某钢铁厂除尘灰综合利用提取次氧化锌环境影响分析

林吓宁

(福建省金皇环保科技有限公司，福建 福州 350002)

1 概述

我国是钢铁生产大国，2018年中国粗钢产量创历史新高，且创近三年最快增速。我国的钢铁企业冶金流程主要集中于烧结—高炉—转炉—轧钢长流程生产，在烧结、高炉炼铁、转炉及电炉炼钢等工序均可产生大量粉尘及其副产品，统称为除尘灰，产量约为钢铁产量的1%～3%。除尘灰在干燥的气候条件下会形成扬尘，若不加以有效处理，将对厂区及周边环境造成污染。

根据调查，现有大部分钢铁厂将除尘灰作为原料返回烧结系统，但除尘灰中K、Na、Cl、Zn等元素富集危害烧结炼铁生产，造成烧结台车糊蓖条，风机叶片挂泥，除尘器效率降低，烟尘污染加重，设备维护量加大。如果能对除尘灰合理开发和利用，不但可以防止产生二次污染，有效改善周边环境，而且还能变废为宝，作为二次资源来利用。在钢铁企业，近些年越来越多人关注及研究除尘灰的综合利用。

氧化锌作为工业原料，广泛应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中，已成为国民经济建设中不可缺少的重要基础化工原料和新型材料。综合利用钢铁厂除尘灰提取次氧化锌，低品位的次氧化锌经过专业厂家精提炼后应用于氧化锌市场，既为钢铁企业解决了难题，又可以取得较好的经济效益。但是，在钢铁厂除尘灰提取次氧化锌项目的实施运行中，也不可避免存在污染物排放，产生环境影响。

2 除尘灰提取次氧化锌概述

以福建某钢铁厂为例，阐述除尘灰综合利用提取次氧化锌工艺过程及产污环节分析。

2.1 除尘灰的主要成分

根据福建省地质测试研究中心对某钢铁企业高炉除尘灰的检测报告，除尘灰的主要成分见表1。

表1 除尘灰混合物主要成分

2.2 次氧化锌的主要成分

根据该企业除尘灰提取的次氧化锌检测报告，次氧化锌的主要成分见表2。

表2 次氧化锌主要成分

2.3 除尘灰提取次氧化锌工艺

高炉除尘灰提取次氧化锌目前效果较好的方法有两种，分别为湿法工艺和火法工艺。目前国内次氧化锌生产以火法工艺为主(约占总量80%以上)，湿法为辅。福建某钢铁厂利用火法工艺提取次氧化锌，具体工艺如下：某企业采用回转窑烟化法提取次氧化锌，焦粉作为煅烧原料。除尘灰与焦粉按一定配比混合后，通过皮带输送机进入回转窑内进行高温煅烧。当窑体缓慢转动时，炉料翻转滚动，向窑头高温端移动，在高温作用下(回转窑内温度可达到1000℃～1100℃)，物料中的锌经还原挥发成单质锌(Zn)；同时在窑尾负压风机的作用下，锌挥发物随烟气向窑尾移动，移动过程中被空气中的氧氧化成ZnO。原料中的锌经过氧化还原反应，以氧化锌的形式富集于烟气中，当烟气温度下降到一定程度时，锌气态氧化物又凝结成固相并在布袋中被截留下来(即产品次氧化锌)。回转窑内反应主要为：

3(ZnO·Fe2O3) + C→2Fe3O4+3ZnO+CO

ZnO·Fe2O3+CO → ZnO+2FeO+CO2

ZnO + CO → Zn(g) + CO2

Fe2O3+ CO → 2FeO + CO2

ZnO + Fe → Zn(g) + FeO

ZnSO4→ ZnO + SO2+ 1/2O2

ZnO·SiO2+ C → Zn(g) + SiO2+ CO2

Zn + 1/2O2= ZnO

从回转窑尾部出来的烟气高达800℃～900℃。回转窑产生烟气经“重力沉降+烟道冷却+布袋收尘+脱硝+脱硫”净化处理后，经烟囱高空排放。烟道冷却和布袋除尘器收集的尘灰为次氧化锌产品。

