摘要：钢铁冶金尘泥的高效综合利用一直是政府、研究机构和企业的焦点问题。结合钢铁冶金尘泥来源、物相组成和粒度特性，简述近年来钢铁冶金尘泥资源化综合利用技术的研究现状和应用情况，其发展方向应侧重于多种工艺技术的联合，重点向低成本、精细化、清洁化和整体化利用方向发展。

关键词：钢铁冶金尘泥；综合利用；选矿预处理；湿法萃取；火法富集

钢铁冶金尘泥是钢铁工业生产过程中排放的固体废弃物，含有丰富的铁、碳、锌、铅、铟等有价成分和钙、镁等可重复利用的碱金属物质，部分钢铁冶金尘泥还含有可以提取的铋、锑、镉、锡及其他稀有金属[1-2]。因此，钢铁冶金尘泥都是含有大量有价组分的可以深度综合利用的资源。但是传统的处置方法多为直接返回烧结，这不仅会因非铁物质的累积而影响高炉正常运行，还会增加铅、锌、镉、锑、铋等易挥发的强毒性污染物向环境中的排放[3-4]。如京津冀及周边地区集中了全世界50%以上的钢铁产能，每年产生万t以上的钢铁冶金尘泥。唐山夏季PM2.5贡献率中冶金行业就占到22.6%[5]。据统计[6-7]，钢铁冶金尘泥产生量约为粗钢产量的10%～12%。以年中国粗钢产量8.04亿t计算，当年的钢铁冶金尘泥量就达到了万～万t，加上历年堆存的数量，钢铁冶金尘泥的高效资源化利用已经成为钢铁企业必须要解决的重大问题。

随着对环保重视程度的不断提高和相关鼓励资源再生利用政策和法规的出台，国内外钢铁冶金尘泥在利用技术和途径方面均取得较大突破。钢铁冶金尘泥资源化利用产生的经济效益已经成为钢铁企业经营中重要的组成部分。一些具有前瞻性的高科技企业，如红河锌联科技发展有限公司、北京神雾环境能源科技集团股份有限公司等，以及规模较大的钢铁企业如宝钢、济钢、唐钢与莱钢等，均专门成立了非钢部门与大学、研发机构联合，进行系统的钢铁冶金尘泥资源化利用技术研究和工业应用实践，基本上攻克了传统钢铁冶金尘泥资源化利用过程中工艺水平落后、资源利用率不高和易产生二次污染的瓶颈技术难题。本文根据钢铁冶金尘泥的资源属性特点，围绕近年钢铁冶金尘泥资源化利用技术的发展和应用现状作简要述评，并对其发展方向进行分析与展望。

1钢铁冶金尘泥的物化性质

1.1来源及种类

钢铁冶金尘泥产生于钢铁冶炼的整个过程，按生产工序和收集方式的不同，钢铁冶金尘泥来源和分类情况见表1。

表1几种主要钢铁冶金尘泥化学成分（质量分数）

1.2主要物相

资料研究表明[8]，钢铁冶金尘泥中的主要物相为铁、碱金属和碱土、碳以及一些锌、铅、铟等有色和稀有金属。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；一些锌、铅、铟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。除表1所列传统钢铁冶金尘泥外，近年来烧结烟气脱硫技术的快速推广还产生了大量的烧结烟气脱硫尘泥。其中采用石灰作脱硫剂半干法脱硫在中国应用较为普遍。这种废弃物早期称为半干法脱硫石膏，而钢铁企业一般称之为“脱硫灰”。其主要物相是含有不同结晶水的亚硫酸钙和硫酸钙、碳酸钙、氢氧化钙、氯化钾、氯化钙、氯化镁等，并含有远远高出当地土壤背景值的二英类持久性有机化合物。这种“脱硫灰”是钢铁行业固体废弃物综合利用的又一新课题。本文所述的钢铁冶金尘泥主要是指高炉炼铁和炼钢环节所产生的两类产量较大的钢铁冶金尘泥。

1.3钢铁冶金尘泥粒度特性

钢铁冶金尘泥粒度主要集中为0.39～μm，其中重力除尘灰的平均粒径最粗，约为40～50μm，布袋除尘灰、转炉污泥的平均粒径相对较细，约为5～15μm。研究表明，锌、铅、铟等有色和稀有金属在高温情况下有易挥发的特点，因此多分布于细粒级钢铁冶金尘泥中，而其他铁、碳和碱金属、碱土金属成分则在粗粒级钢铁冶金尘泥中分布较多。

