摘要 ：對(duì)不銹鋼廠污泥和煙道灰進(jìn)行了取樣分析，介紹了用火法冶煉的方法回收利用不銹鋼廠污泥和煙道灰中的鉻及其他有價(jià)元素，確定了在此工藝條件下污泥和煙道灰能夠滿足冶煉要求的合適工藝參數(shù)以及該工藝的實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果。研究結(jié)果表明：與傳統(tǒng)工藝相比，新工藝不僅可以創(chuàng)造環(huán)保效益，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，避免二次污染，而且可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著不銹鋼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鉻及其化合物得到廣泛的應(yīng)用。大量的含鉻廢水、廢渣、污泥與日劇增。我國目前對(duì)不銹鋼廠廢水處理污泥和煙道灰一般采用填埋的處理措施，這些物質(zhì)中含有不少以三價(jià)和六價(jià)形式存在的鉻，對(duì)自然界的水體有嚴(yán)重的危害。三價(jià)鉻對(duì)哺乳動(dòng)物沒有副作用，但對(duì)魚類有不同程度的毒副作用[1]，且三價(jià)鉻在在某些自然條件下能很快被氧化成六價(jià)鉻。然而，六價(jià)鉻的化合物卻有較大的毒性，它可透過細(xì)胞膜對(duì)生命組織產(chǎn)生毒性作用[2]。通過食物鏈，鉻會(huì)在動(dòng)物和人體中成百倍的富集[3]，從而使人造成積累性中毒和致癌。由于鉻及其化合物對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，如何有效回收利用不銹鋼廠廢物中的鉻資源以有效的起到環(huán)境保護(hù)的作用，將是相關(guān)研究者面臨的重要課題。本課題采用高溫還原的方法回收廢水處理污泥和煙道灰中的有價(jià)元素，以廢水處理污泥和煙道灰作為原料加入礦熱爐中以生產(chǎn)不銹鋼和含鉻、鎳等的合金鋼種。

1 廢物的來源及性質(zhì)

1.1  污泥的來源及性質(zhì)

不銹鋼廠綜合污水處理后要產(chǎn)生大量污泥，污泥中水分含量很高，為了不影響其應(yīng)用和物理化學(xué)分析，需先對(duì)其樣品進(jìn)行脫水和脫脂。將某不銹鋼廠兩種污泥樣品在700 ℃下恒溫30 min后，測得其失重率約為58%，其化學(xué)成分見表1。

表1  700 ℃下恒溫30 min后污泥的化學(xué)成份

1.2  煙道灰的來源及性質(zhì)

煉鋼爐在生產(chǎn)過程中自煙道產(chǎn)生含大量粉塵的煙道氣，煙道氣經(jīng)過除塵裝置處理，收集其中的粉塵即為煙道灰。某不銹鋼廠煙道灰的化學(xué)組成見表2。

表2  煙道灰的化學(xué)組成

2 處理工藝

2.1  傳統(tǒng)處理工藝的特點(diǎn)

不銹鋼廠污泥和煙道灰的處理方法一般是將其填埋，這種處理方式有很多弊端。由于污泥和煙道灰的產(chǎn)量比較大（2005年，我國不銹鋼產(chǎn)量約為316萬t，而噸鋼所產(chǎn)生的煙道灰約為10 kg，廢水處理污泥約為15 kg），且從表1和表2可以看出，污泥和煙道灰中的鉻含量是比較高的，尤其值得注意的是污泥中的鉻主要是以六價(jià)形式存在的。如此大量的污染物在填埋過程中若不充分考慮其對(duì)環(huán)境可能造成的危害，對(duì)其以特殊的方法進(jìn)行處理，勢必會(huì)對(duì)水體造成嚴(yán)重的污染，進(jìn)而危害生態(tài)鏈。但目前這種填埋的處理方法還無法達(dá)到不會(huì)污染環(huán)境的要求，而且這種處理方式還會(huì)增加處理成本，造成土地資源的浪費(fèi)。

2.2  新工藝的研究

本工藝的總體思路是將焙燒后的污泥與煙道灰按一定質(zhì)量比混合，加入一定量的焦粉作為還原劑，并對(duì)其混合物進(jìn)行造塊。然后將此混合物加入礦熱爐中進(jìn)行冶煉。其基本工藝流程如圖1所示。

圖1  工藝流程圖

2.2.1  實(shí)  驗(yàn)

（1）壓塊實(shí)驗(yàn)

