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含镍、铬不锈钢尘泥资源化利用探讨

作者:管件 来源: 日期:2019/11/6 2:39:15 人气:1

锈钢生产会产生大量的不锈钢除尘灰和酸洗污泥等含镍、铬固体废弃物,如若处理不当,不仅会导致大量镍、铬等资源的浪费,而且会造成严重的环境污染。目前,含镍、铬不锈钢尘泥资源化利用途径虽然较多,但无论是回收其中有价金属元素,还是生产水泥、陶粒、化工颜料和肥料等资源化利用,都存在一定的局限性。因此,展望未来不锈钢尘泥的资源化利用应以直接返生产工序循环利用为重点研究和发展方向。

不锈钢生产过程中会产生大量的含铁尘泥,此类尘泥同时含有大量的镍、铬等元素而具有较高的回收价值;含镍、铬不锈钢尘泥如果处理不当,不仅会产生重金属环境污染问题,还会造成极大的资源浪费。镍、铬元素是不锈钢冶炼所必须的合金元素,随着资源的日益枯竭和环保要求的不断提高,镍、铬资源的回收利用有利于不锈钢企业的资源节约利用和环境友好发展,对不锈钢产业的可持续发展意义重大。

1含镍、铬不锈钢尘泥综合利用现状

2006年成为世界上最大的不锈钢生产国和消费国以来,中国已连续10年成为世界上第一大不锈钢生产国和消费国。根据中国特钢企业协会不锈钢分会发布的数据,2016年,中国不锈钢粗钢产量达到2 4938t,占全球不锈钢粗钢产量的555%;不锈钢表观消费量为1 8835t,占全球不锈钢表观消费量的40%以上。中国不锈钢生产每年将产生约200t含镍、铬不锈钢除尘灰和酸洗污泥,其主要综合利用情况分析如下。

11不锈钢除尘灰综合利用情况

不锈钢除尘灰是在不锈钢冶炼过程中由各种除尘设备收集而来的混合物,其主要成分有铁、铬、镍、硅、钙、锰、锌、铝、镁等元素,其中铁(33)、铬(10)、镍(1%~3)、锌(2%~4)质量分数较高邱],属于优先回收的有价金属。按每生产1 t不锈钢产生约40 kg除尘灰估算,2016年全国不锈钢除尘灰总产生量约100t。目前,不锈钢除尘灰的综合利用主要分为无害化处理和资源化利用。其中,不锈钢除尘灰无害化处理主要有固化和玻璃化两种;不锈钢除尘灰的资源化利用主要是对

其有价金属元素进行高温还原回收。国外不锈钢除尘灰回收处理的主流工艺有:(1)美国Inco公司的Inmetco工艺,该工艺核心设备是环形转底炉和埋弧电炉,前者用于生产金属化球团,后者用于生产铁、镍、铬合金;该工艺的突出优点是升温速度快,反应速率高,金属的回收率较高,铁、镍和铬的回收率均超过90%。但也存在一些缺点,如炉料前期处理相对复杂,转底炉处理过程产生的炉渣和粉尘仍需进行后续处理,且粉尘中含有大量的铅、锌需要处理。Inmetco工艺主要在美国得到应用,除回收不锈钢除尘灰外,还可以回收含锌、铁等高炉和转炉除尘灰以及含镍废电池。(2)美国Midrex公司的FastmetFastmelt直接还原工艺u“,该工艺采用转底炉,利用碳将不锈钢除尘灰还原分别生产热压块和高纯铁水;该工艺的突出优点是流程短,设备占地面积少,反应时间短,整个工艺过程中无废水、废气等二次污染物产生。缺点是主要回收对象如铬的回收率不高,在70%~90%波动,生产中对煤粉的要求较高,且过程能耗较大。(3)日本川I崎公司的STAR工艺¨5|,其基本装置是一个内设流态床的鼓风竖炉;该方法还原的热力学和动力学条件较好,金属回收率较高,但该工艺流态化技术复杂,产业规模小,不利于大规模的工业应用。(4)瑞典SKF公司的等离子粉尘回收工艺(Plasmdust)E16],该工艺主要装置是一个内设焦炭填充床且安有等离子发生器的竖炉。该方法主要优点是金属铁、镍、铬的回收率高且生产过程清洁无污染,在处理不锈钢粉尘时,几乎可回收全部的铬、镍、铁;但也存在电能和电极消耗大、炉体耐火材料损毁严重以及生产过程噪音大等缺点。国内除采用回转窑、隧道窑、Oxycup竖炉等工艺处理不锈钢除尘灰外,目前更多集中在直接将不锈钢除尘灰造球后加人铁水预处理、电弧炉、转炉、矿热炉等冶炼工序进行再利用。国内不锈钢除尘灰主要利用情况见表1