2冶金尘泥资源化综合利用技术研究现状

钢铁冶金尘泥因其来源不同，致使不同种类钢铁冶金尘泥中化学成分、物质组成和粒度特性有较大差异，对其高效资源化利用一直存在技术瓶颈。钢铁冶金尘泥传统的资源化利用方式多采用配入烧结系统直接回用，已经引起一些问题的出现，如有害元素富集影响高炉生产、细粒级粉尘阻碍烧结透气性和碱金属对电除尘效果的影响都制约了钢铁冶金尘泥简单地直接回收利用。此外，无止境的循环回用还导致铅、锌、铟、锑、铋、镉等毒性、强毒性物质向环境中的排放。随着对钢铁冶金尘泥资源化利用研究程度不断深入和工艺技术、设备的进步，钢铁冶金尘泥资源化综合利用技术得到快速发展。如最早国外开发出针对处理高铁高锌尘泥的冷固结造块回用高炉炼铁技术、转底炉处理高锌尘泥技术和熔融还原法处理尘泥技术等都是比较先进的。国内在借鉴国外先进技术的同时，结合自身钢铁冶金尘泥的特点，经过十几年的发展，在钢铁冶金尘泥资源化综合利用研究方面取得了较大的突破。

2.1选矿预处理回收技术

选矿预处理回收的对象主要是铁和碳，钢铁冶金尘泥中含铁矿物与其他矿物的磁性、密度差异性较大，通常采用磁选、重选的工艺技术回收。碳因其具有较好的可浮性而多采用浮选的方法回收。选矿对锌、铅等有价金属只是有富集作用，其产物尚需要进一步处理。

针对钢铁冶金湿法除尘过程添加了絮凝药剂所产生的尘泥，张晋霞等[9]研发了一种三轴黏性料浆的打散装置，利用强力搅拌复合化学分散力的方法，尘泥沉降率从90.3%下降到40.8%。采用絮团分散→旋流分级提锌→浮选提碳→重力收铁的工艺流程，最终获得了产率为16.78%、质量分数为22.32%的锌精矿，产率为29.56%、品位为57.45%的铁精矿以及产率为28.95%、固定碳质量分数为72.36%的碳精矿。有价元素提取完的尾泥物料可以作为球团的掺加料或输送至当地的烧结砖厂代替燃料，实现此类资源的整体利用。

付刚华[10]针对某钢铁公司粒度较粗、锌质量分数为4.43%、碳质量分数为18.45%的高炉瓦斯灰，采用浮-磁联合工艺进行了回收试验，获得了碳质量分数为85.17%、回收率达86.29%的焦炭精矿，锌质量分数降低为1.29%，满足返回烧结配矿利用的要求。

2.2湿法冶金回收技术

湿法冶金回收钢铁冶金尘泥中的有价组分，主要是采用化学浸出液与冶金尘泥中的锌、铅、铟、铋等有色和稀有稀散金属发生置换、电解而得到金属产品。

王玉林等[11]针对瓦斯泥中ZnO和Bi2O3在碱中溶解性差异的特点，采用先锌后铋的分步选择性浸取工艺，通过加入NH3-NH4HCO3提锌和H2SO4-NaCl提铋，获得锌、铋的收率分别为70.0%和72.0%，产品氧化锌、氯氧化铋的质量分数分别超过98%和92%。该技术另一特色是在浸取过程中采用了锌粉直接置换和在铋水解液中添加还原剂，不仅缩短工艺流程，对于消除铁质影响、提高铋的纯度也起到关键作用。

马亚丽[12]采用碱液直接浸取工艺浸出瓦斯泥中的锌成分，在浸出液和尘泥比例为1:10、碱摩尔浓度为6moL/L、两者混合反应时间为4h、反应温度为90℃左右的条件下，可以获得浸出率为81%的金属氧化锌。

2.3火法冶金回收技术

火法冶金回收钢铁冶金尘泥中的有价组分是目前最能完全资源化利用冶金尘泥中所有成分的技术。在高温强还原条件下，锌、铅、铟、铋等有色和稀有稀散金属易挥发生成新的高质量分数金属氧化物粉尘，并在烟道中加以回收，碳可以作为燃料和还原剂参与反应，铁矿物进入渣中可以采用选矿的方法加以回收，目前火法处理的主要方法包括焙烧直接还原法和熔融还原法。

