烧结烟尘综合利用项目
发布日期：2013-05-04
一、 项目背景：
钢铁企业是烟尘排放大户，在钢铁生产系统中，烧结烟尘排放占2/3左右，治理烧结烟尘排放对控制钢铁冶金烟尘排放具有举足轻重作用。根据目前掌握的资料统计分析，生产一吨钢在烧结工序中产生5公斤左右的富钾烧结除尘灰，全国6亿吨钢铁每年产生的富钾烧结除尘灰大约有300万吨。目前烧结除尘灰处理方式有堆放或返回烧结。堆放会造成土质盐碱化和地表水卤化，环境危害极大，是环保部门明令禁止的。烧结除尘灰返回烧结过程，烧结机产烧结能降低3%左右，高炉K、Na负荷超标，煤气管道腐蚀严重。目前只能采取开路排放，以维持钢铁生产过程的钾、钠不超负荷，保持生产的稳定性。
我国的钾资源量仅占世界钾资源总量的2%，而我国是农业大国，农业生产需要钾肥，钾肥主要原料是氯化钾，氯化钾每年进口比例是70-80%。全国6亿吨钢铁每年产生的富钾电除尘灰大约有300万吨，氯化钾的含量按平均值20%计算，这样相当于每年产生60万吨左右的氯化钾，这个数值相当于2010年我国氯化钾生产总量的20%左右。由此可见，从烧结除尘灰中提取氯化钾，可以使我国钾资源对外进口量下降20%左右。因此，烧结除尘灰是一种重要钾资源，对解决我国钾资源紧缺问题具有重要意义。
中国是个钾资源严重短缺的国家，而钢铁冶金烧结除尘灰因含钾含量高而排放弃用，既造成资源浪费，又造成严重环境污染。为开发钢铁冶金粉尘资源高效循环利用新技术，特别是开辟我国紧缺钾资源获取的新途径，本项目开发以烧结电除尘灰为原料生产氯化钾并副产铁精粉的工艺技术，建立年处理24万吨烧结电除灰的示范工程，达到经济、环保、稳定运行技术水平，为解决我国钾资源问题开辟一条新的资源途径，并实现难处理冶金粉尘的高效循环利用。
二、 具体做法：
（一）项目主要实施内容：
主要研究各级电除尘灰的物性及其对提取氯化钾工艺的影响规律，为烧结电除尘灰合理利用提供技术经济参数；研究烧结烟尘的K、Na浸取卤水制备技术和多元卤水溶液净化技术和K、Na分离的分步结晶技术，重点研发以富钾烟尘为原料制备KCl的工艺技术原理、工业示范装备与技术集成。实现烧结烟气全组分深度利用的关键共性技术，形成烧结电除尘灰预处理、资源化转化、过程污染控制的成套技术与关键设备，全面提升烧结烟尘资源化利用技术，实现烧结烟尘资源化加工过程的节能降耗和污染控制，推动钢铁产业难处理冶金粉尘循环利用技术的发展，同时为我国获取钾资源提供一条新的技术途径。
（二）技术路线
1. 针对典型钢铁企业炼铁原料及工艺的差异，对钢铁企业铁矿粉烧结烟尘进行分级取样分析，研究烧结电除尘灰的K、Na、Zn、Pb、Fe等的赋存形态，并建立烧结电除尘灰物性数据库。
2. 针对典型钢厂的K、Na富集的烧结烟尘，（a）研究开发K、Na浸取分离工艺技术；(b)开究开发K、Na浸取液的除杂工艺技术；（c）测定H2O-KCl-NaCl-CaCl2四元体系的结晶相图；（d）研究KCl-NaCl的分步结晶工艺技术。
3. 根据K、Na浸取分离工艺技术基础研究成果，设计开发高固液比烟尘浸取制备高浓度卤水的大型装置系统，包括三级或四级逆流浸取反应器，残渣洗涤和过滤器，水路分配、粉尘输送等，在该系统上进行调试和试验，获得高浓度卤水制备的工艺技术和装备。
4. 根据卤水除杂净化工艺技术基础研究成果，设计开发粗卤水沉淀除杂净化工业生产单元系统装置，包括搅伴反应器、沉淀池、添加剂给料器、离心过滤等，在该系统上完成卤水的除杂净化工艺和设备调试，获得满足蒸发结晶要求的卤水净化工艺技术和装备。
5. 根据H2O-KCl-NaCl-CaCl2四元体系的结晶相图及KCl-NaCl的分步结晶工艺技术基础研究成果，设计开发四效负压蒸安结晶反应器系统装置，在此系统单元上进行详细的试验，研究各蒸发结晶器的温度控制参数、蒸发时间控制、各级浓度控制、蒸气流量与分配等与各级产品质量、能源的效率、生产速度等之间的关系，建立优化合理的操作制度。
