邓永春，李 亮，韦严勇，巩 猛

（1.内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头 014010；2.包头钢铁（集团）公司炼铁厂，

内蒙古包头 014010；3.天津二十冶建设有限公司机械设备安装分公司，天津 300355）

·冶 金·

高炉瓦斯灰综合利用研究现状

邓永春1，李 亮2，韦严勇2，巩 猛3

（1.内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头 014010；2.包头钢铁（集团）公司炼铁厂，

内蒙古包头 014010；3.天津二十冶建设有限公司机械设备安装分公司，天津 300355）

高炉瓦斯灰是由铁、碳以及Si、Al、Ca、Mg的氧化物组成，并含有低沸点的Pb、Zn氧化物与碱金属氧化物等，是一种质轻、粒微的物质。近年来随着高炉炼铁规模的扩大，产生了大量的高炉瓦斯灰，如果不实施综合利用，不但造成环境的污染，同时也是资源的浪费。文章针对国内外对高炉瓦斯灰综合利用的研究现状做了详细的阐述，瓦斯灰的利用主要表现在这些方面：高炉瓦斯灰直接作烧结配料；回收铁和碳；回收锌等有色金属元素；制备絮凝剂；作为吸附剂；高炉瓦斯灰与煤粉混合喷吹以及其它的一些应用。各种处理方式都没有达到有效综合利用的目的，有待对高炉瓦斯灰的利用提出更完善的措施。

高炉瓦斯灰；综合利用；回收有益元素

在高炉冶炼过程中，炉尘随高炉煤气在炉顶引出，经下降管，在重力除尘器内除去较粗的颗粒后，由布袋除尘器对高炉煤气进行精除尘处理。布袋除尘器收集的粉尘称为布袋灰，重力除尘器收集的粉尘称为重力灰，二者统称为瓦斯灰，主要由铁、碳以及Si、Al、Ca、Mg的氧化物组成，并含有低沸点的Pb、Zn氧化物与碱金属氧化物，是一种质轻、粒微的物质，是钢铁企业主要固体排放物之一［1，2］。

近年来随着高炉炼铁规模的扩大，产生了大量的高炉瓦斯灰，如果不实施综合利用，不但造成环境的污染，同时也是资源的浪费。目前关于高炉瓦斯灰的综合利用，国内外学者做了大量的研究工作，取得了一定的进展，其研究主要表现在以下几个方面。

1 高炉瓦斯灰直接作烧结配料

陈少军［3］在2×28.5 m2烧结机原燃料条件及生产设备条件下，用高炉瓦斯灰部分取代焦粉作为烧结燃料进行了工业性试验。研究结果表明：配加1%的高炉瓦斯灰，烧结矿固体燃料消耗下降4.75kg／t，而烧结机利用系数、烧结矿品位、烧结矿FeO含量、烧结矿转鼓指数和筛分指数没有明显变化。

孙宝银［4］对西林钢铁集团公司使用瓦斯灰配入烧结工序做了研究，此公司2005年11月3日开始在烧结工序配用10%的磁选瓦斯灰代替未经磁选的瓦斯灰后，烧结工序和炼铁工序的指标都有不同程度的改善：烧结工序扬尘变小；成球率提高了2%～3%；料层透气性得到改善；烧结机利用系数明显提高；提高了烧结矿强度及成品率；同时TFe升高，减少了白灰配入量，烧结矿品位增加了2.5%以上；高炉利用系数提高0.20 t／（m3·d）以上，焦比降低10 kg／t以上，同时，可实现在烧结工序检修时高炉利用烧结矿库存而不休风，高炉保持全风、全富氧、高冶炼强度的操作方针。

罗文［5］针对杭钢高炉瓦斯灰添加在烧结配料中引起的问题进行了研究。研究结果表明：烧结使用瓦斯灰可以一定程度降低烧结固体燃料消耗；大量使用含铁废料可以降低烧结生产成本；虽然烧结矿产质量指标有所波动，但通过加强工艺过程控制，改善烧结工艺条件，2007年全年烧结矿碱度合格率89.41%，平均转鼓指数77.44%，能较好地满足高炉生产需求，以综合效益来看还是合算的。

