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摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，为研究冶金粉尘的组成特点和处置技术，文章分析了不同粉尘中的Fe、Ca和C等有价成分的组成特点和资源化利用技术。结果表明，含有重金属和碱金属的冶金粉尘在烧结利用的同时会对烧结烟气污染物控制带来负面影响，如何将这些杂质组分从含杂质冶金粉尘中有效分离至关重要。对于水溶碱金属含量较高的冶金粉尘，可以采用水洗分离和析出氯化钾技术，对于锌等重金属含量较高的冶金粉尘，可以采用火法除杂分离制备金属化球团方式。
关键词：冶金粉尘;细颗粒物;二噁英类物质;除杂技术
引言
超细铁粉是一种基础原材料中的新材料，其微观颗粒细小而不同程度地表现出尺寸效应、量子效应、表面效应、界面效应等性能，因而在磁、电、光、热和化学活性等方面都有传统材料不具备的新特性，广泛应用于电子工业、金属注射成形（MIM）、金刚石工具、摩擦材料及高性能粉末冶金零件等领域。超细铁粉的传统制备方法主要有羰基热解法、高压气体雾化法、超高压水雾化法、等离子体雾化法、层流雾化法、电解法等，这些方法生产超细铁粉存在工序多、流程长，产量、收率低，制造成本高等问题，因此刺激和推进了超细铁粉制备方法的创新及在相关领域的应用研究。针对冶金含铁粉尘原始颗粒细小、含铁量高及其杂质相存在状态，经过除杂提纯后制备超细铁粉，能缩短工序流程，降低产品的制造成本，同时为冶金含铁粉尘的综合利用拓展路径，因此进行了冶金含铁粉尘提纯分离-还原工艺及获得的超细铁粉性能的探索试验。
1冶金粉尘的产生和组成特性
随着我国的综合国力在不断的加强，钢铁生产流程包括烧结、炼铁、炼钢等生产工序，据统计，我国大型钢企粉尘产出比例按工序分别为烧结工序粉尘占烧结矿的2%～4%，炼铁工序粉尘约占铁水的3%～4%，炼钢工序粉尘约占钢产量的3%～4%。冶金粉尘化学组成因原料状况、工艺流程、设备配置差异等有所不同，表1为不同冶金粉尘的产出工序及对应的组成。由表1可知，不同工序冶金粉尘中均含有烧结配料所需的Fe、CaO和C等主要组成，但不同粉尘中的杂质如重（碱）金属组成含量相差较大，如烧结机头除尘灰中的碱金属K、Na含量较高，炼铁工序除尘灰和电炉炼钢工序除尘灰中重金属Zn含量较高，这些杂质的产生既和入炉物料原始化学组成有关，也与冶炼工艺参数紧密相关。从冶金粉尘的资源化应用途径来看，可分为钢铁工序内部利用、简单加工回用和除杂加工利用等方式。其中又以烧结利用占有较大比例，直接烧结利用在一定程度上实现了粉尘有价组成的资源回收，但由于缺乏各类物料除杂过程，导致其在直接利用过程中影响钢铁的正常生产，如粉尘中的锌元素将随烧结矿进入高炉，在高炉内挥发和循环富集，致使高炉结瘤，影响高炉正常生产;粉尘中的钾元素在烧结高温过程中挥发再凝结将影响烧结电除尘效果，导致烧结电除尘不能达标，进而降低除尘效率，产生环保问题，或是在循环过程中进入高炉，引起高炉结瘤，恶化料柱透气性，破坏焦炭强度，影响铁水产量和高炉效率等。因此，冶金粉尘的资源化应基于粉尘的物理化学性质出发，另外，随着我国对烧结烟气污染物排放的控制标准越来越严格，粉尘在烧结中利用也要考虑到对烟气污染物控制是否会带来负面影响，以此作为依据来分析其是否适用于烧结处理，进而选择合适的资源化处理方式，将有助于促进粉尘资源综合利用和环境保护双重目的的实现。
2烧结烟气污染物排放与冶金粉尘的关系
2.1化学成分
