鋼鐵廠除塵灰及其他廢棄物的再利用技術
隨著環境立法的要求越來越嚴，對鋼鐵企業環境適應性的要求也不斷提高。因此，一些降低能源消耗、減少廢棄物排放及廢棄物回收再利用的技術方法在鋼廠得到大力推廣。近幾年開發的一些鋼廠廢棄物回收、回用技術都已得到成功應用。這些技術可以實現諸如降低廢棄物排放、節約廢棄物處置費用、回收利用部分含Fe、Zn產品的作用。
廢棄物主要來源于除塵器的細粉塵和各種生產過程中產生的塵泥。廢棄物的回收利用過程中要求實現無塵處理，經常采用粘結成形、造球、壓塊、制磚等工藝方法。上述工藝處理方法的一個共同生產工序是廢棄物的混合即混料過程。混料系統必須同時能夠進行混料、加濕、混勻、緊密、預成球、反應、冷卻等過程。采用逆流強力混合機可以實現上述功能。混合原料中常含有一些難處理的回收料，如堅硬的（燒結礦、焦炭）、腐蝕性的（含氯化物材料）、易產生火花的（含Fe粉材料）、易發生反應的（生石灰）或粘性大、易結成團的回收料。
1、除塵灰造球
近年來，鋅的回收在鋼廠越來越重要。隨著表面熱浸鍍鋼材使用量的增多，回收到鋼廠重熔的鋅量也大量增加。含鋅廢棄物的處理有兩種方法：一種是僅對外觀進行處理；另一種是將回收的鋅加工成氧化物。
在奧地利林茨奧鋼聯鋼廠，從轉爐出來的含塵廢氣經冷卻器和下步的電除塵進行除塵。從冷卻器出來的粗粉塵以及從電除塵出來的低鋅細粉塵在回轉窯中進行加熱，并在一條連續生產線上壓制成團塊，壓制團塊再直接返回到轉爐中進行再利用。
從電除塵出來的富含鋅的粉塵則被送到另一條生產線——造球系統。由于這種粉塵鐵含量及生石灰含量高，且工作溫度達到150℃時，易產生火花，因此，為防止鐵發生反應，系統采用氮氣進行保護。為了消除熟石灰的反應焓及其他熱源，混合機同時也作為蒸汽冷卻器使用。在混合機和圓盤造球機之間安裝有改進的圓盤給料機作為反應器。由于混合機是批量間歇式非連續生產，而造球機是連續生產，圓盤給料機即可以作為間歇式生產和連續生產之間的緩沖裝置，也可為熟石灰的完全反應提供充足的時間。雖然粉塵很難溶于水，但混合過程卻需要大量的水。加水量由工藝控制系統根據檢測數據自動計算出來，基本由以下幾部分組成：CaO熟化用水量（化學計量）、消耗反應熱用水、熱粉塵冷卻用水、消耗高溫混合機機械能用水、粉塵造球需要加濕的用水。水的蒸發作用使混合機、反應器、造球機內產生大量的含塵蒸汽，這些蒸汽在凈化器中被凈化后循環使用，從凈化器出來的污水又被送入混合機中使用，這些水在完全封閉的系統內循環，不會向外部排放，而且整個工藝所用的水都是加入到凈化器中的新水。由于含石灰的粉塵加濕后很粘，混合機上一般配有自動清除裝置。從造球機出來的濕球在帶式干燥機上進行干燥，以利于儲存。造好的球機械強度高，在潮濕的環境中也能保持良好的穩定性，且適于長距離運輸。
2、Waelz回轉窯工藝
1992年 BUS公司在德國弗萊堡市Saxonia工業區原鋼鐵廠的廠址上建起了一座現代化的生態環保型鋅回收工廠。該廠用回轉窯將含鋅的工業廢棄物轉換成生態環保和環境友好的氧化物。在鋅車間再將氧化物轉換成鋅。Waelz回轉窯工藝可處理的原料有煉鋼車間除塵灰、污泥、廢球團，濕焦炭，干焦炭（石油焦、無煙煤焦），煙氣脫硫石膏（濕的），碾碎的干石膏、生石灰、熟石灰等。煉鋼車間的粉塵通常采用專用料罐車進行運輸，然后儲存在大容積的料倉中。
為提高原料性能，1997年又安裝了一套混合造球系統，使爐子產量提高約20%。根據廢棄物含鋅量的不同選用不同的還原劑或粘結劑，然后進行混合、均勻、加濕。該造球系統主要設備是批量間歇式生產的強力混合機及連續生產的圓筒造球機。
