SMM 10月15日讯：在由SMM举办的2021第九届绿色锌盐及氧化锌产业高峰论坛上，山西于斯为盛环保科技有限公司首席技术顾问、中国化工学会无机专委会锌盐专家组组长骆天荣针对“钢铁含锌灰处置 ‘终极技术’的开发”进行了一番深入的讲解。
一、锌盐工业发展的重要基础——钢铁含锌灰处置
中国钢铁产业40年的迅速崛起，每年3000万吨左右含锌灰，产生了钢铁含锌固废处置的问题，但同时给锌盐产业带来了依托锌固废二次资源发展的机遇。冶金产业的“危”，成为锌盐产业的“机”。近10年来，依托冶金行业锌固废二次资源的处置利用——锌盐产业原料利用二次资源比率达到80%以上，我国锌盐产业发展进入一个新阶段。
二、钢铁含锌灰处置目前的主流技术及存在问题
1、回转窑技术及存在的问题
用回转窑处置钢铁含锌灰，大概占到含锌灰处理总量的80%，是目前的主流工艺。优点是投资小；存在的问题：一是5%以下含锌灰处置不经济，只处置5%以上的含锌灰；二是灰中40%左右含量的铁，磁选后以铁矿石形式部分回收，造成铁资源的浪费；三是其他渣资源极低价值利用；四是气体排放造成空气污染。
2、转底炉技术及存在的问题
用转底炉处置钢铁含锌灰，是钢铁厂自行处置含锌灰的主流工艺，大概占到含锌灰处理总量的不到20%。存在的问题：
一是投资大、处置能耗大；
二是设备运行故障率高；
三是渣铁不分以铁球团的形式回收；
四是气体排放造成空气污染。
3、行业发展亟需开发一种新技术解决存在的问题
现有两种含锌灰处置工艺都存在各自的问题。在“双碳”目标的背景下，行业发展亟需开发一种节能环保的新技术，使含锌灰处置在一次能源消耗的情况下，实现资源化、高值化的“终极版”。
三、新技术及其工艺流程：
1、新技术的核心——“煤气化悬浮冶炼炉”设计原型：
悬浮冶炼原理： 煤粉、含锌灰及纯氧从悬冶炉顶部喷入，煤粉燃烧产生高温和还原气，使含锌灰或矿粉弥散于1500-1800℃的高温还原气氛空间，在悬浮飘落下降过程的瞬间（2-5秒），完成“气+固”、“气+液”、“气+气”的多项熔融还原反应，因此被称作 ：“悬浮冶炼”，是气流床煤气化技术+悬浮冶炼技术+熔池冶炼技术+水蒸汽氧化技术的一种集成创新。
下图是具体流程：
工艺流程叙述：
1）煤粉与含锌灰、助剂、纯氧、煤气直接喷入炉内燃烧产生高温和煤气；
2）在悬浮冶炼环节，含锌灰中的氧化锌被炭和一氧化碳还原为金属锌后在高温下气化为锌蒸气，和其他钾、钠、氯等挥发物随煤气一起出炉；
3）铁和不挥发渣还原后进入熔池继续冶炼，渣、铁分离后，渣以熔融液态渣排出，直接生产优质岩棉；铁从铁水出口排出，直接生产高纯铁铸件；
4）锌蒸气在950℃以上段，采用水蒸汽氧化生成氧化锌，收集后进纳米氧化锌工段；高温煤气进余热利用系统生产蒸汽和发电，回收余热后尾气经激冷水洗，固体余渣返含锌灰再入炉；
5）洗水蒸发回收氯化钾、其他盐；
6）煤气进储罐或进合成系统生产化产。
四、新技术开发的关键及要点
1、关键——技术集成
新技术是煤气化、复杂多项矿物冶炼、新装置设计制造、金属和耐火材料选择适配的技术集成。80%以上都有成熟范例参照，另近20%也有技术遵循。短期内突破的关键，在于不同专业顶尖技术人员的交叉、融合、协作；在于各技术之间接点衔接的工程优化和适用性选择。
2、要点——
（1）高温熔融悬浮冶炼炉的设计与加工。本技术在主反应器内完成煤的高温气化、灰渣铁、锌、硅、钾、氯等矿物“气-固、气-气、气-液”多重反应过程，反应器内分为悬浮冶炼段和熔池深度还原段，目前还没有成熟的工业装置运行，需从反应热力学和动力学的角度出发进行细致的分析和研究，确定反应器结构和关键设计参数。
（2）反应器耐高温抗腐蚀耐火材料选型与施工。本技术工艺反应温度高达1500-1800℃，反应生成的熔渣对反应器内壁形成严重腐蚀，常规的无机耐火材料很难满足应用要求，需借鉴煤气化高温反应的技术成果，在耐火材料配方、施工方式方面进行技术创新，满足实际应用要求。
（3）物料烧嘴的设计、选材和加工。本技术反应器的关键部件——进料烧嘴，采用多通道高温水冷却结构，保证物料的有效混合，以提高反应和传热传质效率， 在喷嘴选材、关键结构设计、操作参数方面进行深入研究，对烧嘴的物料流型结构进行优化。
（4）锌蒸气的氧化反应方式和工程化。在高温、高煤气系统中进行锌蒸汽的氧化反应生成氧化锌，是新技术开发的一个要点。试验选择用水蒸汽氧化法，及新氧化方式各技术参数优化及适配的工程化设计。
（5）工艺系统的安全联动控制。本技术的反应涉及煤粉、纯氧和煤气，涉及还原和氧化。反应过程的安全和精确控制是工艺系统安全稳定运行的关键。需从工艺设计、仪表选型、中控方案等各方面进行深入研究，借鉴相关行业成熟的技术成果，优化工艺控制方案，实现工业试验系统的安全、稳定、高效运行。
不同工艺含锌灰处理比较
五、新技术开发的“终极”标志
1、煤炭一次能源消耗下实现梯级清洁高效利用
（1）一级利用：煤炭气化，应用气流床煤炭气化的前端，产生1500—1800的高温和80-90%含量的煤气；
（2）二级利用：悬浮冶炼，使用一级利用产生的高温和高还原气氛，对冶炼物料（铁矿粉、含锌灰、其他矿物或固废）进行闪速冶炼；
（3）三级利用：熔池冶炼，一级利用没有气化的炭进入下部熔池对二级利用没有还原完全的冶炼物料进行进一步的还原冶炼，最终实现碳的完全利用；
（4）四级利用：锌蒸气氧化，合成氧化锌；
（5）五级利用：余热发电，利用回收氧化锌之后950-200的热量进行蒸汽生产和发电；
（6）六级利用：煤气化产，利用发电后60%含量的煤气进行化产。
2、各种有用元素实现资源利用“终极化”
锌资源直接生产纳米氧化锌；
铁资源直接生产高纯铁铸件；
各种渣资源直接生产优质岩棉及岩棉部件；
钾、钠资源直接生产氯化钾、氯化钠。
环保方面，该技术由于采用纯氧燃烧和二氧化碳输送物料，氮氧化物排放基本为零；由于物料全部资源化，固体废物排放基本为零；由于各工艺水循环套用和治理利用，废水排放基本为零；由于冶炼和化工生产的巧妙结合，二氧化碳排放相对减少50%以上，二氧化硫在煤气净化中得以回收，排放按国家标准减少90%以上。
