王静松等：钢铁产业集聚区难处理尘泥处理与全量资源化利用进展 1739 表1某钢铁厂典型粉尘的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of typical dust in a steel plant % Type TFe SiO, Cao Mgo Al203 K Na C Zn Sintering head ash 28.50 3.00 5.20 1.00 1.70 26.20 1.36 2.25 1.12 Blast furnace dry ash 17.03 2.87 2.18 0.70 2.49 0.76 0.28 34.00 16.60 Converter OG mud 58.19 1.98 10.28 3.47 1.83 0.19 0.21 1.65 0.25 Rolling line sludge 71.73 1.39 0.02 0.03 1.19 0.14 0.36 1.12 0.13 Electric furnace ash 44.73 2.06 2.92 1.38 0.56 1.32 1.32 1.14 2.61 平均质量分数为46.79%，具有很高的利用价值，处 些差异，在粒径分布上也有很大不同，表328-9显 理这类粉尘时应该主要考虑Fe元素的回收，再兼 示了某钢铁厂典型粉尘的粒度分布和比表面积 顾考虑其他元素的回收.②高炉干灰中的锌质量 分数高达16.60%，属于中高锌粉尘，这与生产用的 表3某钢铁厂典型粉尘的粒度组成和比表面积 矿种和生产循环富集的时间有关.这类粉尘应该考 Table 3 Particle size composition and specific surface area of typical dust from a steel plant 虑使用回转窑等火法工艺进行Zn元素的回收利用 Specific 由表1可知，钢铁厂产生的一次尘泥中Fe、 Type Xidum Xsoum Xgo/μm surface area/(m2.g) C、Zn、K、Na和碱性金属的含量较高，In、Bi、Sn、 Blast furnace dry ash 3.940 17.041 58.550 0.730 Cd等有价元素和稀散元素的含量很低，不容易检 Converter OG Mud 0.631 1.207 2.508 6.521 测到.随着处理工艺的发展，以回转窑、转底炉为 Rolling line sludge 3.772 27.846 84.268 0.667 代表的火法工艺可以完成对In、Bi、Sn、Cd等有 Electric furace ash 0.8881.941 4.068 4.350 价元素的进一步富集，这使得尘泥的全量资源化 Notes:Xio is the particle size corresponding to a cumulative particle size 利用成为可能.尘泥中Zn、Pb等有价元素在回转 distribution of 10%of the sample;Xso is the particle size corresponding to a cumulative particle size distribution of 50%of the sample;Xo is the 窑或转底炉中经过反应后会在烟尘中富集，烟尘 particle size corresponding to a cumulative particle size distribution of 处理后得到的粉尘，称之为二次灰26-刃通过对河 90%of the sample. 北某厂的回转窑二次灰取样检测，得到二次灰中 从表3中可以看出：①钢铁冶金尘泥的粒径 有价元素的含量如表2所示 很细，在1~90m之间.②这些粉尘粒度小，流动 表2某厂二次灰的化学成分（质量分数） 性好，会造成空气污染，危害一线工作人员健康0 Table 2 Chemical composition of secondary ash from a factory % ③转炉灰、转炉OG泥、电炉灰粒度相对更细，平 Zn Pb Bi n Sn Cd 均粒度中值直径为3.166um.转炉OG泥的颗粒粒 49.150 6.4100.2400.042 0.3500.073 度最细，比表面积最大，达到6.521m2g 13尘泥物相组成特性 由表2可知，尘泥经过以回转窑为代表的火法 资料研究表明0-3训，钢铁治金尘泥中的主要物 工艺处理后，Zn、Pb、In、Bi等有价元素和稀散元 相为Fe、碱金属和碱土、C以及一些Zn、Pb、In、 素得到了大幅度的富集.众所周知，In、Bi等有价 Bi等有色金属.其中铁主要以氧化亚铁(FCO)、氧 元素在自然界储量有限，属于战略资源，对于国家 化铁(Fe,O3)、四氧化三铁(Fe,O4)和单质金属铁 的发展非常重要.这些有价元素和稀散元素在自然 的形式存在；碱金属和碱土主要以氯化钙、氯化 界中含量极低，它们在钢铁产业流程的尘泥中进 钠、氯化钾和氧化钙、氧化镁形式存在；碳则主要 行了一次富集，但不足以规模化和经济化回收利 为焦炭粉末和部分未燃煤粉；一些Zn、Pb、In、Bi、 用.尘泥的火法处理使它们二次富集，并且钢铁尘 Sn、Cd等有色和稀有金属除了以氧化物形式存在 泥体量巨大，这为尘泥的有价组分全量资源化利用 外，还以复杂含铁氧化物的形式出现，如Fe,O,Zn 创造了有利条件.尘泥的全量化利用使提取的有 2火法处理工艺 价元素和稀散元素成为国家战略资源的重要支撑 12尘泥粒度特性 2.1火法工艺中有价元素脱除的基本原理 不同工序产生的钢铁冶金尘泥在成分上存在 钢铁企业回收利用钢铁冶金尘泥应用最广泛平均质量分数为 46.79%，具有很高的利用价值，处 理这类粉尘时应该主要考虑 Fe 元素的回收，再兼 顾考虑其他元素的回收. ② 高炉干灰中的锌质量 分数高达 16.60%，属于中高锌粉尘，这与生产用的 矿种和生产循环富集的时间有关. 