钢铁企业烧结机头灰提盐工艺实践.pdf

钢铁企业烧结机头灰提盐工艺实践刘敬东，李军希，孙莹（安阳钢铁集团有限责任公司，河南安阳455004）摘要：为实现烧结机头灰资源的综合利用，分析了钢铁企业烧结机头灰的来源性质，以及其返回烧结使用时所含K、Na、Cl 等元素对冶炼工序的危害，并以某钢铁企业为例，重点论述该企业的机头灰提盐工艺实践，阐述了除尘灰资源循环利用的意义。关键词：烧结机头灰；提盐；工艺实践中图分类号：TF802.67文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）09-0135-020引言烧结机头灰是钢铁企业烧结烟气通过大烟道再到电除尘器中捕捉下来的，含有 K、Na 等元素。如果返回烧结使用，会形成碱金属富集，造成烧结“糊篦条”，引起烧结矿产量及质量的降低1-2；此外，烧结机头灰进入高炉系统内因碱金属富集，导致高炉炉底、炉衬被侵蚀，严重影响高炉使用寿命，危害高炉冶炼的正常生产。随着高炉冶炼技术的发展，K、Na 和 Zn 对高炉生产的危害性越来越被受到重视3-4，含有害元素较多的除尘灰无法实现内部循环使用，造成堆积。中部某钢铁企业 2022 年建设了 2 万 t 烧结机头灰提盐生产线。机头灰脱除 K、Na、Cl 元素后返回烧结系统使用，提取 K、Na、Cl 等元素做成产品后进行外售，实现了烧结机头灰资源的综合利用。1烧结机头灰的化学组成特点该企业共有 3 台烧结机，年产生烧结机头灰量约2 万 t。烧结机机头电除尘设备由多个电场串联组成，由于电除尘器工作效率及粉尘特性等原因，各电场所收集除尘灰的化学组成有一定的差别，各电场所收集的除尘灰量如表 1 所示。收稿日期：2023-06-19第一作者简介：刘敬东（1971），男，河南信阳人，毕业于东北大学，本科，高级工程师，主要从事钢铁冶金固废的处置和综合利用相关工作。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.051表 13 台烧结机各机头除尘灰成分统计表品名w（TFe）/%w（SiO2）/%w（Al2O3）/%w（CaO）/%w（MgO）/%w（P）/%w（MnO）/%w（S）/%w（TiO2）/%w（K2O）/%w（Na2O）/%w（Zn）/%w（Pb）/%一机头除尘灰34.181.321.183.420.260.0190.121.4180.0913.012.800.120.45二机头除尘灰20.380.681.011.950.200.0140.061.6610.0316.843.600.171.35三机头除尘灰15.600.310.741.040.200.0110.051.9260.0118.493.850.201.98四机头除尘灰16.160.330.751.120.200.0110.052.1030.0118.923.920.201.96烧结机头电除尘器从第一到第四电场，机头灰中的 Fe 含量逐步降低，K、Na 含量逐步上升。Fe 的主要存在形式是 Fe2O3和 Fe3O4，K 和 Na 的主要存在形式为 KCl 和 NaCl，还有部分 CaCl2、MgCl2、PbCl2、ZnCl2等氯化物。在高温还原气氛下，部分含有碱金属元素的复杂硅铝酸盐会发生分解反应及还原反应，与 CaCl2再次反应而生成 KCl 和 NaCl5。2湿法提盐工艺湿法提盐工艺主要包括搅拌浸出、固液分离、滤液净化和蒸发结晶等。具体流程：采用吸排罐车将烧结机头灰自产生部位送至除尘灰原料储存仓，除尘灰仓内的物料经给料输送至漂洗浸出池内进行搅拌混合、洗涤浸取处理，使钾、钠元素充分溶解于溶液中，控制溶液内钾、钠含量合格后，通过输送泵送至一级压滤单元进行固液分离，过滤后的滤饼经过烘干、破碎等工序，制备成合格的烧结料返回烧结配料回用；滤液进入化学沉淀罐，加入 Na2CO3及重金属捕收剂等药剂，经过精制、除杂过滤、二级压滤后进入清液储存池，清液经输送泵送进多效蒸发系统进行分级蒸发结晶，结晶体经离心机离心分离得到氯化钾、氯化钠颗粒，实现钠和钾元素的回收；将回收的成品包装后外销；余下的废水经处理后返回循环利用。某企业烧结机头灰提盐工艺流程如图 1 所示。接收、洗涤、浸取系统包括除尘灰仓、螺旋输送机、浸出池、搅拌机、输送泵等。其中搅拌机是除尘灰浸出的核心工艺装备，为确保钾、钠元素能充分快速生产实践山西冶金E-mail:第 46 卷图 1某企业烧结机头灰提盐工艺流程图溶解，设置 3 台顶入式搅拌机，采用防腐衬胶桨叶。固液分离系统包括一级压滤机、富液存储池、富液排出泵，二级压滤机、滤渣间等。其中一级压滤处置浸出液，二级压滤处置净化除杂后的清液，两级压滤均使用厢式隔膜压滤机。滤液净化除杂系统包括化学沉淀罐、搅拌器、排出泵、药剂间、清液缓冲池、清液储存罐、排出泵等。主要是通过加入药剂对一级压滤后的滤液进行化学沉淀除杂，将除杂后的清液存储待用。蒸发结晶及离心分离系统包括加热室、分离室、冷凝器、旋流器、离心机、冷却塔、存储罐、母液槽以及配套的输送泵系统。