·1738 工程科学学报，第43卷，第12期 achieve multicomponent cascade separation and full utilization.The full resource utilization of metallurgical dust and sludge in iron and steel enterprises provides a reference. KEY WORDS iron and steel industry agglomeration area;iron and steel metallurgical dust and sludge;full-scale resource utilization; rarefied elements:combined process 钢铁冶金尘泥是钢铁工业生产过程中产生的 响.第3个阶段是利用尘泥中的C元素，对Fe、Zn 固体废弃物，它的产量一般为粗钢产量的8%~ 等元素回收.随着国家环保法规和产业政策的要 12%-],如果不加以处理利用，会造成严重的环境 求，尘泥中In、Bi等有价元素在第4个阶段也要进 污染和资源浪费据国家统计局公布的数据， 行回收.钢铁冶金尘泥直接堆放或者填埋会污染 中国粗钢产量在2020年达到10.65亿吨，那么钢 环境，并且造成资源浪费，使用烧结法虽然投入 铁冶金尘泥的产量为1亿吨左右6刀钢铁治金尘 少、见效快，但存在处理量不大、影响高炉顺行等 泥不仅体量庞大，而且含有丰富的Fe、C、Zn、Pb、 弊端.物理法工艺处理钢铁冶金尘泥效率较低，一 K、Na等有价成分和Ca、Mg、Si、Al等可重复利 般只能作为火法工艺与湿法工艺的预处理工序4- 用的碱金属物质，部分尘泥还含有可以提取的I、 湿法工艺存在单元流程多，成本较高等问题火 Bi、Sb、Cd、Sn及其他稀有金属⑧-ッ尘泥的无害化 法处理工艺一定程度上可以实现F、C、有价元素 处理虽然能减少对环境的污染，但尘泥中有价元 的资源化利用.但存在回转窑结圈、转底炉能源 素没有回收利用，造成严重的资源浪费 利用率不高、前期投资大等问题8-9火法-湿法 在工业发达国家，强势产业通常都采用集聚 联合处理工艺虽然有优势，但回转窑结圈、转底炉 发展的模式，如IT巨头聚集地的美国硅谷、5G产 金属化球团强度波动，湿法工艺的单个有价元素 业聚集地的粤港澳大湾区都是相互关联的企业在 的回收率不高等问题依然存在202)] 特定区域集聚发展的结果.钢铁产业的集聚主要 多种有价组分联合提取已具备一定的技术水 依赖于原料指向，具备节约土地、综合利用资源等 平，但还需完善提高.在此基础上，提出根据各自 优势-)钢铁产业集聚区固废是由于钢铁产业 成分特征进行各种尘泥间的协同搭配、单元技术 在特定区域空间上集聚，使得其具备体量大，规模 间的科学耦合和系统集成，实现多组分梯级分离 化协同处理回收效益高等特征.同一钢铁产业集 和全量利用的方案.北京科技大学获得了国家十 聚区的原料品质相对稳定，产业集聚区固废的成 三五重点研发计划固废资源化项目的支持，开展 分等指标在一个可控的范围内波动.这为产业集 钢铁冶炼难处理渣尘泥协同处理利用与生态链接 聚区固废的产业化处理及全量化回收创造了较好 技术集成开发及工程示范建设 的前提 1 钢铁冶金尘泥理化特性 钢铁产业集聚区固废同样具备不同物料之间 协同处理，降碳增效的优势.比如，集聚区含碳较 1.1尘泥来源与种类 高的尘泥和含碳废渣可以作为“能源”物料，尘泥 钢铁冶金尘泥按产生工艺环节的不同可分为 处理后得到的重金属粉尘可以交由附近的制锌厂 烧结灰、高炉尘泥、转炉尘泥、电炉粉尘、轧钢污 等治金企业再利用，含碱金属物质的废渣让建材 泥等。由于生产工序的不同，这些尘泥表现出来的 企业进行再利用.一方面，钢铁产业集聚区尘泥具 性质差异有较大差别，具体表现在化学成分、物相 备相对集中、总量巨大、综合经济效益更好、社会 组成、粒度分布等方面.不同工序产生的钢铁冶 效益更高、处理的污染更少的优点，这是分散处理 金尘泥应该根据自身的特性选择合适的回收处理 无法比拟的优势：另一方面，钢铁产业集聚区尘泥 工艺，这样才能达到尘泥高效资源化利用的目标 种类多样、成分复杂，需要回收的元素种类较多且 需要注意的是，电炉粉尘中含铬的不锈钢粉尘被 元素相态组成差异较大，这是处理该类尘泥的 列人《国家危险废弃物名录》，需要严格按照国家 难点 危险废弃物处理流程和相关章程依法处理，不能 钢铁尘泥资源化处理大致分为4个阶段.第 按照一般工业固体废弃物处理方式处理.不同尘 1个阶段主要针对Fe元素进行回收.