專題 鋼鐵冶金廢物綜合利用

鋼鐵冶金廢物綜合利用摘要：在鋼鐵生產(chǎn)過程中，要產(chǎn)生大量的廢棄物。而且隨著我國鋼鐵產(chǎn)量的不斷步提高，其排放量也在不斷地增加。因此，如何有效地綜合利用這些冶金渣以及冶金廢氣，減少廢棄物堆放占用地和防止廢氣環(huán)境污染，對(duì)于進(jìn)一步促進(jìn)我國鋼鐵工業(yè)的持續(xù)高效發(fā)展具有重要意義，本文就冶金渣和冶金廢氣的資源化利用情況，進(jìn)行介紹。關(guān)鍵詞：冶金渣；冶金廢氣；冶金爐塵Abstract：insteelproductionprocess,togeneratealotofwaste.AndwithChina'ssteelproduction,itsemissionstoimprovecontinuouslystepinconstantlyincreased.Therefore,howtoeffectivelyusethecomprehensivemetallurgicalslag,reducethewastegas,metallurgy,andpreventwastepiletofurtherpromotetheenvironmentalpollution,thesteelindustrysustaineddevelopmentisofgreatsignificance，Basedonmetallurgicalslagandmetallurgy,theutilizationofwaste。Keywords:metallurgicalslag；Metallurgyexhaust；Metallurgyfurnacedust1引言我國是一個(gè)鋼鐵工業(yè)大國，2009年的鋼產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了5.68億t并且全部被利用，表明了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的良好情況。同時(shí)我國工業(yè)曾經(jīng)走過高速發(fā)展，高能耗，工藝設(shè)備落后，污染嚴(yán)重的彎路，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，目前鋼鐵工業(yè)的污染物排放占工、農(nóng)業(yè)和日常生活等總排量的15%左右，目前鋼鐵企業(yè)廢氣和廢渣的排放量分別在7.55?53.5Kg/t鋼和0.5?1.32t/t鋼的范圍，如何減少鋼鐵各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的廢物的排放，增大其利用率，不但減少對(duì)環(huán)境的污染，還可以減少燃料的消耗，降低鋼鐵生產(chǎn)成本。2冶金渣的利用煉鐵和煉鋼過程中會(huì)產(chǎn)生大量的爐渣，如果直接將它們丟棄，不但占用土地資源也不利于資源的綜合利用可以對(duì)它們進(jìn)行綜合回收利用。表1部分企業(yè)高爐水渣的組成高爐水渣的化學(xué)組成f質(zhì)髭分?jǐn)?shù))全業(yè)名稱 CiiOSiOfeAbObMgQFtjOiMnOTiQS首■都鍋蛛公司4L5332.6#9.說凡E94.210.290.84邯鄲鋼蛛公國45.5437.S311.023.5?3*474￡90.3Qe甜磨出鋼犢公司隊(duì)1333.84IL6830.61&20Dl2&0.211.12布窿鋼鐵公司40.5337.50S,089m56LOO0.160.150.66夫原鋼恢公司36一7C3^0114.449.72上能0.30(k53馬棟山鋼鐵公司37.9733.9211.11Bh03X150.081.10"932.1高爐渣的利用我國的大部分高爐渣接近于中性渣(R=0.99?1.08),高堿性高爐渣數(shù)量較少，由于礦石的品味和煉生鐵的種類不同，高爐渣的化學(xué)成分波動(dòng)范圍很大。