D0L:10.13374f.issn1001-053x.2011.s1.005 第33卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.33 Suppl.1 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 炼钢过程含铁尘泥的基本物性与综合利用 庄昌凌)刘建华)崔衡)刘松涛)Daniele R Attorre2)Jim Hunti2 1)北京科技大学治金工程研究院，北京1000832)哈斯科金属，北京100020 通信作者，E-mail:237229412@163.com 摘要对国内8家具有行业代表性的长、短流程钢铁企业含铁粉尘利用现状进行调研，并采用X射线荧光光谱、化学分析、 激光粒度分析、X射线衍射和扫描电子显微分析等手段对含铁粉尘性状进行了分析.结果表明：炼钢粉尘铁、钙、锌元素含量 较高，不仅可在钢铁生产中回收利用，还可开发为高附加值产品，用于化工、材料等行业：但产自不同工序的粉尘的粒度、比表 面积、水分等物性差异较大：铁主要以磁铁矿、赤铁矿、氧化亚铁、少量金属铁及铁酸钙形式存在，Z以铁酸锌存在.炼钢粉尘 的研发利用必须充分考虑上述诸多因素.目前炼钢粉尘外售比例较大，部分用作烧结配料，少量用于炼钢造渣剂，利用层次较 低，需研究高效利用工艺技术. 关键词炼钢：粉尘；固体废弃物：综合利用 分类号TF09 Basic properties and comprehensive utilization of iron-containing sludge dust in the steelmaking process ZHUANG Chang-ling,LIU Jian-hua,CUl Heng",LIU Song-ao,Daniele R Atorre.Jim Hunt 1)Institute of Metallurgical Engineering,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Harsco Metals Group Ltd.Beijing 100020,China Corresponding author.E-mail:237229412@163.com ABSTRACT The utilization status of iron-containing sludges dusts in eight domestic steel plants including typical EAF short route and BOF long route metallurgical processes was investigated,and the basic properties of iron-containing sludges dusts were studied using X-ray fluorescence spectrometry,chemical analysis,size distribution analysis,X-ray diffraction,scanning electron microscopy and other analytical methods.The results show that the steelmaking sludges dusts have high contents of Fe,Ca,and Zn.They can not only be recycled inside the steel plants,but also can be used to develop high value-added products,which relate to the chemical and materials industry.There are more differences in particle size,specific surface,and moisture for the sludges dusts from different processes.And the iron is present as magnetite,ferrous oxide,hematite,calcium ferrite,and metallic iron,and zinc exists in zinc fer- rite.Such above factors must be taken into consideration when the steelmaking dust is studied and utilized.At present,the proportion of steelmaking dust for sale is large and some is used as the sintering raw material,and a small portion of steelmaking dust is used for the slag forming agent.Considering the low utilization levels,relevant technology should be studied to utilize iron-containing sludge& dust efficiently. KEY WORDS steelmaking:dust;solid wastes:comprehensive utilization 近年来，我国钢铁工业生产规模不断扩大，钢铁 钢铁企业生产过程中产生的粉尘含有丰富的 企业生产过程中所产生的粉尘数量也随之增多， Fe元素，同时还有C、Zn、Pb、K等元素，具有较高 2009年中国粗钢产量达到5.68亿吨，炼钢过程产 的利用价值.