1、冶金环境保护概论冶金环境保护概论第六章第六章 钢铁工业固体废弃物钢铁工业固体废弃物的处置的处置6.1冶金粉尘和炉渣的产生与特征冶金粉尘和炉渣的产生与特征除尘（干法除尘得到粉尘，湿法除尘得到除尘（干法除尘得到粉尘，湿法除尘得到污泥）污泥）炉渣（高炉渣和钢渣）炉渣（高炉渣和钢渣）钢铁工业固体废弃物主要包括以下几类：钢铁工业固体废弃物主要包括以下几类：1.烧结粉尘烧结粉尘1）烧结粉尘的化学成分与产生地点有关。）烧结粉尘的化学成分与产生地点有关。2）烧结粉尘的粒度组成与除尘设备有关。）烧结粉尘的粒度组成与除尘设备有关。2高炉炉尘高炉炉尘1）高炉炉尘含有）高炉炉尘含有40%左右的铁和左右的铁和10%的碳
2、，的碳，碱性氧化物含量较多；电除尘捕集粉尘颗碱性氧化物含量较多；电除尘捕集粉尘颗粒细、化学成分比较复杂。粒细、化学成分比较复杂。2）重力灰（旋风除尘和重力除尘）的粒度）重力灰（旋风除尘和重力除尘）的粒度比较粗，一般都大于比较粗，一般都大于0.1 mm，大多数为，大多数为0.20.5 mm；污泥的粒度比较细，一般；污泥的粒度比较细，一般都小于都小于0.1 mm。电除尘捕集的粉尘粒度。电除尘捕集的粉尘粒度大都在大都在0.00010.01mm。3转炉炉尘转炉炉尘1）含铁品位高，有害杂质少，含铁一般都）含铁品位高，有害杂质少，含铁一般都在在65%左右，最高可达左右，最高可达68%，主要成分为，主要成分
3、为FeO（未燃法，燃烧法得到的炉尘主要为（未燃法，燃烧法得到的炉尘主要为Fe2O3）。）。2）粒度比较细，大多在）粒度比较细，大多在0.1 mm以下。以下。4转炉钢渣转炉钢渣1）转炉产渣量大，）转炉产渣量大，1t转炉钢约产生转炉钢约产生130240kg钢钢渣，排放钢渣中含有渣，排放钢渣中含有10%左右的金属铁，喷溅左右的金属铁，喷溅严重时甚至超过严重时甚至超过50%的金属铁。的金属铁。2）钢渣含铁氧化物的量一般在）钢渣含铁氧化物的量一般在20%40%，由于，由于炼钢过程造的渣主要为碱性渣，碱度一般都很炼钢过程造的渣主要为碱性渣，碱度一般都很高，因此渣中高，因此渣中CaO含量高（含量高（40%5
4、0%）；）；SiO2含量低（含量低（10%左右）；左右）；Al2O3含量（含量（2%6%左左右）比较低。右）比较低。3）粒度比较粗。大多数为）粒度比较粗。大多数为2050 mm，综合利用，综合利用需要进行破碎。水淬渣可得到需要进行破碎。水淬渣可得到25mm的渣粒。的渣粒。4）P含量比较高，一般为含量比较高，一般为0.4%左右。左右。5高炉炉渣高炉炉渣1）高炉渣的主要成分是由）高炉渣的主要成分是由CaO、MgO、Al2O3、SiO2、MnO、Fe2O3等组成的等组成的硅酸盐和铝酸盐。硅酸盐和铝酸盐。2）高炉水渣具有潜在的水硬胶凝性能，在）高炉水渣具有潜在的水硬胶凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激