2.1.1利用高爐水渣生產(chǎn)水泥高爐渣的綜合利用技術(shù)在我國已經(jīng)有幾十年的歷史，到2000年高爐渣的利用率已經(jīng)達(dá)到90%以上，其中90%沖成水渣，大部分用作水泥的混合原料，我國部分鋼鐵企業(yè)的高爐水渣成分如上表1所示。由表1可知，高爐水渣的主要化學(xué)成分為CaO和SiO2,約占其渣總量的70%?80%。由于水冷(急冷)條件抑制了鈣鋁黃長石(AS)，鎂黃長石(M)，鈣長石(C)和硅酸二鈣(S)等礦相的形成，進(jìn)而形成具有潛在水硬膠凝性能的玻璃體礦相結(jié)構(gòu)，這些礦相在水泥熟料、石灰和石膏等激發(fā)劑的作用下，可以顯示出水硬膠凝性能并產(chǎn)生強(qiáng)度，因此，水渣是生產(chǎn)水泥的良好原料。目前，使用高爐水渣研制開發(fā)出的礦渣水泥主要有下面幾種：(1)礦渣硅酸鹽水泥.礦渣硅酸鹽水泥是用硅酸鹽水泥熟料和顆粒狀高爐水渣加3%?5%的石膏混合磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。用高爐水渣生產(chǎn)的水泥牌號(hào)一般在400號(hào)以上，但其早期強(qiáng)度較低。(2)石膏礦渣水泥.石膏礦渣水泥是由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%左右的高爐水渣，加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%左右的石膏和少量的硅酸鹽水泥熟料或石灰混合磨細(xì)制得的水硬性膠凝材料.這種石膏礦渣水泥成本較低，具有較好的抗硫酸鹽侵蝕和抗?jié)B透性，適用于混凝士的水工建筑物和各種預(yù)制砌塊。(3)石灰礦渣水泥.石灰礦渣水泥是將干燥后的顆粒狀高爐渣、生石灰、消石灰以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的天然石膏，按適當(dāng)?shù)谋壤浜夏ゼ?xì)而成的一種水硬性膠凝材料.該水泥適用于蒸汽養(yǎng)護(hù)的各種混凝土預(yù)制品，水中地下路面等的無筋混凝土和工業(yè)與民用建筑砂漿。2.1.2利用高爐渣作道路和建筑材料因?yàn)楦郀t冶金渣的物理性能與天然巖石相近，所以，冶金渣在道路和建筑方面被廣泛的應(yīng)用,且用量也較大。一般多用于公路、機(jī)場以及一些地基工程的建設(shè)等。(1)礦渣磚：礦渣磚是用高爐水渣加人一定量的水泥等膠凝材料，經(jīng)過攪拌、成型和蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的建筑用磚，主要用于普通房屋建筑和地下建筑，實(shí)際上相當(dāng)于將高爐水渣代替部分砂石使用。(2)礦渣混凝土：礦渣混凝土是以高爐水渣為原料，配人激發(fā)劑(例如水泥熟料、石膏以及石灰等)，放人輪碾機(jī)中加水碾磨與骨料混合而成，這種混凝土適宜在生產(chǎn)小型混凝土預(yù)制件時(shí)使用，不適宜在施工澆筑現(xiàn)場使用。(3)地基用碎石：由于冶金渣的強(qiáng)度與天然巖石的強(qiáng)度大體相同，因此冶金渣碎石的顆粒強(qiáng)度完全可以滿足地基工程的需要。另外，冶金渣還具有密度大、表面粗糙、耐磨性能好、與瀝青結(jié)合牢固等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛地應(yīng)用于鐵路和公路路基的施工及工程回填.但是，用轉(zhuǎn)爐渣作筑路和回填料時(shí)，為了防止渣中自由氧化鈣水化引起的體積膨脹，需要對(duì)轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)行陳化，一般要求其粉化率不能高于5%。2.1.3利用高爐渣生產(chǎn)礦渣棉礦渣棉是以高爐渣為主要原料，經(jīng)熔化、高速離心法或噴吹法制成的一種白色棉絲狀礦物纖維材料。