由于各流程产生的含铁粉尘性质差异 生大量除尘灰副产品，包括电弧炉除尘灰、炼钢转炉 大，表现在化学成分、相组成、堆密度、粒度和湿度， 尘泥、精炼除尘灰、连铸铁鳞，这些副产品的回收利 这直接影响含铁粉状副产品的储存、运输和利用情 用引起了广泛的重视 况.根据钢铁厂不同生产流程产生含铁粉尘的特 收稿日期：201108-22
第 33 卷 增刊 1 2011 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 Suppl． 1 Dec． 2011 炼钢过程含铁尘泥的基本物性与综合利用 庄昌凌1) 刘建华1) 崔 衡1) 刘松涛2) Daniele R Attorre 2) Jim Hunt 2) 1) 北京科技大学冶金工程研究院，北京 100083 2) 哈斯科金属，北京 100020 通信作者，E-mail: 237229412@ 163． com 摘 要 对国内 8 家具有行业代表性的长、短流程钢铁企业含铁粉尘利用现状进行调研，并采用 X 射线荧光光谱、化学分析、 激光粒度分析、X 射线衍射和扫描电子显微分析等手段对含铁粉尘性状进行了分析． 结果表明: 炼钢粉尘铁、钙、锌元素含量 较高，不仅可在钢铁生产中回收利用，还可开发为高附加值产品，用于化工、材料等行业; 但产自不同工序的粉尘的粒度、比表 面积、水分等物性差异较大; 铁主要以磁铁矿、赤铁矿、氧化亚铁、少量金属铁及铁酸钙形式存在，Zn 以铁酸锌存在． 炼钢粉尘 的研发利用必须充分考虑上述诸多因素． 目前炼钢粉尘外售比例较大，部分用作烧结配料，少量用于炼钢造渣剂，利用层次较 低，需研究高效利用工艺技术． 关键词 炼钢; 粉尘; 固体废弃物; 综合利用 分类号 TF09 Basic properties and comprehensive utilization of iron-containing sludge ＆ dust in the steelmaking process ZHUANG Chang-ling1) ，LIU Jian-hua1) ，CUI Heng1) ，LIU Song-tao 2) ，Daniele R Attorre 2) ，Jim Hunt 2) 1) Institute of Metallurgical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Harsco Metals Group Ltd． ，Beijing 100020，China Corresponding author，E-mail: 237229412@ 163． com ABSTRACT The utilization status of iron-containing sludges ＆ dusts in eight domestic steel plants including typical EAF short route and BOF long route metallurgical processes was investigated，and the basic properties of iron-containing sludges ＆ dusts were studied using X-ray fluorescence spectrometry，chemical analysis，size distribution analysis，X-ray diffraction，scanning electron microscopy and other analytical methods． The results show that the steelmaking sludges ＆ dusts have high contents of Fe，Ca，and Zn． They can not only be recycled inside the steel plants，but also can be used to develop high value-added products，which relate to the chemical and materials industry． There are more differences in particle size，specific surface，and moisture for the sludges ＆ dusts from different processes． And the