冶金企业的资源循环利用

国外的转底炉
厂 名
INMETCO Ameri-Steel
外径
m
底宽
m
金属化 率 ％ 96 90 85 90 80 70 － 85
产能
104 t/y
投资
USD/t/y
投产时 间 年 1978 1997 1998 2000 2000 2002 2001 2001
16.7 － 50 21.5 24 － 15 8.5
4）转底炉法
适合处理低锌粉尘
5）熔融还原法
适合处理低锌粉尘
烧结电除尘灰： 烧结电除尘灰，KCl含量高达20%以上， 还有较高含量的NaCl 不适合直接作冶金原料，冶金原料限制K、Na含量 5kg(K+Na)/吨铁 烧结电除尘灰是优质K资源 提K后，粉尘可作烧结原料
烧结电除尘提K方法
自来水 浸出 烧结除尘灰 SDD&KF
换热器 转底炉
转底炉剖视图
转底炉剖面图
压 球 机
未焙烧的生球
金属化的球团矿
转底炉含炭球团主要反应
3Fe2O3 +CO = 2Fe3O4 + CO2 2Fe3O4 + 2CO = 6FeO + 2CO2 6FeO + 6CO = 6Fe + 6CO2 9CO2 + 9C = 9CO 3Fe2O3 + 9C = 6Fe + 9CO CO+O2=CO2 (提供能量）
第三节 炉渣的循环利用
1. 高炉渣的利用
1）高炉渣成份
CaO% 普通 渣 含钛 渣 SiO2% MgO% Al2O3% TiO2% CaO/SiO2 0.96-1.1
(摩尔比1.5)
熔化温度 ℃ 1307-1313
42-44 40-44 27-28 22-24
6.5-7.5 7-8 7.6-8.3 14-15 25-27
0.8 1.8 2.8 2.8
1.0 1.0 7.0 7.0
－ 85 85 90
1992 1996 2002 2003
山西转底炉进料侧图像
新日铁转底炉处理冶金粉尘
新日铁转底炉情况 新日铁转底炉情况
指标 金属化球团指标
金属化率：70％ 球团强度: 10MPa 脱锌率： 80～90％
加入高炉
加入量：28Kg/hm 燃料节约：6.1Kg/hm ( 0.23kg/kg-DRI )
轧 钢
生活有机质垃圾
大循环
北京科技大学“生态与循环冶金” 教育部重点实验室
冶金矿 产资源 高效与 生态化 利用
冶金生 产过程 的清洁 高效化
冶金二 次资源 的循环 利用
社会废 弃物在 冶金过 程的循 环利用
第二节 粉尘的循环利用
1. 钢铁冶金粉尘的物性
钢铁冶金粉尘数量： 钢铁冶金过程，各类粉尘的产生量总和一般为 钢产量的8%－12% 烧结粉尘 高炉粉尘 转炉粉尘 电炉粉尘 8－15 kg/t烧结矿 20－30 kg/t铁 8－20 kg/t钢 10－20 kg/t钢
1.09-1.18 1390-1450
普通水泥主要成分的名称、化学式：硅酸三钙 、硅酸二钙 、 铝酸三钙：3CaO·SiO2,2CaO·SiO2,3CaO·Al2O3
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2）高炉渣的主要应用：
5. 循环冶金的内容
钢铁工业发展循环经济的关键是做好工业物质和能源的大、 中、小循环。 小循环―― 以铁素资源为核心的生产上下工序之间的循环， 水在各个工序内部的自循环以及各个工序生产过程中产生副 产品在本工业内的循环等。例如：炼铁总厂产生的各种除尘 灰返回本厂烧结工序。 中循环――各个生产厂之间的物质和能量循环，即下游产品 的废物返回上游工序，作为原料重新利用；或者将一个生产 厂产生的废物、余能作为其他生产厂的原料和能源。例如， 高炉渣和转炉渣作为矿渣公司生产的原料，矿渣公司产生的 废物—渣粉作为水泥厂生产水泥的原料；发电厂的粉煤灰作 为生产建材产品的原料。
各类粉尘的粒度
粉尘粒度小，小于50μm的占 绝大多数。 粉尘的流动性好，易造成二次 污染，尤其是小于5μm的粉尘 能长期悬浮于空气中
高炉粉尘粒度
转炉粉尘粒度
转炉污泥粒度
烧结电除尘灰Leabharlann 元素SCl
K
Ca
Cr 4.63
原子 比 1.42 43.95 46.25 3.76
２. 钢铁冶金粉尘的循环利用技术
中锌粉尘(Zn 15-30%) 回转窑（Waelz法），火焰反应炉，电炉，等离子炉
1）鼓风炉（ISP法）
适合与处理含锌 40-60%的原料
工艺是将高锌粉尘制成 球团，与焦碳一齐加入 加入炉内，反应如下：
ZnO + C = Zn↑ + CO ZnO + CO = Zn↑ + CO2
Zn蒸发后，用铅雨冷凝 器回收液锌。
第八章
冶金企业的资源循环利用
第一节 循环冶金的概念 第二节 粉尘的循环利用 第三节 炉渣的循环利用 第四节 废钢的循环利用 第五节 废水的循环利用 第六节 能源的循环利用 第七节 电子废弃物的循环利用