试验制成的超细铁粉的化学成分指标优于现行的还原铁粉标准GB/T 4136-94及YB/T 5308-2011中细铁粉牌号FHY200的化学成分指标，其中全铁含量较高，杂质含量明显降低，酸不溶物也得到降低，指标也优于进口的某牌号羰基铁粉的分析指标（TFe质量分数为98.1%、C质量分数为0.8%）。
2.2烧结性能
压制成型条件为：采用5t/cm2×1min、6t/cm2×1min的参数单向压制生坯，烧结条件为：t×2h，其中t的取值为750～950℃，在还原性气氛下进行烧结。不同烧结条件下的样品体积收缩率如图6所示。由图6可以看出：随着烧结温度的升高，生坯烧结体积收缩率增大;当烧结温度超过900℃时，随着烧结温度的升高，生坯烧结体积收缩率趋于稳定。说明超细铁粉的烧结温度在850～900℃左右，明显低于常规铁粉的烧结温度（1 150℃）。
2.3壓制性能
随着压制压力的增加，生坯密度不断增大，压制压力超过6t/cm2后，其生坯密度仍在继续增大，随着进一步增大压制强度，生坯密度增幅减缓。试验中当压制压力超过3t/cm2时，物料就能成型，压制压力越大，生坯越致密，表面光洁度越好，这说明制备的超细铁粉具有较好的压制成型性能。
3冶金粉尘处置技术分析
3.1含Zn粉尘除杂技术
在我国快速发展的额过程中，炼铁、炼钢工序产生的粉尘含有Zn、Pb等重金属，尤以重金属Zn的含量较高，这些含重金属杂质粉尘如直接在烧结、高炉等工序中利用会对生产造成负面影响，含重金属粉尘的除杂可以分为物理分离、湿法和火法工艺技术。以含Zn粉尘为例，物理分离方式效率较低，因此一般作为湿法技术或火法技术的预处理工艺;湿法工艺是利用氧化锌不溶于水或乙醇可溶于酸、氢氧化钠或氯化铵的特性，通过酸浸、碱浸以及氨联合浸出将锌从混合物中分离出来，由于需要大量水和药剂，容易产生难处理泥浆，对设备磨损和腐蚀。火法工艺是在高温还原条件下实现含铁氧化物的金属化还原，同时使含有的Zn、Pb等杂质元素挥发，随烟气排出并进行收集。相对而言，火法成本略高，但资源化和除杂综合效果最好。图1为转底炉技术的工艺流程，主要是将粉尘和煤粉进行混合造块和干燥，然后送入环形转底炉高温金属化，并辅以余热回收和尾气处置，其处置时间较短、产品性能多用途广、过程环保控制较好，另外，由于粉尘本身含有一定碳组成，可以部分替代还原剂煤粉，因此其在冶金粉尘处置方面受到国内外广泛重视，在欧、美、日等发达国家应用较多自上世纪以来，我国科研院所、企业积极开展了转底炉技术的自主研发和引进，在马钢、日钢、沙钢等多处建设转底炉生产线，其中有大约一半左右用于处置冶金粉尘。
3.2含碱金属粉尘除杂技术
烧结机头电除尘灰中含有较多的可溶碱金属氯化物，除可溶性氯化钾和氯化钠外，除尘灰中含有的其它相均难溶于水，因此可采用水溶分离、结晶提纯技术，将可溶氯化物在水中分离，然后可以将分离后的不同物质再分别进行利用。
结语
（1）钢铁冶金含铁粉尘高达数千万吨，是我国固废资源利用的重要组成部分，不同工序的冶金粉尘组成差异较大，目前烧结回用处置仍是冶金粉尘利用的重要途径。（2）烧结烟气污染物控制已经成为冶金环境保护的重要内容，因此进行冶金粉尘资源循环利用的同时也要关注其对烟气的影响，含有重（碱）金属且粒度较细的配料对烟气细颗粒物和二噁英类物质的生成有促进作用。
参考文献
[1]刘百臣，魏国，沈峰满，等.钢铁厂尘泥资源化管理与利用[J].材料与冶金学报，2006，5（3）：231-237.
[2]佘雪峰，薛庆国，王静松，等.钢铁厂含锌粉尘综合利用及相关处理工艺比较[J].炼铁，2010，29（4）：56-62.