iron is present as magnetite，ferrous oxide，hematite，calcium ferrite，and metallic iron，and zinc exists in zinc ferrite． Such above factors must be taken into consideration when the steelmaking dust is studied and utilized． At present，the proportion of steelmaking dust for sale is large and some is used as the sintering raw material，and a small portion of steelmaking dust is used for the slag forming agent． Considering the low utilization levels，relevant technology should be studied to utilize iron-containing sludge ＆ dust efficiently． KEY WORDS steelmaking; dust; solid wastes; comprehensive utilization 收稿日期: 2011--08--22 近年来，我国钢铁工业生产规模不断扩大，钢铁 企业生产过程中所产生的粉尘数量也随之增多， 2009 年中国粗钢产量达到 5. 68 亿吨，炼钢过程产 生大量除尘灰副产品，包括电弧炉除尘灰、炼钢转炉 尘泥、精炼除尘灰、连铸铁鳞，这些副产品的回收利 用引起了广泛的重视． 钢铁企业生产过程中产生的粉尘含有丰富的 Fe 元素，同时还有 C、Zn、Pb、K 等元素［1］，具有较高 的利用价值． 由于各流程产生的含铁粉尘性质差异 大，表现在化学成分、相组成、堆密度、粒度和湿度， 这直接影响含铁粉状副产品的储存、运输和利用情 况． 根据钢铁厂不同生产流程产生含铁粉尘的特 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.s1.005
186 北京科技大学学报 第33卷 点，对含铁尘泥进行资源化管理，兼顾投资大小、操 成分采用日本XRF-1800扫描型X射线荧光光谱 作难易等情况采用合适的方式进行高效处理，同时 仪、日本EMA一820V型碳硫仪以及化学方法综合 提高含铁尘泥的附加值，将成为钢铁厂提升效益的 分析；含水量、体积密度分别采用差重法和量筒法分 关注重点. 析；比表面积和平均粒径采用日本LMS-30激光粒 为了节能环保，加强对钢铁企业炼钢过程中产 度分析仪进行分析，因为粒度太大，连铸铁鳞的平均 生的含铁尘泥的利用，本文对国内具有行业代表性 粒度采用筛分法分析：此外，还采用日本玛柯公司生 的8家钢铁企业含铁尘泥的利用情况进行调查，并 产的M21X型X射线衍射仪和日本电子公司JSM- 且对含铁尘泥性状进行综合分析研究. 6480LV型扫描电镜对尘泥物相进行分析. 1含铁粉尘组成特性分析 1.1化学成分分析 对8家钢铁厂炼钢主要含铁尘泥进行成分分 本文对钢铁厂炼钢过程的电炉灰、转炉尘泥、精 析，表1是3家短流程钢铁厂的尘泥化学成分，表2 炼除尘灰、连铸铁鳞的基本特性进行分析，其中化学 是5家长流程钢铁厂的尘泥化学成分. 表1短流程钢铁厂炼钢过程含铁尘泥化学成分（质量分数） Table 1 Chemical compositions of different dusts and sludges from EAF short route processes % 类型 厂名TFe MFe SiO, MnO Pbo Zn0 C XC 53.78 0.262.45 1.39 0.49 1.92 1.451.23 2.29 0.56 8.92 0.92 电炉灰 HY 46.35 <0.105.303.450.632.68 3.310.751.74 1.41 11.07 0.93 TJ 41.99 <0.103.84 4.87 0.46 2.663.75 0.691.73 1.41 15.54 1.08 c 11.520.1810.4138.845.940.460.9114.712.790.04 0.12 5.61 精炼除尘灰 HY 4.02 0.54 5.86 56.832.49 1.151.6614.86 4.310.02 0.11 2.49 TJ 3.58 0.53 6.3364.142.63 0.811.35 5.01 2.11 0.03 0.29 9.36 XC 21.748.1521.0515.5012.941.860.292.981.21 0.00 0.02 0.30 连铸铁鳞 HY 68.14 <0.101.66 0.13 0.27 0.140.00 0.13 0.85 0.00 0.00 1.81 TJ 61.73 0.864.59 2.410.900.33 0.020.531.15 0.000.00 0.17 注：样品在检测部分元素时，是以氧化物形式给出，例如精炼灰中Ca以CCO,存在，检测结果以Ca0给出：MFc为金属铁 