含铁尘泥资源化利用主要有生产回用、物理法、火法还原三类处理技术。
2.1 生产回用
Fe、C、CaO都是钢铁生产必需物料，大部分含铁尘泥均可回用生产。钢铁企业将转炉尘泥等作为烧结或球团配料，工艺装备简单，投资低见效快，不改变企业生产工艺，应用十分广泛。但含铁尘泥颗粒小，大多经高温处理和精矿粉性质差异大，转炉尘泥含水高、脱水困难，自然风干后易板结难破碎，此外还存在杂质元素含量多，连续放灰困难等问题。含铁尘泥配入比例过高会导致成球性差，烧结料透气性差，速率下降，产品稳定性差等问题。此外，K、Zn等有害元素循环富集不利于高炉生产。为克服上述问题，业内人士探索了喷浆、尘泥均质化造粒等措施。
喷浆工艺是首先将含铁尘泥在水池中采用泥浆泵搅拌成体积浓度为20%的灰浆，使用专用的泥浆泵喷入烧结料一次混合机。采用喷浆工艺一定程度上提高了除尘灰的黏结性，提高了制粒效果和烧结效果，同时可改减少粉尘转运的污染。
均质化造粒工艺是通过调节尘泥水量、充分混匀，在不添加粘结剂的条件下造粒。多采用圆盘造粒方式，粒径为3～10mm，造粒完成后添加入已经一次混合的烧结料进行配料。尘泥均质化造粒工艺改善了含铁尘泥对烧结速度、烧结矿转鼓强度、烧结矿成品率的不良影响，降低了燃料消耗，一般控制在烧结料的10%以内，过高则会降低烧结矿品位。
2.2 物理法
2.2.1 冷固球团
冷固球团是利用炼钢产生的污泥、除尘灰、氧化铁皮等为原料，石灰（ 萤石） 作为造渣剂，添加有机胶作粘结剂，采用高压挤压成型的物理方法制备球团。
冷固球团要求TFe 含量≥50%，单球强度≥800 N，成球合格率≥80%。含铁尘泥需添加氧化铁皮或精矿粉提高Fe 含量，添加水玻璃、淀粉等粘结剂提高球团强度，实际多用有机材料作为粘结剂保证钢水质量。冷固球团的生产工艺流程见图1。
图1 冷固球团生产工艺流程
冷固球团作为造渣、冷却剂回用至转炉，相比回原料厂流程短，Fe元素回收率高，化渣快，冷却效果好，可降低能耗和成本。数据表明：转炉添加冷固球团后，冶炼时间缩短11s，氧气消耗量降低1m3/t，氧化铁皮消耗量降低10kg/t，石灰消耗量降低6～8kg/t。该工艺广泛应用于宝钢、鞍钢、首钢、柳钢等企业。
2.2.2 选矿法
选矿法主要应用于含碳、含锌的含铁尘泥处理，可实现C、Zn、Fe元素的分离和富集，主要有重选、浮选和磁选3种，最为典型的为高炉瓦斯尘泥的选矿法处理。瓦斯尘泥多含有C、Fe、Zn元素，具体方法包括水力旋流方式脱锌、重选浮选脱碳和磁选选铁工艺。
瓦斯尘泥中的Zn元素集中于粒径＜20μm的细颗粒，采用水力旋流器对高炉尘泥按粒径进行分离富集。Zn含量高的细颗粒物质从旋流器顶部逸出，含Zn较低的粗颗粒物质则从旋流器底部流出。瓦斯尘泥进行加水稀释后采用水力旋流器进行处理，浓度一般为150～250kg/m3，采用两级旋流器处理，具体工艺如图2所示。经过该工艺处理可获得约30%细颗粒的高锌瓦斯泥和约70%的低锌瓦斯泥。本工艺的脱锌率为70%～80%，低锌粉尘中Zn元素含量仍在0.5%以上，脱除效果不彻底。
图2 水力旋流器铁锌分离工艺流程