昆明钢铁集团有限责任公司将高炉瓦斯灰直接作烧结配料，利用率达80%［6］，但易产生扬尘和混合不均匀，影响烧结矿成分偏析等问题。

2 回收铁和碳

胡晓洪［7］等根据江西新余钢铁有限责任公司高炉瓦斯泥的矿物特性，首先采用常规的选矿方法（如磁选、重选和浮选等）对铁的回收进行了试验研究，之后进行了单一摇床、细筛－摇床、磁选－摇床和细筛－磁选－摇床4个工艺流程的试验研究。研究结果表明：单一的磁选及浮选方法难以获得高品位铁精矿，但易丢弃低品位尾矿；重选以摇床分选效果为佳，一次分选就可获得最终铁精矿。经上述流程进行技术经济指标比较及综合评审，确定采用磁选－摇床为最佳工艺流程。试验所得铁精矿全铁含量大于62%。

张汉泉［8］对含铁品位为37.89%的武钢高炉瓦斯泥采用磁选、重选（摇床、螺旋溜槽）等方法进行铁矿物的回收，试验研究表明：采用两段重选工艺流程处理可获得精泥产率31.81%、含铁品位61.51%、铁回收率为51.64%的较理想指标，其中SiO2、Al2O3、CaO、MgO的含量都能满足高炉冶炼的要求。

成海芳［9］针对攀钢高炉瓦斯泥相对含铁量低、含锌高较难选的情况进行了研究，首先经过磁选、重选和浮选方法的探讨研究，最终确定采用的最佳工艺流程为：重－浮选联合，可使选出的铁精矿品位达到47%～20%，回收率达到49.24%，符合攀钢炼铁原料的要求。

潘国泰［10］针对福建三钢高炉瓦斯灰的处理回收进行了研究，采用浮选和重选方法将其中的C、Fe分离，提选铁精粉和碳精粉返回烧结用作生产原料，剩余尾泥外卖制砖等。研究结果表明：采用一级浮选的工艺流程选取瓦斯灰中的碳，可获得固定碳含量为76%、产率48%、回收率85.5%的碳精粉；采用重选回收高炉瓦斯灰中的铁，可获得全铁含量54%、产率10%、回收率24%的铁精粉，尾矿的全Fe含量为40%～48%；采用重选选取瓦斯灰中的铁，回收率不是很高，建议采用重选及弱－强磁搭配的工艺来回收瓦斯灰中的铁，从而使资源得到最大化的回收利用。

宝钢和有关科研单位合作［11］，在试验室用浮选－磁选或磁选－浮选联合流程处理宝钢高炉粉尘，可获含铁60%的铁精矿，同时回收含碳67%的碳精粉。

徐柏辉等［12］以江西新余钢铁公司高炉瓦斯灰为原料采用浮选－重选联合选矿技术回收铁、碳。研究结果表明：该工艺简单，技术可靠，过程稳定，可获得全铁含量61.13%、回收率56.12%的铁精矿和碳含量80.09%、回收率88.04%的碳精矿，所获得铁精矿、碳精矿可用作烧结原料，尾矿可做为渣砖原料。

3 回收锌等有色金属元素

刘建辉［13］等采用回转窑还原烟化法，即“威尔兹”法。以高炉瓦斯灰为主要原料，加入适量的还原剂（煤和焦炭）以及含硅钙的溶剂（如硫酸锌生产过程中的红泥等固体排放物），配料至混合料含锌10%左右，在回转窑进行烟化处理。实验结果表明：瓦斯灰中的Fe主要残留在窑渣中，渣中含铁可以达到40%，通过控制烟化工艺，使得铁主要以磁铁矿形式存在于渣中，可以作为选铁原料，Zn、Pb、In、Bi等有价金属富集在产品次氧化锌中，分别得到了5、4、5和3倍的富集。