表2长流程钢铁厂炼钢过程含铁尘泥化学成分（质量分数 Table 2 Chemical compositions of different dusts and sludges from BOF long route processes % 类型 厂名 TFe MFe Si0, Ca0 Al203 NazO K20 Mgo MnO Zn0 C AG 55.92 2.4 2.10 6.74 0.27 0.29 0.59 3.07 0.63 0.36 2.31 转炉污泥 SG 53.66 1.8 1.52 8.34 0.38 0.36 1.40 3.57 0.64 0.94 3.13 NG 48.98 3.45 2.7210.01 1.02 0.54 0.311.68 0.77 3.06 3.99 AG 51.57 0.84 2.75 10.81 1.02 0.66 1.34 3.23 1.32 1.19 1.45 SG 62.69 1.95 3.54 1.13 0.47 0.21 0.02 0.22 1.53 0.00 0.22 转炉二次尘 XG 29.82 <0.1010.17 13.99 2.94 3.84 4.13 13.33 3.52 0.83 2.34 WG 35.74 0.59 4.00 19.73 1.25 1.68 1.33 7.62 1.00 5.05 4.21 AG 12.05 0.67 4.96 36.89 5.00 4.50 2.89 10.32 3.74 0.71 1.86 精炼除尘灰 XG 30.600.12 5.40 10.39 2.72 2.32 4.81 19.534.89 0.95 2.30 AG 42.63 9.2 14.01 3.63 2.66 2.28 0.12 0.94 1.64 0.01 0.33 连铸铁鳞 SG 62.69 1.95 3.54 1.13 0.47 0.21 0.02 0.22 1.53 0.00 0.22 WG 45.91 4.39 11.93 7.98 2.57 1.59 0.06 1.12 0.82 0.03 1.39 表1和2表明不同工序产生的粉尘化学组成存 41.99%-53.78%,Zn0达到8.92%-15.54%， 在明显差别： Pb0为0.56%~1.41%，Na20、K20含量均较高，分 (1)短流程钢铁厂电炉灰中含铁品位在 别是1.92%~2.68%和1.45%-3.75%
北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 点，对含铁尘泥进行资源化管理，兼顾投资大小、操 作难易等情况采用合适的方式进行高效处理，同时 提高含铁尘泥的附加值，将成为钢铁厂提升效益的 关注重点． 为了节能环保，加强对钢铁企业炼钢过程中产 生的含铁尘泥的利用，本文对国内具有行业代表性 的 8 家钢铁企业含铁尘泥的利用情况进行调查，并 且对含铁尘泥性状进行综合分析研究． 1 含铁粉尘组成特性分析 本文对钢铁厂炼钢过程的电炉灰、转炉尘泥、精 炼除尘灰、连铸铁鳞的基本特性进行分析，其中化学 成分采用日本 XRF--1800 扫描型 X 射线荧光光谱 仪、日本 EMIA--820V 型碳硫仪以及化学方法综合 分析; 含水量、体积密度分别采用差重法和量筒法分 析; 比表面积和平均粒径采用日本 LMS--30 激光粒 度分析仪进行分析，因为粒度太大，连铸铁鳞的平均 粒度采用筛分法分析; 此外，还采用日本玛柯公司生 产的 M21X 型 X 射线衍射仪和日本电子公司 JSM-- 6480LV 型扫描电镜对尘泥物相进行分析． 1. 1 化学成分分析 对 8 家钢铁厂炼钢主要含铁尘泥进行成分分 析，表 1 是 3 家短流程钢铁厂的尘泥化学成分，表 2 是 5 家长流程钢铁厂的尘泥化学成分． 表 1 短流程钢铁厂炼钢过程含铁尘泥化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical compositions of different dusts and sludges from EAF short route processes % 类型 厂名 TFe MFe SiO2 CaO Al2O3 Na2O K2O MgO MnO PbO ZnO C XC 53. 78 0. 26 2. 45 1. 39 0. 49 1. 92 1. 45 1. 23 2. 29 0. 56 8. 92 0. 92 电炉灰 HY 46. 35 ＜ 0. 10 5. 30 3. 45 0. 63 2. 68 3. 31 0. 75 1. 74 1. 41 11. 07 0. 93 TJ 41. 99 ＜ 0. 10 3. 84 4. 87 0. 46 2. 66 3. 75 0. 69 1. 73 1. 41 15. 54 1. 08 XC 11. 52 0. 18 10. 41 38. 84 5. 94 0. 46 0. 91 14. 71 2. 79 0. 04 0. 12 5. 61 精炼除尘灰 HY 4. 02 0. 54 5. 86 56. 83 2. 49 1. 15 1. 66 14. 86 4. 31 0. 02 0. 