淺談利用燒結(jié)——高爐系統(tǒng)消化鋼絲繩行業(yè)污泥的可行性

□文/黃 強(qiáng) 楊志強(qiáng) 姜 婷

南通寶鋼鋼鐵有限公司

南通地區(qū)是全國鋼絲繩產(chǎn)業(yè)的集中區(qū)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅南通經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)就有鋼絲繩企業(yè)290余家，其中采用酸洗、磷化生產(chǎn)工藝的有88家[1]。為處理酸洗、磷化工藝產(chǎn)生的廢水，目前鋼絲繩企業(yè)普遍采取的處理方法為向廢水中投加入堿性石灰乳（Ca(HO)2），中和廢水中的廢酸，同時(shí)使廢水中的重金屬生成不溶于水的氫氧化物沉淀物，該沉淀物即為鋼絲繩行業(yè)污泥（以下稱“鋼絲繩污泥”），屬于《國家危險(xiǎn)廢物名錄》（2008版）中HW17類危險(xiǎn)廢棄物，其主要含有Zn、Pb、Fe等重金屬元素，具體含量見表1。若處置不當(dāng)，排入環(huán)境并超過一定限度將直接或間接對(duì)人體造成傷害[2]。目前南通地區(qū)采用的主要處置方式為金屬固化和穩(wěn)定化，但由于污泥中所含重金屬未被利用，在自然條件的風(fēng)化作用下，所含重金屬可能再次溶出，造成二次環(huán)境污染[3]。隨著全球金屬資源的日趨寶貴，單純以處置為目的固廢處理方式已無法滿足和適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求。從循環(huán)經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，固廢是一種放錯(cuò)地方的資源，具有明顯的循環(huán)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，通過利用燒結(jié)——高爐系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)鋼絲繩行業(yè)污泥中金屬元素的回收利用，從而解決環(huán)境污染問題，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一[4]。本文通過對(duì)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)過程的同步檢測及相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，從職業(yè)健康、環(huán)境保護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量三方面審視和驗(yàn)證了方案的可行性，結(jié)論支持采用上述方案消化鋼絲繩污泥。

表1 鋼絲繩污泥主要重金屬含量表

一、實(shí)驗(yàn)流程及參數(shù)

1. 實(shí)驗(yàn)原理

在高爐生產(chǎn)冶煉的還原氣氛下，焦炭中的固定碳、焦炭燃燒后產(chǎn)生的CO以及鼓風(fēng)水分和噴吹物分解產(chǎn)生的H2可還原幾乎所有氧化狀態(tài)的Fe[5]，使得鋼絲繩污泥中的Fe元素得到綜合利用（生成成品鐵水），含帶的Zn、Pb元素一部分作為微量元素留存于成品鐵水中，一部分留存于各類除塵灰中可再次返燒結(jié)配料循環(huán)利用。

2. 實(shí)驗(yàn)流程

在機(jī)械化原料場將鋼絲繩污泥與其他燒結(jié)原、輔料充分混合，混勻后的粉狀或粒狀原、輔料經(jīng)配料工序送至燒結(jié)工序制成塊狀燒結(jié)礦，經(jīng)成品篩分，合格的成品燒結(jié)礦流入高爐系統(tǒng)進(jìn)行冶煉，最終制成鐵水。整個(gè)過程期間，各工序收集的除塵灰及返礦全部返燒結(jié)再循環(huán)利用。

燒結(jié)——高爐系統(tǒng)工藝示意圖見圖1。

3. 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

按鋼絲繩污泥50噸/天的消化量配料，燒結(jié)礦日產(chǎn)量1435噸，鐵水日產(chǎn)量1050噸。

二、實(shí)驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)分析

1. 職業(yè)健康影響檢測結(jié)果分析

圖1 燒結(jié)——高爐系統(tǒng)工藝示意圖

表2 ZnO的檢測數(shù)據(jù)

添加鋼絲繩污泥后，燒結(jié)系統(tǒng)中Z n含量增加0.073～0.076%，Pb含量增加0.0058%～0.0064%；高爐系統(tǒng)中Zn負(fù)荷增加100～103g/t，Pb負(fù)荷增加7.9～8.7g/t。因抽風(fēng)燒結(jié)環(huán)節(jié)和高爐出鐵環(huán)節(jié)為開放式冶煉過程，無組織排放的煙粉塵可能對(duì)崗位造成影響，同步對(duì)區(qū)域內(nèi)Pb塵與ZnO進(jìn)行檢測。其中Pb塵的各檢測點(diǎn)濃度均低于檢出限（閾值），對(duì)作業(yè)場所的影響很小。ZnO檢測值見表2。

以上檢測數(shù)據(jù)表明：ZnO濃度在燒結(jié)機(jī)臺(tái)車機(jī)頭、機(jī)尾區(qū)域均較低，且正常生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)無人員直接暴露在該區(qū)域，對(duì)人員的健康影響很??；間斷性過程高爐出鐵時(shí)，由于冶煉溫度較高，高爐內(nèi)ZnO會(huì)有一定的揮發(fā)，對(duì)工作場所有一定的影響，但當(dāng)前仍處于達(dá)標(biāo)的可控狀態(tài)。

結(jié)論：在當(dāng)前鋼絲繩污泥添加比例下，Pb塵及ZnO崗位濃度均符合《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1部分：化學(xué)有害因素（GBZ2.1-2007）》要求。

