马钢高钾烧结除尘灰脱钾方法研究分析

金俊，张晓萍，覃德波

(马鞍山钢铁股份有限公司技术中心，安徽马鞍山243000)

摘 要：介绍了马钢烧结除尘灰的利用情况，通过对高钾烧结除尘灰进行物化特性分析，从经济、高效脱钾的角度考虑，认为水浸温度100℃、液固比3：1、搅拌水浸一次的高钾除尘灰脱钾工艺比较适合，脱钾率可达到91．62％。

关 键 词：烧结除尘灰；高钾；脱钾工艺

1 前言

烧结机头除尘灰是钢铁企业的主要污染源之一[1]，这部分粉尘由于含铁较高，钢铁企业一般作为二次原料返回烧结利用。但这些除尘灰还含有较多的K、Na等碱金属元素，在实际循环利用过程中，碱金属不断循环富集，提前并加剧对焦炭的气化反应，造成焦炭溶损劣化，强度下降，导致高炉下部料柱的透气性恶化，严重破坏高炉的顺行和稳定[2]。因此，怎样有效利用这部分资源，变废为宝，是许多钢铁企业关注的问题[3—5]。

2 马钢对烧结除尘灰的利用现状

马钢股份公司现有380m2烧结机2台、300m2烧结机2台、105m2烧结机1台和90m2烧结机1台，每天约产生烧结机头除尘灰100t。目前，二铁总厂烧结机头除尘灰直接添加到配料皮带送往烧结使用；三铁总厂的除部分用罐车送往转底炉生产球团外，剩余的也直接参与烧结配料。具体产量及去处见图1、图2。

烧结除尘灰富含Fe(最高达52．09％)，但也含有大量Ka、Na、Zn等对钢铁生产有害的元素(见表1)，机头除尘灰的K2O含量甚至高达17．54％。将这部分高钾除尘灰作为含铁原料返回烧结循环利用，存在以下几方面的问题：①这部分粉尘颗粒非常细小，加之碱金属挥发结瘤，会增加烧结除尘系统的负荷；②碱金属不断循环富集，会造成烧结矿碱金属含量不断提高，影响高炉顺行和高炉的寿命。

3 高钾烧结除尘灰物化特性分析

3．1 高钾除尘灰中K的赋存形态

采用X射线衍射对高钾烧结除尘灰进行了物相分析，样品为三铁B#烧结机机头二电场除尘灰，结果如图3所示。从图3可以看出，烧结机头除尘灰中主要含有KCl、NaCl和Fe2O3等，K没有发现以其他形式存在，只是以KCl的形式赋存。

烧结机头除尘灰的形貌分析如图4所示。可以看出，粉尘形状没有规律，颗粒团聚现象严重，主要原因是粉尘颗粒小，表面能大。

3．2 水溶性实验

常温下，将水与烧结除尘灰按液固比为4：1进行混合，充分搅拌混匀后过滤，对烘干后的滤渣进行扫描电镜—能谱分析。水浸前后烧结除尘灰所示区域(图4、图5中1、2)的元素组成如表2所示，水浸后烧结除尘灰成絮状，详见图5。结合图4和表2可看出，烧结除尘灰各区域元素组成差别不大，含量最多的三种元素为Fe、K和Cl。从图5和表2发现，粉尘经水浸后Fe、K和Cl含量变化很大，其中Fe含量增加很多，其他元素如Al和Ca等含量也明显增加，而K和Cl却大幅度减少。由此可以得出，水浸很容易浸出大量的元素K和Cl，其他元素则很少或不能被浸出。

