齊華礦業(yè)硫酸渣綜合利用項(xiàng)目實(shí)踐總結(jié)

1、齊華礦業(yè)硫酸渣綜合利用項(xiàng)目實(shí)踐總結(jié)陶立群 唐竹勝 馬敬喜 張俊剛（遼寧博聯(lián)特冶金科技有限公司）摘要遼寧博聯(lián)特冶金科技有限公司承擔(dān)設(shè)計(jì)和建設(shè)齊華礦業(yè)公司的硫酸渣綜合處理（熔融還原鐵）項(xiàng)目。該項(xiàng)目總投資約1.8億元，每年可處理40萬(wàn)噸硫酸渣（一期20萬(wàn)噸）。整套工藝流程采用“煤基BLT-短流程直接還原生產(chǎn)金屬化球團(tuán)和熱裝熱送到BLT-電煤熔分爐，二步熔融還原法的非高爐煉鐵新工藝技術(shù)”，以硫酸渣為原料，年產(chǎn)10萬(wàn)噸半鋼鐵水。目前該項(xiàng)目已順利建成投產(chǎn)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)良好。本文將從工藝、能耗等角度對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行分析總結(jié)。關(guān)鍵詞：硫酸渣 BLT（博聯(lián)特公司縮寫(xiě)） 綜合利用 直接還原 熔分 熔融還

2、原 熱裝熱送 前言 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前生產(chǎn)硫酸的廠家有400余家，年生產(chǎn)硫酸7200萬(wàn)噸，其中33%是利用黃鐵礦生產(chǎn)的，每年產(chǎn)生的硫酸渣達(dá)1900萬(wàn)噸至2340萬(wàn)噸，加上歷年堆存，需要處理的硫酸渣多大上億噸。在發(fā)達(dá)國(guó)家，硫酸渣的利用率接近100%，而我國(guó)僅為10%-30%。未經(jīng)利用的硫酸渣作為廢棄物堆放,不僅長(zhǎng)期占用土地,浪費(fèi)了含鐵物料資源，而且還對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)也極大地危害人類健康。因此，提高硫酸渣的利用率不僅可以消除對(duì)環(huán)境的破壞，還可以為鋼鐵企業(yè)提供廉價(jià)的原料，擺脫鐵礦大量進(jìn)口的不利局面。我國(guó)自50年代開(kāi)始利用硫酸渣，提出了一些方法如：氯化焙燒、磁化焙燒-磁選等方

3、法，但用于工業(yè)生產(chǎn)的僅限于水泥廠添加劑、制備鐵系顏料、或少量加入鐵精礦生產(chǎn)燒結(jié)球團(tuán)等途徑。國(guó)家在 “十二五”規(guī)劃中提到將工業(yè)固體廢物綜合利用率提高到72；主要再生資源回收利用率提高到70，并鼓勵(lì)發(fā)展非高爐煉鐵技術(shù)。遼寧博聯(lián)特公司經(jīng)多年探索，研發(fā)出一整套以硫酸渣為原料生產(chǎn)低碳鐵水的非高爐煉鐵的技術(shù)，此套技術(shù)已應(yīng)用于內(nèi)蒙古齊華礦業(yè)硫酸渣綜合利用項(xiàng)目并已經(jīng)投產(chǎn)，并且設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)狀況良好，各項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)到或超過(guò)預(yù)期。一使用“直接還原+熔分技術(shù)”綜合利用硫酸渣的優(yōu)勢(shì)隨著鋼鐵行業(yè)的高速發(fā)展，鋼鐵企業(yè)對(duì)鐵礦石質(zhì)量和數(shù)量日益增長(zhǎng)，但由于我國(guó)鐵礦資源并不富裕，高品位鐵礦石大多需要進(jìn)口截止2012年底，我國(guó)粗

