《材料清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟》課件專題-冶金固廢資源化

1冶金行業(yè)現(xiàn)狀簡介2冶金固廢的危害、處理方法及利用3轉(zhuǎn)底爐技術(shù)及在冶金固廢中的應(yīng)用主要內(nèi)容背景工業(yè)化速度加快VS資源瀕臨枯竭！背景二次資源工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣、廢液、廢氣及各種廢舊物資！自然資源目前，固體廢物資源化利用已經(jīng)成為包括我國在內(nèi)的世界眾多國家控制固體廢物污染、緩解自然資源緊張的重要國策之一。2013年我國進口鐵礦石達8.2億噸，鐵礦石對外依存度高達60%。2013年我國粗鋼產(chǎn)量達7.79億噸，占世界粗鋼總產(chǎn)量的48.5%。

對進口鐵礦石的過度依賴，導(dǎo)致煉鐵成本居高不下，鋼企全線虧損，嚴重影響鋼鐵工業(yè)原料安全和健康發(fā)展。我國鋼鐵、有色金屬的生產(chǎn)、消耗數(shù)量巨大我國鐵礦石資源特點：低、貧、細、雜產(chǎn)能過剩、利潤低，企業(yè)生存壓力巨大冶金行業(yè)現(xiàn)狀簡介釩鈦磁鐵礦高磷礦低品位赤鐵礦煉鐵高爐煉鐵非高爐煉鐵氣基煤基豎爐、流化床等轉(zhuǎn)底爐、回轉(zhuǎn)窯等直接還原熔融還原一步法兩步法Hismelt、Ausmet等Corex、Finex等鐵礦石燒結(jié)廠焦煤焦?fàn)t高爐轉(zhuǎn)爐連鑄熱軋機高爐煉鐵副產(chǎn)品：水渣、礦渣棉和高爐煤氣等占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的70%，污染物排放占整個流程的90%6鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的煙塵、粉塵、二氧化硫和氮氧化物排放量占工業(yè)排放的45.8%工業(yè)排放37%火力發(fā)電30%機動車排放18%餐飲油煙15%京津冀地區(qū)霧霾來源構(gòu)成因此，鋼鐵工業(yè)面臨轉(zhuǎn)型發(fā)展，發(fā)展綠色節(jié)能的煉鐵工藝迫在眉睫！冶金工業(yè)固體廢物圍巖、尾礦高爐殘渣各種有色金屬渣鐵合金渣化鐵爐渣各種粉塵和污泥等礦業(yè)固體廢物鋼鐵冶金工業(yè)固體廢物有色金屬工業(yè)固體廢物冶金廢渣：主要指在各種金屬冶煉過程中或冶煉后排出的所有殘渣廢物。冶金固廢的危害、處理方法及利用冶金粉塵年產(chǎn)量8000萬噸，尚無高效利用方式。高爐渣利用率70%，鋼渣利用率25%。有色金屬冶煉渣利用率低于10%。如：含鋅較高的粉塵每年達1500萬噸以上。大部分采取返回?zé)Y(jié)、丟棄或填埋方式處理傳統(tǒng)冶金廢渣數(shù)量大，利用率低冶金廢渣冶金工業(yè)亟需實現(xiàn)“減量化、再利用、再循環(huán)”轉(zhuǎn)變！廢渣冶金工業(yè)固體廢物對環(huán)境的污染和危害對土壤的污染冶煉廢渣含多種有毒物質(zhì)，長期堆存經(jīng)過雨雪淋溶，可溶成分隨水向土壤遷移轉(zhuǎn)化，致使土質(zhì)酸化、堿化、硬化，甚至發(fā)生重金屬型污染。進一步可進入水體、被作物吸收，進而危害人類。如：一般有色金屬冶煉廠附近土壤，鉛含量高于正常值10-40倍，銅5-200倍，鋅5-50倍。