钢厂灰资源化回收洗水特点及蒸发器选用

钢厂灰资源化回收洗水特点及蒸发器选用

一、钢厂灰的产生及基本情况

在钢铁生产过程中，烧结机头灰作为烧结工艺的副产品，通过电除尘器收集后得到。该灰烬伴随着烧结烟气进入除尘系统。机头灰富含多种阳离子，包括铁、金、银、铝、钙、镁、钾、钠等，以及阴离子如氯离子、硫酸根和碳酸根。具体而言，某烧结机头灰的化学成分基本状况如下：氧化铅（PbO）含量介于3%至30%之间，氯化物（Cl）含量介于5%至30%，氧化钾（K2O）含量介于5%至30%，氧化钠（Na2O）含量介于1%至5%，总铁（TFe）含量介于10%至35%。

针对某钢铁企业机头灰样本的氯化钾含量进行分析，结果如下：

 

钢铁厂高炉布袋灰和转炉除尘灰不仅包含铁原料，还富含锌、铝、钙、镁、钾、钠等阳离子，以及氯、硫酸根、碳酸根等阴离子。

 

二、钢厂灰的资源化回收方法

钢厂灰中含有的有价元素无法直接进行单一回收。通过一系列的处理过程，包括水洗、磁选、除杂以及盐溶液的蒸发，可以分别回收得到富金银料、铁精粉、水泥原料以及氯化钾肥料和工业盐。

钢厂高炉布袋灰及转炉除尘灰的回收处理涉及水洗、磁选、次氧化锌焙烧、水洗水除杂及盐溶液蒸发等步骤，以回收高品质的氧化锌、铁粉、水泥原料以及氯化钾肥料和工业盐。

 

三、洗水特性

1. 水质概况

在钢厂灰未经过净化和杂质去除处理之前，它主要包含钠、钾、钙、镁、铵等阳离子，以及以氯根为主的阴离子。净化处理后，主要移除了钙、镁离子，留下了钠、钾、氯等成分。机头灰的洗涤水中钾的含量较高，而钠的含量较低，因此其资源价值较高。相比之下，高炉灰或转炉灰的洗涤水中钠的含量较高，钾的含量较低，因此其洗水资源价值相对较低。

机头灰洗涤水质数据表如下：

 

2.单个项目水消耗量通常较大，水质相对稳定

蒸发量依据项目规模及洗涤水溶液浓度的不同而有所变化，一般情况下，单个项目蒸发水较大。不同项目的灰原料及除杂过程影响蒸发原液的水质指标，对于特定项目而言，在原料和前端预处理达到稳定状态后，水质相对稳定。

附1：单一氯化钾或氯化钠溶液的沸点与浓度：

 

附2：氯化钾水溶液的浓度和密度：

 

附3：氯化物在水中的溶解度：

 

附4：氯化钾-氯化钠-水溶液体系相图：

 

四、蒸发器的选择与应用

1. 蒸发器应用的必要性分析

鉴于钢厂灰洗水的特性，其水溶液主要含有氯化钠、氯化钾等成分，盐分含量极高，甚至达到饱和状态。因此，采用蒸发器处理此类高盐水溶液成为唯一切实可行的方案。在蒸发器的总体选择上，采纳了两套钾钠分盐蒸发结晶系统，通过高温条件下的结晶过程析出氯化钠，而在低温条件下则析出氯化钾。

 

钾钠分盐物料方框图

2. 多效蒸发器与MVR蒸发器的选择考量

经水洗处理后的钢厂灰中盐分主要为氯化钠或氯化钾，其理论饱和沸点升7-8度。在节能视角下，MVR蒸发器的采用具有优势。然而，在具备工业蒸汽资源且蒸汽价格适宜的情况下，多效蒸发器同样构成一个极具合理性的选项。然而，随着铵根离子浓度的增加以及其他微量成分含量的上升，沸点亦将逐步升高。因此，必须重视预处理过程中的杂质去除，并根据沸点的升高情况，适时排放适量的浓缩母液。

3.蒸发器类型的选择

针对高盐溶液的蒸发特点，推荐采用强制循环蒸发器。为避免成本节约导致的效率降低，不建议使用降膜或自然循环蒸发器，尤其应避免采用所谓的“四不像强制循环蒸发器”。同时，确保蒸发换热器中料液的流动速度达到最佳，理想状态下应为2m/s。此外，应增设强制循环泵变频器，以实现实际流速的可调节与控制。

4.蒸发器材料的选择

钢厂灰水洗液主要含有氯化钠和氯化钾，可能还含有少量的铵根离子、硫离子等其他离子。与物料直接接触的部件应优先选择钛材质。二次蒸汽的排放管路可选用不锈钢316L或更高标准的材质。对于氯离子在中低温条件下的腐蚀，PE或玻璃钢材质是适宜的选择。

5. 泡沫产生及除沫器的选择

钢厂灰洗水蒸发过程中可能会出现一定程度的泡沫，但通常不会出现严重失控现象。除沫器的选择应为具备复合功能的除沫器，而非单一丝网除沫器。特别需要注意防止泡沫带料进入MVR蒸发器的叶轮，以免对叶轮造成损伤。对于MVR蒸发器，建议采用复合功能的除沫器，并且在必要时考虑增设第二道除沫器以降低风险。同时，厂内应配备适量的消泡剂，以备不时之需。

6. 钾钠分盐资源化利用

通过洗水生产氯化钾是实现钢厂灰回收资源化的重要途径。通过严格的前端预处理、合理的钾钠分盐设备配置以及科学合理的操作流程，可以生产出高标准的氯化钾。在确保氯化钾质量的同时，也应保证氯化钠达到工业盐的标准。

氯化钾钾盐执行GB6549-2011标准如下：

7. 多效蒸发器顺流、逆流的选择

钢厂灰水洗盐溶液蒸发器无分盐要求时，蒸发系统一般采用顺流蒸发器。根据相图原理，氯化钠生产工段多效蒸发器一般采用逆流蒸发，一效蒸发器（高温）钾溶解度大而呈溶解状态，钠溶解度相对小而结晶析出氯化钠晶体，获得纯净的氯化钠晶体。

8.母液排放及处理、系统定期清洗

钢厂灰水洗液主要含有氯化钠和氯化钾，还可能含有少量钙、镁、铵、硫等其他离子。预处理不到位或长期运行循环积累，会导致液位沸点升高及粘度增大。根据沸点升高及粘度增大的情况适当排放少量的浓缩母液回前端再次除杂，或采用专门母液固化装置进行处理。

系统停机清洗和定期清洗是系统稳定运行的关键。

五、蒸发器厂家的选择

使命：提供环境问题解决方案、设备及服务，由此提升环境质量。

愿景：含盐高氨氮水溶液资源化的引领企业

 

钢铁厂灰水洗涤盐溶液蒸发器：经过对水质的初步分析，以及后期蒸发器的设计、制造、安装、调试、质量控制和运营管理，我们已经拥有了相应的硬件设施和丰富的经验积累；同时，在该领域内我们已经完成了多个项目案例。项目执行过程中的设计、安装、调试和运营经验进一步加深了我们对钢铁厂灰洗水盐溶液蒸发器的理解。