4 高钾除尘灰脱钾工艺研究

水溶性分析表明，烧结电除尘灰中的氯化钾、氯化钠等易溶于水中，而铁等不溶于水的物相则留在浸渣中。据此，本文提出了水浸脱钾的工艺流程。

4．1 水浸条件试验

影响氯化钾浸出的因素有很多，本研究主要考察温度和浓度的影响。

在液固比为4：1的条件下，分别进行了水温为常温和100℃的水浸脱钾试验。试验结果(表3)表明，100℃的水浸脱钾、钠率分别达到93．23％、87．01％，比常温下的水浸脱钾、钠率分别高出3．76个百分点和3．89个百分点，提高水浸温度有利于钾、钠的脱除。

在100℃的水浸温度下对高钾烧结除尘灰进行了不同液固比试验，浸出液中离子含量及钾钠脱除率与液固比的变化关系如图6所示。由图6可见，随着浸取浓度的提高，浸出液中K+、Cl﹣的含量大幅度提高，但是钾、钠脱除率显著下降。这主要是因为浸出固液分离时，渣中总含有一定量的水分，当浸出液中K+、Na+浓度较高时，渣中的这部分水带走了较多的钾、钠，导致浸出渣中钾、钠含量增多，致使脱钾、钠率降低。由此亦可见，水浸脱钾固液分离时，滤饼水分对水浸脱钾效果有较大影响，特别是对于高浸出浓度的样品。

4．2 水浸脱钾工艺试验

水浸脱钾工艺试验流程如图7所示，试验结果列于表4。由表可知，水浸一次的脱钾、钠率分别为89．47％、83．12％，水浸两次后渣中的K2O、Na2O含量分别降至0．28％、0．09％，钾、钠脱除率分别提升至96．99％、88．31％，比水浸一次分别提高7．52个百分点和5．19个百分点。

5 水浸脱钾方案

不同脱钾工艺制度下的脱钾率如表5所示。从经济、高效脱钾的角度考虑，选取水浸温度100℃、液固比为3：1、搅拌浸泡5min、水浸一次的工艺进行高钾除尘灰脱钾比较合适，脱钾方案如图8所示。

6 结论

1)马钢高钾烧结除尘灰中主要含有KCl、NaCl和Fe2O3等成分，其中K仅以KCl形式存在，未发现其他斌存形式。

2)水浸高钾烧结除尘灰很容易浸出大量的元素K和Cl，而铁等不溶于水的物相留在浸渣中。因此，可采用水浸方法对高钾烧结除尘灰进行脱钾。

3)高钾烧结除尘灰脱钾率受水浸温度和浓度的影响较大。100℃水温的水浸脱钾、钠率分别达到93．23％、87．01％，比常温下分别高出3．76个百分点和3．89个百分点，提高水浸温度有利于钾、钠的脱除。随浸取浓度提高，钾、钠脱除率显著下降。

4)水浸脱钾固液分离时，滤饼水分对水浸脱钾效果亦有较大影响，特别是对于高浸出浓度的样品。

5)水浸一次的脱钾、钠率分别为89．47％、83．12％，水浸两次后渣中的K2O、Na2O含量分别降至0．28％、0．09％，钾、钠脱除率分别提升至96．99％、88．31％，比水浸一次的脱除率分别提高7．52个百分点和5．19个百分点。

6)从经济、高效脱钾的角度考虑，选取水浸温度100℃、液固比3：1、搅拌水浸一次的工艺进行高钾除尘灰脱钾比较适宜，脱钾率可达到91．62％。

参 考 文 献：

[1]   金恒阁，谷丽群，等．炼钢烟尘的回收利用[J]．中国物资再生，1999，(11)：7—8．

[2]   张红丽，秦延华，等．钢铁前系统含铁除尘灰冶炼价值的分析[J]．河南冶金，2005，13(1)：17—19．

[3]   马刚平，吴宏斌，等首钢除尘灰特性分析及综合利用技术研究[J]．工业安全与环保，2006，32(1)：10—11．

[4]   张登和．冶炼废渣开发利用前景探讨[J]．江苏地质，2000，24(1)：55—58．

[5]   刘承军，扈恩征．开辟除尘灰利用和环保新途径[J]．中国冶会．2004．82(9)：40—45．