基于烧结工艺的冶金油泥资源化利用研究

姚国强 身份证号 :21050419731011****

任铭 身份证号 :42020319680430****

摘要：目前，油泥的处理方法主要有焚烧法、物理热还原法和生物处理法。然而，这些处理工艺存在着投资成本高、设备维护困难、利用率低、环境污染等问题。因此，寻找一种低成本、高效的冶金污泥处理方法迫在眉睫。在钢铁工业中，有一种处理冶金污泥的生产工艺，即烧结生产工艺。在烧结生产中，铁矿粉、熔剂、燃料和返矿按一定比例混合，并加入一定量的水。混合后，置于烧结机台车上，在一定负压下点火抽气。混合物中的燃料自上而下点燃。燃烧后，释放热量以提高混合层的温度。低熔点矿物由固态反应形成，在液相高温下产生热量。在随后的冷却过程中，液相凝结成溶解液相颗粒和未熔化颗粒之间的固体桥，最终成为多孔烧结产品。在实验中，冶金油泥被混合到返回矿石中，并被送至烧结生产工艺进行资源化利用。研究了冶金油泥对烧结矿质量和污染物排放的影响。

关键词：烧结工艺；冶金油泥；资源化利用

1试验部分

1.1试验原理

烧结是利用粉末和粒状含铁材料生产具有良好冶金性能的成品块矿的过程。它是高炉炼铁原料制备的重要工艺。其主要工艺是通过使铁矿石混合均匀，在高温下产生液相，将铁矿石固结成块体。在烧结过程中，材料层的最高温度可达1000℃以上。在这样的高温环境中，冶金污泥中的油可以作为烧结燃料燃烧，污泥中的铁将与燃烧产生的灰分一起熔化成液相，并留在烧结矿中。烧结过程中的烟气处理设施对烟气进行处理，以尽量减少资源利用过程中的污染排放影响。

1.2试验过程

不同批次的冶金污泥在理化性质上存在显著差异。在返烧过程中进行高温无害化处理时，应与烧结原料充分混合。因此，有必要在试验前对样品中关键成分的化学成分进行量化。在此基础上，更换部分返矿，用综合熔剂、生石灰和燃料充分混合后进入后续烧结工序。冶金油泥烧结工序无害化处置技术原则流程如图1所示。

图1冶金油泥处置试验流程图

1.3试验原料

试验原料主要包括油泥、返矿、铁精矿、石灰石和焦粒等，其中油泥来自于武钢有限冷轧油泥，其他原料来自武汉钢铁有限公司2#烧结机，将油泥按质量比0%、1%、3%和5%掺混至返矿中，返矿再进入烧结机。

从检测结果可知，冶金油泥含油泥较高，导致其具有可观的热值，达到18.36MJ/kg，冶金油泥灰分中主要成分为TFe，达到47%，这为冶金油泥资源化处置提供条件，其次冶金油泥中的有害成分Zn、Na2O和K2O等含量较低，将不会对后期高炉生产造成影响。

2结果与讨论

2.1对烧结矿粒度的影响

粒度分布是指烧结成品在不同直径范围内的质量百分比，分别用不同筛孔大小的孔筛对烧结成品进行筛分并称重，筛孔规格分别为5mm、10mm、15mm、25mm和40mm。筛分指数是以小于5mm粒级的烧结成品的百分比表示，筛分指数越大，表示烧结成品的质量越差。

按返矿料的0%、1%、3%和5%配加冶金油泥，对烧结后的烧结矿进行料粒度组成分析。

油泥添加比例对烧结矿粒度有着一定的影响，随着掺入轧钢油泥量的增加，烧结成品粒度减小，当油泥量掺放量达到5%时，其烧结矿筛分指数明显下降，为12.31%，远高于未添加油泥时的筛分指数。这主要是和油泥的化学成分相关，油泥中CaO和SiO2的含量较少，导致粘结原料粘结能力降低。由此可知，从烧结矿粒度来考虑，油泥添加量不应超过3%。