冶金工業(yè)固體廢物對環(huán)境的污染和危害對大氣的污染堆放過程中，在溫度、水分的作用下，會發(fā)生有機物質(zhì)分解、自燃等現(xiàn)象，產(chǎn)生有害氣體；以微粒狀態(tài)存在的廢渣，在大風(fēng)吹動下發(fā)生飄揚、擴散，會污染環(huán)境，污染建筑業(yè)、花果樹木、影響人體健康，危害市容與衛(wèi)生。冶金工業(yè)固體廢物對環(huán)境的污染和危害對水域的污染通過土壤滲入地下水；通過風(fēng)吹、雨林或人為因素進入地面水，流入江河湖海，造成水體嚴重污染與破壞有些城鎮(zhèn)將工業(yè)廢渣直接倒入河流、湖泊或者沿海海域，造成更大污染，如引起大批水生物與魚類中毒死亡等。

冶金固廢粉塵含鐵、鋅、碳等多種元素，在資源日趨緊張的今天，具有極高的回收價值傳統(tǒng)方式?jīng)]有有效回收，特別是鋅元素成了高爐生產(chǎn)中的危害；堆放或填埋占有土地并會造成環(huán)境污染必須尋找合適的冶金固廢粉塵處理技術(shù)以適應(yīng)國民經(jīng)濟及其鋼鐵行業(yè)不斷發(fā)展的需求案例3：沙鋼轉(zhuǎn)底爐技術(shù)介紹—背景解決的主要措施提取各種金屬渣中含有多種金屬元素：金、銀、鈷、鈀、鉬、釩等。生產(chǎn)建筑材料生產(chǎn)碎石：高爐渣、鐵合金渣、鋼渣等冷卻后能自然結(jié)晶，不粉化，強度和硬度類似天然巖石，可用作混凝土骨料、道路材料、鐵路道渣等。生產(chǎn)水泥：水淬的高爐渣和鋼渣、赤泥等可作為硅酸鹽水泥的混合材料。生產(chǎn)硅酸鹽建筑制品：赤泥、鋅渣等制成磚瓦等。高爐渣的利用已有幾十年的發(fā)展，利用率已達70～90%以上我國通常將其加工成水渣、礦渣碎石、膨脹礦渣和礦渣珠等用于礦渣棉（高爐渣為主料，熔融后精制得到的白色綿狀礦物纖維，具有質(zhì)輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、不燃燒、耐腐蝕、防蛀等特點，用于建筑填充絕熱、隔音、冷庫保冷及各種熱力設(shè)備填充隔熱等）制作微晶玻璃、硅鈣渣肥、礦渣鑄石、熱鑄礦渣等礦渣棉免燒磚：利用河沙、礦渣、爐渣、粉煤灰、石粉、鋼渣、建筑垃圾等壓制。原料不同，質(zhì)量稍有差別，粘力、吸收率均優(yōu)于粘土磚鋼渣：鈣、鐵、硅、鎂和少量鋁、錳、磷等的氧化物，經(jīng)處理后可代替石灰作溶劑，返回高爐或燒結(jié)爐作為煉鐵原料，也可用于公路路基、鐵路路基、建筑材料以及水泥原料、改良土壤等鋼渣是好肥料利用在使用的中、高磷鐵水煉鋼時，在不加螢石造渣的情況下回收的初期含磷渣，可直接破碎磨細，生產(chǎn)磷肥鋼渣磷肥密度為3～3.33，黑褐色粉末，是一種堿性肥，鋼渣中P2O5不溶于水，但溶于2%的檸檬酸，可溶性可達80～90%，可被植物吸收鋼渣中還有硅、鈣、錳、釩等植物所需養(yǎng)分，對植物早起或晚期都有肥效。一般作為基肥，每畝可施用100～130kg。ABC有色金屬冶煉渣：數(shù)量最多的是赤泥，其次是銅渣，還有鉛、錫、鎳、鈷等廢渣赤泥：屬于強堿性高分散廢渣，其中的有價金屬可綜合回收利用，如還原煉鐵、化學(xué)處理、浸出處理，還可生產(chǎn)水泥、高效混凝劑等。銅渣：含有銅、鋅等重金屬和Au、Ag等貴金屬，價值大。相關(guān)工藝有氯化揮發(fā)提銦、生產(chǎn)硫酸銅及回收有價金屬工藝、代替黃砂作除銹磨料等。我國目前冶金工業(yè)固廢綜合利用率僅約為18%基本的處理方法填埋法古老而廣泛采用。如廢礦坑回填等。焚化法毒性由分子結(jié)構(gòu)決定，而不是所含元素造成的，如有機物焚化后成為二氧化碳和水、灰，以及少量含硫、氮、磷和鹵素的化合物等?