图1 进料、配料及加料工艺流程

2.4 产污环节分析

从福建某钢铁厂利用火法工艺提取次氧化锌工艺流程图可见，该类项目主要产污环节来自进料、配料过程和回转窑运行过程。该类项目主要污染物产生情况见表3。

图2 次氧化锌提取工艺流程图

表3 污染物产生情况

2.4.1 废气

(1)除尘灰卸料粉尘。除尘灰采用储罐存储，卸料过程将有粉尘产生，主要为除尘灰粉尘。

(2)回转窑煅烧烟气。回转窑燃烧粉煤过程，烟气中主要污染物为烟尘、SO2、NOx、镉、铬、铅、镍等。

(3)出渣口粉尘排放。挥发后窑渣从窑头排出进入窑渣池，出渣过程有废气产生，主要污染物为粉尘、镉、铬、铅、镍等。

2.4.2 废水

该类项目废水主要来自窑渣在渣池中水淬过程产生的冲渣废水及脱硫系统产生的脱硫废水。

2.4.3 固体废物

该类项目产生的固体废物主要有回转窑水淬渣、脱硫石膏等，均可综合利用。

3 除尘灰提取次氧化锌产生的环境影响

除尘灰提取次氧化锌既为钢铁企业解决了难题，又可实现资源综合利用，但在生产过程中不可避免会产生环境影响。本文以福建某钢铁厂火法提取次氧化锌工艺为例，根据产污环节分析该类型项目在投产运行期间产生的环境影响。

3.1 环境空气影响

(1)除尘灰卸料粉尘影响

除尘灰采用储罐存储，卸料过程将有粉尘产生，主要为除尘灰粉尘。储罐顶部配套建设除尘设施，卸料粉尘经除尘器净化后通过排气筒排放。

(2)回转窑煅烧烟气影响

回转窑煅烧烟气为该类型项目主要废气排放源，烟气中主要污染物为烟尘、SO2、NOx、镉、铬、铅、镍，烟气采用“重力沉降室+烟道冷却+布袋收尘+脱硫工艺”处理后，经烟囱高空排放，并按规范要求安装在线监测系统。

(3)出渣口粉尘排放

窑头排渣过程将有废气产生，主要污染物为粉尘、镉、铬、铅、镍等。窑头应设置集气除尘设施，出渣粉尘经除尘器净化后通过排气筒排放。

综上，除尘灰提取次氧化锌过程各股废气采取相应防治措施后，可实现达标排放。

3.2 地表水影响

该类项目废水主要来自窑渣在渣池中水淬过程产生的冲渣废水及脱硫系统产生的脱硫废水，一般情况下废水循环使用不外排，对地表水不会产生影响。

3.3 地下水影响

水淬渣池的冲渣废水、烟气脱硫循环水池循环水若发生渗漏，将对地下水造成不利影响，因此，应做好地下水防渗措施。

3.4 固废影响

该类项目产生的固体废物主要有回转窑水淬渣、脱硫石膏等，均可综合利用。

3.5 声环境影响

该类项目主要噪声影响来自回转窑、引风机、配料混料机及各类泵等设备运行过程产生的噪声。为此，应优先选用先进的低噪声、低振动设备，对主要噪声设备进行减振、隔声、消声等处理，降低工程运行对声环境的影响。

3.6 土壤环境影响

该类项目投产运营后，废气中的粉尘排放对厂区周围土壤环境会产生Ni、Pb等重金属的累积影响。因此，应确保各股废气稳定达标排放。

4 结论

现有大部分钢铁厂将除尘灰作为原料返回烧结系统，但除尘灰中K、Na、Cl、Zn等元素富集危害烧结炼铁生产，造成烧结台车糊蓖条，风机叶片挂泥，除尘器效率降低，烟尘污染加重，设备维护量加大。因此，钢铁厂配套建设除尘灰综合利用项目是非常必要的。

钢铁厂除尘灰综合利用提取次氧化锌，有效解决了钢铁生产过程产生的除尘灰，实现固体废物综合利用，可以取得较好的经济效益。但在项目生产过程中不可避免地存在环境影响，工程实施过程应注重回转窑烟气排放控制措施，按规范要求安装在线监测系统。为有效降低环境污染，项目实施前应积极开展环境影响评价，对大气环境、水环境、声环境及固体废弃物环境等方面的污染提出可行有效的防治措施，从而实现环境效益、经济效益和社会效益相协调。