发布时间 : 星期日 文章年处理50000吨高炉瓦斯灰可行性研究报告更新完毕开始阅读
第1章 项目总论
高炉瓦斯灰（又称烟灰或烟道灰）是高炉冶炼过程中随着高炉煤气携带出的原料粉尘及高温区激烈反应而产生的微粒经干式除尘而得到的产物，其主要成分是氧化铁和炭，也含有少量锌、铅、铟和铋等有回收价值的有色金属。
高炉瓦斯灰的主要金属元素有锌、铅、镁、铁等，它的主要成分如表1-1所示。
高炉瓦斯灰作为钢铁工业的副产品，每生产l吨铁将产生约20千克含锌10％～20％的高炉瓦斯灰，按我国2005年产钢3.4亿吨计算，我国瓦斯灰的年产出量估计在680万吨，折合金属锌含量68万～136万吨，约相当于1100万～2200万吨锌矿石的开采量。
随着我国经济的高速发展，对金属材料的需求不断扩大，急剧膨胀的消费引发了资源、能源和环境等各方面的严重问题，成为制约我国社会和经济可持续发展的重要因素。因此，对金属二次资源进行循环利用研究，开发二次资源的高效分离技术以及循环利用技术，开展对高炉瓦斯灰的回收利用，不仅可以使宝贵的资源得到充分的利用，还可以减轻固体废料对环境的污染。高炉瓦斯灰资源若得不到充分利用，不但会占用大量土地，还必然给环境造成不利的影响；其次，随着铁矿石以及金属锌价格的不断上涨，若不从高炉瓦斯灰中回收铁、锌、铅等有价元素来降低炼铁成本和增加收入，势必是对高炉瓦斯灰的一种巨大的浪费。
表1-1 高炉除尘灰主要成分
元 素 铁 锌 铅 镁 锰 铟 碳 硅 含 量 24.60% 7.05% 1.46% 0.97% 0.17% 257ppm 30.87% 3.75%
由于矿石资源有限，人们越来越重视对二次资源的回收和利用。现在，世界上发达国家对高炉瓦斯灰等含锌固废的综合利用都呈现积极态度。1976年，美国环保机构（EPA）制定法律，将含铅锌的钢铁厂粉尘划归为K061类物质（有毒固体废物），要求对其中铅、锌等进行回收或钝化处理，否则须密封堆放在指定场地。继美国之后，西方各国及日韩等国都制定了类似法律。目前，德国和日本的处理比例已接近100％，西班牙为60％，美国为10％～14.5％。目前，国外大多数钢铁企业大多以集中管理和处理的原则选择工艺，某些相近的钢铁厂甚至将此类粉尘集中到某一个环保公司统一处理。
近年来，随着我国矿产资源的日益减少和国家环保工作的要求，我国一些钢铁企业和科研部门也先后开展了对高炉瓦斯灰回收利用的应用研究工作，但至今没有一家现代化大型高炉瓦斯灰综合处理厂。然而，随着环境保护意识和资源重视程度的日益加强，如何有效处理钢铁冶炼产生的废料必然会引起我国有关环保部门的重视。
此外，世界原生锌原料日趋紧张，而二次锌资源却越来越多，加上二次锌资源日益给环境造成的压力，迫使锌的生产格局进行重大改革。发达国家每年有50%~60%的锌消费在镀锌行业。据2005年中国有色金属工业年鉴报道，2004年中国锌的总产量为271.95万吨，总消费量为255.12万吨，其中镀锌的消费量占总消费的47%。据此推算，约有120万吨锌消耗在镀锌中。而锌循环量在2004年仅为4.48万吨，占当年锌总产量的1.6%，总消费量的1.76%。我国是世界第一钢铁生产和消费大国，如果不从钢铁冶炼产生的固体废料中回收锌，将是资源的巨大浪费。美国、西欧和日本等从钢铁行业含锌烟尘中回收的锌已占其锌循环利用中的最大份额。各项数据表明，从高炉瓦斯灰等含锌固废中回收锌、铅等有价元素在国内具有巨大的市场和广阔的前景。
高炉瓦斯灰处理及综合利用的优势如下： （1）变有害废料为有价产品。
（2）回收高附加值产品并投入经济循环。即以金属或氧化物的形式回收锌；将铁以金属或氧化物的形式返回到钢铁工业；回收铅等。
（3）回收利用可创造巨大的财富，并大大降低钢铁冶炼对环境造成的污染和破坏。
（4）如果回收成本低廉，那么高炉瓦斯灰处理将有很大的市场前景。
1.1 一般高炉瓦斯灰处理工艺
目前，处理的工艺主要有物理法、湿法、火法等，也可以将这几种方法联合运用。
1.1.1 物理法工艺
物理法处理工艺主要有2种：磁性分离和机械分离。机械分离按分离状态又可分为湿式分离和干式分离。该工艺的原理是利用锌富集粒度较小和磁性较弱粒子的特性，采用离心或磁选的方式富集锌元素。磁性分离方法用于高炉粉尘时，要增加浮选除碳工艺，以提高磁性分离的效率。磁性分离工艺较简单、易行，主要缺点是锌的富集率较低。机械分离除工艺简单易行外，对处理后的粗粉可直接用于炼铁，但该法的操作费用较高，富锌产品的锌含量过低，价值较小。物理法一般只作为湿法或火法工艺的预处理工艺。 1.1.2 湿法工艺