罗文群［14］等人以高炉炼铁瓦斯泥为原料，采用火法富集和湿法浸取制取活性氧化锌。实验结果表面：高炉瓦斯泥在1 000℃通氮气的条件下焙烧60 min，锌的挥发率可以达到97%，富集产品中氧化锌含量82.24%；湿法采用结晶法NH3－NH4HCO3溶液处理富集产品粗品氧化锌，氧化锌浸取率高达99.9%；湿法浸取后得到的碱式碳酸锌在400℃煅烧30 min可得到纯度高达98.4%、比表面积42.5 m2／g、符合HG／T2572－2006标准的活性氧化锌。

Xia.D K和Pickles C A［15］发现瓦斯泥中的铁酸锌可以通过强碱烧结转变成锌酸钠和氧化铁，再经过氢氧化钠浸出，以氧化锌和锌酸钠形式存在的锌全部进入浸出液中，而铁留在渣中，经过强碱烧结过程，瓦斯泥中锌的浸出率可以达到95%。针对锌有25%～50%以铁酸锌形式存在的瓦斯泥，Zhao Y C和Stanforth R也提出两段式碱性浸出工艺［16，17］，具体工艺流程为：首先，瓦斯泥用水或稀碱进行水解处理，浸出渣继续用水洗涤后烘干，然后，水解渣在318℃经烧碱焙烧，焙烧矿再经5M的氢氧化钠溶液逆流浸出，锌的浸出率为99%；浸出液经过过滤后加入硫化钠进行沉铅处理，沉铅后液经过浓缩直接进行电解得到含锌99.0%～99.9%的锌粉。Lenz D M和Martins F B同样提出利用水解－强碱焙烧－强碱浸出－沉淀分离的方法回收瓦斯泥中的锌和铅［18］，不同之处在于碱性浸出液先加入两倍沉铅理论量的硫化钠进行沉铅，此时锌基本没有损失，然后加入三倍沉锌理论量的硫化钠进行沉锌，以硫化锌的方式进行锌的回收。

G khan Orhan［19］用NaOH浸出瓦斯灰，回收富集Zn的研究表明：锌的富集受化学反应过程控制，反应活化能为26.7 kJ／mol。在浸出温度95℃、NaOH浓度10 M、固液比＝1∶7、浸出时间2 h条件下，Zn的浸出率达85%；通过锌粉置换除杂，浸出液中Fe＜0.01 g／L，Cd＜0.001 g／L，Pb＜0.12 g／L，符合锌电积的要求。

张丙怀［20］以高炉瓦斯泥为原料，采用含碳球团还原焙烧的方法对高炉瓦斯泥高效利用作了研究，研究结果表明：还原后的球团为半金属化球团，其全铁（TFe）含量为52%左右，最高达65.2%，单个球强度在2 kN／个左右；副产品氧化锌粉含ZnO 95%左右，最高达97.97%。

何环宇［21］将高炉瓦斯灰和转炉污泥混合，造块后在碳气化反应产生的还原气氛下，将铁氧化物还原成金属铁及锌氧化物还原蒸发，最终获得性能良好的金属化球团，工艺条件为：C／O＝1.0，温度1 220℃，时间30 min以上，金属化球团的金属化率均大于85%；球团中锌含量均小于0.04%，脱锌率大于90%。

毛磊［22，23］对湖南湘钢高炉瓦斯灰酸浸提铟进行了研究，得到了最优的工艺条件，硫酸浓度为1 mol／L、固液比1∶5、每20 g原料瓦斯灰加入0.4 g明胶、浸出温度80℃、浸出时间2 h、高速搅拌条件下铟浸出率为15.31%；随后利用硫酸浸出高炉瓦斯灰所得到含有较低浓度的铟离子的浸出液为原料，利用液膜萃取法对瓦斯灰酸性浸出液中的铟进行富集、分离提取，以P507、SPAN80、工业煤油、液体石蜡为成膜组成，按体积比5∶5∶85∶5制备W／O型乳状液膜，用于萃取瓦斯灰酸浸液中的铟。当瓦斯灰酸浸液中铟浓度为1.18×10－6g／mL、pH＝2.96，乳水比为1／3，常温萃取6 min，铟萃取率可达99.01%。