11 2. 49 TJ 3. 58 0. 53 6. 33 64. 14 2. 63 0. 81 1. 35 5. 01 2. 11 0. 03 0. 29 9. 36 XC 21. 74 8. 15 21. 05 15. 50 12. 94 1. 86 0. 29 2. 98 1. 21 0. 00 0. 02 0. 30 连铸铁鳞 HY 68. 14 ＜ 0. 10 1. 66 0. 13 0. 27 0. 14 0. 00 0. 13 0. 85 0. 00 0. 00 1. 81 TJ 61. 73 0. 86 4. 59 2. 41 0. 90 0. 33 0. 02 0. 53 1. 15 0. 00 0. 00 0. 17 注: 样品在检测部分元素时，是以氧化物形式给出，例如精炼灰中 Ca 以 CaCO3存在，检测结果以 CaO 给出; MFe 为金属铁． 表 2 长流程钢铁厂炼钢过程含铁尘泥化学成分( 质量分数) Table 2 Chemical compositions of different dusts and sludges from BOF long route processes % 类型 厂名 TFe MFe SiO2 CaO Al2O3 Na2O K2O MgO MnO ZnO C AG 55. 92 2. 4 2. 10 6. 74 0. 27 0. 29 0. 59 3. 07 0. 63 0. 36 2. 31 转炉污泥 SG 53. 66 1. 8 1. 52 8. 34 0. 38 0. 36 1. 40 3. 57 0. 64 0. 94 3. 13 NG 48. 98 3. 45 2. 72 10. 01 1. 02 0. 54 0. 31 1. 68 0. 77 3. 06 3. 99 AG 51. 57 0. 84 2. 75 10. 81 1. 02 0. 66 1. 34 3. 23 1. 32 1. 19 1. 45 转炉二次尘 SG 62. 69 1. 95 3. 54 1. 13 0. 47 0. 21 0. 02 0. 22 1. 53 0. 00 0. 22 XG 29. 82 ＜ 0. 10 10. 17 13. 99 2. 94 3. 84 4. 13 13. 33 3. 52 0. 83 2. 34 WG 35. 74 0. 59 4. 00 19. 73 1. 25 1. 68 1. 33 7. 62 1. 00 5. 05 4. 21 精炼除尘灰 AG 12. 05 0. 67 4. 96 36. 89 5. 00 4. 50 2. 89 10. 32 3. 74 0. 71 1. 86 XG 30. 60 0. 12 5. 40 10. 39 2. 72 2. 32 4. 81 19. 53 4. 89 0. 95 2. 30 AG 42. 63 9. 2 14. 01 3. 63 2. 66 2. 28 0. 12 0. 94 1. 64 0. 01 0. 33 连铸铁鳞 SG 62. 69 1. 95 3. 54 1. 13 0. 47 0. 21 0. 02 0. 22 1. 53 0. 00 0. 22 WG 45. 91 4. 39 11. 93 7. 98 2. 57 1. 59 0. 06 1. 12 0. 82 0. 03 1. 39 表 1 和 2 表明不同工序产生的粉尘化学组成存 在明显差别: ( 1 ) 短 流 程 钢 铁 厂 电 炉 灰 中 含 铁 品 位 在 41. 99% ～ 53. 78% ，ZnO 达 到 8. 92% ～ 15. 54% ， PbO 为 0. 56% ～ 1. 41% ，Na2O、K2O 含量均较高，分 别是 1. 92% ～ 2. 68% 和 1. 45% ～ 3. 75% ． ·186·
增刊1 庄昌凌等：炼钢过程含铁尘泥的基本物性与综合利用 ·187· (2)转炉污泥含铁品位为48.98%~55.92%， (4)连铸铁鳞含铁品位为21.74%~68.14%， 金属铁为1.8%~3.45%，因生产操作原因，有的钢 不同钢铁厂的连铸铁鳞化学成分差异较大. 铁厂转炉污泥Zn0达到3.06%：转炉二次尘含铁品 因此在处理利用这些粉尘时应充分注意其 位在29.82%~62.69%，碱金属含量较高. 化学组成特点，充分利用粉尘中的Fe0和Ca0, (3)精炼除尘灰相对其他粉尘含铁品位较低， 富集Zn,规避Na20、K20可能的危害，解决Pb0 Ca0含量较高，短流程钢铁厂分别是3.58%~ 的危害. 11.52%和38.84%~64.14%，长流程钢铁厂是 1.2物性分析 12.05%~30.6%和10.39%-36.89% 各种含铁尘泥的物性分析列于表3和表4. 