4、鋼產(chǎn)量已達(dá)7.16億噸，其中絕大部分來(lái)自高爐-轉(zhuǎn)爐流程，雖然高爐工藝日益成熟，但由于高爐法對(duì)鐵礦石品位要求高，對(duì)冶金焦有很強(qiáng)依賴性，加之我國(guó)富礦貧乏、焦煤資源日益緊張，因此原料成為制約我國(guó)鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重要因素。發(fā)改委出臺(tái)的的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄中明確提出重點(diǎn)鼓勵(lì)非高爐煉鐵技術(shù)、難選貧礦、（共）伴生礦綜合利用先進(jìn)工藝技術(shù)冶金固體廢棄物（含冶金礦山廢石、尾礦，鋼鐵廠產(chǎn)生的各類塵泥、渣、鐵皮等）綜合利用先進(jìn)工藝技術(shù)。 新一代鋼鐵可循環(huán)流程(在做好鋼鐵產(chǎn)業(yè)內(nèi)部循環(huán)的基礎(chǔ)上，發(fā) 展鋼鐵與電力、化工、裝備制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)間的橫向、縱向物流和能流的循環(huán)流程)工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 。遼寧博聯(lián)特冶金科技有限公司研

5、發(fā)的“BLT-短流程法直接還原+BLT-電煤熔分的短流程非高爐法煉鐵技術(shù)”，特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)以硫酸渣為代表的貧礦、難選礦、冶金廢棄物等為原料，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的低碳鐵水，并可根據(jù)下游產(chǎn)品工藝要求，靈活調(diào)整產(chǎn)品化學(xué)成分等理化指標(biāo)。整套技術(shù)工藝流程合理、能耗低、對(duì)環(huán)境影響小、設(shè)備投資少、運(yùn)行成本低、機(jī)械化程度高。二原料分析硫酸渣是用黃鐵礦制造硫酸過(guò)程中排出的廢渣，其中含有大量Fe等有用元素，各地硫酸渣成分不同，表1為內(nèi)蒙古齊華礦業(yè)硫酸渣成分。表1 硫酸渣主要元素成分序號(hào)檢測(cè)元素含量（%）備注1TFe55.04試驗(yàn)樣品原礦2S1.22試驗(yàn)樣品原礦3Au0.15g/t金4Ag23.8g/t銀5Cu0.13銅6Z

6、n0.19鋅7Pb0.17鉛8Co0.042鈷9Ni0.01鎳10K2O0.5256有害堿金屬硫酸渣中硫是主要的有害元素，含量較高。其主要以硫酸根形式存在，比較穩(wěn)定，因此不易去除。渣中硫含量高且不易脫去是硫酸渣與鐵礦粉的重要區(qū)別，也是困擾硫酸渣再利用的難題。 圖1 硫酸渣掃描電鏡照片圖1為硫酸渣掃描電鏡照片。從圖中可以看出：硫酸渣表面粗糙，毛細(xì)孔洞發(fā)達(dá)。而且硫酸渣因具有粒度大、粒度分布不均、比表面積低、孔隙率高、吸水性強(qiáng)和表面活性低等特殊的物理化學(xué)性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)。因此在相同條件下造球時(shí)，使用硫酸渣為原料與使用普通鐵精礦相比存在較大差異，主要表現(xiàn)在硫酸渣球團(tuán)成球率低，表面毛糙，成球強(qiáng)度低（一般1

7、m落下3次破裂），球團(tuán)水份高（一般為21%22%）等。硫酸渣中鐵主要以赤鐵礦形式存在，氧化亞鐵含量較低，一般為1.4%3.0%。因此，其固結(jié)形式是赤鐵礦晶粒長(zhǎng)大和高溫再結(jié)晶。只有溫度超過(guò)1300時(shí)，才能觀察到晶粒明顯長(zhǎng)大，小晶粒之間形成初期的連接橋。因此在制備硫酸渣燒結(jié)球團(tuán)階段存在球團(tuán)焙燒溫度高、球團(tuán)爆裂溫度低，燒結(jié)強(qiáng)度低等問(wèn)題。因此，硫酸渣特有的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其在造球、燒結(jié)階段的不利影響也是困擾硫酸渣綜合利用的難題。博聯(lián)特公司研發(fā)的BLT-短流程法直接還原段為煤基直接還原，加入的煤粒和煤粉一部分燃燒作為熱源，另一部分作為還原劑，無(wú)需焦炭。其成分如下表2所示表2 煤的理化指標(biāo)成分固定碳揮發(fā)份灰分硫