主要对制备的清液采用蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离的方式生产氯化钾、氯化钠等产品。滤饼烘干系统包括浸取渣的储存、输送、破粹、烘干、输送等设备。主要对压滤后产生的富铁滤渣进行烘干，以满足返回烧结配料的含水量要求。对经离心机分离出的氯化钾、氯化钠等产品进行装袋包装，并设置存储仓库，定期对外销售。3环境治理在粉尘处理环节，采用仓顶除尘器对粉尘进行过滤，粉尘经反吹回落到灰仓中，使出口粉尘排放质量浓度10mg/m3；在噪音处理环节，噪音经过安装减震垫、隔声罩和距离衰减后，实现岗位噪音达标；在蒸汽处理环节，采用冷凝器对蒸汽进行冷凝后循环使用，无蒸汽外排；废水则经除杂处理后循环使用，无废水外排。4存在问题及改进二烧一电场部分机头灰颗粒较大，无法进入系统进行处置；前期堆存的吨包烧结机头灰中存在板结、杂物垃圾、颗粒较大、吨包袋损坏等问题，还不能直接进入系统，需要进行预处理。因氯离子含量高，前期设备和管道腐蚀较快。通过不断摸索，把管道更换为 PVDF 材质，泵类设备采用具有耐磨、耐腐性能合金材质，蒸发结晶系统本体材质由 2205 不锈钢更换为钛材，可基本解决管道腐蚀、泵轮磨损和结晶器腐蚀的问题，维持了系统的稳定运行。KCl 和 NaCl 在不同温度下的溶解度相差较大。据此，把净化后的滤液进行蒸发，可实现两种盐的分离。在试生产阶段，一方面由于盘干机刚投入使用，离心机下料速度不是很均匀，瞬间处理负荷过大；另一方面由于钾、钠未分离，盐均从氯化钠侧通道产出，加大了处理负荷，造成堵塞。通过及时对运行参数进行调整及对工艺不断完善，基本解决了下料不均匀问题。1）离心机运行不稳定。溶液浓度高，易造成离心机震动大、卡死，溶液浓度低，降低了生产效率。2）加药速度慢。除重、除杂环节需要添加软化剂、重捕剂、絮凝剂，三种药剂需要依次加入，受限于管径小，加药时间为 1 h 40 min 左右。通过完成进料系统改造，提前配药，实现了连续加药，缩短了加药时间，提高了加药效率。3）板框运行、清洗滤布频繁。3 号板框因为絮凝剂堵滤布、溶液浓度低，过滤速度较慢，需要定期冲洗滤布，冲洗滤布一般需要 3 h，增加了系统水负荷。通过制定清洗滤布周期，提高板框（特别是 3 号板框）过料速度，冲洗滤布使用内部循环水，减少了系统水负荷。进入蒸发器前的液体浓度越高，液体量越小，蒸发成本越低。通过提前化验灰的成分进行分类处理，并根据不同浓度控制滤液的循环次数，从而提高滤液浓度，降低滤液处理量6。5工艺效果该生产线于 2022 年投产，目前可以稳定处置企业内部产生的烧结机头灰，每处置 1 t 灰，KCl 盐和 NaCl盐的提取率约为 21%，作为产品外售，产生的滤饼86%返回烧结系统配料使用。产品检验指标如表 2 所示。表 2提盐工艺产品检验情况滤饼KCl 盐NaCl 盐w（K2O）/%w（Na2O）/%w（K+Na+）/%含水率/%w（K2O）/%w（NaCl）/%2.060.532.1019.7660.2091.04水罐除杂药剂罐蒸汽冷凝器返烧结破碎、烘干滤渣滤渣烧结灰蒸汽罐车输送NaClKCl原料仓搅拌罐一级压滤除杂罐二级压滤中间罐多效蒸发离心机（下转第 167 页）136窑窑2023 年第 9 期滤饼碱金属残留 w（K+Na+）为 2.10%，达到3%的设计要求，平均含水率为 19.76%，小于 20%的指标要求；KCl 盐中平均 w（K2O）为 60.20%；NaCl 盐中平均 w（NaCl）为 91.04%。滤饼碱金属残留、含水率、钾盐、钠盐纯度均能达到设计要求。6结语钢铁冶金企业采用烧结机头灰提盐工艺，将机头灰中的 K、Na、Cl 元素提取出来，有效缓解了 K、Na 元素富集对烧结、炼铁工序造成的危害，实现了机头灰在钢铁企业内部冶炼工序的循环利用。此外，将产生的 KCl、NaCl 对外销售成为了新的经济增长点，从根本上解决了“固废不出厂”的问题。参考文献1刘月建，吕文，关红兵，等.安钢 1#烧结机解决篦条糊堵的实践J.河南冶金，2019，27（4）：39-41.2张传炳.九钢烧结机炉篦条糊堵现象的原因分析及解决措施J.福建冶金，2018（3）：20-22.3蔡皓宇，陈辉，张勇，等.入炉碱负荷与焦炭劣化的关系J.中国冶金，2015，25（12）：17-21.4朱斌，周进东，赵龚池，等.高炉内锌的赋存形式及对烧结矿性能的影响J.钢铁，2020，55（8）：130-139.5毛瑞，张建良，刘征建，等.钢铁流程含铁尘泥特性及其资源化J.中南大学学报，2015，46（3）：775-784.6于恒，黄细聪，李科，等.钢铁企业除尘灰综合利用与展望J.矿产保护与利用，2021，41（4）：164-169.