浮选—重选—磁选工艺首先根据碳、铁元素的密度差通过浮选重选方式实现碳精粉的提取，再根据铁磁性实现铁精粉和尾泥的磁选分离。工艺流程见图3。该工艺处理高炉瓦斯尘泥，一般可分离获得铁品位40%以上的铁精矿粉（约55%），含碳量在70%以上的碳精粉（约30%），以及20%以上含铁约30%、含碳约15%，含Zn5%以上的尾泥。该工艺流程简单，所得铁精矿和碳精粉可以返回烧结工序回用，但仍有20%的尾泥难以利用。
图3 重选、浮选加磁选分离工艺流程
2.2.3 结晶法提KCl
烧结机头除尘灰中K、Na含量高达6%～10%，K、Na盐类易溶于水，不宜堆存，若生产回用则会造成杂质元素富集不利高炉生产。结晶法提取KCl的流程如图4所示。烧结机头灰在常温、常压下浸出，浸出液依次进行净化、浓缩结晶处理，最后获得工业级KCl产品以及其他混合盐。
浸出渣和沉淀渣可回用于烧结工序，KCl用作钾肥、混合盐可一步提取。该工艺在曹妃甸等地已投入工业化生产。
图4 烧结机头灰结晶法生产KCl 工艺流程
2.3 火法冶炼
火法冶炼通过碳还原含铁尘泥中铁氧化物，实现铁元素的利用和Zn、Pb等有色金属以及K、Na盐类的烟化分离，主要有回转窑、转底炉和竖炉3种工艺。
2.3.1 回转窑
含铁尘泥和煤粉配料后从回转窑尾加入。炉料随回转窑的旋转下行，温度逐步升高转变成半熔态。回转窑最高温度为1100～1300℃，以防止炉壁结圈。还原过程中，氧化锌被还原成为Zn蒸气，经除尘设备处理获得锌精粉。脱锌后的粉尘从回转窑出口流出，自然冷却后采用湿法磁选方式选铁。
回转窑工艺处理含锌尘泥（图5），可获得Zn品位为40%以上的锌精粉，Fe含量约55%的铁精粉，以及Fe含量约30%的尾泥。锌精粉可用于锌生产，湿磨磁选的铁精粉一般回用于冶炼生产。尾泥用于填埋或充当建材，利用水平较低。
图5 回转窑处理含锌尘泥工艺流程
2.3.2 转底炉
转底炉处理首先将含铁尘泥、粘结剂以及煤粉搅拌混匀后使用压球机进行挤压成型，烘干得到冷态球团（图6）。转底炉采用煤气加热，最高温度约1300℃。加热过程中铁锌氧化物逐步还原，旋转1周约30min出料。煤气燃烧后形成1200℃的高温气体混合挥发的Zn蒸气及烟尘，通过除尘管道输送至热交换机。过程余热采用蒸汽锅炉发电，挥发的Zn蒸气冷却随同烟尘回收得到锌精粉。
图6 转底炉处理含铁尘泥工艺流程
转底炉生产金属化球团中铁金属化率在60%以上，TFe含量60%～65%，可用作转炉炼钢用冷料。锌精粉中Zn含量在40%以上，Zn回收率约90%。余热发电量约为200kW·h/t（球团质量）。
2.3.3 竖炉
竖炉形式类似高炉，炉料从炉顶加入，需添加焦炭作为骨架和还原剂，以及热风、富氧保证冶炼温度，只是处理对象是含铁尘泥等冶金固废。
含铁尘泥和水泥、水等按比例混合挤压成块，硬化干燥后和废铁、焦炭等加入竖炉顶部。冶炼过程和高炉炼铁类似，物料随着冶炼的进行下行、升温，铁氧化物被还原成铁水（图7）。烟气经除尘可收集含锌污泥和煤气，产出的铁水经脱硫处理回用炼钢，冶炼废渣可采用水冲渣处理后用作建材。竖炉生产资源化利用率高，但整体设备、物料、运行成本也较高。