其有价金属元素进行高温还原回收。国外不锈钢除尘灰回收处理的主流工艺有:(1)美国Inco公司的Inmetco工艺,该工艺核心设备是环形转底炉和埋弧电炉,前者用于生产金属化球团,后者用于生产铁、镍、铬合金;该工艺的突出优点是升温速度快,反应速率高,金属的回收率较高,铁、镍和铬的回收率均超过90%。但也存在一些缺点,如炉料前期处理相对复杂,转底炉处理过程产生的炉渣和粉尘仍需进行后续处理,且粉尘中含有大量的铅、锌需要处理。Inmetco工艺主要在美国得到应用,除回收不锈钢除尘灰外,还可以回收含锌、铁等高炉和转炉除尘灰以及含镍废电池。(2)美国Midrex公司的FastmetFastmelt直接还原工艺,该工艺采用转底炉,利用碳将不锈钢除尘灰还原分别生产热压块和高纯铁水;该工艺的突出优点是流程短,设备占地面积少,反应时间短,整个工艺过程中无废水、废气等二次污染物产生。缺点是主要回收对象如铬的回收率不高,在70%~90%波动,生产中对煤粉的要求较高,且过程能耗较大。(3)日本川崎公司的STAR工艺,其基本装置是一个内设流态床的鼓风竖炉;该方法还原的热力学和动力学条件较好,金属回收率较高,但该工艺流态化技术复杂,产业规模小,不利于大规模的工业应用。(4)瑞典SKF公司的等离子粉尘回收工艺(Plasmdust),该工艺主要装置是一个内设焦炭填充床且安有等离子发生器的竖炉。该方法主要优点是金属铁、镍、铬的回收率高且生产过程清洁无污染,在处理不锈钢粉尘时,几乎可回收全部的铬、镍、铁;但也存在电能和电极消耗大、炉体耐火材料损毁严重以及生产过程噪音大等缺点。国内除采用回转窑、隧道窑、Oxycup竖炉等工艺处理不锈钢除尘灰外,目前更多集中在直接将不锈钢除尘灰造球后加人铁水预处理、电弧炉、转炉、矿热炉等冶炼工序进行再利用国内不锈钢除尘灰主要利用情况见表1

12不锈钢酸洗污泥综合利用情况

不锈钢酸洗过程中会产生大量的酸洗污泥,主要含有水、CaF2Fe2 03CaOCr2 03NiOCaS04SiO:、MgO等组分,其中含水量约为60%;根据国家危废名录,此类污泥为危险废物,需委托有资质的企业进行妥善处置。按每生产1 t不锈钢产生3%~5%酸洗污泥估算,201 6年全国不锈钢酸洗污泥产生量可达75万~125万。不锈钢酸洗污泥综合利用主要分为减量化生产、无害化处理和资源化利用3个层次。高亮、沈海泉、潘世华等用废水源头分类、分布回收处理和热压过滤干燥的优化工艺大幅降低不锈钢酸洗污泥的产生量。不锈钢酸洗污泥的无害化处理主要有固化稳定化处理和Cr叶的解毒处理,通过采用水泥、石灰等固化剂或

螯合剂进行胶结固化,以及采用高温熔融构造玻璃体或还原处理Cr6+生成Cr3十进行解毒处理。不锈钢酸洗污泥的资源化利用主要包括有价金属元素的回收利用和做建材、肥料、化工原料等资源化利用。利用石墨、石油焦等对不锈钢酸洗污泥进行高温还原,回收铁、镍、铬有价金属元素;采用酸浸或氨浸法浸出回收有价金属元素铁、铬和镍;此外,不锈钢酸洗污泥还可用于生产水泥、陶粒、化工颜料和肥料等