朱耀平［24］利用云南某钢高炉瓦斯灰为原料，采用挥发－分段浸出－萃取－置换电解的流程综合回收其中的铟、锌、铋和铅等，挥发工序采用回转窑，收尘得锌氧粉8～10 t／d，其成分为Zn约55%，Pb约9%，Bi约0.6%，In约0.07%，Cl 6%～9%；脱氯后的锌氧粉用含Zn 50 g／L，H2SO4150 g／L的锌电解液进行中性浸出，浸出终点的pH值为5.2～5.4，95%以上的锌被溶浸于溶液中，溶液经净化后经常规电解得电锌产品，而In、Pb、Bi等则留于渣中；对中性浸出的渣进行高温高酸二次浸出，使其中的In和残留的Zn转移至溶液中，Pb则留于渣中；将消除了高价铁离子的含铟料液在水平箱式混合澄清槽中加入30%的P204＋煤油进行多级萃取，用8 mol／L的HCl进行多级反萃取，得到含In 25～50 g／L的高铟料液，用碱调整高铟反萃取液的pH值至2.5，加入铝片进行置换得到海绵铟，经压团－熔铸得含In＞99.5%的粗铟，再用真空蒸馏炉除杂和常规的电解精炼，即可将铟提纯到含In＞99.993%～99.999%的高纯铟（4～5 N铟）；在二次高温高酸浸出作业中得到的渣，尚含有相当的Pb和Bi，采用常温条件下HCl浸出，让Bi溶浸于溶液，通过铁板置换得海绵铋，熔铸成粗铋，再经常规火法精炼得精铋。提取铋后的渣中的铅主要以PbSO4形式存在，含Pb＞35%可供作炼铅原料。

4 制备絮凝剂

李善评［25］以济钢的高炉瓦斯灰为原料，制备复合型无机高分子絮凝剂聚合氯化铝铁（PAFC），用盐酸溶瓦斯灰最佳的溶出实验条件为：温度100℃左右、时间3 h、灰酸比1∶3，此时铁、铝溶出率分别为67.61%和11.35%；在最佳溶出实验条件的基础上，向溶出液中加入Al（OH）3溶胶，在60～70℃的条件下搅拌反应4 h，得到的复合无机高分子絮凝剂聚合氯化铝铁稳定性好，对浊度废水的浊度去除率为99.36%。

杨维［26］以工业废渣高炉瓦斯灰和炼铝灰渣为原料，在合成聚合铝铁絮凝剂PAFC的过程中添加钕的化合物，研制一种稀土钕改性聚合铝铁絮凝剂（Nd－PAFC），改性絮凝剂的最佳合成条件为：铝铁摩尔比为1∶3，碱化度为2.0，稀土钕添加量为0.002 8 mol／L；在最佳的稀土钕改性条件下，Nd－PAFC的去除效果比自制PAFC高4.47%。

5 作为吸附剂

A.LOPEZ－DELGADO等用高炉瓦斯泥吸附重金属离子［27，28］。研究表明：（1）瓦斯泥对Pb2＋的吸附主要发生在赤铁矿相中；（2）瓦斯泥的吸附能力随Fe2O3／C总的增加而升高；（3）随着温度的升高，瓦斯泥对Pb2＋的吸附量增大，在80℃时，吸附量达到79.89 mg／g；（4）对于不同的重金属离子，吸附量的顺序为：Pb＞Cu＞Cr＞Cd＞Zn。

6 高炉瓦斯灰与煤粉混合喷吹

贾国利［29］将混合后的高炉炉尘与煤粉（或再添加助熔剂、助燃剂）通过煤粉喷吹系统从风口喷入高炉，测算结果表明：每吨铁喷入炉尘18 kg，相当于提高富氧率约0.3%，在喷入高炉的炉尘中添加适量的助熔助燃剂（如CaO粉、Ca（OH）2粉），使混合喷吹的作用更加显著，喷入的氧化钙和氢氧化钙具有更强的降硅、脱硫、助燃、防爆等作用。