第2个阶段 泥的化学成分如表1所示24-2 是回收铁兼顾消除Z、Pb对钢铁冶炼主流程的影 从表1可以看出：①含铁粉尘中铁含量较高，achieve multicomponent cascade separation and full utilization. The full resource utilization of metallurgical dust and sludge in iron and steel enterprises provides a reference. KEY WORDS    iron and steel industry agglomeration area；iron and steel metallurgical dust and sludge；full-scale resource utilization； rarefied elements；combined process 钢铁冶金尘泥是钢铁工业生产过程中产生的 固体废弃物，它的产量一般为粗钢产量的 8%～ 12% [1−2] ，如果不加以处理利用，会造成严重的环境 污染和资源浪费[3−5] . 据国家统计局公布的数据， 中国粗钢产量在 2020 年达到 10.65 亿吨，那么钢 铁冶金尘泥的产量为 1 亿吨左右[6−7] . 钢铁冶金尘 泥不仅体量庞大，而且含有丰富的 Fe、C、Zn、Pb、 K、Na 等有价成分和 Ca、Mg、Si、Al 等可重复利 用的碱金属物质，部分尘泥还含有可以提取的 In、 Bi、Sb、Cd、Sn 及其他稀有金属[8−9] . 尘泥的无害化 处理虽然能减少对环境的污染，但尘泥中有价元 素没有回收利用，造成严重的资源浪费[10] . 在工业发达国家，强势产业通常都采用集聚 发展的模式，如 IT 巨头聚集地的美国硅谷、5G 产 业聚集地的粤港澳大湾区都是相互关联的企业在 特定区域集聚发展的结果. 钢铁产业的集聚主要 依赖于原料指向，具备节约土地、综合利用资源等 优势[11−13] . 钢铁产业集聚区固废是由于钢铁产业 在特定区域空间上集聚，使得其具备体量大，规模 化协同处理回收效益高等特征. 同一钢铁产业集 聚区的原料品质相对稳定，产业集聚区固废的成 分等指标在一个可控的范围内波动. 这为产业集 聚区固废的产业化处理及全量化回收创造了较好 的前提. 钢铁产业集聚区固废同样具备不同物料之间 协同处理，降碳增效的优势. 比如，集聚区含碳较 高的尘泥和含碳废渣可以作为“能源”物料，尘泥 处理后得到的重金属粉尘可以交由附近的制锌厂 等冶金企业再利用，含碱金属物质的废渣让建材 企业进行再利用. 一方面，钢铁产业集聚区尘泥具 备相对集中、总量巨大、综合经济效益更好、社会 效益更高、处理的污染更少的优点，这是分散处理 无法比拟的优势；另一方面，钢铁产业集聚区尘泥 种类多样、成分复杂，需要回收的元素种类较多且 元素相态组成差异较大，这是处理该类尘泥的 难点. 钢铁尘泥资源化处理大致分为 4 个阶段. 第 1 个阶段主要针对 Fe 元素进行回收. 第 2 个阶段 是回收铁兼顾消除 Zn、Pb 对钢铁冶炼主流程的影 响. 第 3 个阶段是利用尘泥中的 C 元素，对 Fe、Zn 等元素回收. 随着国家环保法规和产业政策的要 求，尘泥中 In、Bi 等有价元素在第 4 个阶段也要进 行回收. 钢铁冶金尘泥直接堆放或者填埋会污染 环境，并且造成资源浪费. 使用烧结法虽然投入 少、见效快，但存在处理量不大、影响高炉顺行等 弊端. 物理法工艺处理钢铁冶金尘泥效率较低，一 般只能作为火法工艺与湿法工艺的预处理工序[14−16] . 湿法工艺存在单元流程多，成本较高等问题[17] . 火 法处理工艺一定程度上可以实现 Fe、C、有价元素 的资源化利用. 但存在回转窑结圈、转底炉能源 利用率不高、前期投资大等问题[18−19] . 火法‒湿法 联合处理工艺虽然有优势，但回转窑结圈、转底炉 金属化球团强度波动，湿法工艺的单个有价元素 的回收率不高等问题依然存在[20−23] . 多种有价组分联合提取已具备一定的技术水 平，但还需完善提高. 在此基础上，提出根据各自 成分特征进行各种尘泥间的协同搭配、单元技术 间的科学耦合和系统集成，实现多组分梯级分离 和全量利用的方案. 北京科技大学获得了国家十 三五重点研发计划固废资源化项目的支持，开展 钢铁冶炼难处理渣尘泥协同处理利用与生态链接 技术集成开发及工程示范建设. 1    钢铁冶金尘泥理化特性 1.1    尘泥来源与种类 钢铁冶金尘泥按产生工艺环节的不同可分为 烧结灰、高炉尘泥、转炉尘泥、电炉粉尘、轧钢污 泥等. 由于生产工序的不同，这些尘泥表现出来的 性质差异有较大差别，具体表现在化学成分、物相 组成、粒度分布等方面. 不同工序产生的钢铁冶 金尘泥应该根据自身的特性选择合适的回收处理 工艺，这样才能达到尘泥高效资源化利用的目标. 需要注意的是，电炉粉尘中含铬的不锈钢粉尘被 列入《国家危险废弃物名录》，需要严格按照国家 危险废弃物处理流程和相关章程依法处理，不能 按照一般工业固体废弃物处理方式处理. 不同尘 泥的化学成分如表 1 所示[24−25] . 从表 1 可以看出: ① 含铁粉尘中铁含量较高， · 1738 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期