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燒結煙塵綜合利用項目

一、 項目背景：
　  鋼鐵企業是煙塵排放大戶，在鋼鐵生產系統中，燒結煙塵排放占2/3左右，治理燒結煙塵排放對控制鋼鐵冶金煙塵排放具有舉足輕重作用。根據目前掌握的資料統計分析，生產一噸鋼在燒結工序中產生5公斤左右的富鉀燒結除塵灰，全國6億噸鋼鐵每年產生的富鉀燒結除塵灰大約有300萬噸。目前燒結除塵灰處理方式有堆放或返回燒結。堆放會造成土質鹽堿化和地表水鹵化，環境危害極大，是環保部門明令禁止的。燒結除塵灰返回燒結過程，燒結機產燒結能降低3%左右，高爐K、Na負荷超標，煤氣管道腐蝕嚴重。目前只能采取開路排放，以維持鋼鐵生產過程的鉀、鈉不超負荷，保持生產的穩定性。
　  我國的鉀資源量僅占世界鉀資源總量的2%，而我國是農業大國，農業生產需要鉀肥，鉀肥主要原料是氯化鉀，氯化鉀每年進口比例是70-80%。全國6億噸鋼鐵每年產生的富鉀電除塵灰大約有300萬噸，氯化鉀的含量按平均值20%計算，這樣相當于每年產生60萬噸左右的氯化鉀，這個數值相當于2010年我國氯化鉀生產總量的20%左右。由此可見，從燒結除塵灰中提取氯化鉀，可以使我國鉀資源對外進口量下降20%左右。因此，燒結除塵灰是一種重要鉀資源，對解決我國鉀資源緊缺問題具有重要意義。
　  中國是個鉀資源嚴重短缺的國家，而鋼鐵冶金燒結除塵灰因含鉀含量高而排放棄用，既造成資源浪費，又造成嚴重環境污染。為開發鋼鐵冶金粉塵資源高效循環利用新技術，特別是開辟我國緊缺鉀資源獲取的新途徑，本項目開發以燒結電除塵灰為原料生產氯化鉀并副產鐵精粉的工藝技術，建立年處理24萬噸燒結電除灰的示范工程，達到經濟、環保、穩定運行技術水平，為解決我國鉀資源問題開辟一條新的資源途徑，并實現難處理冶金粉塵的高效循環利用。
　  
　  二、 具體做法：
　  （一）項目主要實施內容：
　  主要研究各級電除塵灰的物性及其對提取氯化鉀工藝的影響規律，為燒結電除塵灰合理利用提供技術經濟參數；研究燒結煙塵的K、Na浸取鹵水制備技術和多元鹵水溶液凈化技術和K、Na分離的分步結晶技術，重點研發以富鉀煙塵為原料制備KCl的工藝技術原理、工業示范裝備與技術集成。實現燒結煙氣全組分深度利用的關鍵共性技術，形成燒結電除塵灰預處理、資源化轉化、過程污染控制的成套技術與關鍵設備，全面提升燒結煙塵資源化利用技術，實現燒結煙塵資源化加工過程的節能降耗和污染控制，推動鋼鐵產業難處理冶金粉塵循環利用技術的發展，同時為我國獲取鉀資源提供一條新的技術途徑。
　  （二）技術路線
　  1. 針對典型鋼鐵企業煉鐵原料及工藝的差異，對鋼鐵企業鐵礦粉燒結煙塵進行分級取樣分析，研究燒結電除塵灰的K、Na、Zn、Pb、Fe等的賦存形態，并建立燒結電除塵灰物性數據庫。
　  2. 針對典型鋼廠的K、Na富集的燒結煙塵，（a）研究開發K、Na浸取分離工藝技術；(b)開究開發K、Na浸取液的除雜工藝技術；（c）測定H2O-KCl-NaCl-CaCl2四元體系的結晶相圖；（d）研究KCl-NaCl的分步結晶工藝技術。
　  3. 根據K、Na浸取分離工藝技術基礎研究成果，設計開發高固液比煙塵浸取制備高濃度鹵水的大型裝置系統，包括三級或四級逆流浸取反應器，殘渣洗滌和過濾器，水路分配、粉塵輸送等，在該系統上進行調試和試驗，獲得高濃度鹵水制備的工藝技術和裝備。
　  4. 根據鹵水除雜凈化工藝技術基礎研究成果，設計開發粗鹵水沉淀除雜凈化工業生產單元系統裝置，包括攪伴反應器、沉淀池、添加劑給料器、離心過濾等，在該系統上完成鹵水的除雜凈化工藝和設備調試，獲得滿足蒸發結晶要求的鹵水凈化工藝技術和裝備。
　  5. 根據H2O-KCl-NaCl-CaCl2四元體系的結晶相圖及KCl-NaCl的分步結晶工藝技術基礎研究成果，設計開發四效負壓蒸安結晶反應器系統裝置，在此系統單元上進行詳細的試驗，研究各蒸發結晶器的溫度控制參數、蒸發時間控制、各級濃度控制、蒸氣流量與分配等與各級產品質量、能源的效率、生產速度等之間的關系，建立優化合理的操作制度。
