专家分享：回转窑处置钢铁企业含锌固废的技术改进及实践【SMM铅锌峰会】

【SMM铅锌峰会】河钢集团首席专家，博士，教授金永龙表示，针对钢铁企业含锌固废处置的未来趋势是：能耗低&能效高、环保达标、工艺简洁、运行成本低，投资成本低；改进型回转窑亦可作为企业含油污泥、城市飞灰等固废或危废的协同处理，充分利用其中的可燃物质，但需要设计控制二噁茵排放的二次燃烧子系统等补充设施。

在由SMM主办的2024 SMM第十九届铅锌大会暨铅锌技术创新论坛——锌再生行业沙龙上，河钢集团首席专家/博士/教授金永龙现场讲解了钢铁含锌固废的特点、处置工艺、改进研究与实践等方面内容，并针对钢铁企业含锌固废处置行业的未来发展趋势进行了展望。

钢铁含锌固废特点和处置工艺

1.1 含锌固废特点

钢铁企业含锌尘泥的主要来源

钢铁生产过程锌的变化趋势

原燃料更复杂多样，入炉锌负荷增加。很多企业采用了锌含量较高、价格相对便宜的铁矿，同时电炉、转炉废钢采用了各类镀锌或含锌的废钢，导致了高炉锌负荷的大幅提升。

废钢比增加，尤其是社会废钢供应量增加，锌可控度下降。

在碳达峰碳中和发展过程，发展短流程炼钢是实现绿色低碳发展的必然趋势。随着电炉比例增加，导致的电炉灰将增多。

1.2 含锌固废处置工艺

国内外针对含锌固废的资源化进行了大量的技术研究与工程实践，主体思路是综合回收利用含锌固废中的锌和铁，以及其它有用元素，包括融态分离（DK高炉、OxyCup等）、固态分离（回转窑、转底炉等）和湿法分离等工艺。

湿法工艺主要包括酸法、碱法，适用于电炉灰等含锌很高的尘泥。

火法工艺投入成本低，有价金属获得率高，其中回转窑和转底炉是当前工业生产中两种主流工艺。

含锌固废处置工艺改进研究与实践

2.1处置工艺的选择

能耗分析：

转底炉：设计总能耗在390~430 kgce/t之间，实际生产比设计值要高50kgce/t左右；其中由煤气或天然气带入的能耗在220~260 kgce/t之间，约占总能耗的59%；而固体碳是锌还原所必须的，配加量为配料总量的10%~12%，还原剂的碳素消耗折合约为150kgce/t，占总能源消耗的约37%；其余为风水电气等消耗

以脱锌、含铁物料全部回用为目的的回转窑总能耗可以和转底炉媲美！

操作制度的转变：

传统回转窑：

以回收高含锌固废的次氧化锌为主要目的与盈利点；而剩余含铁部分被称之为“窑渣”，经细磨磁选后分离，含铁量少的尾渣仍存在二次固废风险；若再加上某些企业环保欠缺、能耗偏高，造成了社会对回转窑处置含锌固废的印象不佳，在大型钢铁企业内推广受到限制。

改进型回转窑：

以脱除锌、最大限度回收含铁物料为目的；入窑锌含量已经不再作为限制的主要条件；在确保脱锌率为90%的条件下，操作制度合理调整；配料的前提是含铁物料能够在钢铁流程内全部再利用，不造成二次污染。

传统回转窑改进方向：

在选择含锌固废再利用的工艺和操作制度时，高脱锌率与铁的金属化率相比，高脱锌率应作为主要目标，在保持较高生产效率前提下，尽可能降低能源消耗。

•环保达标

•能效最佳

•全面处置钢铁企业含锌固废

•锌脱除率达到90%以上

•含铁物料满足钢铁生产主流程要求（TFe、Zn含量、粒度等），无二次固废污染

•投资和生产运营成本优于转底炉

•智能可控

2.2回转窑改进实践——①原料的合理搭配

处置工艺的适应性要求较高

高炉二次灰的特点是含有大量的碳元素，这是重要的还原剂和热量来源；有的企业高炉二次灰的含锌量达到8%~10%，直接回收利用受到严重制约。

转炉灰的特点是碱性氧化物（CaO、MgO）高，TFe含量比高炉二次灰高。

电炉灰的锌含量最高，波动也最大，有的企业可达到20%以上，甚至可作为等级较低的次氧化锌直接外售，但铁素的损失在所难免。

合理配料，保证补热

碳素资源。考虑充分利用含锌固废中的碳素资源，可减少高热值煤气的使用，用焦粉作为补充还原剂和补热剂。

铁素资源与锌含量合理搭配。不仅仅是回收锌元素，高含锌的次氧化锌可作为产品外售，而另一个更重要的目的是充分回收铁元素，实现“固废零排放”。所以，配料过程需要加一些含铁高的物料，使脱锌后的富铁料不会成为钢铁企业各工序再利用的障碍，如品位、强度和粒度等指标在高炉、转炉和电炉都有不同的要求。为此，有的企业直接配加部分精矿粉，而有的企业还是以高含铁的除尘灰为主，如高炉出铁场灰，TFe可达56%。

