2025年09月30日

星期二

新闻动态
联系我们
江苏省钢铁行业协会
协会地址 : 南京市御道街58-2号 明御大厦703室
咨询热线 : 025-84490768、84487588
协会传真 : 025-84487588、84490768
欧洲钢铁工业固废资源化方案(二)

2024-01-22 14:20:44

来源:世界金属导报

浏览527



绿色低碳是世界钢铁工业重要发展主题之一。全面去碳化将是世界钢铁工业面临的巨大挑战。近年来,欧洲多个国家和美国陆续投入大量资金以支持本国钢铁制造商“走向绿色未来”。为了解欧美钢铁工业应对可持续发展采取的措施,《世界金属导报》策划组织了“欧美钢铁工业的绿色发展”专题,以为国内钢铁工业绿色低碳发展提供借鉴。

点击阅读:

欧洲钢铁工业固废资源化方案(一)


3

钢铁固废的资源化


BF-BOF和EAF路线的主要固体废弃物为高炉粉尘/煤气净化后的高炉污泥、高炉渣;转炉粉尘/煤气净化后的转炉污泥、转炉渣;煤气净化后的电炉粉尘、电炉渣;钢包炉渣等。下面介绍目前正在调查的不同固废资源化的工艺。

3.1 火法冶金工艺

从气体净化系统分离出来的炼铁和炼钢粉尘含有大量的铁和锌等有价金属。欧洲现有几项研究计划的重点是开发回收这些金属的解决方案,以便在钢铁行业内部使用(例如,铁组分作为高炉二次铁资源)和在其他行业外部使用锌。

在欧洲项目Reclamet框架内(由欧洲创新与技术研究院(EIT)资助,见图2),研究了HIsarna工艺中铁和锌的回收。

图片

HIsarna是一种使用铁矿石的熔融还原工艺,铁矿石几乎直接转化为熔融铁。HIsarna工艺始终保持高于铁熔点的温度,因此注入的铁矿石立即熔化并转化为液态铁水。该工艺结合了两个设备,一个用于矿石熔化和预还原的旋流转炉和一个用于最终还原为熔融铁的熔融还原容器。在反应釜顶部的旋风分离器中,通过注入纯氧,熔融容器中工艺气体的温度会进一步提高,而纯氧会与存在的一氧化碳发生反应。该工艺不需要生产铁矿团块,如球团矿和烧结矿,在熔融还原容器中只使用粉煤作为还原剂。

在Reclamet项目中,采用HIsarna工艺处理富锌残渣。细粒残渣的制备是关键步骤,因此,根据特定残渣性质和该工艺的成本效益,采用了微粒化、压块和挤压。通过中试熔融试验,研究了所制成型压块和废钢的熔解行为。在HIsarna工厂的试验范围内,在工艺气体净化末端,用袋式除尘器分离出锌精矿,目标锌浓度>50wt.%,铁含量<15wt.%。

另外,还可以使用感应炉,通过熔池喷吹技术处理含锌和含铁的残渣,如图3所示。以特殊含锌冲天炉或高炉的粉尘等细粒渣为原料,利用氮气作为输送介质,通过气力输送和浸入式喷枪注入铁水熔池也是合适的方法。该注入技术已在一个30吨的工业感应炉中建立并实施,在其操作试验中,锌回收率非常高,并生产出了高品质的氧化锌产品(锌含量>60%)。

图片

另一种方法是RecoDust工艺,转炉粉尘采用火法冶金工艺处理,如图4所示。该工艺由奥地利卓越技术能力中心COMET计划K1-MET资助,目前处于中试阶段,产量为300kg/h,将铁组分转化为渣相,用作烧结厂或高炉的二次铁资源。该产品中的锌含量保持在 0.5wt.%以下。用袋式除尘器分离的粗氧化锌(第二种产品)使用浸出步骤进行处理,其卤化物含量低(氯和氟含量各约 0.1wt.%)。当前研发项目的重点是将产能扩大到 1000kg/h,安装了一种全新的气力输送系统,以天然气为输送介质。RecoDust工艺的主要优点是不需要含碳固体还原剂,因为其还原气氛仅通过天然气/氧气火焰进行调节。

图片

用一系列氧化和还原气氛处理电炉粉尘是在EIT原材料框架内资助的两步粉尘回收(2sDR)工艺的基础,如图5所示。在第一步(氧化气氛下的烧成步骤)中,将部分尺寸小于 5μm的电炉细粉尘与水一起形成小球团,然后干燥至湿度水平低于 6% ,并装入鼓形炉中,卤素和铅等成分通过天然气燃烧器在 1100℃左右的温度下气化。在第二步中,烧成的粉尘在电炉的还原条件下进行处理,在那里,除了高品质的氧化锌外,还会生成一种金属成分,可在炼钢中重复使用;还会生成一种矿物成分,可用于建筑行业。煤粉作为还原剂注入炉中。除了零废物排放之外,2sDR工艺的主要优点是生产的氧化锌产品具有非常低的卤素污染,因此可以直接用于初级锌工业,无需进一步处理。目前,2sDR工艺的开发已经完成,并在实验室和中试规模的测试中成功验证。

图片

3.2 湿法冶金处理

作为火法冶金处理的替代方案,浸出提取冶金处理是一种环境友好、无二氧化碳排放的从炼钢渣中回收金属的工艺。在EIT原材料SAMEX项目(2021年5月16日启动)框架内,正在开发一种氨浸法处理转炉细污泥的工艺,见图6。

图片

氨浸法的主要优点是对锌的选择性高于对铁的选择性。这种氨-碳酸铵(AAC)浸出方法使用的氨(NH3)溶液和(NH4)2CO3 等化学品相对便宜。此外,它们不会导致设备腐蚀(与使用强酸不同),从而提供有利的运营支出(OPEX)。这也是与传统的酸基工艺的主要区别。净化后的富铁残渣可以送入高炉,节省原铁矿的成本,而饱和浸出液中的锌(产率为76%)可以作为硫化锌沉淀产品回收,用于锌工业。目前已采用1L反应釜进行试验,尽管AAC浸出只能溶解红锌矿/方铁矿固溶体中的锌,而不能从难溶的铁酸锌(锌铁矿)相中溶解锌,但该工艺具有许多优点,需要在更大的规模上进行验证。作为SAMEX项目的一部分,西班牙Tecnalia研究院、安米集团西班牙公司和比利时鲁汶大学正计划把氨浸出工艺升级到TRL7,目标是设计和建设一个中试工厂。

3.3 机械加工

火法冶金和湿法冶金残渣处理概念对能量(在相应的火法冶金反应釜中提供所需的温度)和化学品(如用于浸出步骤)产生了一定的额外需求。采用机械残渣处理的概念,如冷粘合压块,提供了回收细颗粒含铁残渣的可能性。直接还原工艺(如MIDREX®)会产生各种含铁细颗粒残渣,可根据氧化粉末和干燥污泥进行筛选。为了符合循环经济CE理念,通过使用冷粘合工艺形成的压块产生团块,这些团块可以在MIDREX®竖炉中重复使用。与MIDREX®竖炉用团块生产相关的一个重要问题是使用合适的粘结剂。团块应具有一定的机械强度(抗压强度>35 MPa,磨料强度R30>85%)。此外,还必须考虑冶金性能(还原度>80%的还原性和还原过程中氧释放,残氧量<5%)。