冷軋廢酸再生氧化鐵紅資源化的

1、May 201080現(xiàn)代化工Modem Chemical Industry第30卷第5期 2010年5月冷軋廢酸再生氧化鐵紅資源化的 工業(yè)共生研究宋金濤1,梁日忠1,趙艷龍2(1.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,上海200072;2.上海寶鋼工程技術(shù)有限公司,上海201900 摘要:應(yīng)用系統(tǒng)集成思想,遵循生態(tài)工業(yè)理念,綜合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境、市場(chǎng)等因素。提出將冷軋廢酸再生過程副產(chǎn)物氧化鐵 紅用于生產(chǎn)軟磁鐵氧體粉料和軟磁鐵氧體磁芯,并利用冶金過程中副產(chǎn)的富余煤氣(高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣為過程提 供能量,生產(chǎn)廢水處理后循環(huán)利用的工業(yè)共生模式。重點(diǎn)對(duì)該共生模式工程化所涉及的物質(zhì)流(產(chǎn)品布局、能量流(

2、能量利 用、主要設(shè)備以及工程實(shí)施的平面布置和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范進(jìn)行了分析研究。關(guān)鍵詞:氧化鐵紅;軟磁鐵氧體;工業(yè)共生;資源化中圖分類號(hào):757;TM271文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):02534320(201005008004Industry symbitic study on recycling red iron oxide from used hydrochloric acid regeneration in cold rollingSONG Jin.t001,LIANG Ri-zhon91,ZHAO Yan./on92(1.College of Environmental and Chemical

3、 Engineering,Shanghai University,Shanghai 200072,China;2.Shanghai BAOSTEEL Engineering&Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201900,ChinaAbstract:An industry symbiotic scheme is mapped out in view of economy,technology,environmentand market with the principles of system integration and ecological industr

4、y applied in the scheme briefod in this paper.It utilizes rediron oxide to produce soft magnetic ferrite powder and soft ferritemagnetic core,comprehensively uses extra gas(blastfurnace gas,coke oven gas and converter gasfor energy,and wastewater reuse is also concemed in the scheme.Materialflow,ene

5、rgy flow and main equipments are demonstrated.The principle of plane layout and thepreventive measuresagaines the ecological environmental risks areanalyzed finally.Key words:industrial symbiosis;red iron oxide;soft magnetic ferrite material;recycling我國(guó)已成為全球第一大鋼鐵生產(chǎn)國(guó),鋼鐵生產(chǎn) 過程的廢棄物處理已成為制約我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)可 持續(xù)發(fā)展的

6、關(guān)鍵問題。氧化鐵紅是冷軋工序酸再生 的副產(chǎn)品,生產(chǎn)能力1000萬t/a的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè), 氧化鐵紅產(chǎn)生量約為3.3萬t/a,同時(shí)氧化鐵紅是優(yōu) 質(zhì)軟磁鐵氧體的生產(chǎn)原料,利用氧化鐵紅生產(chǎn)高檔 的軟磁鐵氧體,既增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,又能減輕環(huán) 境污染,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)預(yù)測(cè),到2020年我國(guó)軟磁鐵氧體生產(chǎn)量將達(dá) 到40萬t【l以】,作為生產(chǎn)軟磁鐵氧體原料的氧化鐵 紅需求量很大,而且未來電子產(chǎn)品向小型化、貼片 化、低功耗化方向發(fā)展,要求磁性材料功耗越來越 低、工作頻率越來越高、體積越來越小,研發(fā)和生產(chǎn) 高檔軟磁鐵氧體材料已成為磁性材料生產(chǎn)企業(yè)未來 發(fā)展的重點(diǎn)。磁性材料企業(yè)一般不生產(chǎn)氧化鐵原 料,主要依

7、靠鋼鐵企業(yè)的各種氧化鐵副產(chǎn)品舊J。本 文旨在以冶金冷軋過程廢酸再生副產(chǎn)物氧化鐵紅資 源化為研究對(duì)象,對(duì)氧化鐵紅研制高檔軟磁鐵氧體 材料的資源化過程開展研究,提出氧化鐵紅資源化 及綜合利用鋼鐵生產(chǎn)過程中富余煤氣、廢水的工業(yè) 共生模式,探索磁性材料工業(yè)和鋼鐵工業(yè)建立工業(yè) 共生網(wǎng)絡(luò)的新途徑。1冷軋廢酸再生氧化鐵紅的工業(yè)共生模式 1.1冷軋廢酸再生過程在現(xiàn)代軋鋼生產(chǎn)中,普遍使用鹽酸對(duì)熱軋鋼板 進(jìn)行酸洗,去除氧化層后再進(jìn)行冷軋。酸洗廢液的 主要成分是氯化亞鐵(FeCl:,通過加熱分解生成氯 化氫氣體,溶于水再生產(chǎn)鹽酸重復(fù)利用,同時(shí)獲得副 產(chǎn)品氧化鐵紅(Fe:O,。在冷軋酸洗工序產(chǎn)生的廢 酸配置再生裝置,