[3]岳昌盛，廖洪强，任中兴，等.烧结机头电场除尘灰的环保利用前景分析[J].第四届宝钢学术年会论文集，2010：190-195.
[4]李肇毅.宝钢高炉的锌危害及其抑制[J].宝钢技术，2002（6）：18-21.
关键词：冶金粉尘;细颗粒物;二噁英类物质;除杂技术
引言
超细铁粉是一种基础原材料中的新材料，其微观颗粒细小而不同程度地表现出尺寸效应、量子效应、表面效应、界面效应等性能，因而在磁、电、光、热和化学活性等方面都有传统材料不具备的新特性，广泛应用于电子工业、金属注射成形（MIM）、金刚石工具、摩擦材料及高性能粉末冶金零件等领域。超细铁粉的传统制备方法主要有羰基热解法、高压气体雾化法、超高压水雾化法、等离子体雾化法、层流雾化法、电解法等，这些方法生产超细铁粉存在工序多、流程长，产量、收率低，制造成本高等问题，因此刺激和推进了超细铁粉制备方法的创新及在相关领域的应用研究。针对冶金含铁粉尘原始颗粒细小、含铁量高及其杂质相存在状态，经过除杂提纯后制备超细铁粉，能缩短工序流程，降低产品的制造成本，同时为冶金含铁粉尘的综合利用拓展路径，因此进行了冶金含铁粉尘提纯分离-还原工艺及获得的超细铁粉性能的探索试验。
1冶金粉尘的产生和组成特性
随着我国的综合国力在不断的加强，钢铁生产流程包括烧结、炼铁、炼钢等生产工序，据统计，我国大型钢企粉尘产出比例按工序分别为烧结工序粉尘占烧结矿的2%～4%，炼铁工序粉尘约占铁水的3%～4%，炼钢工序粉尘约占钢产量的3%～4%。冶金粉尘化学组成因原料状况、工艺流程、设备配置差异等有所不同，表1为不同冶金粉尘的产出工序及对应的组成。由表1可知，不同工序冶金粉尘中均含有烧结配料所需的Fe、CaO和C等主要组成，但不同粉尘中的杂质如重（碱）金属组成含量相差较大，如烧结机头除尘灰中的碱金属K、Na含量较高，炼铁工序除尘灰和电炉炼钢工序除尘灰中重金属Zn含量较高，这些杂质的产生既和入炉物料原始化学组成有关，也与冶炼工艺参数紧密相关。从冶金粉尘的资源化应用途径来看，可分为钢铁工序内部利用、简单加工回用和除杂加工利用等方式。其中又以烧结利用占有较大比例，直接烧结利用在一定程度上实现了粉尘有价组成的资源回收，但由于缺乏各类物料除杂过程，导致其在直接利用过程中影响钢铁的正常生产，如粉尘中的锌元素将随烧结矿进入高炉，在高炉内挥发和循环富集，致使高炉结瘤，影响高炉正常生产;粉尘中的钾元素在烧结高温过程中挥发再凝结将影响烧结电除尘效果，导致烧结电除尘不能达标，进而降低除尘效率，产生环保问题，或是在循环过程中进入高炉，引起高炉结瘤，恶化料柱透气性，破坏焦炭强度，影响铁水产量和高炉效率等。因此，冶金粉尘的资源化应基于粉尘的物理化学性质出发，另外，随着我国对烧结烟气污染物排放的控制标准越来越严格，粉尘在烧结中利用也要考虑到对烟气污染物控制是否会带来负面影响，以此作为依据来分析其是否适用于烧结处理，进而选择合适的资源化处理方式，将有助于促进粉尘资源综合利用和环境保护双重目的的实现。
2烧结烟气污染物排放与冶金粉尘的关系
2.1化学成分
试验制成的超细铁粉的化学成分指标优于现行的还原铁粉标准GB/T 4136-94及YB/T 5308-2011中细铁粉牌号FHY200的化学成分指标，其中全铁含量较高，杂质含量明显降低，酸不溶物也得到降低，指标也优于进口的某牌号羰基铁粉的分析指标（TFe质量分数为98.1%、C质量分数为0.8%）。
2.2烧结性能