这类粉尘应该考 虑使用回转窑等火法工艺进行 Zn 元素的回收利用. 由表 1 可知 ，钢铁厂产生的一次尘泥中 Fe、 C、Zn、K、Na 和碱性金属的含量较高，In、Bi、Sn、 Cd 等有价元素和稀散元素的含量很低，不容易检 测到. 随着处理工艺的发展，以回转窑、转底炉为 代表的火法工艺可以完成对 In、Bi、Sn、Cd 等有 价元素的进一步富集，这使得尘泥的全量资源化 利用成为可能. 尘泥中 Zn、Pb 等有价元素在回转 窑或转底炉中经过反应后会在烟尘中富集，烟尘 处理后得到的粉尘，称之为二次灰[26−27] . 通过对河 北某厂的回转窑二次灰取样检测，得到二次灰中 有价元素的含量如表 2 所示. 表 2 某厂二次灰的化学成分（质量分数） Table 2   Chemical composition of secondary ash from a factory % Zn Pb Bi In Sn Cd 49.150 6.410 0.240 0.042 0.350 0.073 由表 2 可知，尘泥经过以回转窑为代表的火法 工艺处理后，Zn、Pb、In、Bi 等有价元素和稀散元 素得到了大幅度的富集. 众所周知，In、Bi 等有价 元素在自然界储量有限，属于战略资源，对于国家 的发展非常重要. 这些有价元素和稀散元素在自然 界中含量极低，它们在钢铁产业流程的尘泥中进 行了一次富集，但不足以规模化和经济化回收利 用. 尘泥的火法处理使它们二次富集，并且钢铁尘 泥体量巨大，这为尘泥的有价组分全量资源化利用 创造了有利条件. 尘泥的全量化利用使提取的有 价元素和稀散元素成为国家战略资源的重要支撑. 1.2    尘泥粒度特性 不同工序产生的钢铁冶金尘泥在成分上存在 一些差异，在粒径分布上也有很大不同，表 3 [28−29] 显 示了某钢铁厂典型粉尘的粒度分布和比表面积. 表 3 某钢铁厂典型粉尘的粒度组成和比表面积 Table  3    Particle  size  composition  and  specific  surface  area  of  typical dust from a steel plant Type X10/μm X50/μm X90/μm Specific surface area/(m2 ·g−1) Blast furnace dry ash 3.940 17.041 58.550 0.730 Converter OG Mud 0.631 1.207 2.508 6.521 Rolling line sludge 3.772 27.846 84.268 0.667 Electric furnace ash 0.888 1.941 4.068 4.350 Notes: X10 is the particle size corresponding to a cumulative particle size distribution of 10% of the sample; X50 is the particle size corresponding to a cumulative particle size distribution of 50% of the sample; X90 is the particle size corresponding to a cumulative particle size distribution of 90% of the sample. 从表 3 中可以看出：① 钢铁冶金尘泥的粒径 很细，在 1～90 μm 之间. ② 这些粉尘粒度小，流动 性好，会造成空气污染，危害一线工作人员健康[30] . ③ 转炉灰、转炉 OG 泥、电炉灰粒度相对更细，平 均粒度中值直径为 3.166 μm. 转炉 OG 泥的颗粒粒 度最细，比表面积最大，达到 6.521 m2 ·g−1 . 1.3    尘泥物相组成特性 资料研究表明[30−31] ，钢铁冶金尘泥中的主要物 相为 Fe、碱金属和碱土、C 以及一些 Zn、Pb、In、 Bi 等有色金属. 其中铁主要以氧化亚铁（FeO）、氧 化铁（Fe2O3）、四氧化三铁（Fe3O4）和单质金属铁 的形式存在；碱金属和碱土主要以氯化钙、氯化 钠、氯化钾和氧化钙、氧化镁形式存在；碳则主要 为焦炭粉末和部分未燃煤粉；一些 Zn、Pb、In、Bi、 Sn、Cd 等有色和稀有金属除了以氧化物形式存在 外，还以复杂含铁氧化物的形式出现，如 Fe2O4Zn. 2    火法处理工艺 2.1    火法工艺中有价元素脱除的基本原理 钢铁企业回收利用钢铁冶金尘泥应用最广泛 表 1 某钢铁厂典型粉尘的化学成分（质量分数） Table 1  Chemical composition of typical dust in a steel plant % Type TFe SiO2 CaO MgO Al2O3 K Na C Zn Sintering head ash 28.50 3.00 5.20 1.00 1.70 26.20 1.36 2.25 1.12 Blast furnace dry ash 17.03 2.87 2.18 0.70 2.49 0.76 0.28 34.00 16.60 Converter OG mud 58.19 1.98 10.28 3.47 1.83 0.19 0.21 1.65 0.25 Rolling line sludge 71.73 1.39 0.02 0.03 1.19 0.14 0.36 1.12 0.13 Electric furnace ash 44.73 2.06 2.92 1.38 0.56 1.32 1.32 1.14 2.61 王静松等： 钢铁产业集聚区难处理尘泥处理与全量资源化利用进展 · 1739 ·