8、采用焙燒法再生鹽酸廢液,產(chǎn)品再 生酸返回酸洗工序再利用【4。J。不僅大大減少了酸 的消耗量,減輕了廢酸排放的環(huán)境污染,同時(shí)獲得了 高質(zhì)量的氧化鐵紅產(chǎn)品(純度在99.3%以上,能夠收稿日期:2010一Ol一152010年5月 宋金濤等:冷軋廢酸再生氧化鐵紅資源化的工業(yè)共生研究 81.用于磁性材料工業(yè)生產(chǎn)軟磁鐵氧體MJ。1.2冷軋廢酸再生氧化鐵紅資源化的工業(yè)共生 模式基于工業(yè)共生原理,考慮到經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境、市 場(chǎng)等因素,可將冷軋廢酸再生副產(chǎn)物氧化鐵紅用于 生產(chǎn)軟磁鐵氧體粉料,再將軟磁鐵氧體粉料用于生 產(chǎn)軟磁鐵氧體磁芯。同時(shí),利用鋼鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生的富余煤氣(焦 爐煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等作為生產(chǎn)

9、的能源 (不足部分通過電力或煤炭等補(bǔ)足,并將生產(chǎn)過程 產(chǎn)生的廢水經(jīng)處理后返回軟磁鐵氧體粉料生產(chǎn)中循 環(huán)利用。此外,鋼鐵企業(yè)都建有規(guī)模不等、采用空氣分離 技術(shù)的制氧廠,制氧廠在生產(chǎn)出氧氣的同時(shí),也產(chǎn)出 大量副產(chǎn)品氮?dú)?可以利用副產(chǎn)的氮?dú)鈱?duì)軟磁鐵氧 體磁芯生產(chǎn)過程進(jìn)行氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)?；谝陨蠋追矫娴目紤],提出冷軋廢酸再生氧 化鐵紅制軟磁鐵氧體材料的工業(yè)共生模式。如圖l 所示。該共生模式合理、有效地利用氧化鐵紅、鋅渣等 資源,從資源及廢棄物利用的深度和廣度拓展產(chǎn)業(yè) 結(jié)構(gòu),綜合利用冶金富余煤氣、生產(chǎn)廢水以及氮?dú)獾?潛在資源和能源,延伸和深化資源加工產(chǎn)業(yè)鏈。而 且氧化鐵紅和鋅渣在磁性材料上的運(yùn)用,徹底解決

10、 了鋼鐵企業(yè)氧化鐵紅和鋅渣成為環(huán)境負(fù)擔(dān)的問題。鹵i磊鬲司酸 廈!iE一廢酸.f匿垂夏!i卜酸廠一硪歪聲醞匭雩圇系統(tǒng)供電.¨!孳重.雯=摹 廠利用薊一一晤翩.一是享冷卻用竺蘭二!生_J i。;。j.i;,jj藏一 壓E軟磁鐵氧體料粉 西葺蓮毳手2軟磁鐵氧體材料工藝分析2.1軟磁鐵氧體粉料生產(chǎn)工藝目前,國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)軟磁鐵氧體粉料的工藝主要 有濕法工藝、干法工藝、噴霧焙燒工藝。干法工藝在 配料時(shí)混合均勻性差,粉料性能檔次不高,且粉塵污 染大;而噴霧焙燒工藝目前只有日本TDK公司采 用,該工藝設(shè)備投資很大,工藝復(fù)雜。經(jīng)論證,本方 案選用先進(jìn)的濕法工藝生產(chǎn)高檔軟磁鐵氧體粉料。 配料時(shí),將各種原材