8、灰分軟化溫度結(jié)焦性水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%2535%10%0.8%1200268%三熔融還原工藝分析1.項(xiàng)目總工藝流程圖圖2 直接還原-熔分工藝流程圖2.原料預(yù)處理硫酸廠沸騰爐出口處，硫酸渣溫度一般為800850。通過(guò)分段式冷卻將物料溫度降到120150，期間加入BLT-催化劑加速反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)脫硫和改變硫酸渣分子結(jié)晶結(jié)構(gòu)的目的。齊華硫酸渣中的硫份主要以硫酸根形式存在，其余少量以Fe2S3、AuS、AgS、CuS、NiS、PbS等親硫有價(jià)金屬形式存在。使用“BLT-氨法脫硫技術(shù)”，經(jīng)攪拌、浸出、水洗、過(guò)濾、烘干后，硫酸渣硫含量明顯降低，脫硫率達(dá)到60%80%，硫含量由1.22%降至0.3%左右。同時(shí)也可

9、脫除部分有色和有價(jià)金屬，并將硫酸渣鐵品位提高1%2%。以上工序使用的工業(yè)水可循環(huán)使用，過(guò)濾后的廢渣含有有價(jià)金屬鹽，可提煉有價(jià)金屬或進(jìn)行銷(xiāo)售。預(yù)處理后硫酸渣，表面呈毛刺狀得到較好的改變，其分子結(jié)晶結(jié)構(gòu)與普通鐵礦粉相似，稱為硫酸渣鐵粉。3.配料、混碾、造球硫酸渣鐵粉在造球時(shí)，配入少量BLT-粘結(jié)劑，均勻混碾。使用圓盤(pán)造球機(jī)造球，在圓盤(pán)造球機(jī)設(shè)備選型上，給料量、加料位置和方式、加水量及加水方式、自動(dòng)控制水平等進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用“滴水成球、霧水長(zhǎng)大、無(wú)水緊密”的操作方式，以確保混合料水分控制在造球最佳值，使混合料在機(jī)械力的作用下，既能容易形成適當(dāng)數(shù)量的母球，又能使母球迅速長(zhǎng)大和壓密，合格球團(tuán)粒度為8

10、16mm。生球1m下落強(qiáng)度達(dá)到10次以上，并且球團(tuán)含水量降低到10%16%。4.鏈篦機(jī)烘干、預(yù)熱、燒結(jié)鏈箅機(jī)工藝風(fēng)及布料均勻與否，會(huì)直接影響球團(tuán)燒結(jié)強(qiáng)度效果。合理的布料方式應(yīng)使布到鏈箅機(jī)箅床上的生球料層具有良好的均勻性和透氣性。為滿足這一要求，設(shè)計(jì)采用擺動(dòng)皮帶大球篩寬皮帶小球篩溜料板的布料方式。此方式具有布置空間小、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)少、球形均勻、易于調(diào)節(jié)布料速度、布料均勻的優(yōu)點(diǎn)，使布到鏈箅機(jī)上的生球直到離開(kāi)布料機(jī)的最后一刻都在經(jīng)受篩分，因此可保證生球布料干凈，不帶粉末。使鏈箅機(jī)8mm的生球碎粉降低，球團(tuán)的焙燒耗熱量降低，延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)襯板和鏈箅機(jī)箅床的壽命。同時(shí)通過(guò)優(yōu)化干燥氣體流速，流向和溫度，和球團(tuán)布料