何环宇等[13]采用某钢铁厂的高炉瓦斯灰和转炉污泥制备金属化球团，按照一定的配方比例将两者混合造块，充分利用了尘泥中原有的碳产生的还原气氛，直接将尘泥中的含铁矿物还原成金属铁，尘泥中含锌矿物则被还原汽化进入烟尘中收集。最终金属化球团的指标为金属化率为85%，锌质量分数小于0.04%，锌脱除率大于90%。

周渝生[14]以宝钢铁质量分数为48%～53%、锌质量分数为0.6%～5.0%的含锌含铁粉尘及瓦斯泥为研究对象，根据配比先将粉尘和瓦斯泥造球，热源来自于转炉红热钢渣，尘泥球团中的铁矿物被熔融还原成金属铁，经水冷和磁选处理后获得金属铁质量分数较高的粒铁产品。尘泥团块中的氧化锌在高温条件下被还原汽化进入烟气，通过专门的收尘设备回收。采用这种方法获得的铁、锌回收率均超过90%，与日本住友金属公司SPM法相比优势突出。

2.4湿法和火法联合回收技术

朱耀平[2]以云南某钢铁企业锌质量分数为10.5%、铅质量分数为1.0%、铟质量分数为0.%以及含有少量铋的瓦斯灰为研究对象，先采用在高温条件下将锌、铅和铟还原挥发出来，然后对锌、铟分步萃取，中性浸出锌，高温高酸浸出铟，最后采用熔炼、电解精炼获得精铟、精铋和电锌，铅则以PbSO4形式存在，质量分数约为35%。总体上铟的回收率为50%～60%，锌的回收率为70%～75%。

罗文群等[15]利用高炉炼铁瓦斯泥中的锌，采用火法富集和湿法浸取制取活性氧化锌，考察了温度、时间对火法富集产品中氧化锌质量分数和原料瓦斯泥中锌挥发率的影响，确定了富集工艺的最佳条件，即在氮气氛围下，温度从常温以10℃/min的速度升温至℃并且在℃下保持1h，得到的富集产品中氧化锌质量分数为82.24%，瓦斯泥中锌挥发率为97%。同时考察了温度、氨水用量、碳酸氢铵用量和液固比等因素对氧化锌浸取率的影响，确定的最佳工艺条件为浸取温度40℃，氨水用量为理论量的2倍，碳酸氢铵用量为理论量的2倍，液固比为4:1，浸取时间为2h，氧化锌浸取率达到99.9%。湿法制得的活性前驱体碱式碳酸锌经煅烧得到纯度为98.4%的活性氧化锌产品，氧化锌的总回收率达到95.3%。

3冶金尘泥资源化综合利用技术应用现状

对于碳、铁质量分数高的冶金尘泥，用浮选工艺分选出其中的碳，然后采用重选分选出其中的铁，锌元素在尾泥中富集供后续的锌工业作为原料使用，目前采用此工艺的钢铁企业有湘钢、柳钢、武钢、莱钢等。

对于锌质量分数高的尘泥，早在6年北京科技大学的孔令坛教授就提出采用转底炉直接还原钢铁含锌粉尘，实现铁锌分离的思想[16]。7年北京科技大学与莱钢合作建立起国内第一台年处理钢铁冶金尘泥30万t能力的转底炉工业化生产装备，并得到国家发改委“循环经济示范工程”的资助[17]。近年来，国内有多家大的钢铁公司对该项技术进行了改进性工业生产线建设，特别是像北京神雾集团、中冶集团等专业化窑炉研制企业的加入，大大加速了该项技术的产业化成熟度。

广东韶关钢铁集团为充分回收尘泥中的多种有价成分，先采用火法将尘泥、焦炭、钢渣熔剂混合造成的球团进行高温熔炼，一些低沸点的有色和稀有稀散金属如锌、铅、铋、铟等就会被汽化随炉气带出，通常金属富集比可以达到2～3倍，经专门的收尘设备回收得到高纯度的金属氧化物。为得到更纯的金属制品，汽化回收的金属氧化物采用湿法萃取、酸浸分离后获得最终金属制品。采用联合回收技术通常可以取得较高的金属回收率，如锌回收率超过72%，铋回收率超过65%，铟回收率超过50%，铅回收率超过85%，同时高炉瓦斯尘泥经熔炼炉处理后，基本上消除了其本身的有害有毒物质。