11、料在水介質(zhì)中混合,然后烘干、 預(yù)燒。其特點(diǎn)是混合均勻充分、粉料性能及穩(wěn)定性好、(上接第79頁3結(jié)論(1局部傳熱系數(shù)因水平管圓周位置而異,局 部傳熱系數(shù)隨著氣速、振動(dòng)頻率和振幅的增加呈先 增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)。(2水平管的迎風(fēng)面的局部傳熱系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小 于背風(fēng)面。加大振幅可以提高迎風(fēng)面的局部傳熱 系數(shù)。(3根據(jù)實(shí)驗(yàn)值擬合出來的局部傳熱系數(shù)的數(shù) 據(jù)關(guān)聯(lián)式,可將誤差控制在20%以內(nèi),為污泥在內(nèi) 置水平管的振動(dòng)流化床中的干燥提供理論依據(jù)。 參考文獻(xiàn)1趙由才,宋立杰,張華.實(shí)用環(huán)境工程手冊(cè)M.北京:化學(xué)工業(yè) 出版社,2002.'446.2丘錦榮,吳啟堂,衛(wèi)澤斌,等.城市污泥干燥研究進(jìn)展J.生態(tài) 環(huán)境,

12、2007,16(2:667671.3Shin Y S,Kim H C,Chun H S.Orying of water treatment processsludge in a fluidized bed dryerJ.Korean Joumal of Chemical En-gineeriIlg,2000,17(1:2226.4Adamiee J.Iry啦of waste sludges in a fluidized bed dryer witll a mixerJ.Drying Technology,2002,20(4/5:839853.5侯風(fēng)云,呂清剛,那永沽。等.濕污泥顆粒的流化床干燥

13、實(shí)驗(yàn)及 模型J.過程工程學(xué)報(bào),2007,7(4:646651.6唐鳳翔,張濟(jì)宇.惰性粒子噴動(dòng)流化床中冷凍融解氫氧化鋁污 泥干燥試驗(yàn)研究J.福州大學(xué)學(xué)報(bào),2004,32(5:632636. 7潘永康,王喜忠.現(xiàn)代干燥技術(shù)M.北京:化學(xué)工程出版社, 1999:225227.8朱學(xué)軍,呂芹,葉世超.惰性粒子振動(dòng)流化床中膏狀物料干燥 J.化工學(xué)報(bào),2007,158(17:16631669.9葉世超,李川娜,陳匡民.通氣振動(dòng)流化床與浸沒水平管問局部 傳熱系數(shù)J.化工學(xué)報(bào),2000,51(5:609614.10Zhu Xuejun,Ye Shichao,Pan Xiaoheng.The local hea

14、t transfer mathematical model between vibrated fluidized beds and horizontal tubesJ.Experimental Thermal and Fluid Science,2008,32: 12791286.“潘胃恒,朱學(xué)軍,葉世超,等.振動(dòng)流化床寬篩分玻璃粒子與水 平管局部傳熱特性J.高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào),2008,22(5: 750753.一82 現(xiàn)代化工 第30卷第5期粉塵泄出少、材料利用率高。利用此工藝,可生產(chǎn)PC44及以上高檔材料。該工藝對(duì)周圍環(huán)境影響小,操作環(huán)境好,國(guó)外公司一般均采用此工藝,國(guó)內(nèi)也正逐步采用。原材

15、料經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)行自動(dòng)配料,采用濕法混合后再進(jìn)行噴霧干燥以形成顆粒狀,并送至回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒,從回轉(zhuǎn)窯焙燒后出來的物料通過粉磨機(jī)粉磨后再送至噴霧干燥機(jī)進(jìn)行造粒。經(jīng)顆粒調(diào)整、檢驗(yàn)合格后包裝入庫(kù)。軟磁鐵氧體粉料濕法工藝流程如圖2所示。圖2軟磁鐵氧體料粉濕法工藝生產(chǎn)流程2.2軟磁鐵氧體磁芯生產(chǎn)工藝采用軟磁鐵氧體料粉作為原料,通過成型、燒結(jié)、磨加工、分檢等工序可以生產(chǎn)出具有一定形狀、尺寸、電感的磁芯。磁粉經(jīng)檢驗(yàn)合格后送至成型室加工成具有一定形狀、尺寸和質(zhì)量的毛 坯后,再通過氮?dú)獗Ｗo(hù)進(jìn)行焙燒,焙燒后四 成品送至粉磨機(jī)進(jìn)行磨粉加工,經(jīng)超聲 波清洗、成品分類后包裝入庫(kù)。軟磁鐵 氧體磁芯生產(chǎn)工藝流程如圖3所示。

