资源综合利用和能源高效转化技术

    我国是钢铁和有色金属主要生产大国,每年不仅要消耗大量的矿石和能源进行金属提取,而且在金属提取过程中会产生大量的炉渣、粉尘和高温烟气等二次资源。针对我国大量低品质铁矿难以利用、冶金工艺过程能耗高、冶金炉渣长期堆积和烟气余热余压利用率低等问题,开展以下四个方面的研究:

1.低碳炼铁新技术研究

    主要开展高炉炉料热装热送,高炉高富氧大喷煤或喷吹富氢燃料,氧气高炉炉顶煤气循环喷吹和高风温热风炉等技术的研究,目的是降低高炉炼铁燃料消耗和污染物排放,尤其是降低焦炭消耗和CO2排放,实现高炉炼铁低成本和绿色生产。

2.直接还原和熔融还原技术开发

    针对我国多金属复合铁矿资源多和以煤为主的能源特点,研究采用直接还原或熔融还原炼铁的方法综合提取多金属复合铁矿中的金属元素。主要研究竖炉直接还原,转底炉直接还原,回转窑直接还原和金属化球团煤粉熔分技术,以及两步法熔融还原炼铁技术(图3)等。

图3 两步法熔融还原炼铁技术

3.低品质铁矿和冶金固废综合利用技术

    我国拥有储量丰富的赤铁矿、褐铁矿和钒钛磁铁矿等低品质铁矿资源,以及高炉灰、转炉灰等钢厂固废和赤泥、铜渣、镍渣、铅锌渣等含铁有色金属废渣,传统高炉炼铁工艺难以高效利用。实验室主要研究采用非高炉炼铁的方法对这些资源进行高效利用,并率先在国内实现了钢厂固废转底炉直接还原产业化(图4)。

图4 钢厂固废与低品质矿转底炉直接还原技术

(日照转底炉固废处理生产线外景)

4.冶金能源和余热高效转化技术

    钢铁冶炼是一个高温化学反应过程,不但需要消耗大量的能源,而且会产生液态炉渣和高温烟气。实验室主要开展冶金工艺过程能源的高效转化和梯级利用,液态炉渣干法粒化及余热综合利用(图5),炼焦煤调湿工艺技术,高温烟气余热高效回收及资源化利用等方面的研究,主要目的是降低冶金工艺过程能源消耗和提高能源利用效率。

图5 高炉渣干法粒化与余热回收发电工艺流程图

5.不锈钢渣无害化及资源化技术研究

    不锈钢渣由于含有一定量的铬氧化物,因此在排放、堆存、处理处置、资源化利用的过程中,会由于Cr6+的析出,造成一定的环境风险和污染。必须在生产过程、及后续的处理处置过程中,将渣中的铬含量尽量降低,并将含有Cr6+的相稳定化,使其在随后的资源综合利用中不存在Cr6+浸出的风险。主要研究:不锈钢渣解毒技术研究、不锈钢渣的粉化抑制剂的开发及改性、不锈钢渣干法解毒及新产品开发等。最终,根据综合处理后的钢渣特性,实现固体废弃物的再利用。

图6 不锈钢渣的处理


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