6. 将粉尘浸取制卤单元、卤水净化除杂单元、蒸发结晶分离单元进行系统集成，完成集成系统的联动调试和自动化控制，对全系统进行工艺优化，实现产品合格、能耗最小、尾液循环利用的目标。通过该范生产线的运行，考察其技术和经济指标。
7. 综合分析上述研究结果，并结合已有工业技术，形成不同类型烧结电除尘灰生产氯化钾的工艺技术、装备设计软件包。
8. 项目一期总投资1.2亿元，建立年处理24万吨烧结除尘灰的生产线，年产氯化钾4.5万吨，副产铁精粉4.8万吨，年投产时间2012年9月，可有效处理位于唐山周边首钢、唐钢、国丰等大型钢厂的烧结除尘灰；项目二期总投资4.2亿元，达到年处理48万吨烧结除尘灰的生产能力，到达年产氯化钾9万吨，副产铁精粉9.6万吨。
（三）项目前期工作情况：
1、项目工作基础：
1) 针对烧结电除灰的利用利用问题，公司技术合作单位北京科技大学"高效钢铁冶金"国家重点实验室和"生态与循环冶金"教育部重点实验室在国家科技计划项目的资助下，深入开展了冶金富钾粉尘的基础研究，相关的研究成果已获得国家发明专利，实验室建立了半连续原理示范装置，可获得氯化钾纯度达97%的产品。
2) 公司于2011年4月7日与北京科技大学正式签定《专利技术转让与合作协议》，成功获得 “利用钢铁企业烧结电除尘灰生产氯化钾的方法”（ZL200810101269.3）发明专利的所有权，该技术专利是当前国内利用钢铁企业烧结电除尘灰生产氯化钾唯一获得授权的发明专利，该专利为项目的实施奠定了坚实的基础。
3) 完成了项目选址和征地，位于唐山曹妃甸国家循环经济示范区内，占地面积250亩。已委托中国轻工业长沙工程有限公司完成《可行性研究报告》的编制和论证、工艺流程和设备的设计。
4) 前期审批手续取得《备案证》、《建设工程许可证》、《建设用地规划许可证》、《施工许可证》、《气象防雷备案》、《设计进区备案》等审批手续，现已在施工过程中。
5) 项目承担单位唐山汇鑫嘉德节能减排科技股份有限公司成立于2011年3月，位于唐山市曹妃甸工业区装备制造园区，注册资本3690万元，资产总额8197万元，公司主要业务是从钢铁企业的烧结烟尘灰中提取有价元素进行综合利用，属于国家大力倡导和支持的新型环保型企业，公司通过对炼铁烟尘灰的独立处理，将大大增强钢铁企业产钢品质，提高钢铁冶炼设备的使用寿命，极大的减少环境保护压力。公司现有人员80人，其中技术人员35人，中高级职称15人。公司拥有国家发明专利一项，已申报国家发明专利两项，与北京科技大学、河北理工大学等单位签订了《技术合作协议》，建立了长期战略合作关系，奠定了产学研一体的经营发展模式，北京科技大学和河北理工大学科研设备齐全，技术力量较强，其保证优先为公司提供技术服务。
2、 项目工程进度情况：
本工程一期和二期总占地约250亩，拟建在曹妃甸工业区装备制造工业园区。厂址南面紧靠本溪道，东面紧靠朝阳路。
1) 建设规模与产品方案：一期规模：年产4.5万吨氯化钾，50kg包装；年产4.8万吨铁精粉，散装。二期规模：年产4.5万吨氯化钾，50kg包装；年产4.8万吨铁精粉，散装。
2) 新建建（构）筑物主要包括：原料车间、制卤车间、制钾车间、选矿车间、氯化钾仓储车间、铁精粉仓储车间、锅炉房、研发中心、综合办公楼、食堂兼活动中心、倒班宿舍、厂区大门与围墙等，在总平面布置图上对这些建（构）筑物进行总体布置。
3) 一期工程主要有制卤车间、制钾车间、锅炉房、倒班宿舍，四个子项目上部结构均采用框架结构，基础部分采用高强混凝土预应力管桩。目前四个子项目的土建已封顶，砌体工程基本完工，设备定制完成。2011年12月完成项目主体工程建设，2012年8月完成设备安装及调试，2012年9月可进行试投产。
三、 实施效果：
（一）实施效果：
1. 针对当前钢铁冶金烧结电除尘灰堆弃排放、环境污染重等问题，突破烧结电除尘灰Fe与K、Na分离技术及K与Na的分离技术，不仅可实现铁资源的循环利用、而且开辟我国获取钾资源的新途径，可使烧结电除尘灰废弃物处置技术成为一个新的经济增长点。