5、发剂作用下，水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下，可显示出水硬胶凝性能，因此高炉渣是优可显示出水硬胶凝性能，因此高炉渣是优质的水泥原料。质的水泥原料。6.2冶金粉尘和炉渣的综合利用方法冶金粉尘和炉渣的综合利用方法6.2.1冶金粉尘的综合利用冶金粉尘的综合利用(1)粗粉尘可直接做烧结填料粗粉尘可直接做烧结填料(2)细粉尘需要造球后再用于烧结填料，甚细粉尘需要造球后再用于烧结填料，甚至用作炼钢冷料（代替废钢）至用作炼钢冷料（代替废钢）6.2.2高炉渣的综合利用高炉渣的综合利用（1）矿渣水泥）矿渣水泥（2）矿渣微粉）矿渣微粉（3）多孔隔热材料）多孔隔热材料（4）硅肥）硅肥8我国通常是把高炉渣加工成：我
6、国通常是把高炉渣加工成：水渣水渣矿渣碎石矿渣碎石膨胀矿渣膨胀矿渣矿渣珠矿渣珠矿渣棉矿渣棉 免烧砖免烧砖9（1）制作水渣 水渣是把热熔状态的高炉渣置于水中急水渣是把热熔状态的高炉渣置于水中急速冷却的过程，主要有渣池水淬或炉前速冷却的过程，主要有渣池水淬或炉前水淬两种方式。水淬两种方式。水渣作建材用于水渣作建材用于生产水泥和混凝土生产水泥和混凝土，由，由于水渣具有潜在的水硬胶凝性能，在水于水渣具有潜在的水硬胶凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下，泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下，可以作为优质的水泥原料，可制成：可以作为优质的水泥原料，可制成：矿矿渣硅酸盐水泥、石膏矿渣水泥、石灰矿渣硅酸盐水
7、泥、石膏矿渣水泥、石灰矿渣水泥、矿渣砖、矿渣混凝土等渣水泥、矿渣砖、矿渣混凝土等。10（2）制作矿渣碎石 矿渣碎石是高炉渣在指定的渣坑或渣场自然冷矿渣碎石是高炉渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却，形成较为致密的矿渣后却或淋水冷却，形成较为致密的矿渣后，经过经过挖掘、破碎、磁选和筛分而得到的一种碎石材挖掘、破碎、磁选和筛分而得到的一种碎石材料，生产工艺主要有热泼法和堤式法两种料，生产工艺主要有热泼法和堤式法两种。11 矿渣碎石在我国可以代替天然石料用于公路，矿渣碎石在我国可以代替天然石料用于公路，机场，地基工程机场，地基工程，铁路道渣、混凝土骨料和，铁路道渣、混凝土骨料和沥青路面等，沥青路面
8、等，可用于配制矿渣碎石混凝土可用于配制矿渣碎石混凝土,在软弱地基中应在软弱地基中应用用用矿渣碎石作基料铺成的沥青路面用矿渣碎石作基料铺成的沥青路面既明亮且既明亮且防滑性能好防滑性能好，还具有，还具有良好的耐磨性良好的耐磨性能制动距能制动距离缩短离缩短用于铁路道渣可以适当用于铁路道渣可以适当吸收列车行走时产生吸收列车行走时产生的振动和噪音的振动和噪音。12（3）制作膨胀矿渣珠 膨胀矿渣珠是用适量冷却水急冷膨胀矿渣珠是用适量冷却水急冷高炉渣熔渣而形成的一种多孔轻质高炉渣熔渣而形成的一种多孔轻质矿渣，生产方法有喷射法、喷雾法、矿渣，生产方法有喷射法、喷雾法、堑沟法、滚筒法。堑沟法、滚筒法。可用于做轻
9、骨料，用来制作内墙板可用于做轻骨料，用来制作内墙板楼板等，也可用于承重结构。楼板等，也可用于承重结构。13（4）制作矿渣棉 矿渣棉矿物棉的一种由钢铁高炉渣矿渣制成矿渣棉矿物棉的一种由钢铁高炉渣矿渣制成的短纤维。的短纤维。常用的原料有铁、磷、镍、铅、铬、常用的原料有铁、磷、镍、铅、铬、铜、锰、锌、钛等矿渣。主要用作铜、锰、锌、钛等矿渣。主要用作绝热材料和吸绝热材料和吸音材料音材料。也可用。也可用铁包装材料铁包装材料。矿渣棉是利用工业废料矿渣矿渣棉是利用工业废料矿渣(高炉矿渣或铜矿渣、高炉矿渣或铜矿渣、铝矿渣等铝矿渣等)为主要原料，经熔化、采用高速离心为主要原料，经熔化、采用高速离心法或喷吹法等工
