基于濕法脫硫的鋼渣脫硫研究初探

武曉紅

（山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030009）

一、SO2環(huán)境污染現(xiàn)狀

為了提供足夠的能源，現(xiàn)代工業(yè)中化石燃料大量被使用，大量污染物也隨之被排出，人類生活的環(huán)境逐漸惡化。作為一個(gè)以煤炭為主要能源的國(guó)家，我國(guó)的環(huán)境污染主要是煤煙型污染，其主要污染物為顆粒物和SO2。近年來，隨著煤的消耗量的逐年增加，燃煤產(chǎn)生SO2的量也不斷增加，由此造成了嚴(yán)重的大氣污染。

SO2是一種無色且有刺激性氣味的氣體，當(dāng)在空氣中達(dá)到一定濃度的時(shí)候，它對(duì)人體健康、農(nóng)作物的生長(zhǎng)、建筑物等都有嚴(yán)重的危害性。對(duì)于人體，現(xiàn)在有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SO2與可吸入顆粒物同時(shí)被吸入體內(nèi)，它們會(huì)共同進(jìn)入肺部，此時(shí)，在二者的共同作用下，對(duì)肺部的危害會(huì)增加3-4倍。對(duì)于植物，SO2會(huì)腐蝕植物葉面，使植物從葉背到葉面均出現(xiàn)“煙斑”，抑制植物生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致植物的枯萎死亡。因此，控制SO2的排放是我國(guó)大氣污染防治的主要方向之一。

二、SO2脫除技術(shù)現(xiàn)狀

控制SO2污染的途徑有三類：燃燒前脫硫(煤炭洗選技術(shù))、燃燒中脫硫(型煤固硫技術(shù))和燃燒后脫硫（煙氣脫硫）。但是，從技術(shù)、成本和效果等方面綜合考慮，煙氣脫硫是現(xiàn)有技術(shù)中最有效和應(yīng)用最廣的一項(xiàng)。根據(jù)脫硫劑的操作特點(diǎn)和類型，煙氣脫硫可分為濕法、半干法、干法脫硫三種。而濕法煙氣脫硫技術(shù)，目前在國(guó)際上的煙氣脫硫技術(shù)中處于主導(dǎo)地位，約占所有脫硫技術(shù)的80%。

濕法脫硫技術(shù)是采用含有吸收劑的永液或漿液在濕潤(rùn)狀態(tài)下洗滌煙氣以除去SO2。因?yàn)槭菤庖悍磻?yīng)，脫硫反應(yīng)具有速度快、脫硫效率高和吸收劑利用率高的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)應(yīng)它的缺點(diǎn)就是流程和設(shè)備比較復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用比較高，投資相對(duì)較大。目前該技術(shù)主要包括石灰石/石灰—石膏法、鈉堿吸收法、氧化鎂法、韋爾曼一洛德法、氨法和稀硫酸法，其中石灰石/石灰—石膏法經(jīng)過多年的發(fā)展技術(shù)非常成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，占全部濕法脫硫的36.7%。理論而言，石灰石/石灰—石膏法的產(chǎn)物是純度很高的石膏，可以直接用于工業(yè)生產(chǎn)。但由于中國(guó)大部分地區(qū)的石灰雜質(zhì)含量較高，因此此法所產(chǎn)石膏純度較低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值低下，通常上作廢物處理，這樣就加大了環(huán)境廢物總量。

在這種情況下，有研究人員提出用廢物作吸收劑的煙氣脫硫技術(shù)的可行性。鑒于我國(guó)鋼渣堿性物質(zhì)含量較高，以及對(duì)環(huán)境造成的污染，現(xiàn)在已有科研人員開始對(duì)鋼渣這種工業(yè)固體廢物進(jìn)行詳細(xì)研究，且提出了用它作為脫硫劑在燃燒后的煙氣中進(jìn)行濕法脫硫的可能性。用鋼渣作為脫硫劑，在降低燃煤煙氣中二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染的同時(shí),可以節(jié)約脫硫成本，降低脫硫過程的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用,同時(shí)使得工業(yè)廢物得到了綜合利用,最終達(dá)到“以廢治廢”的目的。

三、鋼渣作為脫硫劑的研究

1.鋼渣的來源及研究背景

現(xiàn)在伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼鐵需求量大幅提高，鋼鐵產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)。直至2007年底，我國(guó)粗鋼產(chǎn)量已突破4億噸。鋼渣作為煉鋼生產(chǎn)產(chǎn)生的副產(chǎn)品，產(chǎn)生率約為粗鋼產(chǎn)量的12%-20%，其產(chǎn)量也在不斷增加。據(jù)報(bào)道,我國(guó)目前鋼渣的綜合利用率僅為76%左右。而且大部分企業(yè)鋼渣處理技術(shù)都很滯后，大量磁選鋼尾渣在未經(jīng)過任何處理直接堆積至渣場(chǎng)或填埋。這等簡(jiǎn)單粗暴的方法，不僅占用了大量的土地資源，而且還對(duì)堆放場(chǎng)周圍的土壤、水環(huán)境等造成了污染，存在著潛在的危險(xiǎn)。近些年來，為了適應(yīng)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各產(chǎn)鋼國(guó)都已經(jīng)逐漸將如何利用鋼渣的問題提到了重要日程上來，并已經(jīng)取得了顯著的成果。