表3短流程钢铁厂炼钢过程含铁尘泥的物性分析 Table 3 Physical properties of dusts and sludges from EAF short route processes 类型 广名 水分1% 堆密度1(kgm3) 比表面积/(m2·g) 平均粒径/μm XC 0.78 737.5 26.00 0.897 电炉灰 HY 0.35 635.4 8.27 3.941 3 0.58 674.0 29.50 0.381 XC 一 759.2 2.50 13.690 精炼除尘灰 HY 0.74 434.0 2.98 25.991 1.57 669.6 1.41 25.278 XC 1.01 1765.3 2239.670 连铸铁鳞 HY 0.03 1246.0 6116.430 ) 0.32 1691.2 4895.550 表4长流程钢铁厂炼钢过程含铁尘泥的物性分析 Table 4 Physical properties of dusts and sludges from BOF long route processes 类型 厂名 水分/% 堆密度/(kgm3) 比表面积/(m2·g1) 平均粒径/μm AG 47.46 2117.1 5.26 6.137 转炉污泥 SG 28.31 902.0 4.11 6.716 NG 8.73 1273.5 5.01 13.835 AG 0.29 777.1 3.62 5.687 转炉二次尘 XG 0.36 550.0 4.16 8.166 WG 1.07 695.7 3.56 14.275 AG 0.55 502.0 2.65 7.628 精炼除尘灰 XG 0.61 630.0 4.25 7.480 AG 0.60 2440.0 1118.040 连铸铁鳞 SG 0.22 1914.3 1594.890 WG 8.81 1638.0 实验结果表明，炼钢过程产生的尘泥性质差异 粒径分别为8.166~14.275m和7.48~25.991 较大，短流程钢铁厂电炉灰的水分含量都很低，全部 um.连铸铁鳞堆密度大，为1246~2440kg·m-3. 在1%以下；堆密度为635.4~737.5kg·m3,平均 粉尘的粒度和水分对其储运和加工处理有显著 粒径为0.381~3.941um,粒度非常细小，比表面积 影响.细小的粉尘压缩成块性能较好，容易压缩成 很大.长流程钢铁厂转炉污泥的水分含量高，最高 球或块；但不便运输，需要采用粉尘专用运输设备 达到47.46%，堆密度为902~2117.1kg°m-3,平均 (如吸粉车)运输，或在除尘点附近初步处理成球， 粒径为6.137~13.835μm,粒度细小，比表面积大. 再运输到其他地点进一步成球或成块处理（如焙 转炉二次尘和精炼除尘灰水分含量低，堆密度分别 烧).含水量较大的尘泥易于运输，但如果含水量过 为550~777.1kgm-3和434~759.2kgm-3,平均 大，则需进行晾晒或压滤处理.粗粉尘便于运输，但
增刊 1 庄昌凌等: 炼钢过程含铁尘泥的基本物性与综合利用 ( 2) 转炉污泥含铁品位为 48. 98% ～ 55. 92% ， 金属铁为 1. 8% ～ 3. 45% ，因生产操作原因，有的钢 铁厂转炉污泥 ZnO 达到 3. 06% ; 转炉二次尘含铁品 位在 29. 82% ～ 62. 69% ，碱金属含量较高． ( 3) 精炼除尘灰相对其他粉尘含铁品位较低， CaO 含 量 较 高，短 流 程 钢 铁 厂 分 别 是 3. 58% ～ 11. 52% 和 38. 84% ～ 64. 14% ，长 流 程 钢 铁 厂 是 12. 05% ～ 30. 6% 和 10. 39% ～ 36. 89% ． ( 4) 连铸铁鳞含铁品位为 21. 74% ～ 68. 14% ， 不同钢铁厂的连铸铁鳞化学成分差异较大． 因此在处理利用这些粉尘时应充分注意其 化学组成特点，充分利用粉尘中的 FeO 和 CaO， 富集 Zn，规避 Na2O、K2O 可能的危害，解决 PbO 的危害． 1. 2 物性分析 各种含铁尘泥的物性分析列于表 3 和表 4． 表 3 短流程钢铁厂炼钢过程含铁尘泥的物性分析 Table 3 Physical properties of dusts and sludges from EAF short route processes 类型 厂名 水分/% 堆密度/( kg·m － 3 ) 比表面积/( m2 ·g － 1 ) 平均粒径/μm XC 0. 78 737. 5 26. 00 0. 897 电炉灰 HY 0. 35 635. 4 8. 27 3. 941 TJ 0. 58 674. 0 29. 50 0. 381 XC — 759. 2 2. 50 13. 690 精炼除尘灰 HY 0. 74 434. 0 2. 98 25. 991 TJ 1. 57 669. 6 1. 41 25. 278 XC 1. 01 1 765. 3 — 2 239. 670 连铸铁鳞 HY 0. 03 1 246. 0 — 6 116. 430 TJ 0. 32 1 691. 2 — 4 895. 550 表 4 长流程钢铁厂炼钢过程含铁尘泥的物性分析 Table 4 Physical properties of dusts and sludges from BOF long route processes 类型 厂名 水分/% 堆密度/( kg·m － 3 ) 比表面积/( m2 ·g － 1 ) 平均粒径/μm AG 47. 46 2 117. 1 5. 26 6. 137 转炉污泥 SG 28. 31 902. 0 4. 11 6. 716 NG 8. 73 1 273. 