　  6. 將粉塵浸取制鹵單元、鹵水凈化除雜單元、蒸發結晶分離單元進行系統集成，完成集成系統的聯動調試和自動化控制，對全系統進行工藝優化，實現產品合格、能耗最小、尾液循環利用的目標。通過該范生產線的運行，考察其技術和經濟指標。
　  7. 綜合分析上述研究結果，并結合已有工業技術，形成不同類型燒結電除塵灰生產氯化鉀的工藝技術、裝備設計軟件包。
　  8. 項目一期總投資1.2億元，建立年處理24萬噸燒結除塵灰的生產線，年產氯化鉀4.5萬噸，副產鐵精粉4.8萬噸，年投產時間2012年9月，可有效處理位于唐山周邊首鋼、唐鋼、國豐等大型鋼廠的燒結除塵灰；項目二期總投資4.2億元，達到年處理48萬噸燒結除塵灰的生產能力，到達年產氯化鉀9萬噸，副產鐵精粉9.6萬噸。
　  
　  （三）項目前期工作情況：
　  1、項目工作基礎：
　  1) 針對燒結電除灰的利用利用問題，公司技術合作單位北京科技大學"高效鋼鐵冶金"國家重點實驗室和"生態與循環冶金"教育部重點實驗室在國家科技計劃項目的資助下，深入開展了冶金富鉀粉塵的基礎研究，相關的研究成果已獲得國家發明專利，實驗室建立了半連續原理示范裝置，可獲得氯化鉀純度達97%的產品。
　  2) 公司于2011年4月7日與北京科技大學正式簽定《專利技術轉讓與合作協議》，成功獲得 “利用鋼鐵企業燒結電除塵灰生產氯化鉀的方法”（ZL200810101269.3）發明專利的所有權，該技術專利是當前國內利用鋼鐵企業燒結電除塵灰生產氯化鉀唯一獲得授權的發明專利，該專利為項目的實施奠定了堅實的基礎。
　  3) 完成了項目選址和征地，位于唐山曹妃甸國家循環經濟示范區內，占地面積250畝。已委托中國輕工業長沙工程有限公司完成《可行性研究報告》的編制和論證、工藝流程和設備的設計。
　  4) 前期審批手續取得《備案證》、《建設工程許可證》、《建設用地規劃許可證》、《施工許可證》、《氣象防雷備案》、《設計進區備案》等審批手續，現已在施工過程中。
　  5) 項目承擔單位唐山匯鑫嘉德節能減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業區裝備制造園區，注冊資本3690萬元，資產總額8197萬元，公司主要業務是從鋼鐵企業的燒結煙塵灰中提取有價元素進行綜合利用，屬于國家大力倡導和支持的新型環保型企業，公司通過對煉鐵煙塵灰的獨立處理，將大大增強鋼鐵企業產鋼品質，提高鋼鐵冶煉設備的使用壽命，極大的減少環境保護壓力。公司現有人員80人，其中技術人員35人，中高級職稱15人。公司擁有國家發明專利一項，已申報國家發明專利兩項，與北京科技大學、河北理工大學等單位簽訂了《技術合作協議》，建立了長期戰略合作關系，奠定了產學研一體的經營發展模式，北京科技大學和河北理工大學科研設備齊全，技術力量較強，其保證優先為公司提供技術服務。
　  2、 項目工程進度情況：
　  本工程一期和二期總占地約250畝，擬建在曹妃甸工業區裝備制造工業園區。廠址南面緊靠本溪道，東面緊靠朝陽路。
　  1) 建設規模與產品方案：一期規模：年產4.5萬噸氯化鉀，50kg包裝；年產4.8萬噸鐵精粉，散裝。二期規模：年產4.5萬噸氯化鉀，50kg包裝；年產4.8萬噸鐵精粉，散裝。
　  2) 新建建（構）筑物主要包括：原料車間、制鹵車間、制鉀車間、選礦車間、氯化鉀倉儲車間、鐵精粉倉儲車間、鍋爐房、研發中心、綜合辦公樓、食堂兼活動中心、倒班宿舍、廠區大門與圍墻等，在總平面布置圖上對這些建（構）筑物進行總體布置。
　  3) 一期工程主要有制鹵車間、制鉀車間、鍋爐房、倒班宿舍，四個子項目上部結構均采用框架結構，基礎部分采用高強混凝土預應力管樁。目前四個子項目的土建已封頂，砌體工程基本完工，設備定制完成。2011年12月完成項目主體工程建設，2012年8月完成設備安裝及調試，2012年9月可進行試投產。
　  
　  三、 實施效果：
　  （一）實施效果：