16、H H保護(hù)H加H H H幽刨幽剖恒劃兇幽 圖3軟磁鐵氧體磁芯生產(chǎn)流程3工業(yè)共生模式工程化的物質(zhì) 流、能量流分析 氧化鐵紅3.3萬t的原料,產(chǎn)能4000a的高磁導(dǎo)率粉料用作生產(chǎn)高 磁導(dǎo)率鐵氧體磁芯,其余5000t外銷;產(chǎn)能8ooo t/a的功率型磁體氧體粉料用作生產(chǎn)功率型鐵氧體 磁芯,其余2.8萬t外銷。冷軋酸再生副產(chǎn)物鐵氧化紅資源化過程所消耗 能量,主要包括生產(chǎn)軟磁鐵氧體料粉和軟磁鐵氧體 磁芯所需電能、除塵系統(tǒng)所需電能、燃料所需柴油和 煤油。冷軋酸再生副產(chǎn)物鐵氧化紅工業(yè)共生資源化 方案考慮綜合利用高爐、轉(zhuǎn)爐、焦?fàn)t廢煤氣(作燃料 用于燒結(jié)和發(fā)電和鋼鐵生產(chǎn)余熱資源。由于富余 煤氣和余熱資源的回收要

17、綜合考慮整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)過 程,這里只對(duì)軟磁鐵氧體料粉和軟磁鐵氧體磁芯所 需電能、除塵系統(tǒng)所需電能、燃料所需柴油和煤油及 富余煤氣用于燒結(jié)、干燥等工序所消耗能量進(jìn)行能 量流動(dòng)分析。冷軋酸再生副產(chǎn)物鐵氧化紅工業(yè)共生模式工程 化物質(zhì)流(產(chǎn)品布局、能量流(能源利用如圖4所示。廣一軟磁鐵氧體粉料生產(chǎn)200t電能 柴油9伽日t5250t標(biāo)煤(折13114t標(biāo)煤綜合軟磁鐵氧體的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境、市場(chǎng)等因素,以下以生產(chǎn)軟磁鐵氧體料粉4.5萬 t/a(高磁導(dǎo)率粉料9000t/a,功率型磁體氧體粉料 3.6萬t/a、軟磁鐵氧體磁芯l萬t/a(高磁導(dǎo)率鐵 氧體磁芯3000t/a,功率型鐵氧體磁芯7000t/a 的工業(yè)

18、共生模式工程化為例進(jìn)行物質(zhì)流、能量流 分析。軟磁氧體粉料的原料分別是氧化鐵紅(約占原 料70%、四氧化三錳(約占原料成分的22%、氧 化鋅(約占原料成分的8%及輔助材料。氧化鐵紅 來自冷軋廢酸再生副產(chǎn)物,四氧化三錳為外購(gòu),氧化 鋅為鋼鐵廠將自有鋅渣加工而成的氧化鋅,PVA等 輔助材料外購(gòu)。軟磁鐵氧體粉料直接作為生產(chǎn)軟磁鐵氧體磁芯 圖4工業(yè)共生模式工程化的物質(zhì)流、能量流圖4工業(yè)共生方案的實(shí)施4.1平面布置在滿足主體工藝合理布局的前提下,將冷軋廢 酸再生副產(chǎn)物氧化鐵紅資源化納入鋼鐵廠固廢綜合 利用工程中,根據(jù)一次規(guī)劃、分步實(shí)施、布置合理、物 流順暢、環(huán)境優(yōu)美、留有發(fā)展余地的指導(dǎo)思想,進(jìn)行 總體平面

19、的布置設(shè)計(jì)。冷軋廢酸再生副產(chǎn)物氧化鐵紅資源化項(xiàng)目的平 面布置,盡量安排在主體工藝附近,以減少物流和能 流距離,節(jié)約資源、節(jié)省開支;按照一次規(guī)劃、分步實(shí) 施、布置合理、布置集中緊湊,盡可能與地形相結(jié)合, 節(jié)省用地,做到物流順暢,同時(shí)注意風(fēng)向、朝向、減少 環(huán)境污染的基本原則,根據(jù)工藝流程,在滿足規(guī)劃、2010年5月 宋金濤等:冷軋廢酸再生氧化鐵紅資源化的工業(yè)共生研究 83安全、衛(wèi)生、消防的情況下,將主變電所、空壓機(jī)室、 循環(huán)水處理室等公輔設(shè)施及原料、成品庫(kù)布置在軟 磁鐵氧體料粉生產(chǎn)車間、軟磁鐵氧體磁芯生產(chǎn)車間 的下風(fēng)側(cè),使整個(gè)公輔設(shè)施集中布置。整個(gè)辦公生 活區(qū)布置于廠區(qū)的上風(fēng)側(cè),力求使其受到的污染