压制成型条件为：采用5t/cm2×1min、6t/cm2×1min的参数单向压制生坯，烧结条件为：t×2h，其中t的取值为750～950℃，在还原性气氛下进行烧结。不同烧结条件下的样品体积收缩率如图6所示。由图6可以看出：随着烧结温度的升高，生坯烧结体积收缩率增大;当烧结温度超过900℃时，随着烧结温度的升高，生坯烧结体积收缩率趋于稳定。说明超细铁粉的烧结温度在850～900℃左右，明显低于常规铁粉的烧结温度（1 150℃）。
2.3壓制性能
随着压制压力的增加，生坯密度不断增大，压制压力超过6t/cm2后，其生坯密度仍在继续增大，随着进一步增大压制强度，生坯密度增幅减缓。试验中当压制压力超过3t/cm2时，物料就能成型，压制压力越大，生坯越致密，表面光洁度越好，这说明制备的超细铁粉具有较好的压制成型性能。
3冶金粉尘处置技术分析
3.1含Zn粉尘除杂技术
在我国快速发展的额过程中，炼铁、炼钢工序产生的粉尘含有Zn、Pb等重金属，尤以重金属Zn的含量较高，这些含重金属杂质粉尘如直接在烧结、高炉等工序中利用会对生产造成负面影响，含重金属粉尘的除杂可以分为物理分离、湿法和火法工艺技术。以含Zn粉尘为例，物理分离方式效率较低，因此一般作为湿法技术或火法技术的预处理工艺;湿法工艺是利用氧化锌不溶于水或乙醇可溶于酸、氢氧化钠或氯化铵的特性，通过酸浸、碱浸以及氨联合浸出将锌从混合物中分离出来，由于需要大量水和药剂，容易产生难处理泥浆，对设备磨损和腐蚀。火法工艺是在高温还原条件下实现含铁氧化物的金属化还原，同时使含有的Zn、Pb等杂质元素挥发，随烟气排出并进行收集。相对而言，火法成本略高，但资源化和除杂综合效果最好。图1为转底炉技术的工艺流程，主要是将粉尘和煤粉进行混合造块和干燥，然后送入环形转底炉高温金属化，并辅以余热回收和尾气处置，其处置时间较短、产品性能多用途广、过程环保控制较好，另外，由于粉尘本身含有一定碳组成，可以部分替代还原剂煤粉，因此其在冶金粉尘处置方面受到国内外广泛重视，在欧、美、日等发达国家应用较多自上世纪以来，我国科研院所、企业积极开展了转底炉技术的自主研发和引进，在马钢、日钢、沙钢等多处建设转底炉生产线，其中有大约一半左右用于处置冶金粉尘。
3.2含碱金属粉尘除杂技术
烧结机头电除尘灰中含有较多的可溶碱金属氯化物，除可溶性氯化钾和氯化钠外，除尘灰中含有的其它相均难溶于水，因此可采用水溶分离、结晶提纯技术，将可溶氯化物在水中分离，然后可以将分离后的不同物质再分别进行利用。
结语
（1）钢铁冶金含铁粉尘高达数千万吨，是我国固废资源利用的重要组成部分，不同工序的冶金粉尘组成差异较大，目前烧结回用处置仍是冶金粉尘利用的重要途径。（2）烧结烟气污染物控制已经成为冶金环境保护的重要内容，因此进行冶金粉尘资源循环利用的同时也要关注其对烟气的影响，含有重（碱）金属且粒度较细的配料对烟气细颗粒物和二噁英类物质的生成有促进作用。
参考文献
[1]刘百臣，魏国，沈峰满，等.钢铁厂尘泥资源化管理与利用[J].材料与冶金学报，2006，5（3）：231-237.
[2]佘雪峰，薛庆国，王静松，等.钢铁厂含锌粉尘综合利用及相关处理工艺比较[J].炼铁，2010，29（4）：56-62.
[3]岳昌盛，廖洪强，任中兴，等.烧结机头电场除尘灰的环保利用前景分析[J].第四届宝钢学术年会论文集，2010：190-195.
[4]李肇毅.宝钢高炉的锌危害及其抑制[J].宝钢技术，2002（6）：18-21.