　  1. 針對當前鋼鐵冶金燒結電除塵灰堆棄排放、環境污染重等問題，突破燒結電除塵灰Fe與K、Na分離技術及K與Na的分離技術，不僅可實現鐵資源的循環利用、而且開辟我國獲取鉀資源的新途徑，可使燒結電除塵灰廢棄物處置技術成為一個新的經濟增長點。
　  2. 解決燒結電除塵灰制鹵工藝技術和工業裝備，解決四效蒸發K、Na分步結晶分離技術和工業裝備，形成成套技術和裝備集成示范工程，為燒結電除塵的資源化利用技術推廣做出樣板。
　  3. 通過對全國典型鋼鐵企業鐵礦粉燒結煙塵進行分級取樣分析，研究燒結電除塵灰的K、Na、Zn、Pb、Fe等的賦存形態，建立全國典型鋼鐵企業燒結除塵灰原料物性數據庫。
　  4. 燒結電除塵灰通過提鉀除去堿金屬后返回配料，可降低電除塵灰中的堿金屬含量，提高電除塵灰煙氣凈化效率。
　  5. 項目投產后，可有效處理唐山周邊乃至河北省地區各大型鋼廠的燒結除塵灰，實現采用先進技術、先進設備對各大鋼廠的工業固體廢棄物燒結煙塵的處理和綜合利用。可為曹妃甸循環經濟示范區的建設和華北地區經濟的發展作出重要貢獻。
　  6. 我省鋼產量近1億噸，鋼鐵生產中產生的燒結除塵灰處理問題一直困擾著企業，本項目的實施，不僅可解決燒結除塵灰的循環利用問題，而且可產5萬噸左右氯化鉀，將對我省唐山地區鋼鐵企業燒結除塵灰的資源化利用具有重要的示范作用。項目成功實施后，建立的全國典型鋼鐵企業燒結除塵灰原料物性數據庫、不同類型燒結電除塵灰生產氯化鉀的工藝技術、裝備設計軟件包，可為全國鋼鐵企業燒結電除塵灰綜合利用提供咨詢服務和設計服務，實現我國富鉀煙塵的循環利用技術，解決我國的鉀資源供給問題；同時解決難處理冶金粉塵的排放問題，社會環境效益巨大。將有效推動我省鋼鐵工業的清潔生產，同時對全國鋼鐵企業的清潔生產也有重要的推動作用。我們有能力有信心在我國鋼鐵生產大省河北，建立一個冶金廢棄物循環利用節能減排樣板工程，推動鋼鐵產業難處理冶金粉塵循環利用技術的發展，同時為我國獲取鉀資源提供一條新的技術途徑。
　  
　  （二）特色和優勢：
　  1. 本項目為北京科技大學生態與循環冶金教育部重點實驗室在國家自然科學基金、教育部重點基金、教育部博士點基金的國家資助項目研究成果的轉化和產業化。
　  2. 本項目獲得國家“十二五”863計劃項目和河北省重大技術創新項目的支持。公司與北京科技大學形成戰略合作關系，以北京科技大學為技術支持，對公司開展的各項科研及實驗工作進行指導和支持。
　  3. 該項目采用了多種成熟技術，并把這些技術結合形成先進的集成技術。
　  4. 該項目解決了國內鋼鐵企業面臨的固體廢棄物無法回收利用的固疾，實現了工業廢棄物的再利用。
　  5. 該項目具備了科研、技術、原料、市場、資金、效益等多種條件，同時符合國家關于產、學、研結合的要求。
　  6. 該項目符合國家節能減排產業政策，可實現工業化規模生產。
　  7. 河北省鋼鐵年產能約占全國1/7～1/6，河北省的年燒結煙塵量約100萬噸，能夠保障公司原料的需求。
　  8. 該項目具有多種成熟的集成技術、具備產業化條件，并且具有在全國推廣的意義，社會效益巨大。
　  9. 我國鉀資源量不到世界鉀資源量的1/40，而我國是個農業大國，人口眾多，其鉀肥消費量占到世界消費總量的1/5。我國鉀肥供不應求，長期依賴進口，2000年時我國鉀肥對外依存度達90%，經過近十年的努力，我國2008年鉀肥對外依存度減小到70%，雖然自供能力有一定的提高，但是隨著鉀肥需求的迅猛增加，我國鉀肥長期依賴進口的局面在一定時期內較難改變，因此用燒結除塵灰生產氯化鉀技術的市場前景十分良好。
　  四、持續改進措施：
　  本項目以鋼鐵冶金行業產生的大宗固體廢棄物（冶煉煙塵）的高值化深度利用為切入點，解決K、Fe綜合回收與高值化利用的關鍵共性技術。建成年處理48萬噸燒結電除塵煙塵提取KCl的示范生產線，為解決我國鋼鐵冶金煙塵污染問題及緊缺戰略鉀資源提供技術支撐，該技術的成功實施并推廣應用，可使我國氯化鉀產品對外依從度由80%降低到60%以下。
　  此外，該技術還有望拓展到處理礦熱爐煙塵、包頭礦高爐煉鐵粉塵、部分K含量較高的水泥窯煙塵、石灰窯煙塵等，不僅可解決我國鉀資源短缺問題，也解決了該類廢棄物的循環利用問題。