烧结机头除尘灰生产复合肥的研究

林七女，李志峰，董世颂，艾士云

（1.莱芜钢铁股份有限公司，山东莱芜271104；2.山东大学，山东济南270100；3.山东农业大学，山东泰安271018）

烧结机头除尘灰生产复合肥的研究

林七女1，李志峰1，董世颂2，艾士云3

（1.莱芜钢铁股份有限公司，山东莱芜271104；2.山东大学，山东济南270100；3.山东农业大学，山东泰安271018）

通过系统分析烧结机头除尘灰的成分和化学结构，研究制定了利用烧结除尘灰生产复合肥的配方和工艺，该研究为烧结除尘灰的利用开发了新的用途。

烧结除尘灰；生产；复合肥

烧结机头除尘灰是钢铁企业主要污染的源头之一[1]。烧结除尘灰大量堆积，不但浪费了土地、财力、人力，还造成环境污染。因此，怎样有效利用这部分资源，变废为宝，是许多钢铁企业关注的对象[2-4]。通过对莱钢烧结机头除尘灰的分析，发现莱钢烧结机头除尘灰富含有 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，非常适合作为复合肥添加料。因此对这部分除尘灰进行重新加工，并利用于复合肥中，不但解决了除尘灰的堆积问题，还为除尘灰找到了一条新的利用手段，是国内钢铁企业除尘灰利用的新突破。

近年来，随着农作物总产量的不断提高，长期施用速效化肥，加之施肥比例失调，土壤缺钾状况日益严重，造成农业生产效益降低，农产品的品质下降[5]。随着农作物的持续高产，土壤中的有效硅含量迅速降低，缺硅土壤至今很普遍，要使作物高产优质，必须在土壤中补充钾和硅[6]。然而我国的钾肥资源相当贫乏，80%以上需要进口，这些钾肥中95%以上是氯化钾[5]，而很多忌氯作物如果树、蔬菜、豆类、烟草及马铃薯等不能使用氯化钾，此外氯化钾、硫酸钾的价格较为昂贵，不利于推广；另一方面，氯化钾和硫酸钾属水溶性，利用率在50%左右，其余随水流失，造成浪费，并容易使土壤板结。因此，开发、推广无氯、长效硅钾肥将成为化肥工业的一个重点。

1 实验与研究

1.1 烧结除尘灰分析

对烧结除尘灰取样，用原子吸收对烧结机头除尘灰进行定量分析，用盐酸对除尘灰（三电场）进行溶解，调节溶液的pH值，测定试样溶液中的 Fe，Zn，Cu，Pb，Cd，Ca，Mg，Mn，Cr，Na，K，经空气-乙炔火焰原子化，所产生的原子蒸气吸收从其离子空心阴极灯射出的特征波长的光，吸光度大小与火焰中其金属的基态原子浓度成正比。样品测定结果如表1。

表1 烧结除尘灰的原子吸收分析g/kg

1.2 除尘灰生产复合肥工艺

通过以上除尘灰的分析可以看出，除尘灰的成分并不是固定不变的，但基本上在一定范围内波动。综合结果看，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，基本满足制硅钾复合肥的要求。但其中Fe2O3的含量（6.7%～20.8%）和PbO的含量（0.68%～2.5%）相应偏高，长期使用会引起一定危害，应采取相应的方法去除。

1.2.1 改性剂的选择和加工工艺

根据烧结机头除尘灰的酸溶解情况，70%左右除尘灰能溶于40%的硫酸溶液，不溶物经分析，主要是由不易溶解的SiO2组成，通过筛选，可以添加可溶性的碳酸盐，破坏SiO2结构，使其转变为能为作物吸收的单硅酸盐。加入的碳酸盐一方面可以改变SiO2的结构，另一方面可以促进灰尘中的K，Ca，Si等元素复合生成缓溶的长效硅钾肥，避免钾元素随水快速流失，造成浪费。缓释性肥料也是近几年开发的热点。

为了和制备复合肥的工艺相衔接，简化生产工艺，实验选择了添加碳酸钠的工艺，通过肥料造粒后的干燥烧结工艺，实现了灰尘和基础肥料的复合，达到了对灰尘改性、激活的目的。

具体工艺为：

在灰尘中添加灰尘量0.4～0.8倍左右的碳酸钠进行造粒，在300～400℃烧结。经实验筛选，添加0.6倍的碳酸钠，在350℃烧结2 h即可。

缓释肥料肥分持续时间长（缓溶解，慢释放），难淋溶，而易溶于从植物根部分泌出来的柠檬酸溶液，因此可减少肥分的损失，提高肥料利用率，降低生产成本。同时，可避免或减少对水体的污染，减缓水体的富营养化过程。根据欧洲标准委员会提出的缓释肥的标准，即在25℃下：