由于污泥和煙道灰的細(xì)粒度顆粒較多，無法在礦熱爐中直接應(yīng)用，必須先對(duì)其進(jìn)行造塊處理。壓塊方式是一種有效的粉料造塊方法。本實(shí)驗(yàn)采用WE－30型萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)，測量范圍為0～30 t。壓好的樣品塊為直徑20 mm、高度15 mm的圓柱型。

根據(jù)產(chǎn)出量，實(shí)驗(yàn)中污泥與煙道灰的配比定為1∶1（質(zhì)量比，下同），為了能還原污泥與煙道灰中的有價(jià)元素須加入一定量的還原劑，本工藝采用焦粉作為還原劑，其焦粉的化學(xué)成分見表3。經(jīng)計(jì)算需加入約為15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的焦粉才能將煙道灰中的有價(jià)元素還原出來。

表3   焦粉的化學(xué)組成

（2）還原實(shí)驗(yàn)

將污泥與煙道灰按1∶1混合后，根據(jù)混合后各物質(zhì)的含量以及在此含量范圍內(nèi)可能的最終產(chǎn)品進(jìn)行物料與熱平衡計(jì)算，得出其理論還原溫度約為1 350 ℃。本實(shí)驗(yàn)取1 400 ℃作為還原溫度。還原過程在高溫箱式電爐中進(jìn)行。

2.2.2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（1）在污泥和煙道灰1∶1混合后的樣品中加入15%的焦粉進(jìn)行壓塊，發(fā)現(xiàn)樣品粘結(jié)性很差，樣品出現(xiàn)了彎曲并且有很多裂紋，不能達(dá)到冶煉要求。之后，在此混合樣品中配加了一定量的水對(duì)其壓塊并在200 ℃下恒溫30 min后，對(duì)其進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度的測定，發(fā)現(xiàn)樣品抗壓強(qiáng)度大大提高，能夠達(dá)到冶煉要求。并得出合適的含水量約為12%，在此條件下合適的壓力參數(shù)約為4 MPa。

（2）將上述含焦量為15%、含水量為12%經(jīng)自然烘干后的樣品放入剛玉坩堝中，在高溫箱式電爐中恒溫1 h后取出，隔絕空氣至常溫。經(jīng)測定還原效果良好，還原率在90%以上，達(dá)到了預(yù)期的效果�？紤]到在實(shí)際生產(chǎn)過程中將原料加入礦熱爐中進(jìn)行還原效果會(huì)更好。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知充分還原污泥和煙道灰中的有價(jià)元素是完全可行的。

2.2.3  廢物處理

上述處理污泥和煙道灰的工藝其產(chǎn)生的廢物中仍然主要是污泥和煙道灰。因此，本工藝最大的特點(diǎn)就是循環(huán)利用，可以避免二次污染。另外，由于煉鋼爐在冶煉過程中一般不會(huì)始終不變的冶煉同一鋼種，所以要根據(jù)其物質(zhì)含量的不同來決定最終產(chǎn)品的種類。由此煙道灰的分類收集就顯得十分必要，以免在回收時(shí)由于原料成分的不均勻和不確定而在冶煉最終產(chǎn)品的過程中產(chǎn)生不必要的麻煩。

3 經(jīng)濟(jì)效益簡要分析

傳統(tǒng)工藝處理污泥和煙道灰造成了資源的浪費(fèi)，且處理過程要有一定的投資。如果用火法冶煉工藝回收污泥和煙道灰不僅可以節(jié)省這一部分投資，而且此工藝完全可以回收利用廢物中的有價(jià)元素將其變?yōu)槌善罚瑥亩鴦?chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)  語

火法冶煉處理不銹鋼廠污泥和煙道灰的工藝可以有效回收利用不銹鋼廠污泥和煙道灰中的鉻、鎳、錳和鐵等有價(jià)元素；能有效的防止鉻及其化合物對(duì)環(huán)境的污染；可以實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，避免了二次污染。能夠節(jié)省傳統(tǒng)工藝處理污泥和煙道灰的投資；并且由于有價(jià)元素有效的回收利用可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]  王晨，李書平，李天鐸，等．含鉻污泥施肥的安全性研究進(jìn)展[J]．山東化工，2002，31（4）：16-17．
[2]  王碧，馬春輝，張銘讓．制革廢水與污泥中鉻資源的回收及綜合利用[J]．中國皮革，2002，31（3）：39-42．
[3]  周渝生，俞勇梅，白凌，等．生物法處理寶鋼冷軋含鉻廢水的研究進(jìn)展[J]．鋼鐵，2005，40（6）：76-79．
[4]  楊杰，金海青，許芳萍．利用煉鋼煙道灰研制水泥抗?jié)B劑[J]．江南大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，2（6）：627-630．

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