2. 解决烧结电除尘灰制卤工艺技术和工业装备，解决四效蒸发K、Na分步结晶分离技术和工业装备，形成成套技术和装备集成示范工程，为烧结电除尘的资源化利用技术推广做出样板。
3. 通过对全国典型钢铁企业铁矿粉烧结烟尘进行分级取样分析，研究烧结电除尘灰的K、Na、Zn、Pb、Fe等的赋存形态，建立全国典型钢铁企业烧结除尘灰原料物性数据库。
4. 烧结电除尘灰通过提钾除去碱金属后返回配料，可降低电除尘灰中的碱金属含量，提高电除尘灰烟气净化效率。
5. 项目投产后，可有效处理唐山周边乃至河北省地区各大型钢厂的烧结除尘灰，实现采用先进技术、先进设备对各大钢厂的工业固体废弃物烧结烟尘的处理和综合利用。可为曹妃甸循环经济示范区的建设和华北地区经济的发展作出重要贡献。
6. 我省钢产量近1亿吨，钢铁生产中产生的烧结除尘灰处理问题一直困扰着企业，本项目的实施，不仅可解决烧结除尘灰的循环利用问题，而且可产5万吨左右氯化钾，将对我省唐山地区钢铁企业烧结除尘灰的资源化利用具有重要的示范作用。项目成功实施后，建立的全国典型钢铁企业烧结除尘灰原料物性数据库、不同类型烧结电除尘灰生产氯化钾的工艺技术、装备设计软件包，可为全国钢铁企业烧结电除尘灰综合利用提供咨询服务和设计服务，实现我国富钾烟尘的循环利用技术，解决我国的钾资源供给问题；同时解决难处理冶金粉尘的排放问题，社会环境效益巨大。将有效推动我省钢铁工业的清洁生产，同时对全国钢铁企业的清洁生产也有重要的推动作用。我们有能力有信心在我国钢铁生产大省河北，建立一个冶金废弃物循环利用节能减排样板工程，推动钢铁产业难处理冶金粉尘循环利用技术的发展，同时为我国获取钾资源提供一条新的技术途径。
（二）特色和优势：
1. 本项目为北京科技大学生态与循环冶金教育部重点实验室在国家自然科学基金、教育部重点基金、教育部博士点基金的国家资助项目研究成果的转化和产业化。
2. 本项目获得国家“十二五”863计划项目和河北省重大技术创新项目的支持。公司与北京科技大学形成战略合作关系，以北京科技大学为技术支持，对公司开展的各项科研及实验工作进行指导和支持。
3. 该项目采用了多种成熟技术，并把这些技术结合形成先进的集成技术。
4. 该项目解决了国内钢铁企业面临的固体废弃物无法回收利用的固疾，实现了工业废弃物的再利用。
5. 该项目具备了科研、技术、原料、市场、资金、效益等多种条件，同时符合国家关于产、学、研结合的要求。
6. 该项目符合国家节能减排产业政策，可实现工业化规模生产。
7. 河北省钢铁年产能约占全国1/7～1/6，河北省的年烧结烟尘量约100万吨，能够保障公司原料的需求。
8. 该项目具有多种成熟的集成技术、具备产业化条件，并且具有在全国推广的意义，社会效益巨大。
9. 我国钾资源量不到世界钾资源量的1/40，而我国是个农业大国，人口众多，其钾肥消费量占到世界消费总量的1/5。我国钾肥供不应求，长期依赖进口，2000年时我国钾肥对外依存度达90%，经过近十年的努力，我国2008年钾肥对外依存度减小到70%，虽然自供能力有一定的提高，但是随着钾肥需求的迅猛增加，我国钾肥长期依赖进口的局面在一定时期内较难改变，因此用烧结除尘灰生产氯化钾技术的市场前景十分良好。
四、持续改进措施：
本项目以钢铁冶金行业产生的大宗固体废弃物（冶炼烟尘）的高值化深度利用为切入点，解决K、Fe综合回收与高值化利用的关键共性技术。建成年处理48万吨烧结电除尘烟尘提取KCl的示范生产线，为解决我国钢铁冶金烟尘污染问题及紧缺战略钾资源提供技术支撑，该技术的成功实施并推广应用，可使我国氯化钾产品对外依从度由80%降低到60%以下。
此外，该技术还有望拓展到处理矿热炉烟尘、包头矿高炉炼铁粉尘、部分K含量较高的水泥窑烟尘、石灰窑烟尘等，不仅可解决我国钾资源短缺问题，也解决了该类废弃物的循环利用问题。