（1）肥料中的养分在24 h内的释放率（即肥料的化学物质形态转变为植物可利用的有效形态）不超过15%；

（2）在28 d内的养分释放率不超过75%；

（3）在规定时间内，养分释放率不低于75%。

通常以肥料在水中的溶出率来评价肥料的缓释性。表2为制备的肥料K2O在水中和2%柠檬酸溶液（模拟根部分泌有机酸的浓度）溶出结果。

表2 复合肥试样中K元素的溶出量 %

由表2可以看出，制得的复合肥在水中，达到了缓溶的效果，在柠檬酸中的溶出量明显比在水中的溶出量大，即复合肥能很容易地被植物分泌出的柠檬酸溶液所溶解释出。可以理解为：当植物需要钾养分时，就会分泌出柠檬酸等弱酸性物质，复合肥中养分溶出速度就会增加，而当植物不需要钾养分时，其分泌出的柠檬酸等弱酸性物质的量就会减少甚至不分泌，复合肥在无酸水中的溶出速度会减缓，因此，复合肥的溶出能很好的与植物生长相吻合，从而减少了钾养分的流失量，提高了其利用率。

1.2.2 粉尘中重金属的去除和稳定化方法

国家标准没有制定复合肥中的铁含量，在国内外以钢渣制备肥料的工艺中也没有提出具体要求[7-8]。鉴于莱钢烧结机机头电场除尘灰20%左右的Fe2O3含量，可直接利用此除尘灰制备磁化复合肥，也可采用磁选方式进行除铁，使铁的含量低于10%以下，再制备复合肥。除尘灰中铅的含量在磁选后会有一定程度的降低，并且在以钢渣生产肥料的试用研究中，一致认为肥料中的铅等重金属离子不会带来作物铅含量的富集[9]。且除尘灰中的CaO含量很高，本身就对Pb有很好的稳定作用，但为了更大限度地减少危害，最好是通过添加稳定剂进一步进行稳定化处理。通过实验筛选，确定了在灰中除了添加碳酸钠、磷酸铵等复混肥原料外，再添加硫磺粉做稳定剂处理。除尘灰中添加碳酸钠、磷酸铵等成分，对灰尘中氧化物表面的重金属原子（Hg，Cd，Pb）有特殊的亲和力，其碳酸盐、磷酸盐的沉淀形式可显著降低，并消除土壤中重金属原子的污染。硫磺粉一方面可以对重金属原子（Hg，Cd，Pb）有更强的亲和力，从而对其溶出有更强的抑制作用；另一方面，其是特殊的含硫肥料，可以显著增加肥料的效力。为此，采取了除尘灰配加碳酸钠、磷酸一铵，同时在其中添加硫磺的方案。根据植物对金属离子的吸收主要在于其根部分泌的有机酸对土壤和肥料中金属离子的溶出性能，在实验室模拟了制备的复混肥中重金属原子溶出的实验。

表3为加入不同添加剂的肥料在2%柠檬酸溶液浸泡10 d（模拟根部分泌有机酸的浓度）Pb2+的溶出结果。

表3 不同添加剂的筛选 g/kg

由筛选实验可以看出，在添加碳酸钠和磷酸一铵的基础上，再添加硫磺，可以显著增加Pb的稳定性，减少Pb的溶出，当硫磺加入量为0.5%，就可以达到很好的效果，进一步增加，稳定率变化不大。

以除尘灰30%、碳钠18%、尿素21%、磷铵13%、硫酸钾16%和添加剂7%制备复混肥，其内不含硫磺粉的计为样品1，含0.5%硫磺粉的计为样品2。上述混合物经造粒，在350℃烧结2 h后，称取2 g溶于100 mL 2%的柠檬酸水溶液中浸泡10 d，过滤，滤液测定Pb的含量。实验结果如表4。

表4 除尘灰中Pb稳定化处理结果 g/kg

由以上实验结果可以看出，在除尘灰中配加碳酸钠和磷铵等肥料，就可以对灰尘中的重金属原子起到很好的稳定化处理，若再增加0.5%的硫磺粉复合，则对稳定重金属原子的淋出，起到更好的效果。

1.3 烧结尘灰复合肥配方

在农田中单独使用除尘灰就具有改良土壤使农作物增产的效果。由于除尘灰的特殊颗粒形貌和化学组成，它具有较强的吸附作用，利用其吸附性可以直接将氮、磷、钾肥料和除尘灰进行复合，配制不同成分、不同比例的除尘灰复合肥，以提高氮、磷、钾肥的利用率，并弥补除尘灰中氮、磷、钾的不足。

制定复合肥配方，尤其是专用复合肥配方时，既要考虑作物和土壤的需要，又要考虑生产原料和生产工艺的要求，使得生产出来的复合肥产品既有正确的化学组成，又有优良的物理性状。主要考虑植物的种类、土壤、基础原料的选用等几个影响因素，进行复合肥的配制。

2 结语

通过系统分析烧结除尘灰的成分和化学结构，研究出生产过程中所需的改性剂和重金属稳定剂，制定了利用烧结除尘灰生产复合肥的配方和工艺，为烧结除尘灰的利用开辟了新途径，利用除尘灰生产复合肥，具有较好的经济效益和社会效益。

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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，大学学历，工程师，现从事钢铁冶金节能减排工作。