1號Waelz回轉窯輕微傾斜，長43m，直徑3.6m，每分鐘約旋轉一次。加熱氣體與混合料（球團）運行方向相反，混合料緩慢通過爐子的同時被加熱、烘干。金屬氧化物在1200℃的反應區被還原，在此溫度鋅和鎘被蒸發。工藝通風會使金屬重新氧化，它們和廢氣一起進入氣體洗滌系統，在扁管冷卻器和過濾器處分離出金屬氧化物，并輸送到料倉進行中間儲存。從Waelz回轉窯出來的爐渣可以用來填埋或修路。Waelz窯爐工藝專利（SDHL）利用了回轉窯內鐵氧化物的反應熱，極大地降低了能源（氣體和焦炭）消耗，氧化物產量也提高近30%，這一工藝不產生廢水，與沒用鐵氧化物反應熱的普通工藝相比，CO2排放量減少40%。
第一座爐子生產很成功，于是在2002年又投建了2號長50m的Waelz回轉窯。這次生產采用燒結工藝，產量明顯提高，因而沒有再安裝造球圓筒。該生產線可以實現連續生產。混合燒結工藝采用了愛立許（Eirch）改進型強力混合機。混料塔設計采取提高產量的設計結構，可以為產量提高后的回轉窯提供足夠的原料，因此，2004年安裝了愛立許混合系統，將粉塵和污泥用焦炭、粘結劑進行混合粘結成團塊。
與高校及研究所的合作研究證明，含鐵廢棄物可以通過帶式燒結機進行回收。這可以降低廢棄物處置成本、回收循環使用材料中的鐵，但是會使燒結料的滲透性變差，燒結機排放氣體中的含塵量提高。為避免上述情況發生，進行了粉塵燒結的試驗研究。1997年HKM（蒂森克虜伯曼內斯曼）公司建設了回收粉塵的燒結中試生產線，試驗結果非常滿意，因此試驗持續了很多年，直到2001年才轉成工業化生產。利用不同類型的混合機進行大量試驗，研究了粉塵粘結團塊的性能以及煉鋼車間大型生產不同系統的適應性，對比了愛立許逆流強力混合機和帶有頭部切割機的單軸管式混合機，實踐證明愛立許混合機使用性能表現良好。2002年HKM公司新生產線投入使用，可處理的原料包括高爐爐頂煤氣粉塵（細而濕）、除塵室粉塵（粗大而堅硬）、燒結廠冷卻過程粉塵（破碎、篩分過程）、鑄造車間粉塵（干而細）、粘結劑（石灰、水泥等）、水。這些材料自動進行儲存、運輸、配料、稱重、送入配料混合機。將混合機混合好的粘結團塊倒進箱式喂料器，然后再連續加到燒結機臺車上。
經過較長一段時間的生產，回收系統的設備配件及粘結系統得到優化，生產結果更加可控。粉塵團塊提高了燒結混合料的透氣性，使燒結產量得以提高，降低了燒結系統排放氣體中的粉塵含量。除塵室中的含銅微粒加入到粉塵團塊中，降低了廢氣中的銅含量及其對形成二惡英的催化作用。
3、Primus 工藝
在Primus 工藝中試生產成功后，首座工業化生產線于2003年建成投產。Primus 工藝的主要設備是多膛爐及電爐，電爐將預還原鐵轉變成生鐵。另外該廠還裝有廢氣檢測裝置以保證其最小排放量。
Primus 工藝利用鐵礦粉生產海綿鐵（DRI）和鐵水，是一種生態環保型新工藝，也可把它看成微型高爐。再利用鋼鐵生產中廢棄物的目的是重新獲得鐵、鋅及其他有價金屬。新工藝采用多膛爐技術進行直接還原，適合采用低級煤。該工廠設計回收盧森堡鋼鐵公司的所有廢棄物，包括電爐粉塵和軋鋼車間的含油塵泥，高爐及其他煉鋼車間的粉塵及塵泥也能處理。
在混合機內，不同的廢棄物和粘結劑分別進行混合、稱重和處理。根據測量混合機內已混勻原料的濕度，在混合過程中可直接對基料進行不同含水量的補償。混合的下道工序是造球，混合料在造球圓筒中造球，時間較長，然后進行烘干。