11、厚度為100120mm，分段逐步提高干燥氣體的溫度和流速，生球爆裂溫度和強(qiáng)度逐漸提高。鏈篦機(jī)總長(zhǎng)42m，其中干燥一段長(zhǎng)度為21m，工藝溫度為200300，預(yù)熱段長(zhǎng)度為12m，工藝溫度為750，燒結(jié)段長(zhǎng)度為9m，工藝溫度為<1050，各段設(shè)隔墻。鏈篦機(jī)為密閉結(jié)構(gòu)，不僅可降低熱量散失，還可形成還原性氣氛，進(jìn)行預(yù)還原。鏈篦機(jī)運(yùn)行速度為0.40.6m/min。采用鼓風(fēng)和抽風(fēng)相結(jié)合的方式干燥，有效保證上下料層均勻升溫失水，避免下層產(chǎn)生過(guò)濕層，使球破裂甚至塌陷，從而提高球的熱穩(wěn)定性。燒結(jié)段熱風(fēng)溫度1050時(shí)即可使球團(tuán)抗壓強(qiáng)度達(dá)到350N/個(gè)球。鏈篦機(jī)熱源來(lái)自回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣，其中含有CO。將尾氣鼓入空

12、氣充分燃燒放熱，將尾氣溫度由1000提升至11501200，充分利用了廢棄中CO的化學(xué)能，提高了能量利用率。表3 鏈篦機(jī)燒結(jié)球團(tuán)成份成份TFeFeoSiO2S強(qiáng)度質(zhì)量分?jǐn)?shù)62.27%12.23%9.1%0.14%350N/個(gè)球4.直接還原采用BLT-短回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行直接還原。025mm的煤粒噴入窯內(nèi)，一部分燃燒作為熱源，其余作為還原反應(yīng)過(guò)程中的補(bǔ)充還原劑，通過(guò)高壓噴煤和窯體多點(diǎn)鼓風(fēng)，在窯內(nèi)形成適宜的溫度場(chǎng)和物料分布，使窯內(nèi)保持還原性氣氛，微正壓，為直接還原提供了良好的動(dòng)力學(xué)條件。經(jīng)回轉(zhuǎn)窯還原后，溫度為10001050的金屬化球團(tuán)進(jìn)入BLT-穩(wěn)定倉(cāng)。球團(tuán)在穩(wěn)定倉(cāng)內(nèi)保溫47小時(shí)，金屬化球團(tuán)緩慢溫降。倉(cāng)

13、內(nèi)為還原性氣氛。BLT-穩(wěn)定倉(cāng)技術(shù)為博聯(lián)特自主研發(fā)，不配加熱源的情況下，通過(guò)物料自身溫度進(jìn)行深度還原，可以將球團(tuán)的金屬化率提高1%5%，并可根據(jù)后續(xù)工序要求出冷料或熱料。表4 回轉(zhuǎn)窯還原球團(tuán)成分成份TFeMFeFeCS質(zhì)量分?jǐn)?shù)74.08%67.51%91.13%0.5%0.12%本項(xiàng)目是將穩(wěn)定倉(cāng)中溫度為750900的金屬化球團(tuán)配以石灰、煤塊等熔劑進(jìn)行密閉罐熱裝熱送入BLT-電煤熔分爐中進(jìn)行熔分，以降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，最大限度的提高能源利用。熱裝熱送也是此套技術(shù)的一大特色，通過(guò)將熱料之間裝入熔分爐熔煉，噸鐵電耗可降低100150kWh，僅此一項(xiàng)即為該廠每年節(jié)約500萬(wàn)750萬(wàn)元。圖3 齊華礦業(yè)硫酸