10、艺制成的棉丝状无机纤维。法或喷吹法等工艺制成的棉丝状无机纤维。它具有质轻、导热系数小、不燃烧、防蛀、价廉、它具有质轻、导热系数小、不燃烧、防蛀、价廉、耐腐蚀、化学稳定性好、吸声性能好等特点。可耐腐蚀、化学稳定性好、吸声性能好等特点。可用于建筑物的填充绝热、吸声、隔声、制氧机和用于建筑物的填充绝热、吸声、隔声、制氧机和冷库保冷及各种热力设备填充隔热等。冷库保冷及各种热力设备填充隔热等。1415（5）制作免烧砖主要是利用河沙、矿渣、炉渣、粉煤灰、主要是利用河沙、矿渣、炉渣、粉煤灰、石粉、煤矸石、钢渣、建筑垃圾等原料压石粉、煤矸石、钢渣、建筑垃圾等原料压制免烧砖。压制的免烧砖符合国家标准。制免烧砖。
11、压制的免烧砖符合国家标准。161、体积：240 x115x50(mm)和普通砖一致，符合JC42291部标77.515级非烧结免烧砖标准。2、重量：由于原料不同、重量稍有差别块重约（2.23.5）kg3、砖的粘力，吸水率（20%30%）均优于粘土砖，能粘贴瓷片等各种建筑装饰。6.2.3钢渣的综合利用钢渣的综合利用1含渣废钢的利用含渣废钢的利用含渣废钢有较大的利用价值，从钢渣中回收含渣废钢有较大的利用价值，从钢渣中回收1t含渣废钢含渣废钢其价格比一般废钢低其价格比一般废钢低30%40%。钢渣中有。钢渣中有80%是高炉是高炉冶炼的炉料，钢渣中有铁、锰等有利于冶炼的元素，而冶炼的炉料，钢渣中有铁、锰
12、等有利于冶炼的元素，而CaO、MgO的含量超过石灰石和白云石，此外，钢渣中的含量超过石灰石和白云石，此外，钢渣中有些成分可以降低高炉渣的黏度和改善冶炼过程有些成分可以降低高炉渣的黏度和改善冶炼过程。2.钢渣的综合利用钢渣的综合利用1）代替天然碎石做路基材料）代替天然碎石做路基材料2）生产钢渣水泥）生产钢渣水泥3）钢渣微粉）钢渣微粉4）用作农肥和土壤改良剂）用作农肥和土壤改良剂5）净水剂）净水剂18高炉矿渣的性能取决于高温熔渣的处理方法。对高炉熔渣通常用急冷法、慢冷法和半急冷法三种方法处理，便得到了三种性能不同的高炉矿渣：水淬渣水淬渣(granulated blastfurnace slag)块
13、矿渣块矿渣(granular ore slag)膨胀矿渣（膨胀矿渣（expanded slag）6.3高炉渣的处理工艺高炉渣的处理工艺6.3.1高炉渣水淬工艺高炉渣水淬工艺1池式法水淬池式法水淬生产工艺流程：从渣口流出的热熔渣经渣沟流入渣罐，然后生产工艺流程：从渣口流出的热熔渣经渣沟流入渣罐，然后由机车把盛满渣的渣够拉到水池旁，经砸渣机把渣罐的渣由机车把盛满渣的渣够拉到水池旁，经砸渣机把渣罐的渣皮砸碎，倾倒渣罐，熔渣经流槽流入池内，熔渣遇水急剧皮砸碎，倾倒渣罐，熔渣经流槽流入池内，熔渣遇水急剧冷却，淬成水渣水池内水渣可用吊车抓出，放置于堆场冷却，淬成水渣水池内水渣可用吊车抓出，放置于堆场上，脱