多膛爐是一套工藝簡單、流程短、生產可靠的設備，由幾個爐床豎著一個摞在另一個的上面排列組成。在每一層都有混料臂在工作，混料臂由一個冷卻的旋轉柱狀軸帶動。原料和煤一起被裝進去，煤從爐子的頂部流到底部。混料臂驅使它們運動，在一層由外向里運動，在其下一層又從中心向外運動，空氣從爐子的側面進去然后從頂部出來。
廢棄物在爐內被烘干、還原，整個過程要經過以下幾個步驟：先在100℃左右被烘干，在400℃左右除油，在1100℃左右被還原。
在料床上還原氣氛占主流，氣流是氧化性的。這會使鋅在氣流中被重新氧化，而在廢氣清潔器中被分離出來，所以又叫做Primus氧化。從爐底出爐的海綿鐵被連續裝入Primus熔化爐——特制的三段式電弧爐，連續生產出鐵水和渣，這種渣與高爐渣相比，不易發生反應，可用于鋪路。
4、OxyCup工藝
2004年夏天，蒂森克虜伯鋼鐵公司（TKS）在德國杜伊斯堡建設的OxyCup工藝生產線投入使用。TKS擁有三個燒結廠，四座高爐和兩個煉鋼廠。利用這項技術該廠可以回收利用所有這些廠的廢棄物，并使含鐵產品得到回收。整個工程由德國某公司負責設計施工，并提供核心設備——豎爐。在TKS決定建設新工廠之前，已經與一些公司合作，利用改進的沖天爐成功進行了多年的中試試驗。這一工藝是將含鐵和碳的廢棄物制成磚塊，這些磚塊在爐內被還原成DRI然后再被熔化成生鐵。該工藝也可以處理不能在普通生產線上回收的含鋅粉塵。能處理的原料包括燒結機粉塵、高爐污泥、轉爐粉塵、軋機污泥、焦炭渣。這些廢棄物經準備車間冷卻、輸送、分類后，送入特定的強力混合機內進行混合，并加入粘結劑混合成混凝土的樣子，然后被送到110mm六邊形的型磚生產線上，生產出鋪路石用磚。含鐵50%的原料制成的磚經過大約三天硬化后，可以直接進行熔化，也可以儲存以后再用。
對于廢棄物的統一處置和所制磚塊的穩定性來說，原料準備中的混合工序最重要。不同種類的污泥需要進行分解破碎后與細粉塵均勻混合，經過大范圍的多次系列試驗后，TKS公司決定采用愛立許逆流強力混合機，該混合機不僅可以破碎污泥，還可以準確控制粘結劑和水分的分布范圍和量。這兩個性能是制磚過程中的先決條件，可以保證在制磚的壓制過程中優化喂料，并使制成的磚具有合適的硬度。
由于回收廢棄物顆粒細小、反應面積大、溫度高，爐子內的反應速度非常快。由于所有的磚塊都是一種尺寸，豎爐內比高爐內有很多有利的空洞。當磚塊下行時被還原成DRI，然后進入熔化區，鐵渣分離連續流出。廢棄物中的鋅被蒸發與廢氣一起從爐頂出來，在過濾器處收集起的富鋅泥渣可以再回收鋅。OxyCup工藝的通用性、適應性強，可處理的廢棄物原料范圍廣泛，它的原料準備車間能根據制磚生產線的設計和布置靈活提供原料，還可以進行連續處理。
5、結論
通過對歐洲一些鋼鐵廠廢棄物回收利用生產線的介紹發現，他們不是將廢物堆積而是將其回收利用。燒結廠、高爐、鑄造車間、煉鋼廠和電弧爐的粉塵和污泥，加上粘結劑（有時還有還原劑），通過處理，其中的有用物質可以在高溫下重新回收。這些廢棄物中的大多數難以處理，具有很高的機械、化學和物理性能。
原料準備工序總是被低估，其實它在很大程度上決定著生產工藝的成功與否。原料準備最核心的工作是原料的混合。
逆流強力混合機在所有工藝中的應用證明，它可以達到極好地混合效果，能夠保證中間產品（混合料）的穩定性以及其他所需要的性能。愛立許混合機具有耐磨、自清潔功能，適應性強，因此，可以處理與普通原料性能極為不同的各種性能的廢棄物。
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