14、渣熔融還原項(xiàng)目外觀圖片5.熔分本項(xiàng)目采用的是BLT-電煤熔分爐系統(tǒng)，本系統(tǒng)為博聯(lián)特自行研制開(kāi)發(fā)，具有：原料熱裝熱送、埋弧冶煉、中空電極噴吹、等離子冶煉、煤氣回收再利用、爐內(nèi)密閉操作等特點(diǎn)。通過(guò)在密閉爐內(nèi)融化物料實(shí)現(xiàn)熔融還原，并造堿性渣（堿度為0.81.1）除去硫（硫含量?jī)H為0.07%）等有害元素。圖4 內(nèi)蒙齊華礦業(yè)項(xiàng)目BLT-電煤熔分密閉爐圖片 圖5 內(nèi)蒙齊華礦業(yè)項(xiàng)目BLT-電煤熔分出鐵現(xiàn)場(chǎng)圖片表5 硫酸渣金屬化球團(tuán)熔分后澆注的鐵錠主要成份指標(biāo)試樣名稱元 素 含 量 %TFeCSiMnSP鐵錠94.222.701.580.50.070.068四能耗、主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)保分析表6 齊華礦業(yè)項(xiàng)目能耗

15、序 號(hào)項(xiàng) 目單 位指標(biāo)折算系數(shù)能耗(t/tDRI)1還原煤t/t0.7560.7143 t/t0.2新水m3/t2.82.571t/104t0.000719883電kWh/t9770.1229t/103kWh0.4壓氣m3/t60.00.40t/104t0.00245氮?dú)鈓3/t20.00.40t/104t0.00086合計(jì)/0.67余熱發(fā)電t/t0.50.125714t/t-0.0628578合計(jì)/0.6表7 四種熔融還原法主要能耗指標(biāo)比較表：序號(hào)工藝名稱應(yīng)用礦石品位(%)產(chǎn)品工序綜合能耗（標(biāo)煤kg/t）1BLT-二步法TFe55低碳鐵水601.152中國(guó)高爐法TFe62鐵水521.903H

16、Ismelt法TFe65鐵水637.344COREX法TFe62鐵水936.3從上表中可以看出，與其他三種煉鐵方法相比BLT-二步法使用的原料品位最低，僅為58%左右，而綜合能耗僅為601.15 kg標(biāo)煤/t，僅次于高爐法。該工藝在原料、能耗上具有很大優(yōu)勢(shì)。 表8 單位制造成本表序號(hào)項(xiàng)目名稱單位單耗單價(jià)單位成本1原材料/1314.601.1硫酸渣t1.68400.00672.001.2煙煤t0.756850.00642.602輔助材料/365.002.1粘結(jié)劑元0.03745.002.2石灰t0.15200.0060.002.3氨法脫硫元/80.002.4耗材元/180.003燃料及動(dòng)力/49

17、4.103.1電kWh9770.50488.503.2工業(yè)水m32.82.005.64工資及福利元/50.605設(shè)備費(fèi)用元85.505.1折舊費(fèi)元/64.505.2修理費(fèi)元/21.006合計(jì)元/2309.80表8為生產(chǎn)1t半鋼鑄鐵的生產(chǎn)運(yùn)行成本，內(nèi)蒙古當(dāng)?shù)噩F(xiàn)行鑄鐵單價(jià)為2800元/噸，齊華礦業(yè)項(xiàng)目年產(chǎn)9.8萬(wàn)噸鑄鐵，每年可創(chuàng)造利潤(rùn)4800萬(wàn)元。項(xiàng)目生產(chǎn)用水主要為部分設(shè)備冷卻用水、鍋爐用軟水、選礦用水。其中冷卻用水循環(huán)使用，鍋爐用軟水無(wú)外排，選礦用水可進(jìn)行過(guò)濾循環(huán)應(yīng)用。 因此該廠無(wú)廢水外排。該廠產(chǎn)生的廢渣，主要是熔分的水淬渣。其主要成分為：硅酸二鈣2CaO·SiO2、硅鋁酸二鈣2CaO·Al2O3·SiO2、玻璃體。接近于水泥熟料的成分。可以銷(xiāo)往水泥廠，也可以用于生產(chǎn)制作型磚。 整套流程產(chǎn)生的煙氣采用二級(jí)收塵：第一級(jí)為旋風(fēng)收塵器，第二級(jí)為布袋收塵器，其收塵效率分別為85%和99.9%，煙氣含塵濃度減低50mg/Nm3； 同時(shí)煙氣采用堿法脫硫，使煙塵中的SO2