5 5. 01 13. 835 AG 0. 29 777. 1 3. 62 5. 687 转炉二次尘 XG 0. 36 550. 0 4. 16 8. 166 WG 1. 07 695. 7 3. 56 14. 275 精炼除尘灰 AG 0. 55 502. 0 2. 65 7. 628 XG 0. 61 630. 0 4. 25 7. 480 AG 0. 60 2 440. 0 — 1 118. 040 连铸铁鳞 SG 0. 22 1 914. 3 — 1 594. 890 WG 8. 81 1 638. 0 — — 实验结果表明，炼钢过程产生的尘泥性质差异 较大，短流程钢铁厂电炉灰的水分含量都很低，全部 在 1% 以下; 堆密度为 635. 4 ～ 737. 5 kg·m － 3 ，平均 粒径为 0. 381 ～ 3. 941 μm，粒度非常细小，比表面积 很大． 长流程钢铁厂转炉污泥的水分含量高，最高 达到 47. 46% ，堆密度为 902 ～ 2 117. 1 kg·m － 3 ，平均 粒径为 6. 137 ～ 13. 835 μm，粒度细小，比表面积大． 转炉二次尘和精炼除尘灰水分含量低，堆密度分别 为 550 ～ 777. 1 kg·m － 3 和 434 ～ 759. 2 kg·m － 3 ，平均 粒径分别为 8. 166 ～ 14. 275 μm 和 7. 48 ～ 25. 991 μm． 连铸铁鳞堆密度大，为 1 246 ～ 2 440 kg·m － 3 ． 粉尘的粒度和水分对其储运和加工处理有显著 影响． 细小的粉尘压缩成块性能较好，容易压缩成 球或块; 但不便运输，需要采用粉尘专用运输设备 ( 如吸粉车) 运输，或在除尘点附近初步处理成球， 再运输到其他地点进一步成球或成块处理( 如焙 烧) ． 含水量较大的尘泥易于运输，但如果含水量过 大，则需进行晾晒或压滤处理． 粗粉尘便于运输，但 ·187·
◆188 北京科技大学学报 第33卷 不易成块 炉污泥含铁物相是氧化亚铁、磁铁矿和少量金属铁， 1.3物相分析 同时发现一些碳酸钙；转炉二次尘主要是赤铁矿、磁 1.3.1X射线衍射分析 铁矿和二氧化硅；精炼除尘灰中大部分是碳酸钙和 X射线衍射分析结果如图1所示.电炉灰中含 磁铁矿，还有一些二氧化硅和氧化镁：连铸铁鳞中含 量大量的Fe和Zn元素，主要以铁酸锌(ZnFe2(0,) 铁物相是磁铁矿、氧化亚铁、赤铁矿和金属铁，此外 和磁铁矿(Fe0,)的形式存在，还发现少量SiO2;转 还发现有一些二氧化硅 2500 1200 (b) ·-Fc0 2250 。-ZnFe,0 A-Fe:0. 1080 -Fe,O 2000 ■-Si02 960 ■一CaC0 1750 ◆-Fe 840 1500 720 《) 1250 600 1000 480 750 500 240 250 120 Wdw 10 20 30 40 5060 7080 90 00 20 304050607080 28/ 26/ 3000 1200 y 2700 -Fe,0 -CaCO 1000 2400 -Fe,0 -Fe,0 2100 ■-Si0, -Si02 800 ◆一Mg0 《) 1800 1500 600 1200 900 400 600 200 300 10 0 30 5060 70 80 90 102030 50 60 70 80 20/9 2000 (e) 1800 1600 A-Fe0 1400 ■-Fe,0 ◆-Fe 1200 ★一Si0, 1000 800 600 400 200 10 20 30 0 50 60 7080 90 20/) 图1含铁尘泥的XRD分析.(a)电炉灰；(b)转炉污泥：(c)转炉二次尘：(d)精炼除尘灰：(e)连铸铁鳞 Fig.1 XRD analysis of dusts and sludges.(a)EAF dust:(b)BOF sludge:(c)BOF secondary dust:(d)refining dust:(e)casting millscale 1.3.2扫描电镜分析 结果列于表5. 为了更深入的研究含铁副产品，将粉尘或者铁 电炉灰中均匀分布的白色颗粒矿物主要是铁氧 鳞磨细后在真空下浸入稀释的环氧树脂中制样.当 化物（图2(）一A),基体中有较多块状铁锌化合物 块状尘泥样品被树脂浸透后，取出烘干磨制，再抛 （图2(a)-B)和一些含Ca、Al、Si元素的矿物；转炉 光，然后进行扫描电镜分析如图2所示.能谱分析 污泥中存在大量白色片块状的铁氧化物（图2(b)一