图7 竖炉处理含铁尘泥工艺流程
3 含铁尘泥资源化利用技术选择
3.1 含铁尘泥利用途径分析
含铁尘泥在Fe、C、CaO、Zn、K、Na的含量上存在差异。Fe、C、CaO都是钢铁生产必需的物料，应根据其具体性质尽量选择返回钢铁生产流程的方法。Zn、K等杂质元素不利于高炉生产，需采用专用工艺设备进行处理回收。
各工序的料仓除尘灰、转炉尘泥等杂质含量低，可直接生产回用，实现其中Fe、C、CaO的资源化利用。Zn含量高的电炉粉尘，K、Na含量高的烧结机头灰等需进行杂质元素去除，除杂后的尘泥可生产回用，富集的杂质元素如锌精粉、KCl等可高附加值利用。
3.2 生产回用工艺的选择
冷固球团和均质化造粒两种工艺设备简单，投资小，生产应用效果好，适用于杂质含量低的含铁尘泥处理。
冷固球团产品用于转炉造渣，利用含铁尘泥种的Fe、CaO资源，适用于高炉炉前出铁除尘灰、转炉料仓除尘灰、转炉尘泥等Fe、CaO含量较高的尘泥。均质化造粒产品用于烧结，Fe、C、CaO资源都能利用，除转炉尘泥、料仓粉尘等外，还可处理Zn含量低的高炉瓦斯尘泥，适用范围更广。
3.3 含铁尘泥除杂工艺的选择
含铁尘泥中杂质主要有Zn、Pb以及K、Na两类。K、Na杂质的资源化利用工艺，目前仅有结晶法生产KCl工艺得到了工业化应用，具有较高的产品附加值，是含铁尘泥中K、Na元素除杂的合适途径。
Zn、Pb杂质的去除工艺有选矿法和火法冶炼两类方法。选矿法处理规模小，有30%的尾泥不能利用，且存在废水、污泥产生量大等问题。因此，火法冶炼是Zn、Pb杂质去除的优先选择。
火法冶炼主要是转底炉、回转窑和竖炉3种工艺应用较多。
回转窑工艺投资少，是目前国内含铁尘泥脱锌应用最多的工艺，但其处理规模小，对原料Zn含量的要求高，Zn回收率低，铁元素金属化率差，尾泥产生量大，余热放散，现场环境差，排放难达标，是面临淘汰的工艺。
转底炉工艺处理规模大、原料要求低，生产效率高，Zn、Pb回收率高，金属化球团可全部利用，过程余热全部回收，烟气排放达标，是含铁尘泥除锌的合理选择。
竖炉法工艺在处理规模、资源化利用水平、余热回收以及环境排放上都具有较好的效果。但不可忽视的是竖炉结构和高炉类似，杂质元素不利于高炉运行，同样也会影响竖炉的运行。
总结可知，转底炉工艺是含铁尘泥中Zn、Pb 杂质去除的理想选择。
4 结论
1）含铁尘泥的资源化利用可分为生产回用和除杂工艺两类。钾、钠、锌等杂质元素含量低的含铁尘泥应因地制宜的生产回用；反之，杂质元素含量高的必须通过除杂处理再回用生产。
2）建议采用制备冷固球团和均质化造粒工艺用于含铁尘泥生产回用。两种工艺设备简单，投资小，含铁尘泥利用率，应用效果好。钢铁企业需根据现有生产工艺设备等具体条件进行选择。
3）对于Zn、Pb杂质含量高的含铁尘泥建议采用转底炉生产金属化球团工艺处理；K、Na杂质元素含量高的含铁尘泥建议采用结晶法生产KCl工艺处理。杂质元素经除杂富集得到锌精粉和KCl，除杂后获得金属化球团和铁精粉，资源化利用水平高。
作者：中冶建筑研究总院有限公司吴龙等返回搜狐，查看更多