2.2回转窑改进实践——②无组织排放控制

封闭或密闭的转运和储存系统

钢铁厂除尘灰除尘灰均采用吸排罐车气力输送方式入仓，仓下设螺旋给料机配料，各除尘灰经定量给料，环保效果好，配料均匀。

采用干湿预混合技术，可有效降低原料预处理能耗和成本。

2.3智能可控的回转窑操作系统

硬件：在线气体分析传感器、在线测温传感器、控制电脑及相关耗材

软件：回转窑生产关键数据在线监测系统

•窑体温度测量分析子系统；

•窑尾气体温度和成分分析子系统；

•预警事件记录及提示子系统；

•数据采集子系统；

•数据库管理子系统。

基于该系统设计的基本理念，开发了相关软件，并实现了离线调试和运行，可以安装到新设计或改造的回转窑上，实现在线监测，为操作参数调整提供定量的依据。

如图，窑尾气体温度和成分分析子系统运行的画面。该子系统可有效反应出不同条件下炉窑内部的生产状态变化情况，同时根据系统给出的相应事件提示和解决措施，可以有针对性的调整生产参数，达到最佳的生产状态。

效果：

（1）减少粘结在窑壁上的结圈物掉落或塌陷的风险，相应减少窑壁损坏的可能性；降低结圈物中物质在高温下与耐火材料发生化学反应的几率，提高耐材寿命；减少因结圈物的形成阻碍窑内物料和气流运动，导致物料在回转窑停滞堆积的现象。

（2）减少因回转窑内结圈物的产生阻碍物料和煤气流的运动，使物料在窑内不能被煅烧完全，降低含铁二次资源品质的现象，提高了成品质量和回转窑生产效率。

（3）提高了能源利用效率。若回转窑结圈严重，物料的运动将会严重受阻导致无法正常生产，此时必须停窑对窑中结圈物进行处理，等结圈物被彻底清理干净后才能重新开窑、点火、升温、投料。若频繁发生结圈现象导致生产无法正常进行，将会造成能源的浪费。

（4）回转窑运行过程不需要额外高热值的高阶的燃气，利用自身配碳、协同处置含油或含碳污泥和还原产生的CO，或少量低阶煤气补热即能达到炉内温度区域控制要求。

2.4 全量化资源回收与净化系统

含铁料的回收

窑头封闭设计。回转窑窑头设置还原脱锌后含铁二次资源收集装置。为了避免产生水气（冷却水蒸发）和粉尘，采用特殊的窑头密封设计。

净化系统

烟气经余热锅炉（选择设置）或其它余热装置回收热量，经布袋后进行烟气脱硫（可根据实际原燃料条件选择是否脱硝）后排放；

锌产品的回收

回转窑窑尾烟气经氧化沉降室，将大颗粒粉尘沉降，经专门的提升系统回回转窑；余热装置和布袋下部设置回收次氧化锌的装置，按氧化锌含量分类收集、外售。

2.5 改进型回转窑应用效果

在大量调研和实验研究基础上，借鉴本钢、南钢等专门处置钢铁企业内部含锌固废回转窑的成功经验，充分比较回转窑和转底炉的优缺点，结合河钢集团舞钢实际，利用铁鳞隧道窑生产保留的厂房和空地，建设回转窑系统。

改进型回转窑工艺产线技术设备已于2019年10月在河钢舞钢实业公司投产，经多次调整和优化，至今回转窑稳定运行，每年仅年修一次。入炉含锌量达4%左右，配碳15%左右，含锌物料脱锌率达92%，含铁二次资源TFe达到62%、含锌量0.3%左右。

很好的解决钢铁企业含锌固废处置困难的问题，可实现高效回收含锌产品、富含铁的二次资源，工艺简洁、运行成本低、高效率脱锌、无二次固废污染。

思考与展望

1.针对钢铁企业含锌固废处置的未来趋势是：能耗低&能效高、环保达标、工艺简洁、运行成本低，投资成本低；

2.改进型回转窑亦可作为企业含油污泥、城市飞灰等固废或危废的协同处理，充分利用其中的可燃物质，但需要设计控制二噁茵排放的二次燃烧子系统等补充设施。

来源：SMM