它具有質(zhì)輕、保溫、隔聲、隔熱、防震等性能。化學(xué)成分見下表2所示。表2礦渣棉的化學(xué)成分(%)名稱SiO2A13O2CaOMgOFe2O3礦渣棉36?3910?1438?426?100.6?1.2生產(chǎn)礦渣棉的方法有噴吹和離心法兩種。原料經(jīng)化鐵爐熔化后獲得熔化物，由噴吹嘴流出時(shí)，用蒸汽或壓縮空氣噴吹而成的稱為噴吹法。使熔化的原料落在回轉(zhuǎn)的圓盤上，用高速離心力甩成礦棉的稱謂高速離心法。2.2煉鋼渣的利用一般沒煉1t鋼產(chǎn)生200?300kg的鋼渣，鋼渣可以作為返回料，供燒結(jié)，煉鐵，煉鋼使用也可以用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)化肥等。2.2.1利用轉(zhuǎn)爐渣作冶金返回原料用作冶金返回原料使用的主要是轉(zhuǎn)爐渣.轉(zhuǎn)爐渣中含40%?50%CaO,5%?l5%的TFe以及2%左右的TMn，具有較高的利用價(jià)值。我國部分鋼鐵企業(yè)的轉(zhuǎn)爐渣成分如下表3所示。表3我國部分企業(yè)轉(zhuǎn)爐渣的化學(xué)組成轉(zhuǎn)爐整的化學(xué)絹成口貴髭分?jǐn)?shù)〉企業(yè)名稱 CaO齡MfiOfeMnOPiQsJ-ChO苜都銅快船司44.0015.863.8810.0422.37L11L31ebo本溪鋼鐵公司41.1415.99土22炒29L340.56o.盼唐山鋼鐵會(huì)可他3013.382.549.0512.73LasL4Q0.SA太原惆鐵公司49.0014.222.869.298.79L060.56L57馬鞋山鋼餓公司43.19LS.5S3.843.42&19233L403.目前使用轉(zhuǎn)爐渣研制開發(fā)出的冶金原料主要有以下幾種：(1)燒結(jié)礦熔劑：利用轉(zhuǎn)爐渣中的CaO,代替部分石灰石作燒結(jié)熔劑使用.燒結(jié)礦中加入適量的轉(zhuǎn)爐渣后，有利于燒結(jié)造球和提高燒結(jié)速度。另外，轉(zhuǎn)爐渣中的Fe和FeO的氧化放熱可以補(bǔ)償鈣、鎂碳酸鹽分解時(shí)所需要的熱量，有利于降低燒結(jié)礦的燃料消耗。(2)高爐或化鐵爐熔劑：將轉(zhuǎn)爐渣作為高爐或化鐵爐熔劑直接使用，不但可以節(jié)省大量的石灰石和白云石，而且還可以節(jié)省大量的熱能.但是，由于目前高爐多利用高堿度燒結(jié)礦或熔劑性燒結(jié)礦冶煉，已經(jīng)基本上不用石灰石和白云石，因此轉(zhuǎn)爐渣直接返回高爐代替石灰石和白云石的使用將受到限制。(3)作煉鋼返回渣：將轉(zhuǎn)爐終渣作為下一爐冶煉時(shí)的初渣使用，可以使冶煉初期成渣快，減少初期渣對(duì)爐襯的侵蝕.另外，目前普遍采用的濺渣護(hù)爐工藝，也消耗了大量的轉(zhuǎn)爐渣，大幅度地降低了耐火材料的消耗。2.2.2利用煉鋼渣生產(chǎn)肥料利用在使用的中、高磷鐵水煉鋼時(shí)，在不加螢石造渣的情況下回收的初期含磷渣，將其直接破碎磨細(xì)，生產(chǎn)磷肥。鋼渣磷肥的密度為3?3.33為黑褐色粉末，是一種堿性肥。鋼渣中的五氧化二磷雖然不溶于水，但是能溶解于2%的檸檬酸溶液，可被植物吸收，磷的柯溶性率可達(dá)80%?90%。由于鋼渣中還有硅、鈣。錳等養(yǎng)分，對(duì)植物早期或晚期都有肥效。一般做基肥。沒畝可以施用100?130kg。此外鋼渣中含有鈣、錳、釩等元素也是植物所需養(yǎng)分。3冶金廢氣的利用冶金生產(chǎn)過程中可以產(chǎn)生大量的廢氣，這些廢氣中包括大量的煤氣和爐塵，如何利用好這些廢氣和爐塵可以大大減少冶金過程中燃料的消耗和提高礦石的回收率，同時(shí)也減輕了對(duì)環(huán)境的污染。3.1高爐煤氣的回收利用。高爐煉鐵主要以焦炭作燃料及還原劑在高爐內(nèi)還原條件下，鐵礦石被還原得到生鐵，還原產(chǎn)生大量的煤氣，可利用作燃料，并且從爐頂排放出的高爐煤氣具有較高的壓力和溫度，可以回收它們的余壓和余熱。