2含镍、铬不锈钢尘泥资源化利用探讨

综上所述,含镍、铬不锈钢尘泥综合利用主要包括无害化处置和资源化利用。但无害化处置重在对不锈钢尘泥进行解毒,一般未进行真正的资源化利用。经无害化处置的不锈钢尘泥主要用于填埋,虽大幅降低了其对环境的污染风险,但却造成了大量镍、铬、水泥固化剂等资源的浪费和土地被占用,属于含镍、铬不锈钢尘泥综合利用的初级阶段。因此,未来不锈钢尘泥的资源化利用应为不锈钢尘泥综合利用的重点研究和发展方向。

当前,含镍、铬不锈钢尘泥资源化利用途径较多,但无论是回收其中有价金属元素,还是生产水泥、陶粒、化工颜料和肥料等资源化利用,都存在一定的局限性。总结不锈钢尘泥有价金属元素的回收主要有湿法浸出和高温还原工艺。其中,湿法浸出工艺复杂、处理成本高昂、设备较多、浸出液消耗大,不适合大规模工业化生产;目前工业应用较多的是高温还原回收不锈钢尘泥中镍、铬、铁有价金属元素。比较现有回转窑、转底炉、隧道窑和竖炉等高温还原回收工艺,需要新建专门处理设施,项目前期投资大、处理能力大,且主要考虑回收镍、铬、铁有价金属元素,尘泥中的氧化钙、氧化镁等成分利用率不高,该工艺适合大型不锈钢企业或不锈钢生产企业集中区域。此外,部分不锈钢尘泥直接用于制砖、生产水泥等建材领域或者用作陶粒、化工颜料生产等资源化利用,容易造成有价金属资源的浪费和环境污染;尤其在高温焙烧过程中,Cr可能会被再次氧化为Cr6+,从而造成铬离子的二次污染问题。同时,涉及异地处理,在存储、运输和转运过程中往往会产生二次污染问题。因此,未来不锈钢尘泥的资源化利用应以尘泥的直接返生产循环利用为重点方向;同时,应加强对不锈钢尘泥中的氧化钙、氧化镁等组分高效利用和生产过程的节能减排。

以宝钢铁素体不锈钢除尘灰返电炉生产为例,每年约有4 000 t铁素体不锈钢除尘灰需要处理,采用以铁素体不锈钢除尘灰为主原料的电炉发泡造渣剂生产铁素体不锈钢的电炉母液,使用量4333 kgt,可有效解决铁素体不锈钢除尘灰的短流程闭环利用。该方法可全量回收发泡造渣剂带入的金属铁,并减少电炉冶炼过程中的铬损385%。同时,可减少铁素体不锈钢生产过程中的造渣材料5 kgt,降低石灰、白云石和氧化铁皮消耗分别达406378400 kgt,大幅增加了不锈钢除尘灰的利用附加值和提高了资源化利用环保效果。

未来,除独立的不锈钢轧钢企业外,中国不锈钢生产企业应鼓励直接利用烧结机、回转窑、AOD炉、电炉等工艺装备还原处理含镍、铬等不锈钢尘泥。在直接利用企业现有装备的同时,也实现了含镍、铬不锈钢尘泥就近循环利用,从而实现企业经济效益和环境效益的双赢发展。从成本考虑,直接利用现有装备避免了新建项目投资;回收利用尘泥中的镍、铬、铁和氧化钙、氧化镁等组分,可有效降低不锈钢的生产成本;就近利用尘泥可大幅降低转运和运输成本。从空间上讲,就近循环利用不仅省时省工,还能避免在转运和运输过程中产生的二次污染。从资源利用角度讲,直接还原不仅高效回收尘泥中的镍、铬、铁有价金属元素,还能有效利用其中氧化钙、氧化镁等成分,从而实现合金元素的节约利用和减少冶金熔剂资源消耗。