2. 環(huán)境保護(hù)影響檢測數(shù)據(jù)分析

（1）顆粒物有組織排放檢測及分析

污染物的排放是本次實(shí)驗(yàn)關(guān)注的重點(diǎn)，在未添加鋼絲繩污泥與添加鋼絲繩污泥（50噸/天）兩種工況下，分別顆粒物有組織排放進(jìn)行檢測，具體檢測結(jié)果見表3。

上表數(shù)據(jù)表明：除燒結(jié)機(jī)頭煙氣以外（燒結(jié)系統(tǒng)的主要顆粒物產(chǎn)生環(huán)節(jié)，排放濃度受物料變化影響波動(dòng)較大，產(chǎn)生煙氣經(jīng)機(jī)頭電除塵預(yù)處理后再經(jīng)脫硫塔脫硫處理最后再經(jīng)布袋除塵過濾，顆粒物排放濃度可穩(wěn)定控制在20mg/m3以下，實(shí)驗(yàn)為排除脫硫塔干擾，檢測點(diǎn)為脫硫塔之前，機(jī)頭電除塵之后），燒結(jié)——高爐系統(tǒng)中的各有組織排放源在添加鋼絲繩污泥前后的顆粒物濃度均遠(yuǎn)低于環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，雖添加鋼絲繩污泥后顆粒物排放濃度略有上升，但對(duì)環(huán)境影響的變化量很小。

結(jié)論：在當(dāng)前鋼絲繩污泥添加比例下，燒結(jié)——高爐系統(tǒng)中的各有組織排放源顆粒物排放均符合《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB9078-1996）表2二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)或《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）表2二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表3 顆粒物有組織排放檢測結(jié)果分析一覽表

表4 Zn排放檢測結(jié)果一覽表

表5 Pb排放檢測結(jié)果及分析一覽表

（2）有組織排放顆粒物中Zn、Pb檢測及分析

因有組織排放煙氣溫度均低于Zn、Pb氣化溫度，不以氣態(tài)方式進(jìn)入大氣。分別對(duì)有組織排放顆粒物中Zn、Pb含量進(jìn)行檢測，具體檢測結(jié)果及分析見表4、表5。

上表數(shù)據(jù)表明：添加鋼絲繩污泥后對(duì)各除塵灰的成分有一定的影響，除塵灰中Zn、Pb含量與鋼絲繩污泥添加量成正比，但由于添加的鋼絲繩污泥所含Zn、Pb量相對(duì)于原料總量而言比例較小，因此不會(huì)對(duì)污染物的排放造成明顯影響。

結(jié)論：在50噸/天的鋼絲繩污泥添加強(qiáng)度下，各有組織排放污染源的Zn排放濃度與排放速率比較低（目前國家或地方無對(duì)應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)），Pb的排放濃度與排放速率均符合《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB9078-1996）表2二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)或《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）表2二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且占標(biāo)率很低，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。

3. 產(chǎn)品質(zhì)量影響分析

鋼絲繩污泥在燒結(jié)——高爐系統(tǒng)綜合利用過程中，F(xiàn)e元素轉(zhuǎn)化為鐵水；Zn、Pb元素一方面在高爐內(nèi)循環(huán)富集，形成結(jié)瘤[5]，另一方面，作為成分存留于成品鐵水中，使成品鐵水中相應(yīng)元素成分上升，上升幅度10%～15%，但仍符合下一道工序正常接收標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)燒結(jié)——高爐系統(tǒng)中產(chǎn)生的除塵灰及返礦均回收返燒結(jié)循環(huán)再利用，排渣環(huán)節(jié)僅為高爐水渣，經(jīng)化驗(yàn)水渣中帶出的Zn、Pb元素極少，Zn元素約14.6～17.6mg/kg，Pb元素<10mg/kg，可作為副產(chǎn)品用于生產(chǎn)水泥[6]。

四、結(jié)論

1. 燒結(jié)——高爐系統(tǒng)各工序產(chǎn)生的除塵灰均回收利用，不直接對(duì)環(huán)境排放。50噸/天鋼絲繩污泥配比下，Zn、Pb元素通過排氣筒排放的量極少，符合現(xiàn)行相關(guān)環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境的影響較??；

2. Pb塵對(duì)崗位職業(yè)健康基本沒有影響；ZnO塵在高爐出鐵環(huán)節(jié)對(duì)職業(yè)健康有一定影響，但在50噸/天鋼絲繩污泥配比下仍處于達(dá)標(biāo)的可控狀態(tài)，通過調(diào)整其它配礦，可限制有害重金屬Zn的總?cè)敫郀t量[7]；

3. 在50噸/天鋼絲繩污泥配比下，燒結(jié)——高爐系統(tǒng)能正常運(yùn)行，產(chǎn)品質(zhì)量滿足下一道工序接受要求。長期添加鋼絲繩污泥運(yùn)行，為避免積累效應(yīng)，可在燒結(jié)配料環(huán)節(jié)通過使用含Pb低的鐵礦石控制Pb元素最終入爐的總量或在高爐底設(shè)置的專門排Pb口定期排Pb[7]。

綜上：利用燒結(jié)——高爐系統(tǒng)消化鋼絲繩污泥，對(duì)職業(yè)健康、環(huán)境保護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量的影響均在可接受范圍之內(nèi)，以其作為鋼絲繩污泥綜合利用的一種新途徑是可行的。

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