科技新进展：高炉布袋灰碳铁锌分离技术的研发与应用

一、研究背景与问题

钢铁企业的高炉生产过程中会产生大量的除尘灰，当前我国年排放高炉粉尘大于1000万吨。钢铁厂对其处置往往存在三大痛点：1、回配有害处，因为含有对高炉操作有害的元素锌等无法满足钢厂回配要求；2、外销有困难，因为锌含量低，回转窑难以利用；3、堆放不环保，容易导致扬尘、污染土壤和地下水等。如果这些高炉粉尘不加以合理处置利用，不但造成极大的资源和能源浪费，而且直接对方会对生态环境造成极大的污染和破坏。高炉布袋灰中碳、铁、锌等有价组元分别为25%、25%和5%左右，如能再回收利用，则可以节约部分煤碳、铁粉和锌资源，同时能够大量减少运输、堆存等费用，以及避免弃置而造成的严重环境污染，具有重要的经济和环保意义。因此，目前急需一种能够从高炉除尘灰中分离出碳粉、铁粉和锌泥的高炉除尘灰分离系统，使得碳、铁和锌等元素能够从高炉除尘灰中充分分离出来，并成为可利用资源。

二、解决问题的思路与技术方案

本项目通过对高炉布袋灰进行化学多元素分析揭示出铁、碳含量一般都在20~30%之间，锌元素含量一般在3~5%之间，氯元素含量在0.15~1.0%之间。通过物相分析揭示出高炉布袋灰中铁矿物主要以赤铁矿和磁铁矿的形式存在，碳主要以游离态焦炭的形式存在，锌主要以氧化锌的形式存在。通过激光粒度分析揭示出高炉布袋灰粒度较细，属微米级颗粒，20微米以下粒级含量占比在40%左右。通过筛分分析揭示出锌主要分布于-20μm的较细粒级中，分布律接近80%，铁在各粒级中分布较均匀，碳主要分布于+38μm较粗粒级中。

图1技术路线图

根据锌主要分布于高炉布袋除尘灰的细粒级中的特点，利用水力旋流分级法，优先将绝大部分锌从高炉布袋除尘灰中的脱除出来，然后根据碳主要以焦炭形式存在的特点，利用专用浮选剂和低浓度浮选方法将碳分选出来，最后对剩余物料再次进行水力旋流分级法脱锌后得到高铁产物。如此，形成了高炉布袋灰碳铁锌分离的工艺技术框架。

三、主要创新成果

1、开发了一种高炉布袋灰碳铁锌高效选分的工艺技术。

根据高炉布袋除尘灰以及烧结机头灰中铁、碳、锌等有价组元共存及矿物学禀赋特征，提出了高炉布袋灰碳铁锌梯级高效选分综合利用的新思路。即，首先根据含锌组元的粒度分布特征，利用高效水力旋流分级法优先对高炉除尘灰进行两级的脱锌作业，形成高锌产物和低锌产物，高锌产物经浓缩、脱水形成高锌产品；然后，将低锌产物采用高效定向浮选药剂，选出高碳产物、高碳产物经浓缩、脱水形成高碳产品；最后，将泡沫浮选的尾矿经斜面流选矿法选出高铁产物，高铁产物经水力分级脱锌及脱水后形成高铁产品。浓缩机溢流水返回浊循环水池，作为脱锌系统工艺用水。板框压滤机滤液、盘式真空过滤机滤液返回清循环水池，与清循环水池的新鲜工业水混合，作为浮选作业的工艺用水，实现了工艺的零排放和高炉布袋灰的无渣化资源化利用。

