艺过程多数需要与埋弧炉(submerged arc furnace)结合应用,埋弧炉设置在回收铁熔炼工序的前端,目的是使回收的铁化合物得以彻底还原。显然,这个工艺步骤使得整个装置系统变得相当复杂了。

上述Waelz转炉工艺和RHF(转底炉)工艺的共同点在于:必须达到相当大的处理规模时才具有经济可行性,通常地,年加工EAF收尘的规模应超过10万吨才行。这就带来一个问题,即:须由多个炼钢厂合作,才可能满足原料需求总量要求。直接后果是:参与合作的炼钢企业需要共同承担EAF收尘处理装置系统的初始巨额投资费用。

DANIELI环境技术公司提出的TRCTotal Recycling Concept回收利用理念

对于那些生产规模位于平均水平的单个炼钢厂来说,其EAF收尘的年产量要小于(前文的建议的)最佳回收处理产能数值,此时采用前文提到的工艺,则OPEX(运营成本)-CAPEX(投资成本)将更加不适合,工艺缺点会非常显著。

Danieli & C.公司与Engitec Technologies SpA公司合作,提出了IINDUTEC?工艺,这是一个能够从EAF收尘中分离回收锌、铅和铁,且不产生二次废弃物(唯一的固体残渣副产物也能够销售并应用在自己的生产过程)的新型火法冶金工艺过程。

具体来说,该工艺系将压块成型后的EAF收尘投加到堆叠式感应炉(compact induction furnace)中,升温到熔炼温度以上,获得以下三种主要产物:

通过专用的烟尘处理装置回收CZO(粗氧化锌),产品为富集了锌和铅的混合物;

生铁(Pig iron),以碎屑形态回用到炼钢工序;

惰性炉渣,其性质与EAF(电弧炉)产生的炉渣相似,被归类为“副产品”,可回用并销售。

以年处理2.5万吨EAF收尘量(对应的液态钢liq steel产量为100万吨/年)、锌含量25%进行测算,预期能够加工获得:

10500CZO/年,其ZnO含量可达75%

7400吨生铁/年;

9700吨惰性炉渣/年。

该工艺还可能适用于从其它类型的含锌废弃物资源(如锌渣和锌灰、碱性电池)中回收金属锌和金属铁。

为了提高产品价值,一般都要求对获得的CZO进行后洗涤加工处理,该加工过程获得的锌盐也是可销售产物。

制得的CZO(粗氧化锌)可销售给再生锌生产商,或者采取后文介绍的EZINEX工艺过程将其直接转化为金属锌。

Ezinex工艺

Ezinex是一个电解加工工艺过程,利用电能将含有氧化锌的原材料转化为金属锌产品。

加工原材料是采用Indutec?工艺制取的CZO或类似的工艺产物。

通过该工艺过程制取的最终产物金属锌可用于多个领域,既可直接销售,也可以回用到炼钢厂做为制造热镀锌钢板的原料。

该工艺过程由三个主要加工工序组成:

沥滤加工工序。将锌溶解到电解溶液生成锌离子(Zn2+);

提纯工序。通过液相提纯反应,使杂质成分被去除,达到进入后继电解池处理的纯度要求;

电解工序。溶解态的锌离子以金属锌形态沉积到电解池的阴极,之后通过机械剥离获得纯金属锌产品。

上述各个操作工序分别分离出来的残渣均有自己的销售渠道和应用市场,总体销售价格也大幅提升;整体工艺过程最终只有一种副产物(残渣),这种副产废料的数量只占原料EAF收尘的很少比率,使整体固体废弃物数量得以大幅削减。

结束语

对于象炼钢业这种“成熟”的产业部门,其创新的动力通常来源于外来强迫力,特别是环保压力因素。

Danieli Environment与利益相关企业共同致力于对现有工艺过程的不断创新研究和新技术的实施应用尝试,其中的研究成果之一是: INDUTEC?工艺装置系统能够有效地削减/消除粉尘类有害废弃物,将其中的金属锌和惰性炉渣进行回收并制备成有销售价值的产品,回收的生铁产品则可回用到EAF装置二次利用。

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