（编辑：武倩倩）Practice of Salt Extraction Process for Sintering Machine Head Ash in Iron and SteelEnterprisesLiu Jingdong,Li Junxi,Sun Ying（Anyang Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Anyang Henan 455004,China）Abstract:In order to achieve comprehensive utilization of sintering machine head ash resources,the source and properties of sinteringmachine head ash in steel enterprises were analyzed,as well as the harm of elements such as K,Na,Cl contained when it is returned forsintering use to the smelting process.Taking a certain steel enterprise as an example,the salt extraction process practice of the machine headash in the enterprise was mainly discussed,and the significance of recycling dust removal ash resources was expounded.Key words:sintering machine head ash;salt extraction;process practice（上接第 136 页）了浇铸稳定性，但延长了浇铸时间增加了整体能耗。改进方法是设定起包速度，以最高速起包，当浇铸到25 kg 铜时切换到第 2 阶段快速浇铸。减少第 2 阶段速度影响范围，浇铸人员可调第 2阶段速度，因个人操作习惯的原因，有时调整过快，造成人为给系统制造较大干扰，降低第 2 阶段速度影响范围由原来 100 kg 降低为 50 kg。4结论1）该炉出铜 862 块，不合格 2 块，不合格率 0.23%，浇铸主要集中在4 kg 之间，且 0 误差块数较多。上述改造基本实现了减少浇铸重量波动，稳定浇铸重量的目标。2）浇铸阳极板不仅可以提高阳极板合格率，还可以降低车间成本、防止能源浪费、提高阳极板产量、降低下道工序电解的处理难度。参考文献1刁松伟.提高倾动炉圆盘浇铸效率J.铜业工程，2020（4）：70-74.2李刚，袁春峰，刘军.浅谈国产圆盘浇铸机控制系统的改进J.有色冶金设计及研究，2010（2）：25-26.3田先明，高达文.阳极板双型浇铸系统适用性改造J.世界有色金属，2019（5）：180-181.4戚振昆.M16 铜阳极板圆盘浇铸机动力学仿真与传动机构参数优化D.赣州：江西理工大学，2016.5曾庆元，李建明.一种全自动定量单圆盘阳极浇铸设备：CN201510005589.9P，2015-06-10.6施贤蛟，闻宝民.自动定量浇铸技术国产化的研究与应用J.有色冶炼，2000（1）：20-23.（编辑：杨光辉）Technical Improvement for Improving the Single Weight Qualification Rate of Cast AnodePlateQu Yong,Yuan Zhenzhong（Guixi Smelter,Jiangxi Copper Group Co.,Ltd.,Guixi Jiangxi 335424,China）Abstract:This article introduces the basic structure and principle of quantitative casting of copper discs in tilting furnaces,analyzes the highrate of single weight rejection of anode plates,and based on the analysis,proposes methods to improve the single weight rejection rate ofanode plates.Optimize the casting curve of the casting package,change the self-learning method of the anode plate,and introduce PIDadjustment method to effectively improve the single weight qualification rate of the anode plate.Key words:disc;quantitative casting;unqualified single weight;casting curve;speed;improvement屈勇，等：提高浇铸阳极板单重合格率的浇铸定量优化167窑窑