14、去部分水分，然后直接装入车皮内外运。上，脱去部分水分，然后直接装入车皮内外运。优点：设备简单可靠，设备损耗少、节约用水。优点：设备简单可靠，设备损耗少、节约用水。缺点：缺点：1）容易产生大量渣棉和硫化氢气体污染环境。）容易产生大量渣棉和硫化氢气体污染环境。2）干渣量多。熔渣在渣罐内经受外界温度冷却，罐边与罐）干渣量多。熔渣在渣罐内经受外界温度冷却，罐边与罐的面层均凝成一层渣壳，经常占渣量的的面层均凝成一层渣壳，经常占渣量的10%30%，需一，需一套设备清理渣罐。清理出的干渣，必须进行破碎、去铁、套设备清理渣罐。清理出的干渣，必须进行破碎、去铁、筛分才能使用。筛分才能使用。3）需一套运渣罐设施）
15、需一套运渣罐设施4）倒渣中有放炮现象伤人伤设备。）倒渣中有放炮现象伤人伤设备。6.3.1高炉渣水淬工艺高炉渣水淬工艺2 炉前水冲渣炉前水冲渣1)炉前渣池式炉前渣池式2 炉前水冲渣炉前水冲渣2)水力输送渣池式水力输送渣池式2炉前水冲渣炉前水冲渣3）滚筒法（）滚筒法（CC法）法）2 炉前水冲渣炉前水冲渣4)搅拌槽泵送法搅拌槽泵送法2 炉前水冲渣炉前水冲渣5）INBA（印巴法）水淬（印巴法）水淬6.3.2矿渣碎石生产工艺矿渣碎石生产工艺矿渣碎石是高炉熔渣在指定的渣坑或渣场自矿渣碎石是高炉熔渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却形成较为致密的矿渣后，然冷却或淋水冷却形成较为致密的矿渣后，再经过挖掘、破
16、碎，磁选和筛分而得到的再经过挖掘、破碎，磁选和筛分而得到的一种碎石材料。一种碎石材料。1）热泼法）热泼法2）堤式法）堤式法6.3.3膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺1）喷雾器堑沟法生产膨胀矿渣）喷雾器堑沟法生产膨胀矿渣2）流槽喷射法生产膨胀矿渣）流槽喷射法生产膨胀矿渣6.3.3膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺3）喷气水击法生产膨胀矿渣）喷气水击法生产膨胀矿渣 6.3.3膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺4）水击挡板法生产膨胀矿渣）水击挡板法生产膨胀矿渣6.3.3膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺6）滚筒
17、法生产膨胀矿渣珠）滚筒法生产膨胀矿渣珠6.3.3膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺7）振动流槽法生产膨胀矿渣珠）振动流槽法生产膨胀矿渣珠6.4钢渣的处理工艺钢渣的处理工艺6.4.1钢渣水淬处理工艺钢渣水淬处理工艺1）宝钢转炉钢渣浅盘水淬法（）宝钢转炉钢渣浅盘水淬法（ISC法）法）工艺过程工艺过程 流动性好的钢渣由遥控受渣车送至热泼处理间，流动性好的钢渣由遥控受渣车送至热泼处理间，再用遥控再用遥控120t吊车把渣倒入渣盘中，此时溶渣吊车把渣倒入渣盘中，此时溶渣温度在温度在1500左右，渣在浅盘中静置左右，渣在浅盘中静置35min，第一次喷水冷却，喷水第一次喷水冷却，喷水2m