2.鋼渣的成分

鋼渣的主要成分見下表(以太鋼不銹鋼渣為例）：

表1 不銹鋼鋼渣化學(xué)成分

3.鋼渣的用途

（1）鋼渣選鐵：鋼渣中殘留的一部分氧化鐵和氧化亞鐵等鐵的氧化物，經(jīng)過磁選，可有10%左右再次回爐利用。

（2）鋼渣微粉：目前國(guó)內(nèi)利用最多的方式之一就是鋼渣的微粉利用，通過鐵選后的鋼渣中CaO、MgO、FeO的含量之和可以達(dá)到70%，通過加工成為10微米左右的渣粉，這些渣粉可以添加在水泥中或者直接作為水泥原料?，F(xiàn)在“用于水泥和混凝土中的鋼渣粉”的“礦物摻合技術(shù)規(guī)范”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成，這就從國(guó)家方面肯定了鋼渣微粉水泥的可用性和標(biāo)準(zhǔn)型，鋼渣微粉將成為鋼渣高價(jià)值利用的有效途徑。

（3）堆山造景：大小比例不等鋼渣應(yīng)用于堆山造景中，大的鋼渣可直接制作假山石，營(yíng)造園林景觀，小的鋼渣可作為堆山材料，通過表面覆土后，上面種植草皮。

（4）廢水處理：鋼渣中富含Si、Al和Fe等組分，這些金屬成分使得鋼渣具備制作污水處理的絮凝藥劑的條件。且由于鋼渣具有較大的表面積和一定的堿性,因此可以用于吸附處理廢水。有實(shí)驗(yàn)證明，鋼渣對(duì)含磷廢水、重金屬?gòu)U水及染料廢水的處理都有很好的去除效果。

（5）建材生產(chǎn)：穩(wěn)定化處理后的鋼渣，可直接作為瀝青混凝土骨料，瀝青混凝土的剛度強(qiáng)、耐久性長(zhǎng)。鋼渣還可以代替碎石用在鐵路、公路、料場(chǎng)、工程回填、修筑堤壩、填海造地等方面，用作道路墊層和基層，其強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗彎沉性等都會(huì)優(yōu)于天然石材。我國(guó)有相對(duì)應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“YB/T801-1993工程回填用鋼渣”和“YB/T803-1993道路用鋼渣”。

4.鋼渣做脫硫劑可行性研究

鋼渣作為脫硫劑應(yīng)用于煙氣脫硫方面，還是一個(gè)比較新的領(lǐng)域，已見到的文獻(xiàn)資料不多，僅有可數(shù)的幾篇。如丁希樓、郭應(yīng)春、唐勝衛(wèi)、趙凱、李家等發(fā)表的“廢鋼渣粉渣濕法脫硫工藝實(shí)驗(yàn)研究”、何環(huán)宇、倪紅衛(wèi)、劉吉?jiǎng)偂⑾男×?、吳丹江發(fā)表的“亞臨界水對(duì)鋼渣再生脫硫的作用”等，他們分別利用馬鋼和武鋼廠產(chǎn)生的廢鋼渣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)硫的脫除效率可達(dá)80%，表明了應(yīng)用鋼渣進(jìn)行煙氣脫硫具有相當(dāng)?shù)目尚行?。但比較成熟的方法尚未形成，有待于研究的進(jìn)一步進(jìn)行，尤其是對(duì)不銹鋼渣的開發(fā)利用研究。需要注意的還有，目前對(duì)于鋼渣作為脫硫劑的研究主要集中在鋼渣本身的脫硫效果上，而對(duì)于鋼渣中各成分對(duì)脫硫所起的作用的研究較少，對(duì)如何提高鋼渣的脫硫率的研究還不夠深入。除了以上研究，關(guān)于鋼渣作為脫硫劑的可行性有以下幾個(gè)方面：

（1）從表1中可看出，由于不銹鋼渣的主要活性組分為 SiO2、Cr2O3、CaO、Fe2O3、Al2O3、MnO2、MgO等，在煙氣脫硫過程中化學(xué)反應(yīng)機(jī)理類似于CaO與SO2、H2O的反應(yīng)，可以起到代替石灰石的作用，而且鋼渣中有些成分還可以起到觸媒作用，大大加快了氧化反應(yīng)的進(jìn)行，起到了很好的脫硫效果。

（2）鋼渣是一種表面積較大的多孔性材料，因具有較好的過濾作用，而且可以增加與SO2的接觸面積，提高反應(yīng)效率。鋼渣具有較好的耐磨性，而且鋼渣屬于多種金屬氧化物的熔融混合物，因此其熱穩(wěn)定等性能比較優(yōu)良，這樣在煙氣組分比較復(fù)雜的情況下，也不容易“中毒”失效。

（3）在研究過程中，還可以用定量電子探針微區(qū)分析法針對(duì)性研究，這樣既可以觀察不銹鋼渣顆粒進(jìn)行煙氣脫硫前后的形態(tài)變化，又可以分析其化學(xué)成分變化，可以全面而直觀地闡述不銹鋼渣用于煙氣脫硫的可行性和適用性，為研制良好的不銹鋼鋼渣脫硫劑產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。

SO2作為我國(guó)大氣污染的主要污染物之一，國(guó)家對(duì)其的排放有著嚴(yán)格的控制，所以煙氣脫硫成為工廠的必然選擇。因此，在引用國(guó)外先進(jìn)脫硫工藝的同時(shí)，我們更加要加大符合我國(guó)國(guó)情的低投資的工藝技術(shù)研發(fā)。而以鋼渣為脫硫劑的性能研究，既可以開發(fā)一種廉價(jià)、高效、實(shí)用的脫硫劑，又為冶金行業(yè)廢棄物的循環(huán)利用開辟一條新的途徑。

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