發(fā)展社會大循環(huán)經(jīng)濟與高爐煉鐵實踐淺談

黃強

（南通寶鋼鋼鐵有限公司 江蘇 南通 226002）

1 前言

隨著社會現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，企業(yè)規(guī)模不斷擴大，工業(yè)固體廢棄物（以下簡稱固廢）產(chǎn)生量逐年遞增，由此而引發(fā)的生態(tài)環(huán)境破壞現(xiàn)象日趨嚴重。特別是各行業(yè)中含重金屬類的危險固廢，由于企業(yè)受自身場地、資金及處置技術(shù)等條件的限制，往往所采用的處理方法未能實現(xiàn)固廢的資源化，導(dǎo)致所含重金屬可能再次轉(zhuǎn)移進入環(huán)境，造成二次污染。2009年7月國家環(huán)境保護部發(fā)布《鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟環(huán)境保護導(dǎo)則（HJ465-2009）》意在推進以鋼鐵工業(yè)為中心的區(qū)域社會大循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建。南通寶鋼鋼鐵有限公司積極響應(yīng)國家號召，利用企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備，憑借高爐煉鐵工藝在重金屬解毒、回收利用方面得天獨厚的優(yōu)勢，在南通市環(huán)保局牽頭下，對南通地區(qū)含重金屬類社會固廢進行了資源化綜合利用生產(chǎn)實驗,其實驗結(jié)果與思路對如何發(fā)展社會大循環(huán)經(jīng)濟具有一定的參考價值。

2 實驗設(shè)備及工藝流程

在機械化原料場將社會固廢與其它燒結(jié)原、輔料按一定量配比并充分混合，混勻后的粉/粒狀原、輔料通過配料系統(tǒng)送至燒結(jié)工序制成塊/粒狀燒結(jié)礦，再經(jīng)成品篩分后將合格的成品燒結(jié)礦流入高爐煉鐵冶煉制成鐵水。整個過程期間，各工序除塵灰及返礦均全部返燒結(jié)再循環(huán)利用。

高爐煉鐵處置工藝示意圖見圖1。

圖1 高爐煉鐵處置工藝流程示意圖

3 實踐案例

3.1 制革行業(yè)污泥

制革過程中，凈化處理生產(chǎn)污水時產(chǎn)生的廢渣即為制革行業(yè)污泥，該類污泥含有蛋白質(zhì)、油脂等有機污染物及病原體，同時又含有鉻化合物、硫化物等有毒有害物質(zhì)，屬危險廢棄物。南通地區(qū)某制革企業(yè)污泥主要成分見表1。

表1 南通地區(qū)某制革企業(yè)污泥主要成分

目前針對皮革污泥處理的方法主要有填埋、堆肥和焚燒等。其中填埋法簡單易行，但卻是一種消極的處置方法，未能實現(xiàn)固廢的資源化，同時無害化又不徹底，污泥中所含重金屬鉻易對土壤、水體及生物造成負面影響[1]。堆肥法可消除污泥中有機物的污染并可充分利用污泥中的營養(yǎng)成分，但重金屬鉻的問題依然沒有解決[2]。焚燒法可以徹底消除制革污泥中大量的有害有機物和病原體，實現(xiàn)污泥能量的回收，消除污泥惡臭，但因該法所需設(shè)備前期投入較大，推廣使用受限[3]。

高爐煉鐵冶煉過程中，爐內(nèi)發(fā)生內(nèi)燃反應(yīng)，燃燒溫度達1400℃以上，在焦炭中的固定碳、燃燒產(chǎn)生的CO以及鼓風(fēng)水分和噴吹物分解產(chǎn)生的H2等還原物質(zhì)構(gòu)成的還原氣氛下，燒結(jié)礦中的Fe元素被全部還原，Cr元素被還原成單質(zhì)Cr和3價Cr?；谝陨细郀t煉鐵工藝的特性，可將高爐作為制革行業(yè)污泥焚燒法處理的焚燒爐使用，實現(xiàn)制革行業(yè)污泥的資源化、無害化。