18、in，停，停3min，如此重，如此重复复4次，耗水量为次，耗水量为0.33m3/t，使炉渣表面温度下，使炉渣表面温度下降到降到500左右，然后将渣盘中凝固并己破裂的左右，然后将渣盘中凝固并己破裂的钢渣倾倒于排渣车上排渣车运到第二次冷却钢渣倾倒于排渣车上排渣车运到第二次冷却站进行第二次喷水冷却，喷水站进行第二次喷水冷却，喷水4min，耗水量为，耗水量为0.08m3/t，此时炉渣温度已下降到，此时炉渣温度已下降到200左右。左右。然后将钢渣倒入水池内进行第三次冷却，冷却然后将钢渣倒入水池内进行第三次冷却，冷却时间约时间约34min，耗水量为，耗水量为0.04m3/t，此时炉渣，此时炉渣温度降至温度
19、降至5070，用皮带运输机送至粒铁回收，用皮带运输机送至粒铁回收生产线。生产线。6.4.1钢渣水淬处理工艺钢渣水淬处理工艺优点：优点：(1)用水强制快速冷却，处理时间短，每炉渣在用水强制快速冷却，处理时间短，每炉渣在1.52.5h可处理完，处理能力大；可处理完，处理能力大；(2)整个过程采用喷水和水池浸泡，减少粉尘对环境污染；整个过程采用喷水和水池浸泡，减少粉尘对环境污染；(3)熔渣经熔渣经3次水冷却后，大大减少渣中矿物组成和游离氧次水冷却后，大大减少渣中矿物组成和游离氧化钙及氧化镁等所造成的膨胀性，从而改善了渣的稳定化钙及氧化镁等所造成的膨胀性，从而改善了渣的稳定性；性；(4)处理后钢渣粒度
20、小处理后钢渣粒度小(5)采用分段水冷却处理，蒸汽可以自由扩散，操作安全；采用分段水冷却处理，蒸汽可以自由扩散，操作安全；(6)整个处理工序紧凑，并采用无线电远距离操作和配有工整个处理工序紧凑，并采用无线电远距离操作和配有工业电视监视，劳动条件好。业电视监视，劳动条件好。缺点缺点:蒸汽较多，蒸汽对厂房设备有影响，对起重视寿命有蒸汽较多，蒸汽对厂房设备有影响，对起重视寿命有影响；最重要的是不能够回收钢渣显热。影响；最重要的是不能够回收钢渣显热。2）济钢转炉钢渣水淬处理和利用工艺）济钢转炉钢渣水淬处理和利用工艺6.4.2滚筒法液态钢渣处理工艺滚筒法液态钢渣处理工艺6.4.3钢渣热泼与破碎、磁选配套处
21、理钢渣热泼与破碎、磁选配套处理工艺工艺鞍钢钢渣处理工艺鞍钢钢渣处理工艺渣的前期处理工艺以热泼法为主，流动性渣的前期处理工艺以热泼法为主，流动性好的溶渣泼渣后可形成薄渣层，喷水冷却好的溶渣泼渣后可形成薄渣层，喷水冷却使之龟裂，成为粒径使之龟裂，成为粒径50mm左右的渣块。左右的渣块。流动性不好的糊状渣和渣坨采用热碎法，流动性不好的糊状渣和渣坨采用热碎法，翻渣以后也可喷水，由于温差冲击效应，翻渣以后也可喷水，由于温差冲击效应，同样发生龟裂，但块度较大。热泼碎裂后同样发生龟裂，但块度较大。热泼碎裂后用挖掘机把渣挖出，运住破碎磁选加工车用挖掘机把渣挖出，运住破碎磁选加工车间。间。温差冲击效应温差冲击效
22、应作用：作用：(1)“热胀冷缩热胀冷缩”作用，即渣坨表面被作用，即渣坨表面被水冷却迅速收缩，而内部温度仍很高，体水冷却迅速收缩，而内部温度仍很高，体积末变，收缩的表面积末变，收缩的表面“顶顶”裂；裂；(2)冷却水沿表层裂缝流进热的渣内冷却水沿表层裂缝流进热的渣内部并在瞬间汽化，产生部并在瞬间汽化，产生“水爆水爆”作用，进作用，进一步使渣坨碎裂。一步使渣坨碎裂。6.4.4钢渣罐式热焖法处理工艺钢渣罐式热焖法处理工艺当大块钢渣冷却到当大块钢渣冷却到300600时，把它装入翻斗时，把它装入翻斗汽车内，运至焖罐车间，倾入焖罐内，然后盖汽车内，运至焖罐车间，倾入焖罐内，然后盖上罐盖。在罐盖的下面安装有能