刘德军［30］对鞍钢高炉综合喷吹技术工艺进行了工业试验，试验结果表明：（1）焦比上升3 kg／t、煤比下降0.9 kg／t、综合焦比升高1 kg／t，燃料比基本不变；（2）铁水温度升高3℃、ω［Si］升高0.007%；ω［S］降低0.001%、ω（S）上升0.03%，Ls上升3.9；R上升0.02；基准期ω（FeO）为0.30%，试验期ω（FeO）为0.47%，二者相差0.17%，略有升高，属正常范围内波动，即生铁质量基本稳定，炉渣成分基本稳定；（3）期间高炉生产正常，高炉产量有所增加，利用系数升高0.035 t／m3·d。

7 其它应用

李善评［31］以高炉瓦斯灰为主要原料、粘土和硅酸钠作为添加剂制备曝气生物滤池填料。其最佳制备工艺条件为：高炉瓦斯灰、粘土、硅酸钠质量分数分别为79%，15%，6%，烧制温度为600℃。将其应用于曝气生物滤池处理酱油废水，在水里停留时间为4 h、气水比6∶1、滤层高度为100 cm的情况下，COD的去除率达到70.3%，NH3－N的去除率达到74%，色度的去除率达到60%，取得了较好的处理效果。

邹俊甫［32］将瓦期灰用于广州军区黄石水泥厂生料配料代替铜矿渣做铁质校正原料，经济效益十分可观，值得推广。

针对包钢高炉瓦斯灰的特殊组成，碱金属含量高，且含氟，属世界独有资源，邓永春［33］对其进行了研究，实验采用火法氯化，以包钢瓦斯灰为原料，通过配加氯化钙，在一定温度下焙烧，将金属氧化物转化为水溶性的氯化物，通过过滤将其分离，滤渣可作为炼铁烧结原料，滤液含有有价成分Zn，通过湿法冶金可得到ZnO。研究表明：600℃时K2O和Na2O的氯化率均高于98%，Pb和Zn的氯化率分别为54.21%、15.24%。

8 结 语

由于高炉瓦斯灰成分特殊，铁含量低，Pb、Zn氧化物与碱金属氧化物含量相对高，导致没有得到较好的利用，本文就国内外高炉瓦斯灰综合利用的研究现状做了详细的阐述，但各种处理方式都没有达到有效综合利用的目的，有待对高炉瓦斯灰的利用提出更完善的措施。

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Research Situation of the Blast Furnace Gas Ash Com prehensive Utilization

DENG Yong-chun1，LILiang2，WEIYan-yong2，GONG Meng3
（1.Inner Mongolia University of Science and Technology，School of Materials and Metallurgy，Baotou 014010，China；2.Baotou Iron and Steel（Group）Company，Ironmaking Plant，Baotou 014010，China；3.Tianjin Twenty Metallurgical Construction Co.，Ltd，Mechanical Equipment Installation Branch，Tianjin 300355，China）

The blast furnace dust，which contains the oxides of iron，carbon and Si，Al，Ca，Mg，some low-boiling oxides of Pb，Zn and alkalimetal oxides，is lightweightmicro particlematerial.In recent years，with the constant expansion of the blast furnace，a lot of blast furnace dust has been discharged which will not only cause serious environmental pollution，but also greatly waste resources if it is not comprehensively used.This papermainly deals with the comprehensive utilization of the blast furnace dust both home and abroad.The use of dustmainly focuses on the following areas：sintermix proportioning directly with blast furnace dust，recovery of iron and carbon，recovery of zinc and other non-ferrousmetal elements，production of flocculants and adsorbent，coal injection into the blast furnace dust aswell as some other researchers.The above researchers have not used the blast furnace dust comprehensively，so the use of blast furnace dust presents a better solution.

the blast furnace dust；comprehensive utilization；recovery of valuable elements

TF11

：A

：1003－5540（2014）05－0025－05

2014－07－26

内蒙古科技大学创新基金资助项目（2011NCL047）

邓永春（1982－），男，讲师，在读博士，主要从事冶金新技术及工艺的研究。