；瘜W(xué)處理法酸堿中和法、氧化還原處理法、沉淀化學(xué)處理法、化學(xué)固定法、水泥窯高溫煅燒。海洋投棄不破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)前提下。不含汞、鎘等有毒物質(zhì)，塑料等漂浮物，不得近距離入海等。針對綠色過程工藝及資源綜合利用，國家給予了政策鼓勵：（1）《綠色制造科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃中》明確指出：明確突破綠色設(shè)計、節(jié)能減排工藝、綠色回收資源化與再制造、綠色制造技術(shù)標準等關(guān)鍵共性技術(shù)”（2）十二五規(guī)劃綱要：冶金行業(yè)要……支持非高爐煉鐵……鼓勵再生資源循環(huán)利用和低品位礦、共伴生礦、難選冶礦、尾礦和廢渣資源綜合利用。（3）《鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》：把轉(zhuǎn)底爐處理含鐵粉塵技術(shù)、冶金渣綜合利用技術(shù)列為“十二五”期間節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用重點項目。（4）

“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案：大力推進節(jié)能減排，推進資源綜合利用。加強共伴生礦產(chǎn)資源，特別是冶煉廢渣的綜合利用。煉鐵高爐煉鐵非高爐煉鐵氣基煤基豎爐、流化床等轉(zhuǎn)底爐、回轉(zhuǎn)窯等直接還原熔融還原一步法兩步法Hismelt、Ausmet等Corex、Finex等劣質(zhì)含鐵資源非焦煤電爐熔分轉(zhuǎn)底爐非電熔分磨礦磁選綠色煉鐵，省去焦化、燒結(jié)高耗能、高排放工序多種工藝流程選擇鐵粉壓塊連鑄熱軋機轉(zhuǎn)底爐直接還原流程轉(zhuǎn)底爐技術(shù)及在冶金固廢中的應(yīng)用

轉(zhuǎn)底爐工藝過程描述轉(zhuǎn)底爐工藝流程為：原料和添加劑混合制球后，經(jīng)干燥直接裝入轉(zhuǎn)底爐，隨著爐底的旋轉(zhuǎn)，爐料依次經(jīng)過預(yù)熱、還原區(qū)，約有85%以上的鐵氧化物被還原成金屬化球團。轉(zhuǎn)底爐還原產(chǎn)品出料現(xiàn)場磨礦磁選流程熔分流程粒鐵流程攀鋼集團10萬噸/年釩鈦礦綜合利用轉(zhuǎn)底爐攀鋼轉(zhuǎn)底爐處理對象為釩鈦礦，設(shè)計處理量10萬噸/年，轉(zhuǎn)底爐外徑19.5米，爐底寬5米，于2009年投產(chǎn)。已工程化案例天津榮程80萬噸/年普通礦直接還原轉(zhuǎn)底爐為世界上單臺處理規(guī)模最大的轉(zhuǎn)底爐，已實現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)26轉(zhuǎn)底爐處理鋼鐵廠粉塵外排添加劑還原劑粉塵、鐵皮原料處理轉(zhuǎn)底爐直接還原高爐或其它磁選鐵粉壓塊鐵塊DRI換熱煙氣除塵Zn、Pb等熔分鐵水鑄塊鐵塊27轉(zhuǎn)底爐處理固廢（轉(zhuǎn)爐污泥、鐵皮）原料：鐵皮、煤粉、粘結(jié)劑轉(zhuǎn)底爐中試結(jié)果金屬化球團成分磁選后產(chǎn)品質(zhì)量方案TFeMFe金屬化率（%）殘?zhí)迹?）181.7468.0783.270.64290.1176.6085.010.30392.2283.1790.190.44元素TFeMFeCCaOMgOSiO2Al2O3SP含量92.2283.170.440.930.500.950.440.140.02產(chǎn)品名稱產(chǎn)率（%）TFe（%）MFe（%）回收率（%）金屬鐵粉93.0894.9794.6099.04尾礦6.9212.363.740.96DRI100.0089.2588.31100.00281.