第一节 循环冶金的概念
1. 循环经济的概念
循环经济是在可持续发展的思想指导下，按照清洁生 产的方式，对能源及其废弃物实行综合利用的生产活动过 程。 它要求把经济活动组成一个“资源-产品-消费-再生资 源”的反馈式流程。其本质是一种生态经济。 它要求运用生态学规律而不是机械论规律来指导人类 社会的经济活动。基本要点是：以生态思维作经济活动全 过程的总体设计，使经济活动像生态系统那样，自我调节 控制能量流动和物质循环，做到综合、反复利用资源，变 以往末端治理污染为源头消除或最大限度减少污染，保护 2 自然环境，从而产生最大社会效益
2）竖罐蒸馏法
一种老式的火法炼锌 工艺。原料要求 Zn>40%，焦粉和含 锌原料混合制团，采 用间接加热（在罐体 外部的燃烧室用煤气 加热）。ZnO被C还原 蒸发，冷凝器回收液 锌。
3）回转窑法
适合处理含锌20%左右 的电炉粉尘 工艺：将粉尘制团与焦 碳和煤粒一齐加入回转 窑内，烧油或煤气加 热。粉尘中ZnO和PbO被 还原挥发由布袋除尘器 收集，挥发物含Zn （Zn+ZnO）+Pb 6070%，Zn回收率95%， 挥发物经处理后送到炼 锌厂。排出的含铁残渣 可少量加入电弧炉炼 钢。
4. 循环冶金的目的
冶金工业是高能耗、高水耗、高污染的产业，发展循环 冶金技术对全社会循环经济建设具有重要作用。以钢铁工业 为例，循环冶金的思路是： 进一步拓展钢铁生产功能，使其不仅具有钢铁生产功能，而 且还具有能源转换、社会部分大宗废弃物处理及为相关行业 提供原料等功能，即实现物质和能源的大、中、小循环。目 的是优化整体物流链，发展产品深加工，延伸产品链，扩展 物质的循环利用领域；提高资源和能源使用效率，即提高每 吨天然资源所能生产的钢铁产品量，以实现资源效率提高、 原材燃料消耗降低、环境改善、钢铁产品成本降低、企业市 场竞争力提高的良性循环。
4.3 － 7.0 3.75 4.0 － － 1.25
Dynamics
广田 君津1 君津2 光 加固川
－ 20 52 14 13 10 2.8 1.1
170 － 110 － － － － －
国内的转底炉
所在地 中径 m 底宽 m 产能
万吨/年
金属化 率%
投产时 间年
舞阳 鞍山 山西 河南
2.6 5.5 13.5 13.5
（1）作烧结原料返回利用 （高炉粉尘、转炉粉尘） 传统利用方法，适合低Zn、Pb、K、Na粉尘， 主要利用Fe和C）
（2）转底炉处理冶金粉尘 现代利用方法，适合各类粉尘， 不仅利用Fe和C，而且提取了有色金属Zn、Pb 并且分部分分离了K、Na 转底炉还原产品：金属化球团，作高炉原料 锌灰（70%左右的ZnO），作炼锌的原料 主反应：Fe2O3+C=Fe+CO CO+O2=CO2 副反应：ZnO+C=Zn(g)+CO (球团内部) (球团外部，提供热量) (球团内部)
钢 铁 流 程 循 环 经 济
我 国 十 一 五 启 动 了 新 一 代
能源转 换功能 冶金材料 制造功能 社会废弃物 处理功能
钢 铁 制 造 流 程
市场竞争力 资源、能源可供性 可持续发展
冶金能源循环举例
发电
电网
小循环 煤
中循环
生活 用电 工业 用电
炼 焦
铁矿
烧 结
高 炉 炼 铁
转 炉 炼 钢
（3）特殊冶金粉尘处理技术 电炉粉尘：
电炉粉尘Zn含量很高，以提取Zn为主要目的 可用下列方法将Zn气化回收Zn灰， Zn的回收率可达90%以上 副产物炉渣是主要是Fe氧化物和少量CaO、SiO2等， 副产物可作为烧结原料循环利用
粉尘种类 高锌粉尘(Zn>40%） 低锌粉尘(<10%) 火法处理方法 鼓风炉（ISP法），竖罐蒸馏法，电热竖炉法 转底炉（Inmetco法），回转窑，熔融还原法，循环 富集法
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各类典型冶金粉尘的成分
名称 TFe CaO SiO2 MgO Al2O3 C K2O Na2O Pb Zn
高炉灰 转炉灰 转炉污泥 氧化铁皮 电炉粉尘
24.2 60.7 65.6 72.2 ~36
3.5 10.5 10.3 1.9 11.0
2.0 4.4 1.9 2.1 3.2
4.2 2.5 3.5 1.5 1.5
2. 循环经济的内函
循环经济的评价原则是“3R”原则：
—“减量化”原则（Reduce)，以资源投入最小 为目标。针对产业链的输入端—资源，通过产品清 洁生产而非末端治理，最大限度地减小对不可再生 资源的耗竭性开采与利用，以替代性的可再生资源 为经济活动的投入主体，以期尽可能地减少直进入 生产、消费过程中的物质流和能源流，对废弃物的 产生和排放实行总量控制。