丁雁翔 佟研 張雷忠 孫愛東
（建龍阿城鋼鐵有限公司，黑龍江 哈爾濱 150300）
摘 要：建龍阿鋼年產高爐渣54.3萬噸、鋼渣16.6萬噸、含鐵塵泥9.2萬噸。目前高爐渣采用底濾法處理，鋼渣采用熱悶坑法處理并磁選回收金屬鐵，低鋅除塵灰通過配料或壓球工藝實現廠內循環。針對含鋅除塵灰因堿金屬富集無法直接返燒結利用的問題，需引入火法富集工藝加以處置，以補齊固廢處理短板，推動實現“固廢不出廠”目標。
關鍵詞：鋼鐵固廢；含鐵塵泥；資源化利用；堿金屬富集；固廢不出廠
1 鋼鐵工業固廢概述
鋼鐵工業長流程涉及球團、燒結、高爐冶煉、轉爐冶煉、精煉、連鑄、軋鋼等多個工序，各工序均會產生固體廢物。鋼鐵廠固廢主要包括高爐渣、轉爐渣、含鐵塵泥三大類。目前，建龍阿鋼年產高爐渣54.3萬噸，鋼渣16.6萬噸，含鐵塵泥9.2萬噸。
在鋼鐵冶金行業，“固廢是放錯位置的資源”已成為推動綠色發展的核心共識。長期以來，高爐渣、鋼渣、含鐵塵泥等大宗固廢不僅占用土地、存在環境隱患，更造成鐵、碳、鈣等有價資源的嚴重流失。為此，行業正從傳統的“末端治理”模式，向“源頭減量、過程控制與資源化利用”并重的綜合治理新范式轉型。通過最大限度將固廢轉化為二次資源，既可降低環境風險，又能提升經濟效益，從而推動鋼鐵工業向循環經濟模式邁進。
2 阿鋼固廢處理技術應用現狀
2.1 高爐渣
高爐渣是高爐煉鐵過程中，由礦石脈石、燃料灰分及熔劑等共同熔融形成的硅酸鹽、硅鋁酸鹽類熔渣。高爐噸鐵出渣量一般為35%~42%，即每冶煉1噸鐵水產渣350~420kg。水淬渣的主要成分為氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂、氧化鋁等。
高爐渣處理是將高溫熔渣通過遇水急冷或機械與水聯合作用下急冷，獲得粒狀礦渣（水渣）。阿鋼高爐渣處理采用底濾法：高溫熔渣由熔渣溝流入沖渣溝，經高速沖渣水流快速淬冷、?；?，沿水渣溝流入過濾池進行渣水分離。過濾池設有反沖洗系統，可對內濾層定期進行反沖洗。
圖1 底濾法工藝流程圖
2.2 鋼渣
鋼渣是轉爐冶煉過程中，由金屬原料中的雜質與煉鋼添加劑、被侵蝕爐襯材料等反應生成的硅酸鹽、鐵酸鹽類熔渣。噸鋼出渣量一般為10%~15%，即每冶煉1噸鋼水產渣100~150kg。阿鋼年產鋼渣約17萬噸。
鋼渣一次處理工藝主要有熱潑法、熱悶坑法（上打水/下打水）、有壓熱悶法、風淬法、水淬法、滾筒法等。阿鋼鋼渣一次處理采用熱悶坑法（上部打水）：將200~1650℃的鋼渣分批倒入熱悶池，加蓋后打水熱悶，鋼渣與水反應消解并因體積膨脹而自解粉化。該工藝適用于液態、半固態及固態鋼渣，處理后鋼渣游離氧化鈣含量可控制在3%以下。
鋼渣經過一次處理后，要經過二次處理對其中的金屬鐵進行磁選回收。磁選后鋼渣分為三類產物：
1）渣鋼：返回煉鋼工序作為廢鋼使用；
2）磁選粉：運至燒結工序作為配料使用；
3）尾渣：外售給其他生產企業進行二次利用。
圖2 鋼渣磁選工藝流程圖
2.3 除塵灰
1、含鐵塵泥的來源
含鐵塵泥是指鋼鐵冶煉及軋制過程中，通過干法除塵、濕法除塵及廢水處理等環節回收的含鐵固體廢物，全鐵含量（TFe）一般為30%~70%。主要包括：原料場除塵灰、燒結除塵灰、球團除塵灰、出鐵場除塵灰、高爐瓦斯灰、煉鋼除塵灰、軋鋼氧化鐵皮及氧化鐵泥等。