北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 不易成块． 1. 3 物相分析 1. 3. 1 X 射线衍射分析 X 射线衍射分析结果如图 1 所示． 电炉灰中含 量大量的 Fe 和 Zn 元素，主要以铁酸锌( ZnFe2O4 ) 和磁铁矿( Fe3O4 ) 的形式存在，还发现少量 SiO2 ; 转 炉污泥含铁物相是氧化亚铁、磁铁矿和少量金属铁， 同时发现一些碳酸钙; 转炉二次尘主要是赤铁矿、磁 铁矿和二氧化硅; 精炼除尘灰中大部分是碳酸钙和 磁铁矿，还有一些二氧化硅和氧化镁; 连铸铁鳞中含 铁物相是磁铁矿、氧化亚铁、赤铁矿和金属铁，此外 还发现有一些二氧化硅． 图 1 含铁尘泥的 XRD 分析． ( a) 电炉灰; ( b) 转炉污泥; ( c) 转炉二次尘; ( d) 精炼除尘灰; ( e) 连铸铁鳞 Fig． 1 XRD analysis of dusts and sludges. ( a) EAF dust; ( b) BOF sludge; ( c) BOF secondary dust; ( d) refining dust; ( e) casting millscale 1. 3. 2 扫描电镜分析 为了更深入的研究含铁副产品，将粉尘或者铁 鳞磨细后在真空下浸入稀释的环氧树脂中制样． 当 块状尘泥样品被树脂浸透后，取出烘干磨制，再抛 光，然后进行扫描电镜分析如图 2 所示． 能谱分析 结果列于表 5． 电炉灰中均匀分布的白色颗粒矿物主要是铁氧 化物( 图 2( a) --A) ，基体中有较多块状铁锌化合物 ( 图 2( a) --B) 和一些含 Ca、Al、Si 元素的矿物; 转炉 污泥中存在大量白色片块状的铁氧化物( 图 2( b) -- ·188·
增刊1 庄昌凌等：炼钢过程含铁尘泥的基本物性与综合利用 ·189· A),少量金属铁和含Ca、Mg、Zn元素为主的矿物散 尘中的Zn均以铁酸锌形式存在，未见单质Zn或 落在基体中：转炉二次尘中白色颗粒是铁氧化物 ZnO.在粉尘的综合利用中应考虑上述特点. (图2(c)一A),此外还有大小不一的块状Ca、Mg复 2典型钢铁厂炼钢尘泥利用 合矿物（图2(c)-B);精炼灰中含Ca矿物在样品中 大量存在（图2(d)-A和B),并且发现还有Si、Mg、 2.1现状与分析 Al等，铁氧化物较细小（图2(d山）-C),呈零散分布； 无论是电炉流程炼钢还是转炉流程炼钢都会产 连铸铁鳞以白色团状铁氧化物为主（图2(e)一A),， 生大量的粉尘（污泥），这些尘泥具有丰富的Fe,同 含Si、MgAl元素的复合矿物散落在基体（图2(e)一 时含有C、Zn、Ph、Ca等资源，具有较高的利用价值. C)或者附在铁氧化物表面. 这些含铁尘泥由于性质差异较大，所以处理利用方 XRD、扫描电镜及能谱分析均表明：粉尘中Fe 式也不一样.表6为本研究所调研的8家钢厂炼钢 基本以Fe的氧化物或金属铁存在，但在精炼灰中， 粉尘的处理利用状况. 由于CaO含量较高，也有少量Fe以铁酸钙形式存 电炉炼钢过程中产生的电炉灰粒度非常细小， 在，这种复合氧化物中的F0还原比较难；所有粉 粒径范围在0.35~4.0μm,相应的其比表面积大， (a) (c d 口 □B X1g日1aeum 1855BE3 20kU 7X1001661355BEs e 图2炼钢尘泥SEM扫描形貌.(a)电炉灰：(b)转炉污泥：(c)转炉二次尘：(d精炼除尘灰：（©）连铸铁鳞 Fig.2 SEM micrographs of dusts and sludges.a)EAF dust:b)BOF sludge:(c)BOF secondary dust:d)refining dust;e)casting millscale
增刊 1 庄昌凌等: 炼钢过程含铁尘泥的基本物性与综合利用 A) ，少量金属铁和含 Ca、Mg、Zn 元素为主的矿物散 落在基体中; 转炉二次尘中白色颗粒是铁氧化物 ( 图 2( c) --A) ，此外还有大小不一的块状 Ca、Mg 复 合矿物( 图 2( c) --B) ; 精炼灰中含 Ca 矿物在样品中 大量存在( 图 2( d) --A 和 B) ，并且发现还有 Si、Mg、 Al 等，铁氧化物较细小( 图 2( d) --C) ，呈零散分布; 连铸铁鳞以白色团状铁氧化物为主( 图 2( e) --A) ， 含 Si、Mg、Al 元素的复合矿物散落在基体( 图 2( e) -- C) 或者附在铁氧化物表面． XRD、扫描电镜及能谱分析均表明: 粉尘中 Fe 基本以 Fe 的氧化物或金属铁存在，但在精炼灰中， 由于 CaO 含量较高，也有少量 Fe 以铁酸钙形式存 在，这种复合氧化物中的 FeO 还原比较难; 所有粉 尘中的 Zn 均以铁酸锌形式存在，未见单质 Zn 或 ZnO． 在粉尘的综合利用中应考虑上述特点． 2 典型钢铁厂炼钢尘泥利用 2. 1 现状与分析 无论是电炉流程炼钢还是转炉流程炼钢都会产 生大量的粉尘( 污泥) ，这些尘泥具有丰富的 Fe，同 时含有 C、Zn、Pb、Ca 等资源，具有较高的利用价值． 这些含铁尘泥由于性质差异较大，所以处理利用方 式也不一样． 表 6 为本研究所调研的 8 家钢厂炼钢 粉尘的处理利用状况． 电炉炼钢过程中产生的电炉灰粒度非常细小， 粒径范围在0. 35 ～ 4. 0μm，相应的其比表面积大， 图 2 炼钢尘泥 SEM 扫描形貌． ( a) 电炉灰; ( b) 转炉污泥; ( c) 转炉二次尘; ( d) 精炼除尘灰; ( e) 连铸铁鳞 Fig． 2 SEM micrographs of dusts and sludges． ( a) EAF dust; ( b) BOF sludge; ( c) BOF secondary dust; ( d) refining dust; ( e) casting millscale ·189·