2、开发了一种基于高炉布袋灰与烧结机头灰零排放协同处理的工艺技术。

根据高炉布袋除尘灰以及烧结机头灰中的铁、碳、锌、钾等有价组元赋存差异性及矿物学禀赋特征，提出了利用高炉布袋灰处理工艺的过滤水作为烧结机头灰预处理的浆化浸出用水，实现高炉布袋除尘灰和烧结机头灰协同处理的新思路。即，利用高炉布袋除尘灰高效梯级选分碳铁锌等有价组元产生的含氯离子水用于烧结机头灰中钾盐钠盐去除的浆化浸出用水。从高炉布袋灰高效选分综合利用工艺输送过来的滤液水首先与烧结机头灰按2:1的比例进行搅拌浸出，搅拌浸出充分后利用板框压滤机对混合料浆进行固液分离，压滤机滤饼即为铁粉产品，滤液作为生产氯化钾、氯化钠的原料。压滤机滤液经化学、物理方法除杂、过滤、净化后顺序进入氯化钾、氯化钠蒸发结晶装置生产氯化钾、氯化钠，蒸发结晶过程产生的冷凝水返回高炉布袋灰生产工艺，实现了高炉布袋灰与烧结机头灰协同处理过程中既不需要补充新水，又无废水排放的零排放创新。其中钾、钠、氯的脱除率均大于80%；整个生产过程中水形成闭路循环，实现了废水零排放。

3、开发了国内首台套高炉布袋灰碳铁锌分离综合利用成套工艺装备。

针对高炉布袋灰碳铁锌高效选分的工艺技术，通过技术集成创新，形成了高效旋流回收锌+高效定向药剂浮选回收碳+重选选铁的成套工艺技术装备，并开发了一套基于PLC和西门子WinCC的远程控制及数据存储系统。

图2高炉布袋灰碳铁锌分离综合利用工艺流程及装备

图3 高炉布袋灰碳铁锌分离工艺控制画面

该技术具有完全自主知识产权，围绕该技术已有两项发明专利和8项实用新型专利获得授权。2022年1月份，中国钢铁工业协会组织的科技成果鉴定认为该技术成果达到国际先进水平。2022年，获得中国有色金属工业协会科技进步二等奖。

四、应用情况与效果

该项目已在抚顺新钢铁落地，项目实施后抚顺新钢铁的高炉布袋除尘灰全部由高炉布袋除尘灰碳铁锌分选生产线进行回收处理再利用，解决了抚顺新钢铁的高炉布袋除尘灰回配有危害、外销有困难、堆存不环保的难题。现阶段碳粉、铁粉、锌泥产出比例约为30%:30%:40%。碳粉部分替代燃料烟煤，供高炉喷吹消耗使用，现已做到日即到即耗，高炉喷吹后运行平稳，燃耗无明显波动。铁粉部分替代矿粉供烧结进行配料使用，消耗过程较为顺畅，生产出的烧结矿质量无明显波动，满足高炉的工艺技术要求。锌泥用于提取次氧化锌，市场需求较大，销路广阔。

1、碳粉、铁粉，锌泥等各种产品的回收节约了等量的自然资源和相应的能耗 ，年创效可达1500万元以上。

2、消除了钢厂所在地周边居民对钢铁行业的固体废弃物等所带来环境污染的担忧，使周围居民能够以积极的态度学习和工作，为地区的生产发展提供人力支持。

3、能够解决除尘灰堆放、占用土地的问题，节约了大量的土地资源，提高了土地的使用效率。保护了厂区周边的生态环境。大大促进当地生态环境的良性循环，能够有力地推动钢厂的清洁生产和循环经济发展等工作。

作为国家发展支柱的冶金行业，伴随着国民经济的发展而飞速发展，同时，也带来了的不断增多钢铁冶金固废，且产生的一系列问题已受到了普遍关注。尤其当前，碳达峰碳减排已成为全球性目标。因此，高炉除尘灰碳铁锌分离技术的应用能够解决钢铁行业的除尘灰处理难题，实现冶金固废的高价值资源化利用，促进钢铁企业可持续发展。

信息来源：建龙集团北京蒂本斯工程技术有限公司