燒結(jié)機(jī)頭除塵灰生產(chǎn)復(fù)合肥的研究

林七女，李志峰，董世頌，艾士云

（1.萊蕪鋼鐵股份有限公司，山東萊蕪271104；2.山東大學(xué)，山東濟(jì)南270100；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東泰安271018）

燒結(jié)機(jī)頭除塵灰生產(chǎn)復(fù)合肥的研究

林七女1，李志峰1，董世頌2，艾士云3

（1.萊蕪鋼鐵股份有限公司，山東萊蕪271104；2.山東大學(xué)，山東濟(jì)南270100；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東泰安271018）

通過系統(tǒng)分析燒結(jié)機(jī)頭除塵灰的成分和化學(xué)結(jié)構(gòu)，研究制定了利用燒結(jié)除塵灰生產(chǎn)復(fù)合肥的配方和工藝，該研究為燒結(jié)除塵灰的利用開發(fā)了新的用途。

燒結(jié)除塵灰；生產(chǎn)；復(fù)合肥

燒結(jié)機(jī)頭除塵灰是鋼鐵企業(yè)主要污染的源頭之一[1]。燒結(jié)除塵灰大量堆積，不但浪費了土地、財力、人力，還造成環(huán)境污染。因此，怎樣有效利用這部分資源，變廢為寶，是許多鋼鐵企業(yè)關(guān)注的對象[2-4]。通過對萊鋼燒結(jié)機(jī)頭除塵灰的分析，發(fā)現(xiàn)萊鋼燒結(jié)機(jī)頭除塵灰富含有 Ca，Si，P，K，Zn，并含有一定的微量元素 Mg，Mn，Cu等植物必需成分，非常適合作為復(fù)合肥添加料。因此對這部分除塵灰進(jìn)行重新加工，并利用于復(fù)合肥中，不但解決了除塵灰的堆積問題，還為除塵灰找到了一條新的利用手段，是國內(nèi)鋼鐵企業(yè)除塵灰利用的新突破。

近年來，隨著農(nóng)作物總產(chǎn)量的不斷提高，長期施用速效化肥，加之施肥比例失調(diào)，土壤缺鉀狀況日益嚴(yán)重，造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益降低，農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)下降[5]。隨著農(nóng)作物的持續(xù)高產(chǎn)，土壤中的有效硅含量迅速降低，缺硅土壤至今很普遍，要使作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，必須在土壤中補(bǔ)充鉀和硅[6]。然而我國的鉀肥資源相當(dāng)貧乏，80%以上需要進(jìn)口，這些鉀肥中95%以上是氯化鉀[5]，而很多忌氯作物如果樹、蔬菜、豆類、煙草及馬鈴薯等不能使用氯化鉀，此外氯化鉀、硫酸鉀的價格較為昂貴，不利于推廣；另一方面，氯化鉀和硫酸鉀屬水溶性，利用率在50%左右，其余隨水流失，造成浪費，并容易使土壤板結(jié)。因此，開發(fā)、推廣無氯、長效硅鉀肥將成為化肥工業(yè)的一個重點。

1 實驗與研究

1.1 燒結(jié)除塵灰分析

對燒結(jié)除塵灰取樣，用原子吸收對燒結(jié)機(jī)頭除塵灰進(jìn)行定量分析，用鹽酸對除塵灰（三電場）進(jìn)行溶解，調(diào)節(jié)溶液的pH值，測定試樣溶液中的 Fe，Zn，Cu，Pb，Cd，Ca，Mg，Mn，Cr，Na，K，經(jīng)空氣-乙炔火焰原子化，所產(chǎn)生的原子蒸氣吸收從其離子空心陰極燈射出的特征波長的光，吸光度大小與火焰中其金屬的基態(tài)原子濃度成正比。樣品測定結(jié)果如表1。

表1 燒結(jié)除塵灰的原子吸收分析g/kg

1.2 除塵灰生產(chǎn)復(fù)合肥工藝

通過以上除塵灰的分析可以看出，除塵灰的成分并不是固定不變的，但基本上在一定范圍內(nèi)波動。綜合結(jié)果看，其SiO2的含量在3%～12%，CaO的含量（40%左右）和K2O的含量（13.9%～28.5%）很高，并含有一定量的Zn，Cu，Mn等微量元素，基本滿足制硅鉀復(fù)合肥的要求。但其中Fe2O3的含量（6.7%～20.8%）和PbO的含量（0.68%～2.5%）相應(yīng)偏高，長期使用會引起一定危害，應(yīng)采取相應(yīng)的方法去除。