2.2对烧结矿质量的影响

结果表明，在不同油泥原料配比下，烧结速度无明显变化，但添加油泥后烧结矿产率明显降低。在实际试验中，返矿中的冶金污泥量增加，烧结速度和利用系数也随着污泥率的增加而降低，这也导致烧结过程的燃料消耗增加。添加油泥原料后，烧结矿转鼓强度也有所下降。当油泥量从0%增加到5%时，烧结滚筒强度也从68.36%下降到60.31%。主要原因是随着油泥的不断增加，原材料中的铝含量增加，有利于烧结矿中玻璃的生成和冷强状态的恶化，从而降低烧结矿的强度。此外，当油泥量达到5%时，烧结过程中的烟气会发出类似橡胶燃烧的刺激性气味。

2.3对烧结矿化学成分的影响

在烧结矿化学成分影响试验中，主要考察烧结矿中TFe含量、FeO含量及SiO2含量。随着油泥掺入比例的增加，TFe含量变化范围不大，略有减小，在57.63%～56.89%变动，满足优质烧结成品对于TFe含量的要求。FeO含量随着轧钢油泥量掺入比例的增加而减小，满足优质烧结成品对于FeO含量的要求。烧结矿中SiO2含量的变化规律。随着油泥掺入量的增加，烧结矿中的SiO2含量减小，造成这些变化的原因主要是因为油泥中的铁含量及硅含量小于烧结原料中的含量，当油泥掺入比例增加时，烧结矿中的TFe、FeO及SiO2含量减小。

2.4对烧结机除尘灰化学成分影响

为考察冶金油泥添加前后，对烧结除尘灰的化学成分影响，对烧结机除尘灰作化学成分分析。

对比发现，添加冶金油泥样品后，烧结机机头灰的化学成分变化不大，因此可以认为掺入适量的冶金油泥，对烧结机除尘灰的化学成分没有显著影响。

2.5对烧结机的烟气中二恶英含量的影响

为了解冶金油泥加入烧结原料后，对试验前后的烧结烟气二恶英排放浓度的影响，试验过程中委托具有检测资质的第三方检测公司对烧结烟气进行检测。

检测结果可看出，烧结烟气中二恶英含量从0.169TEQng/m3上升到0.286TEQng/m3，上升的幅度较大，但排放浓度仍远低于《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662—2012）的限制值（0.5TEQng/m3），油泥添加并不会导致烧结过程烟气中二恶英超标，但综合考虑油泥添加后烟气中二恶英含量的大幅增加，处置过程应严格控制油泥的添加量，并对高温窑炉处置过程的温度进行控制，尽量保证油泥燃烧完全。

2.6冶金赤泥的资源化

在氧化铝生产过程中，产生的残留物叫做冶金赤泥，作为种强碱性粉泥状固体，冶金赤泥具有含水量较高的特点。通常情况下，冶金赤泥呈现出粉红色，在含铁量不断增加后，冶金赤泥的颜色也开始向着深红转变。在铝土矿和添加剂成分的影响下，冶金赤泥的化学成分也发生了改变。由于其碱性含量较大，所以长时间堆放的区域会出现碱化的现象。而倒入海洋也会产生污染。针对冶金赤泥的有效处理是需要重视的一项问题。铁矿石中的铁矿石铁含量为20%～50%，但很难直接用作炼铁原料。将预焙烧处理后的冶金赤泥放入800℃的沸腾炉内，促使赤泥中的铁元素还原，实现高品位的炼铁精料回收。此外，赤泥中在提取金属之后，还可以实现多种稀土元素的提取，以赤泥作为原料，生产出来的水泥具有高强度和抗硫酸盐性的特点。这种水泥在工程建筑行业可以发挥良好的使用效果。除此之外，冶金赤泥还可以作用于农业发展，在硅钙肥料和塑料填充剂生产中，冶金赤泥都可以发挥重要作用。还可以应用于硬砂硬化剂的生产，填料填充矿山采空区，保持地质结构稳定。

结论

利用钢铁工业拥有的烧结工艺对冶金污泥进行资源化利用是可行的。当冶金污泥以不超过3%的比例混入烧结返料时，不会影响烧结矿的质量。烟气中排放的粉尘和二恶英符合国家标准要求。同时，利用冶金污泥中的铁元素作为资源，不仅消除了冶金污泥作为危险废物对社会环境的二次污染，同时降低了企业的处置成本，具有显著的经济效益和环境效益。

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