原料與還原產(chǎn)品重要元素分析元素TFe（%）K2O（%）Na2O（%）Pb（%）Zn（%）金屬化率原料（混合后）43.042.140.250.120.47-----還原產(chǎn)品（DRI)67.480.130.043<0.05<0.0295.382.還原前后K、Na、Pb、Zn的分布率(%)混合粉塵還原產(chǎn)品布袋收塵K（%）100.003.8496.16Na（%）100.009.8190.19Pb（%）100.00<25>75Zn（%）100.00<3.23>96還原后球團形貌還原前球團形貌案例2：某鋼鐵廠粉塵還原前后對比沙鋼每年產(chǎn)生的固廢粉塵包括有高爐布袋灰、燒結(jié)灰、出鐵場灰、礦槽灰、電爐灰、高爐污泥等。下圖為沙鋼部分粉塵：電爐灰電爐污泥高爐重力灰高爐槽下灰利用傳統(tǒng)技術(shù)將部分粉塵返回?zé)Y(jié)工序，會造成高爐鋅負荷增加，影響高爐生產(chǎn)；其他粉塵采取堆放或低價外賣的方式，資源極大浪費。沙鋼轉(zhuǎn)底爐技術(shù)較高的生產(chǎn)效率較低的環(huán)境代價含鋅粉塵處理方法案例3：沙鋼轉(zhuǎn)底爐技術(shù)介紹—背景處理含鋅粉塵的最佳方法火法處理含鋅粉塵對比表沙鋼30萬噸/年含鐵粉塵綜合利用轉(zhuǎn)底爐爐體直徑45米，爐寬5米，于2010年投產(chǎn)，平均作業(yè)率達90%，金屬化率>85%，脫鋅率>85%，平均Zn品位>62%，不計內(nèi)含碳時，單位產(chǎn)品能耗208.3kgce/t，折6.10GJ/t金屬化球團。32案例3：沙鋼轉(zhuǎn)底爐技術(shù)介紹案例3：沙鋼轉(zhuǎn)底爐技術(shù)介紹沙鋼轉(zhuǎn)底爐目前采用全固廢生產(chǎn)連續(xù)生產(chǎn)，金屬化率達85%以上，布袋收集ZnO除塵灰含鋅量在65%以上，均達到先進水平。金屬化球團布袋回收ZnO粉余熱鍋爐回收ZnO粉轉(zhuǎn)底爐冶煉粉塵處理技術(shù)與其他處理技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢：1.料碳結(jié)合緊密，還原溫度高（可達1350℃），還原速度快（10～30min），生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高；2.物料與爐底無相對運動，對生球或壓塊的強度要求低，可使用冷固結(jié)含碳球團，取消了高溫氧化球團生產(chǎn)環(huán)節(jié)；3.可完全利用粉塵內(nèi)配碳，不配煤，成本低；4.爐內(nèi)為微負壓系統(tǒng)，無揚塵，從煙氣系統(tǒng)回收氧化鋅效果好;5.與其它鐵鋅粉塵處理方法相比，投資運行費用低、脫鋅率高、除塵效果好，綜合效益高。許多企業(yè)對固廢處置認識不足，處于被動控制階段。鋼廠缺乏系統(tǒng)的固廢集中管理機制，固廢處置外委后末端管理不到位。固廢利用企業(yè)普遍技術(shù)裝備水平低、產(chǎn)品趨同，