粉尘处理工艺技术分析与经济性分析
1 氧化锌火法还原的热效应及热力学分析
氧化锌的热还原是一个强烈的吸热反应。氧化锌被碳及一氧化碳还原的反应热效应很大，两个反应的热效应如下：
ＺｎＯ+ＣＯ=Ｚｎ(气)+ＣＯ2-19565ｋＪ/ｍｏｌ(1)
ＺｎＯ+Ｃ=Ｚｎ(气)+ＣＯ-36819ｋＪ/ｍｏｌ(2)
从反应式可以看出，氧化锌用碳还原需要从外界吸入大量热。外界提供的热量除了把物料加热到足够的温度并补偿过程的热损失外，还必须提供氧化锌还原反应本身所需的大量热量。
氧化锌的热还原还要求有强烈的还原气氛和高温条件。从过程的动力学来说，随着温度的升高，反应速度都会急剧增大。氧化锌的热还原是一个强烈的吸热反应，反应的平衡常数随温度的升高而急剧增大。所以说，无论从热力学还是从动力学角度来看，提高温度对氧化锌还原过程都是非常有利的。在高温下，氧化锌的还原将变的较为容易，例如在1100～1300℃以上时，过程将变得比ＦｅＯ的还原过程更易进行。这也是以上所介绍的ＳＰＭ法、ＲＨＦ回转窑、川崎的焦炭填充床等工艺的*作温度一般在1100～1300℃的原因。
氧化锌被碳还原表面上是一个简单的固相反应，但实际上还原过程由如下两个连续的气-固相反应组成：
ＺｎＯ+ＣＯ=Ｚｎ(气)+ＣＯ2①
ＣＯ2+Ｃ=2ＣＯ②
这两个反应具有不同的反应特性，ＣＯ在这两个反应中所起的作用不同，对反应①它是反应物，对反应②它却是生成物。在较低温度下，要使氧化锌还原为金属锌，必须提供ＰＣＯ/ＰＣＯ2比值很高的混合气体。但在这种条件下，布杜尔反应所产生的混合气体则恰好相反，相应的比值ＰＣＯ/ＰＣＯ2很小。随着温度的升高，这两个比值的差距将不断缩小，当温度达到一定值时，这两个比值趋于等同。温度继续升高，这种差值关系就颠倒过来。
2 电炉除尘粉中金属氧化物还原的冶金反应讨论
除尘粉中铁的氧化物主要是Ｆｅ2Ｏ3，另外有少部分ＦｅＯ，以下主要讨论Ｆｅ2Ｏ3、ＦｅＯ以及ＺｎＯ被碳及一氧化碳还原的化学反应热效应以及Ｆｅ2Ｏ3、ＦｅＯ、ＺｎＯ过程升温吸热情况。
几个反应的热效应如下：
ＺｎＯ+ＣＯ=Ｚｎ(气)+ＣＯ2-19565ｋＪ/ｍｏｌ
ＺｎＯ+Ｃ=Ｚｎ(气)+ＣＯ-36819ｋＪ/ｍｏｌ
ＦｅＯ+ＣＯ=Ｆｅ+ＣＯ2+1604ｋＪ/ｍｏｌ(3)
Ｆｅ2Ｏ3+3ＣＯ=2Ｆｅ+3ＣＯ2+255ｋＪ/ｍｏｌ(4)
Ｆｅ2Ｏ3+3Ｃ=2Ｆｅ+3ＣＯ-49212ｋＪ/ｍｏｌ(5)
由以上化学反应热效应可以看出反应(3)、(4)是放热反应，在反应过程中有少量化学反应热量放出，放热量不大。锌的还原过程、Ｆｅ2Ｏ3的还原均是吸热反应，并且吸热量较大。
另外对于除尘粉压块进行升温。由于除尘粉成分不同，各成分的比热不同，假设升高同样的温度，其中Ｆｅ2Ｏ3吸热量占所吸热量的90%以上，可见Ｆｅ2Ｏ3升温过程耗热情况对吸热影响明显。
通过以上的简要分析，可以看出锌的还原、铁的还原过程需要的热量较大。在转炉过程中这部分热量只能来自于铁水的物理热、化学热，电炉过程只能*输入电能来补偿。
3 粉尘处理工艺经济性分析
近20年来，尽管大量的研究工作集中在粉尘处理方面，也有几十项有关技术开发出来，但经济性好且具有普遍意义的处理技术仍未出现，以下主要对较成熟的ＳＰＭ法和ＲＥＤＳＭＥＬＴ工艺作介绍。
ＳＰＭ法工艺介绍的运行成本为4829日元/ｔ，其中包括用于还原剂和能源的1642日元/ｔ。其工艺收益主要体现在产品30%返回高炉中利用，70%返回烧结使用。当高炉配料中增加1%ＳＰＭ产品，减少高炉燃料单耗3ｋｇ/ｔ，在烧结使用时，减少烧结焦粉225ｋｇ/ｔ，但使烧结锅炉蒸汽减少，另外由于回收的锌价值648日元/ｔ。以上三者效益之和5784日元/ｔ，和运行成本相比每ｔ灰尘盈利955日元。
ＲＥＤＳＭＥＬＴ工艺介绍通过埋弧电弧炉生产铁水，其铁水成本为178美元/ｔ，比通常高炉流程铁水150美元/ｔ高出28美元/ｔ，折合到灰尘的处理成本为13美元/ｔ。其在计算过程中将废弃物的价值当作零。
其他粉尘处理工艺的经济性未见报道，从以上两种工艺的经济性中也可以看出，钢铁厂粉尘处理工艺的成本是较高的。
钢铁厂含锌粉尘处理工艺主要分火法和湿法两种，火法工艺虽说投资较大，但综合效益较好，使得火法较湿法竞争性强，火法工艺主要包括：①ＣＦＢ法，②ＳＰＭ法，③Ｉｎｍｅｔｃｏ及ＲｅｄＳｍｅｌｔ法，④川崎制铁的Ｚ-ＳＴＡＲ法，⑤冷固结球团法。通过以上分析，可以看出锌的还原、铁的还原过程需要的热量较大。在转炉过程中这部分热量只能来自于铁水的物理热、化学热，电炉过程只能*输入电能来补偿。从ＳＰＭ法和ＲＥＤＳＭＥＬＴ工艺的经济性中也可以看出，钢铁厂粉尘处理工艺的成本是较高的。
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