其中制革行業(yè)污泥中含帶的Fe、Cr元素對高爐煉鐵是有益的，Cr元素可顯著改善鋼的可加工性、強度和耐磨、耐熱、耐腐蝕等性能[4]；S元素對高爐煉鐵是有害的，會降低鋼材的焊接性、抗腐蝕性和耐磨性，但制革行業(yè)污泥的S元素的帶入量相對焦煤的帶入量而言可忽略不計；K、Na元素對高爐煉鐵的危害較大，能夠破壞爐襯，影響下部料柱透氣性，因而在生產(chǎn)冶煉中必須加以控制，最直接的方法為控制入爐量[4-5]。經(jīng)生產(chǎn)實驗，在制革行業(yè)污泥與燒結(jié)原、輔料配比小于2.5%時（污泥消耗量為40噸/天，含水率40%），對生產(chǎn)影響仍處于可接受范圍內(nèi)，其中對熔劑消耗基本無影響，燃料單耗上升1-2kg/t。生產(chǎn)同步檢測大氣污染源排放口，各項指標符合《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》（GB9078-1996）表2二級標準或《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）表2二級標準。高爐水渣浸出液中未檢出6價Cr，可作為副產(chǎn)品用于生產(chǎn)水泥[6]。

3.2 鋼絲繩行業(yè)污泥

南通地區(qū)作為全國鋼絲繩產(chǎn)業(yè)的集中區(qū)之一，僅南通經(jīng)濟技術(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[7]。為處理酸洗、磷化工藝中產(chǎn)生的廢水，一般的處理方法為投加堿性石灰乳（Ca(HO)2），中和廢水中廢酸的同時使廢水中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，主要成分見表2。

表2 南通地區(qū)鋼絲繩行業(yè)污泥主要成分

目前南通地區(qū)對鋼絲繩行業(yè)污泥采取的主要處置方式為金屬固化和穩(wěn)定化，但由于該類處置方式未綜合利用污泥中所含重金屬，在自然條件的風(fēng)化作用下，已金屬固化或穩(wěn)定化的污泥中的重金屬可能再次溶出，造成二次環(huán)境污染[8]。

由于高爐煉鐵可將Fe、Pb等金屬元素還原并作為有效成分留存于成品鐵水中，因而可較好的解決此類污泥的出路問題，實現(xiàn)資源的綜合利用。因過量Zn、Pb元素屬會對高爐煉鐵順行造成不利影響，長期添加鋼絲繩污泥運行，為避免積累效應(yīng)，可通過燒結(jié)配料控制Zn、Pb元素總?cè)霠t量，避免在爐內(nèi)循環(huán)富集形成結(jié)瘤[5]。經(jīng)生產(chǎn)實驗，鋼絲繩行業(yè)污泥與燒結(jié)原、輔料配比小于3.5%時（污泥消耗量為50噸/天，含水率60%），Zn、Pb元素含量相對上升10%～15%，能滿足下一道工序正常接收標準；高爐煉鐵排渣環(huán)節(jié)形成的高爐水渣經(jīng)化驗Zn、Pb元素含量極少，其中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。綜上，高爐煉鐵在添加鋼絲繩污泥運行后對產(chǎn)品質(zhì)量、職業(yè)健康、環(huán)境保護的影響均在可接受范圍之內(nèi)。

4 結(jié)論

利用高爐煉鐵的工藝特性，通過適當配比控制對高爐煉鐵有害元素的總?cè)霠t量，可實現(xiàn)對社會固廢的資源化，無害化處置。冶金工業(yè)與環(huán)保工業(yè)相結(jié)合是鋼鐵企業(yè)未來發(fā)展社會大循環(huán)經(jīng)濟的一種新思路，可實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益的雙贏。

[1]林煒.制革污泥處理與資源化利用[J].皮革科學(xué)與工程，2005，15（4）:57-61.

[2]陳學(xué)群.制革污泥處置方法初探[J].西部皮革，2006，12:34.

[3]SakaiS.System design and full-scale plant study on a dryingincineration system for sewage sludge.Water Science and Technology.1989,21,1453-1466.

[4]賈艷，李文興.高爐煉鐵基礎(chǔ)知識[M]，冶金工業(yè)出版社，2010:6-21.

[5]周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊 [M]，冶金工業(yè)出版社，2002:108-115.

[6]楊國清.固體廢棄物處理工程[M]，科學(xué)出版社，2000:94-96.

[7]武攀峰等.鋼絲繩行業(yè)污泥特性及揮發(fā)回轉(zhuǎn)窯處理技術(shù)研究[J].環(huán)境工程學(xué)報，2011，5（7）:1642.

[8]張虎元.固化污泥中重金屬的溶出特性[J].中國科學(xué)，2009，39（6）:1167.