1.2.1 改性劑的選擇和加工工藝

根據(jù)燒結(jié)機(jī)頭除塵灰的酸溶解情況，70%左右除塵灰能溶于40%的硫酸溶液，不溶物經(jīng)分析，主要是由不易溶解的SiO2組成，通過篩選，可以添加可溶性的碳酸鹽，破壞SiO2結(jié)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)槟転樽魑镂盏膯喂杷猁}。加入的碳酸鹽一方面可以改變SiO2的結(jié)構(gòu)，另一方面可以促進(jìn)灰塵中的K，Ca，Si等元素復(fù)合生成緩溶的長效硅鉀肥，避免鉀元素隨水快速流失，造成浪費。緩釋性肥料也是近幾年開發(fā)的熱點。

為了和制備復(fù)合肥的工藝相銜接，簡化生產(chǎn)工藝，實驗選擇了添加碳酸鈉的工藝，通過肥料造粒后的干燥燒結(jié)工藝，實現(xiàn)了灰塵和基礎(chǔ)肥料的復(fù)合，達(dá)到了對灰塵改性、激活的目的。

具體工藝為：

在灰塵中添加灰塵量0.4～0.8倍左右的碳酸鈉進(jìn)行造粒，在300～400℃燒結(jié)。經(jīng)實驗篩選，添加0.6倍的碳酸鈉，在350℃燒結(jié)2 h即可。

緩釋肥料肥分持續(xù)時間長（緩溶解，慢釋放），難淋溶，而易溶于從植物根部分泌出來的檸檬酸溶液，因此可減少肥分的損失，提高肥料利用率，降低生產(chǎn)成本。同時，可避免或減少對水體的污染，減緩水體的富營養(yǎng)化過程。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會提出的緩釋肥的標(biāo)準(zhǔn)，即在25℃下：

（1）肥料中的養(yǎng)分在24 h內(nèi)的釋放率（即肥料的化學(xué)物質(zhì)形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟衫玫挠行螒B(tài)）不超過15%；

（2）在28 d內(nèi)的養(yǎng)分釋放率不超過75%；

（3）在規(guī)定時間內(nèi)，養(yǎng)分釋放率不低于75%。

通常以肥料在水中的溶出率來評價肥料的緩釋性。表2為制備的肥料K2O在水中和2%檸檬酸溶液（模擬根部分泌有機(jī)酸的濃度）溶出結(jié)果。

表2 復(fù)合肥試樣中K元素的溶出量 %

由表2可以看出，制得的復(fù)合肥在水中，達(dá)到了緩溶的效果，在檸檬酸中的溶出量明顯比在水中的溶出量大，即復(fù)合肥能很容易地被植物分泌出的檸檬酸溶液所溶解釋出?？梢岳斫鉃椋寒?dāng)植物需要鉀養(yǎng)分時，就會分泌出檸檬酸等弱酸性物質(zhì)，復(fù)合肥中養(yǎng)分溶出速度就會增加，而當(dāng)植物不需要鉀養(yǎng)分時，其分泌出的檸檬酸等弱酸性物質(zhì)的量就會減少甚至不分泌，復(fù)合肥在無酸水中的溶出速度會減緩，因此，復(fù)合肥的溶出能很好的與植物生長相吻合，從而減少了鉀養(yǎng)分的流失量，提高了其利用率。

1.2.2 粉塵中重金屬的去除和穩(wěn)定化方法

國家標(biāo)準(zhǔn)沒有制定復(fù)合肥中的鐵含量，在國內(nèi)外以鋼渣制備肥料的工藝中也沒有提出具體要求[7-8]。鑒于萊鋼燒結(jié)機(jī)機(jī)頭電場除塵灰20%左右的Fe2O3含量，可直接利用此除塵灰制備磁化復(fù)合肥，也可采用磁選方式進(jìn)行除鐵，使鐵的含量低于10%以下，再制備復(fù)合肥。除塵灰中鉛的含量在磁選后會有一定程度的降低，并且在以鋼渣生產(chǎn)肥料的試用研究中，一致認(rèn)為肥料中的鉛等重金屬離子不會帶來作物鉛含量的富集[9]。且除塵灰中的CaO含量很高，本身就對Pb有很好的穩(wěn)定作用，但為了更大限度地減少危害，最好是通過添加穩(wěn)定劑進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定化處理。通過實驗篩選，確定了在灰中除了添加碳酸鈉、磷酸銨等復(fù)混肥原料外，再添加硫磺粉做穩(wěn)定劑處理。除塵灰中添加碳酸鈉、磷酸銨等成分，對灰塵中氧化物表面的重金屬原子（Hg，Cd，Pb）有特殊的親和力，其碳酸鹽、磷酸鹽的沉淀形式可顯著降低，并消除土壤中重金屬原子的污染。硫磺粉一方面可以對重金屬原子（Hg，Cd，Pb）有更強(qiáng)的親和力，從而對其溶出有更強(qiáng)的抑制作用；另一方面，其是特殊的含硫肥料，可以顯著增加肥料的效力。為此，采取了除塵灰配加碳酸鈉、磷酸一銨，同時在其中添加硫磺的方案。根據(jù)植物對金屬離子的吸收主要在于其根部分泌的有機(jī)酸對土壤和肥料中金屬離子的溶出性能，在實驗室模擬了制備的復(fù)混肥中重金屬原子溶出的實驗。