20、減 至最小。冷軋廢酸再生副產(chǎn)物氧化鐵紅資源化共生模式 的軟磁鐵氧體粉料和磁芯生產(chǎn)線均建在現(xiàn)有冷軋廢 酸再生裝置附近,利用以前廠區(qū)空置的場(chǎng)地、廠房以 及設(shè)備。工程實(shí)施中新建項(xiàng)目的實(shí)施基本不考慮新 建大型的公用工程,與原廠的公用設(shè)施包括公用水、 電、氣管路、庫(kù)房、廠區(qū)道路及實(shí)驗(yàn)室、辦公樓、食堂 等后勤設(shè)施通用。4.2設(shè)備選用方案實(shí)施堅(jiān)持高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn),瞄準(zhǔn)世界冶金科 技前沿。選用精度高、穩(wěn)定性和可靠性好的先進(jìn)設(shè) 備。在滿足工藝要求的條件下,盡量選擇噪音低、能 耗低的設(shè)備。軟磁鐵氧體粉料生產(chǎn)線上的主要設(shè)備有電子自 動(dòng)配料系統(tǒng),砂磨機(jī)、振磨機(jī)、雙管回轉(zhuǎn)窯、噴霧造粒 機(jī)等。軟磁鐵氧體磁芯生產(chǎn)線主要工藝設(shè)

21、備有自動(dòng)壓 機(jī)、旋轉(zhuǎn)壓機(jī)、推板氮窯、磨床、超聲波清洗烘干機(jī)、 切割機(jī)等。4.3生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范及保護(hù)冷軋廢酸再生副產(chǎn)物氧化鐵紅資源化研制軟磁 鐵氧體材料雖然本身是利于環(huán)境保護(hù)的,但其加工 轉(zhuǎn)化是典型的工業(yè)過程,若不對(duì)其加以重視,將會(huì)帶 來環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。磁性材料生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要在 物料的貯運(yùn)以及噴霧造粒、燒結(jié)、磨細(xì)等環(huán)節(jié)產(chǎn)生, 并以粉塵、廢渣、廢水、噪聲等形式排向環(huán)境。軟磁鐵氧體材料整個(gè)生產(chǎn)線物流基本在封閉系 統(tǒng)中運(yùn)行,減少粉塵源的產(chǎn)生;人工介入處設(shè)置除塵 點(diǎn)改善勞動(dòng)環(huán)境;對(duì)生產(chǎn)線除塵系統(tǒng)中產(chǎn)生的除塵 回收料進(jìn)行及時(shí)處理后進(jìn)入主生產(chǎn)線,提高材料利 用率降低單位能耗。在滿足工藝設(shè)計(jì)的前提

22、下,優(yōu)先選用低噪聲型 號(hào)的設(shè)備;各類高噪聲設(shè)備均設(shè)置于室內(nèi)隔聲,并采 用吸聲或隔聲的建筑材料;為防止振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲 污染,各類泵設(shè)置單獨(dú)基礎(chǔ)或減振措施;強(qiáng)振設(shè)備與 管道間采取柔性連接方式,防止振動(dòng)造成的危害。 另外,在廠區(qū)平面設(shè)計(jì)中,充分考慮地形、聲源方向 性及車間噪聲強(qiáng)弱,利用建筑物、綠化植物等對(duì)噪聲 的屏蔽、吸納作用,進(jìn)行合理布局,以起到降低噪聲 影響的作用。軟磁鐵氧體材料生產(chǎn)線運(yùn)行過程中產(chǎn)生的粉塵 經(jīng)除塵后達(dá)標(biāo)排放至大氣,各生產(chǎn)線上的不合格品 可以破碎后重返生產(chǎn)線。軟磁鐵氧體材料生產(chǎn)線各車間產(chǎn)生的生產(chǎn)廢 水,先排至廠區(qū)廢水管網(wǎng),通過廢水管網(wǎng)集中排至公 輔區(qū)域廢水處理站。廢水來源主要是各生產(chǎn)線的生 產(chǎn)廢水及清洗設(shè)備、沖洗地坪等產(chǎn)生的廢水,包括凈 循環(huán)水處理系統(tǒng)中的過濾器反洗水和強(qiáng)制排污水。 生產(chǎn)廢水經(jīng)水處理池多級(jí)沉淀處理后循環(huán)利用。 通過以上措施,將粉塵、廢水、廢渣、噪聲對(duì)區(qū)域 環(huán)境的影響降到最低程度。5結(jié)論鋼鐵行業(yè)是資源和能源密集型行業(yè),生產(chǎn)過程 中除消耗大量資源、能源外,還產(chǎn)生大量可循環(huán)利用 的廢棄物。本文中以冷軋廢酸再生副產(chǎn)物氧化鐵紅 資源化為研究對(duì)象,在工業(yè)共