23、自动旋转的喷上罐盖。在罐盖的下面安装有能自动旋转的喷水装置，间断地往热渣上喷水，使罐内产生大水装置，间断地往热渣上喷水，使罐内产生大量蒸汽。罐内的水和蒸汽与钢渣产生复杂的物量蒸汽。罐内的水和蒸汽与钢渣产生复杂的物理化学反应，水与蒸汽能使钢渣发生淬裂。同理化学反应，水与蒸汽能使钢渣发生淬裂。同时由于钢渣是一种不稳定的废渣，在内部含有时由于钢渣是一种不稳定的废渣，在内部含有游离氧化钙，该化合物遇水后会消解成氢氧化游离氧化钙，该化合物遇水后会消解成氢氧化钙，发生体积膨胀，使钢渣崩解粉碎。钢渣在钙，发生体积膨胀，使钢渣崩解粉碎。钢渣在罐内经一段时间焖解后，一般粉化效果都能达罐内经一段时间焖解后，一般粉
24、化效果都能达到到6080（20mm以下），然后用反铲挖掘以下），然后用反铲挖掘机挖出，后经磁选和筛分，把废钢回收，钢渣机挖出，后经磁选和筛分，把废钢回收，钢渣也分成不同的颗粒级。也分成不同的颗粒级。该工艺的特点该工艺的特点机械化程度较高，劳动强度低；机械化程度较高，劳动强度低；采用湿法处理钢渣，环境污染少，还可以回采用湿法处理钢渣，环境污染少，还可以回收部分热能；收部分热能；钢渣处理后，渣、钢分离好，可提高废钢回钢渣处理后，渣、钢分离好，可提高废钢回收串，由于钢渣经过焖解处理，部分游离收串，由于钢渣经过焖解处理，部分游离氧化钙经过消解，钢渣的稳定性得到改善，氧化钙经过消解，钢渣的稳定性得到改善
25、，有利于钢渣的综合利用。有利于钢渣的综合利用。6.4.5钢渣风淬处理工艺钢渣风淬处理工艺 液态钢渣流至渣盆（渣罐）内，用吊车吊液态钢渣流至渣盆（渣罐）内，用吊车吊起渣盆慢慢翻入中间罐内，在中间罐的底起渣盆慢慢翻入中间罐内，在中间罐的底部开有部开有个小孔，该小孔是为控制渣的流个小孔，该小孔是为控制渣的流量，渣从孔中流出后自由落下，受到设置量，渣从孔中流出后自由落下，受到设置于下方的空气粒化器喷出的高速气流冲击，于下方的空气粒化器喷出的高速气流冲击，液态钢渣经风冲击吹散为细小的液态渣滴。液态钢渣经风冲击吹散为细小的液态渣滴。这些渣滴在表面张力作用下，收缩为球状这些渣滴在表面张力作用下，收缩为球状颗
26、粒，并随气流在空中飞行。在飞行过程颗粒，并随气流在空中飞行。在飞行过程中，渣粒表面受到周围空气的冷却，表面中，渣粒表面受到周围空气的冷却，表面温度急剧下降，逐渐变为固态。温度急剧下降，逐渐变为固态。6.4.5钢渣风淬处理工艺钢渣风淬处理工艺装置主要有：风淬车间装置主要有：风淬车间(包括安全保护设包括安全保护设施施)、吊车、渣盆、中间罐、压缩空气机、吊车、渣盆、中间罐、压缩空气机、链板运输机、皮带运输机以及磁选与筛分链板运输机、皮带运输机以及磁选与筛分设备。设备。主要缺点：风淬工艺的要求是钢渣必须是主要缺点：风淬工艺的要求是钢渣必须是液态，为了控制渣的流量，渣必须通过中液态，为了控制渣的流量，渣必须通过中间罐，因此一般钢渣可以风淬的量不会超间罐，因此一般钢渣可以风淬的量不会超过渣量的过渣量的50；还有大于；还有大于50流动差的流动差的钢渣尚需采用其他方法处理，而且有大量钢渣尚需采用其他方法处理，而且有大量废钢残留在流动差的渣内。废钢残留在流动差的渣内。