湿法处理适用于含锌较高的尘泥。氧化锌是一种两性氧化物，不溶于水或乙醇，可溶于酸、氢氧化钠或氯化铵等溶液中。湿法回收技术就是利用氧化锌的这种性质，用不同的浸出液，将锌从混合物中分离出来。一般有酸浸、碱浸、氨与一氧化碳联合浸出方法。
湿法工艺主要为西班牙Tecnicas Reunidas公司开发的Zincex工艺和意大利发明的Ezinex工艺，均可有效处理含锌烟尘。
Zincex工艺包括浸出、萃取、反萃3个步骤。首先，二次锌物料在40℃和常压下用稀硫酸浸出过滤，浸出液用石灰或石灰石中和净化除铝和铁。其次，将中性浸出液与DEHPA的煤油溶液在pH=2.5的条件下进行混合，进行溶剂萃取，锌就进入有机相，萃余液返回浸出，水相一小部分开路以除去碱金属，大部分返回浸出过程。负载有机相经水洗和电解废液反萃后得到电解前液，送电解车间用传统方法电解生产电锌，反萃后的有机相返回萃取过程。
Ezinex工艺主要包括浸出、渣分离、净化、电解及结晶等工艺步骤。含锌烟尘浸出采用以氯化铵为主要成分的废电解液与氯化钠混合液为浸出剂，浸出温度为70～80℃，时间为1小时，主要反应为：
ZnO + 2NH4Cl ? Zn(NH3)2C12 + H2O
浸渣与作为还原剂的碳混合，磨匀后返回。浸出液用金属锌置换存在于其中的Cu、Cd、Pb等金属杂质，置换渣送铅精炼厂以回收铅和其它金属。净化后的溶液以钛板为阴极，石墨为阳极进行电解从中回收锌，废电解液返回浸出。
一般湿法处理的缺点为：回收率低，浸渣不稳定(含铅)，酸消耗高，资产投入和生产成本中等以及有机溶剂流失严重。 1.1.3 火法工艺
火法适用于处理低锌尘灰（锌含量一般在8%左右）。该工艺原理是利用锌的沸点低，在高温还原条件下，锌的氧化物被还原，并气化挥发变成金属蒸气，随着烟气起排出，使得锌与固相分离。在气化相中，锌蒸气又很容易被氧化而形成锌的氧化颗粒，同烟尘一起在烟气处理系统中被收集。基本原理可用下述主要化学反应表示
C + O2 ? CO2 (1) 2C + O2 ? 2CO (2) ZnO + CO? Zn(气) + CO2 (3) CO2 + C? 2CO (4) 2Zn + O2 ? 2ZnO (5)
目前火法处理冶金含锌尘灰的主要工艺有直接还原法和熔融还原法两大类。
韦氏炉法回收氧化锌是一种直接还原蒸馏的方法，将瓦斯灰配以适当的还原剂（煤粉）与粘合剂，破碎压制成团块，干燥后送韦氏炉还原蒸馏，在往炉内加团块前先铺无烟块煤作燃料，.使炉温达到1000～1500℃，其团块中的煤粉既作燃料又作还原剂，韦氏炉还原蒸馏出的锌蒸气在氧化室发生剧烈的氧化反应并放出热量。温度高达1300℃的含有氧化锌的高温烟气冷却收尘，便得到氧化锌粉末。
1.1.4 使用的处理工艺
本工艺属于氯化湿法冶炼技术，工艺包括了浸取、除硫、除铁、低酸浸取、硫化除铅、碱化沉锌、酸再生等工序，是澳大利亚英泰克公司氯系湿法冶炼技术，是目前国内极具市场前景的氯化湿法冶炼工艺。
相比于其它湿法冶炼工艺而言，该工艺具有极高的金属回收率，锌和铁的回收率为98%，铅的回收率可达99%，其它金属元素如镁，其浸取率也均在95%以上。
传统湿法冶炼工艺会产生大量残渣，这些残渣一般采用填埋方式处理。由于浸取率不高，残渣中可能含有部分未浸取出的有毒物质，填埋后不能自然转化，对土壤有一定的毒害作用。该工艺的高浸取率则解决了这方面的问题，而且残渣中不含有害物质，可做成耐火砖或安全填埋。
本工艺不仅可回收低品位的锌、铅和铟，还可回收铁、碳，以及生产高纯度的硫酸钙产品。得到的粗氧化锌经后处理后可制得高品位的氧化锌或金属锌。高纯度的硫酸钙经加工后也可得到具有高附加值的硫酸钙晶须产品。
此外，系统中的氯离子再生为盐酸后循环使用，既节约了能源，也降低了成本。由于溶液在氯化系统中循环利用，因此本工艺将不产生任何废水，可实现废水的“零排放”。
此外，该工艺还具有低酸耗、较低的生产成本和低资本投入等优点。
1.2环保效益
锌是人们生活中广泛应用的基本金属之一。近几十年来锌的消费不断增长，特别是在镀锌市场。因此，锌面临着广阔的市场前景。各种含锌废