红河锌联科技发展有限公司结合有色冶金行业的最新技术针对钢铁冶金尘泥资源化综合回收自主开发的集成技术[18]，解决了脱氯、脱铁、除杂等一系列难题，最终回收出锌、铟、铋、锡、铁精矿、一次还原铁粉、碳微粉等多种产品。该技术主要有如下特点：（1）钢铁冶金尘泥可以规模化、连续化火法处理，年工作日达天以上，单台设备处理能力大；（2）解决了高氯原料难以高效湿法提取氧化锌的难题，并实现了硫酸浸出渣中高纯铟的回收利用；（3）可以生产出铅＋铋质量分数超过92%的铅铋合金，进一步采用电解精炼后可产出高纯度的电铅、富铋和粗碱；（4）能有效回收残余尘渣中的铁、碳资源，从而实现瓦斯泥整体利用和零排放。目前，红河锌联科技发展有限公司年处理能力为万t，已在云南个旧、河北唐山等地建立了16个钢铁冶金尘泥资源化综合利用基地。由于该项技术实现了高附加值有色和稀有稀散金属的深度回收，在目前铁精矿和废钢价格低迷的条件下，更加显示出其竞争力，同时大幅度减少了重金属和稀有稀散强毒性金属物质向环境中的排放。

4冶金尘泥资源化利用技术发展方向

近年来，钢铁冶金尘泥资源化利用技术的快速发展有效解决了传统钢铁冶金尘泥资源化利用过程中的技术难题，钢铁冶金尘泥的资源化利用已经成为钢铁冶金行业新的经济增长点[19]。由于钢铁冶金尘泥物相成分以及不同物相之间的相互作用非常复杂，并且来源、成分及粒度等方面的差异性较大，单一处理技术存在明显不足，火法富集-湿法萃取-选矿提质的综合利用工艺技术方案是钢铁冶金尘泥高效资源化利用的主要发展方向和趋势，在其实施应用过程中，尚需考虑以下几个方面。

4.1低成本

钢铁冶金尘泥资源化利用生产成本集中在能耗和工艺技术流程方面，低能耗和短流程是其发展的主要方向，如利用钢铁企业余热资源和采用选矿预富集、湿法萃取都具有显著的降低能耗效果。

4.2精细化

钢铁冶金尘泥大多是经过高温冶炼后产生的烟尘状物料，具有显著的高活性、比表面积大等特点，对尘泥中的活性氧化锌、亚微米级铁、碳及钙、镁进行精细化开发利用，进一步生产制备超微细充填粉体、粉末冶金材料、颜料等，将会有效提高产品的附加值。

4.3清洁化

二次粉尘和重金属污染在钢铁冶金尘泥资源化利用过程中极易发生，应严格控制二次污染物的产生。钢铁冶金尘泥中的有色金属、稀有稀散金属、贵金属以及超细颗粒物如果被排放到环境中，都属于强毒性物质，而对这些物质加以分类深度回收又都是高附加值物质。因此，实施清洁化的生产工艺对钢铁冶金尘泥资源化综合利用具有重要的作用。

4.4整体化

综合考虑钢铁冶金尘泥物化性质、矿物组成，实施低价值产品维持生产成本、高附加值产品创造利润和零排放的整体资源化利用方案，将会积极推动钢铁冶金尘泥资源化高效利用向规模化、专业化发展，并大幅度提高企业的市场竞争力。

5结语

钢铁冶金尘泥作为资源属性很强的固体废弃物，其有效的资源化利用一直是政府、研究机构和企业的焦点问题。本文结合钢铁冶金尘泥的来源、种类和粒度特性，简述了近年来钢铁冶金尘泥资源化利用技术的发展现状和应用情况。针对不同的冶金尘泥特点，选矿预处理技术、湿法萃取和火法还原冶炼等方法均有各自的优势。一些企业自主开发的新技术，如红河锌联科技发展有限公司的火法富集-湿法分离-多段集成耦合处理技术已在实际工业应用中取得较大成功。钢铁冶金尘泥资源化利用技术的未来发展，应注重引入其他行业的最新技术进步和理念，将多种工艺技术进行短流程结合，重点向低成本、精细化、清洁化和整体化方向发展。

参考文献（略）

来源于：华北理工大学牛福生等

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