发展社会大循环经济与高炉炼铁实践浅谈

2013-10-11黄强

资源节约与环保 2013年2期

黄强

（南通宝钢钢铁有限公司江苏南通 226002）

1 前言

随着社会现代化工业的发展，企业规模不断扩大，工业固体废弃物（以下简称固废）产生量逐年递增，由此而引发的生态环境破坏现象日趋严重。特别是各行业中含重金属类的危险固废，由于企业受自身场地、资金及处置技术等条件的限制，往往所采用的处理方法未能实现固废的资源化，导致所含重金属可能再次转移进入环境，造成二次污染。2009年7月国家环境保护部发布《钢铁工业发展循环经济环境保护导则（HJ465-2009）》意在推进以钢铁工业为中心的区域社会大循环经济产业链的构建。南通宝钢钢铁有限公司积极响应国家号召，利用企业现有设备，凭借高炉炼铁工艺在重金属解毒、回收利用方面得天独厚的优势，在南通市环保局牵头下，对南通地区含重金属类社会固废进行了资源化综合利用生产实验,其实验结果与思路对如何发展社会大循环经济具有一定的参考价值。

2 实验设备及工艺流程

在机械化原料场将社会固废与其它烧结原、辅料按一定量配比并充分混合，混匀后的粉/粒状原、辅料通过配料系统送至烧结工序制成块/粒状烧结矿，再经成品筛分后将合格的成品烧结矿流入高炉炼铁冶炼制成铁水。整个过程期间，各工序除尘灰及返矿均全部返烧结再循环利用。

高炉炼铁处置工艺示意图见图1。

图1 高炉炼铁处置工艺流程示意图

3 实践案例

3.1 制革行业污泥

制革过程中，净化处理生产污水时产生的废渣即为制革行业污泥，该类污泥含有蛋白质、油脂等有机污染物及病原体，同时又含有铬化合物、硫化物等有毒有害物质，属危险废弃物。南通地区某制革企业污泥主要成分见表1。

表1 南通地区某制革企业污泥主要成分

目前针对皮革污泥处理的方法主要有填埋、堆肥和焚烧等。其中填埋法简单易行，但却是一种消极的处置方法，未能实现固废的资源化，同时无害化又不彻底，污泥中所含重金属铬易对土壤、水体及生物造成负面影响[1]。堆肥法可消除污泥中有机物的污染并可充分利用污泥中的营养成分，但重金属铬的问题依然没有解决[2]。焚烧法可以彻底消除制革污泥中大量的有害有机物和病原体，实现污泥能量的回收，消除污泥恶臭，但因该法所需设备前期投入较大，推广使用受限[3]。

高炉炼铁冶炼过程中，炉内发生内燃反应，燃烧温度达1400℃以上，在焦炭中的固定碳、燃烧产生的CO以及鼓风水分和喷吹物分解产生的H2等还原物质构成的还原气氛下，烧结矿中的Fe元素被全部还原，Cr元素被还原成单质Cr和3价Cr。基于以上高炉炼铁工艺的特性，可将高炉作为制革行业污泥焚烧法处理的焚烧炉使用，实现制革行业污泥的资源化、无害化。

其中制革行业污泥中含带的Fe、Cr元素对高炉炼铁是有益的，Cr元素可显著改善钢的可加工性、强度和耐磨、耐热、耐腐蚀等性能[4]；S元素对高炉炼铁是有害的，会降低钢材的焊接性、抗腐蚀性和耐磨性，但制革行业污泥的S元素的带入量相对焦煤的带入量而言可忽略不计；K、Na元素对高炉炼铁的危害较大，能够破坏炉衬，影响下部料柱透气性，因而在生产冶炼中必须加以控制，最直接的方法为控制入炉量[4-5]。经生产实验，在制革行业污泥与烧结原、辅料配比小于2.5%时（污泥消耗量为40吨/天，含水率40%），对生产影响仍处于可接受范围内，其中对熔剂消耗基本无影响，燃料单耗上升1-2kg/t。生产同步检测大气污染源排放口，各项指标符合《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）表2二级标准或《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）表2二级标准。高炉水渣浸出液中未检出6价Cr，可作为副产品用于生产水泥[6]。

3.2 钢丝绳行业污泥

南通地区作为全国钢丝绳产业的集中区之一，仅南通经济技术开发区就有钢丝绳企业290余家，其中采用酸洗、磷化生产工艺的有88家[7]。为处理酸洗、磷化工艺中产生的废水，一般的处理方法为投加碱性石灰乳（Ca(HO)2），中和废水中废酸的同时使废水中重金属生成不溶于水的氢氧化物沉淀物，该沉淀物即为钢丝绳行业污泥，主要成分见表2。

表2 南通地区钢丝绳行业污泥主要成分

目前南通地区对钢丝绳行业污泥采取的主要处置方式为金属固化和稳定化，但由于该类处置方式未综合利用污泥中所含重金属，在自然条件的风化作用下，已金属固化或稳定化的污泥中的重金属可能再次溶出，造成二次环境污染[8]。

由于高炉炼铁可将Fe、Pb等金属元素还原并作为有效成分留存于成品铁水中，因而可较好的解决此类污泥的出路问题，实现资源的综合利用。因过量Zn、Pb元素属会对高炉炼铁顺行造成不利影响，长期添加钢丝绳污泥运行，为避免积累效应，可通过烧结配料控制Zn、Pb元素总入炉量，避免在炉内循环富集形成结瘤[5]。经生产实验，钢丝绳行业污泥与烧结原、辅料配比小于3.5%时（污泥消耗量为50吨/天，含水率60%），Zn、Pb元素含量相对上升10%～15%，能满足下一道工序正常接收标准；高炉炼铁排渣环节形成的高炉水渣经化验Zn、Pb元素含量极少，其中Zn元素约14.6～17.6mg/kg，Pb元素<10mg/kg，可作为副产品用于生产水泥。综上，高炉炼铁在添加钢丝绳污泥运行后对产品质量、职业健康、环境保护的影响均在可接受范围之内。