表3為加入不同添加劑的肥料在2%檸檬酸溶液浸泡10 d（模擬根部分泌有機(jī)酸的濃度）Pb2+的溶出結(jié)果。

表3 不同添加劑的篩選 g/kg

由篩選實驗可以看出，在添加碳酸鈉和磷酸一銨的基礎(chǔ)上，再添加硫磺，可以顯著增加Pb的穩(wěn)定性，減少Pb的溶出，當(dāng)硫磺加入量為0.5%，就可以達(dá)到很好的效果，進(jìn)一步增加，穩(wěn)定率變化不大。

以除塵灰30%、碳鈉18%、尿素21%、磷銨13%、硫酸鉀16%和添加劑7%制備復(fù)混肥，其內(nèi)不含硫磺粉的計為樣品1，含0.5%硫磺粉的計為樣品2。上述混合物經(jīng)造粒，在350℃燒結(jié)2 h后，稱取2 g溶于100 mL 2%的檸檬酸水溶液中浸泡10 d，過濾，濾液測定Pb的含量。實驗結(jié)果如表4。

表4 除塵灰中Pb穩(wěn)定化處理結(jié)果 g/kg

由以上實驗結(jié)果可以看出，在除塵灰中配加碳酸鈉和磷銨等肥料，就可以對灰塵中的重金屬原子起到很好的穩(wěn)定化處理，若再增加0.5%的硫磺粉復(fù)合，則對穩(wěn)定重金屬原子的淋出，起到更好的效果。

1.3 燒結(jié)塵灰復(fù)合肥配方

在農(nóng)田中單獨使用除塵灰就具有改良土壤使農(nóng)作物增產(chǎn)的效果。由于除塵灰的特殊顆粒形貌和化學(xué)組成，它具有較強(qiáng)的吸附作用，利用其吸附性可以直接將氮、磷、鉀肥料和除塵灰進(jìn)行復(fù)合，配制不同成分、不同比例的除塵灰復(fù)合肥，以提高氮、磷、鉀肥的利用率，并彌補(bǔ)除塵灰中氮、磷、鉀的不足。

制定復(fù)合肥配方，尤其是專用復(fù)合肥配方時，既要考慮作物和土壤的需要，又要考慮生產(chǎn)原料和生產(chǎn)工藝的要求，使得生產(chǎn)出來的復(fù)合肥產(chǎn)品既有正確的化學(xué)組成，又有優(yōu)良的物理性狀。主要考慮植物的種類、土壤、基礎(chǔ)原料的選用等幾個影響因素，進(jìn)行復(fù)合肥的配制。

2 結(jié)語

通過系統(tǒng)分析燒結(jié)除塵灰的成分和化學(xué)結(jié)構(gòu)，研究出生產(chǎn)過程中所需的改性劑和重金屬穩(wěn)定劑，制定了利用燒結(jié)除塵灰生產(chǎn)復(fù)合肥的配方和工藝，為燒結(jié)除塵灰的利用開辟了新途徑，利用除塵灰生產(chǎn)復(fù)合肥，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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Study of compound fertilizer production by dust-cleaning ash from the head of sintering machine

LIN Qinv1，LI Zhifeng1，DONG Shisong2，AI Shiyun3
（1.Laiwu Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China；2.Shandong University，Jinan 270100，China；3.Shandong Agricultural University，Taian 271018，China）

This paper systematically analyzed the compositions,chemical structures and the proportion of dustcleaning ash fromthe head of sintering machine.and studied the prescription,technics and equipment of compound fertilizer production using directly or after magnetic separator duct-cleaning ash from sintering.It is also suggested that the had preferable economic and social benefits.This study explored a new field for the utiliztion of dust-cleaning ash.

dust-cleaning ash from sintering machine;production;compound fertilizer

X75

A

1674-0912（2010）07-0038-03

2010－05－31）

林七女（1970-），女，安徽池州人，大學(xué)學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事鋼鐵冶金節(jié)能減排工作。