3.1.1高爐煤氣用作燃料每噸生鐵就產(chǎn)生1800m3?2300m3的煤氣，高爐煤氣含有CO20%?24%，H2約含2%，CH40.5%其發(fā)熱值為3350?3770KJ/m3。它的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，可以利用它燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)用于熱風(fēng)爐的加熱，可以用于軋鋼過程中的鋼坯加熱和燒結(jié)過程中對(duì)燒結(jié)料的點(diǎn)火等，并且還可以用高爐煤氣燃燒產(chǎn)生的熱量，加熱產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電。3.1.2高爐爐氣的余壓發(fā)電高爐頂煤氣壓力為0.15?0.4Mpa，不同爐容爐頂煤氣壓力的基本范圍見表4所示。表4不同爐容爐頂煤氣壓力情況高爐容積/m325562510?1500200?40004000?5000爐頂壓力/100KPa1.?1.81.6?2.22.0?2.52.5?3.53.5?4.0現(xiàn)代鋼鐵廠煉鐵高爐大都采用高壓爐頂操作來提高冶金強(qiáng)度和產(chǎn)量，從爐頂排放出的高爐煤氣具有較高的壓力和溫度，為促進(jìn)這些可燃廢氣的綜合利用，通常采用目前國內(nèi)外公認(rèn)的先進(jìn)的高爐煤氣余壓透平發(fā)電冶金節(jié)能裝置。TRT技術(shù)是利用一臺(tái)透平膨脹機(jī)在減壓閥前作功，將煤氣的壓力能和熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的一種能量回收裝置。TRT在運(yùn)行中不需要燃燒，不改變原高爐煤氣的品質(zhì)和正常使用，卻回收了相當(dāng)可觀的能量（約占高爐煤氣鼓風(fēng)機(jī)所需能量的30%），同時(shí)又具有凈化煤氣，減少噪音，改善煤氣爐頂壓力控制品質(zhì)的作用.更為可貴的是它本身不產(chǎn)生新的污染，發(fā)電成本極低。因此，TRT是典型的高效節(jié)能環(huán)保裝置.目前，隨著高爐向大型化和高壓爐頂方向發(fā)展以及干式除塵裝置的應(yīng)用，TRT也正朝著干式和干濕兩用型軸流反動(dòng)式的方向發(fā)展。3.2冶金爐塵的利用3.2.1氧氣轉(zhuǎn)爐爐塵的利用它是是轉(zhuǎn)爐的爐氣經(jīng)除塵器的回收的含鐵粉料，其產(chǎn)量每噸鋼為20?25Kg含鐵量達(dá)50%?60%以上，主要成分是Fe3o4,還有18%?30%的金屬鐵，粒度極細(xì)，可作為燒結(jié)的鋪助原料。3.2.2高爐爐塵的利用高爐爐塵是從高爐煤氣系統(tǒng)中回收的副產(chǎn)品，由礦石和焦炭的粉末組成。其數(shù)量和成分隨高爐冶煉條件而異，大概為30?50kg/t，含鐵40%左右，含碳10%?20%和較多的CaO,其粒度較細(xì)，親水性差，用于燒結(jié)配料，可代替部分鐵礦粉和燃料，并有助于降低成本。一般加量為一般加量為3%?5%。4結(jié)論鋼鐵生產(chǎn)過程中在消耗大量燃料和礦物的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的廢物，如果讓這些廢棄物的任意排放，不但不利于環(huán)境的保護(hù)，也不利于資源的合理利用與節(jié)能減排，所以應(yīng)根據(jù)各冶金廢物的性質(zhì)和具體情況，采取合適的方法對(duì)它們進(jìn)行回收利用，不斷實(shí)現(xiàn)廢物利用率，減輕對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)我國鋼鐵工業(yè)又好又快的發(fā)展。參考文獻(xiàn)［