據統計，長流程鋼鐵生產工藝，含鐵塵泥的產生量為粗鋼產量的6-10%，產生量大，資源化利用率低。
1）燒結除塵灰：10~20kg/t礦，包括燒結機頭灰、機尾灰、配料和供料過程除塵灰。
2）高爐除塵灰：15~25kg/t鐵，重力除塵灰、布袋除塵灰、礦槽及出鐵場除塵灰。
3）煉鋼除塵灰：約20kg/t鋼，包括煉鋼廠一次除塵灰、二次除塵灰、散裝料除塵灰等。
4）軋鋼氧化鐵皮：20~25kg/t鋼。
2、含鐵塵泥的處置和利用
含鐵塵泥成分復雜，含有鐵、鋅、鉀、鈉等元素，具有較高的回收利用價值。根據含鋅量，除塵灰可分為低鋅除塵灰與高鋅除塵灰兩類。低鋅除塵灰可通過燒結配料循環使用，或經壓球工藝在煉鋼工序內循環利用；高鋅除塵灰目前暫以集中外銷方式處置。
（1）直接返回配料工藝：將除塵灰作為燒結或球團配料使用。但受限于工藝約束，除塵灰配加比例一般燒結不超過5%、球團不超過2%，否則將影響燒結礦、球團礦質量及正常生產。該工藝僅適用于鋅、鉀、鈉等有害元素含量較低的除塵灰。
需特別注意的是，含鋅及堿金屬的除塵灰若長期循環利用，會在高爐內造成有害元素富集，引發系列問題：
1） 鋅蒸氣在爐身喉口及爐壁區域凝結附著，逐漸形成爐瘤；
2） 鋅滲入磚襯氣孔及磚縫，氧化后誘發爐襯異常膨脹與催化反應，縮短高爐壽命；
3） 鋅附著于爐料表面，堵塞氣孔，降低料柱透氣性，劣化焦炭與礦石的冶金性能；
4） 鉛、鋅、鉀、鈉在爐內的循環富集引發熱量遷移，導致渣鐵溫度下降、爐渣黏度上升，最終影響高爐穩定順行。
將除塵灰作為燒結配料、球團配料工序中。但除塵灰利用量有限，如燒結工藝配比一般不超過5%，球團工藝配比一般不超過2%，否則影響燒結礦、球團礦質量與正常生產。此工藝一般使用煉鐵、燒結、球團、煉鋼工序鋅含量低的除塵灰。
但含鋅和鉀鈉的除塵灰循環利用會在高爐中造成堿金屬元素富集影響高爐順行，增加工序能耗。
1）鋅蒸汽在喉口與爐壁區域凝結附著，逐漸形成爐瘤；
2）其滲入磚襯氣孔與磚縫之中，經氧化后誘發爐襯異常膨脹與催化反應，進而縮短高爐使用壽命；
3）同時粘附于爐料表面，堵塞氣孔，導致料柱透氣性下降，焦炭與礦石的冶金性能劣化，爐料強度及還原能力顯著降低；
4）此外，鉛、鋅及鉀、鈉在爐內的循環富集過程還引發熱量遷移，使渣鐵溫度下降、爐渣黏度上升，最終影響高爐的穩定順行。
（2）壓球工藝：將除塵灰與粘結劑混合，經壓球機壓制成生球，固結后入煉鋼工序循環利用。成品球技術指標為：抗壓強度≥1000N/個，含水率≤4%，粉末率≤5%，全鐵品位45%~53%，常規尺寸40×40×30mm。
圖3 除塵灰壓球工藝流程
圖4 壓球實圖
3 阿鋼固廢處理技術應用展望
當前，阿鋼在高爐渣、鋼渣及低鋅除塵灰處置方面已形成成熟路線，基本實現大宗固廢廠內消納。但高鋅除塵灰的資源化利用仍是短板，制約“固廢不出廠”目標的全面實現。由于該灰含鋅及堿金屬較高，無法直接返回燒結或壓球利用，需采用專門技術實現鐵回收與有害元素脫除。
目前，國內已發展出轉底爐直接還原、循環流化床、隧道窯、熔分爐等多種工業化工藝，形成多元化技術體系。下一步，阿鋼將結合自身塵泥成分與規模，系統評估適配方案，補齊高鋅灰處置短板，推動固廢處理向高值化、閉環化升級，最終實現“固廢不出廠”的綠色發展目標。
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