燒結機頭除塵灰生產復合肥的研究

林七女，李志峰，董世頌，艾士云

（1.萊蕪鋼鐵股份有限公司，山東萊蕪271104；2.山東大學，山東濟南270100；3.山東農業大學，山東泰安271018）

燒結機頭除塵灰生產復合肥的研究

林七女1，李志峰1，董世頌2，艾士云3

（1.萊蕪鋼鐵股份有限公司，山東萊蕪271104；2.山東大學，山東濟南270100；3.山東農業大學，山東泰安271018）

通過系統分析燒結機頭除塵灰的成分和化學結構，研究制定了利用燒結除塵灰生產復合肥的配方和工藝，該研究為燒結除塵灰的利用開發了新的用途。

燒結除塵灰；生產；復合肥

燒結機頭除塵灰是鋼鐵企業主要污染的源頭之一[1]。燒結除塵灰大量堆積，不但浪費了土地、財力、人力，還造成環境污染。因此，怎樣有效利用這部分資源，變廢為寶，是許多鋼鐵企業關注的對象[2-4]。通過對萊鋼燒結機頭除塵灰的分析，發現萊鋼燒結機頭除塵灰富含有 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，非常適合作為復合肥添加料。因此對這部分除塵灰進行重新加工，并利用于復合肥中，不但解決了除塵灰的堆積問題，還為除塵灰找到了一條新的利用手段，是國內鋼鐵企業除塵灰利用的新突破。

近年來，隨著農作物總產量的不斷提高，長期施用速效化肥，加之施肥比例失調，土壤缺鉀狀況日益嚴重，造成農業生產效益降低，農產品的品質下降[5]。隨著農作物的持續高產，土壤中的有效硅含量迅速降低，缺硅土壤至今很普遍，要使作物高產優質，必須在土壤中補充鉀和硅[6]。然而我國的鉀肥資源相當貧乏，80%以上需要進口，這些鉀肥中95%以上是氯化鉀[5]，而很多忌氯作物如果樹、蔬菜、豆類、煙草及馬鈴薯等不能使用氯化鉀，此外氯化鉀、硫酸鉀的價格較為昂貴，不利于推廣；另一方面，氯化鉀和硫酸鉀屬水溶性，利用率在50%左右，其余隨水流失，造成浪費，并容易使土壤板結。因此，開發、推廣無氯、長效硅鉀肥將成為化肥工業的一個重點。

1 實驗與研究

1.1 燒結除塵灰分析

對燒結除塵灰取樣，用原子吸收對燒結機頭除塵灰進行定量分析，用鹽酸對除塵灰（三電場）進行溶解，調節溶液的pH值，測定試樣溶液中的 Fe，Zn，Cu，Pb，Cd，Ca，Mg，Mn，Cr，Na，K，經空氣-乙炔火焰原子化，所產生的原子蒸氣吸收從其離子空心陰極燈射出的特征波長的光，吸光度大小與火焰中其金屬的基態原子濃度成正比。樣品測定結果如表1。

表1 燒結除塵灰的原子吸收分析g/kg

1.2 除塵灰生產復合肥工藝

通過以上除塵灰的分析可以看出，除塵灰的成分并不是固定不變的，但基本上在一定范圍內波動。綜合結果看，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，基本滿足制硅鉀復合肥的要求。但其中Fe2O3的含量（6.7%～20.8%）和PbO的含量（0.68%～2.5%）相應偏高，長期使用會引起一定危害，應采取相應的方法去除。

1.2.1 改性劑的選擇和加工工藝

根據燒結機頭除塵灰的酸溶解情況，70%左右除塵灰能溶于40%的硫酸溶液，不溶物經分析，主要是由不易溶解的SiO2組成，通過篩選，可以添加可溶性的碳酸鹽，破壞SiO2結構，使其轉變為能為作物吸收的單硅酸鹽。加入的碳酸鹽一方面可以改變SiO2的結構，另一方面可以促進灰塵中的K，Ca，Si等元素復合生成緩溶的長效硅鉀肥，避免鉀元素隨水快速流失，造成浪費。緩釋性肥料也是近幾年開發的熱點。

為了和制備復合肥的工藝相銜接，簡化生產工藝，實驗選擇了添加碳酸鈉的工藝，通過肥料造粒后的干燥燒結工藝，實現了灰塵和基礎肥料的復合，達到了對灰塵改性、激活的目的。

具體工藝為：

在灰塵中添加灰塵量0.4～0.8倍左右的碳酸鈉進行造粒，在300～400℃燒結。經實驗篩選，添加0.6倍的碳酸鈉，在350℃燒結2 h即可。

緩釋肥料肥分持續時間長（緩溶解，慢釋放），難淋溶，而易溶于從植物根部分泌出來的檸檬酸溶液，因此可減少肥分的損失，提高肥料利用率，降低生產成本。同時，可避免或減少對水體的污染，減緩水體的富營養化過程。根據歐洲標準委員會提出的緩釋肥的標準，即在25℃下：

（1）肥料中的養分在24 h內的釋放率（即肥料的化學物質形態轉變為植物可利用的有效形態）不超過15%；

（2）在28 d內的養分釋放率不超過75%；

（3）在規定時間內，養分釋放率不低于75%。

通常以肥料在水中的溶出率來評價肥料的緩釋性。表2為制備的肥料K2O在水中和2%檸檬酸溶液（模擬根部分泌有機酸的濃度）溶出結果。

表2 復合肥試樣中K元素的溶出量 %

由表2可以看出，制得的復合肥在水中，達到了緩溶的效果，在檸檬酸中的溶出量明顯比在水中的溶出量大，即復合肥能很容易地被植物分泌出的檸檬酸溶液所溶解釋出。可以理解為：當植物需要鉀養分時，就會分泌出檸檬酸等弱酸性物質，復合肥中養分溶出速度就會增加，而當植物不需要鉀養分時，其分泌出的檸檬酸等弱酸性物質的量就會減少甚至不分泌，復合肥在無酸水中的溶出速度會減緩，因此，復合肥的溶出能很好的與植物生長相吻合，從而減少了鉀養分的流失量，提高了其利用率。

1.2.2 粉塵中重金屬的去除和穩定化方法

國家標準沒有制定復合肥中的鐵含量，在國內外以鋼渣制備肥料的工藝中也沒有提出具體要求[7-8]。鑒于萊鋼燒結機機頭電場除塵灰20%左右的Fe2O3含量，可直接利用此除塵灰制備磁化復合肥，也可采用磁選方式進行除鐵，使鐵的含量低于10%以下，再制備復合肥。除塵灰中鉛的含量在磁選后會有一定程度的降低，并且在以鋼渣生產肥料的試用研究中，一致認為肥料中的鉛等重金屬離子不會帶來作物鉛含量的富集[9]。且除塵灰中的CaO含量很高，本身就對Pb有很好的穩定作用，但為了更大限度地減少危害，最好是通過添加穩定劑進一步進行穩定化處理。通過實驗篩選，確定了在灰中除了添加碳酸鈉、磷酸銨等復混肥原料外，再添加硫磺粉做穩定劑處理。除塵灰中添加碳酸鈉、磷酸銨等成分，對灰塵中氧化物表面的重金屬原子（Hg，Cd，Pb）有特殊的親和力，其碳酸鹽、磷酸鹽的沉淀形式可顯著降低，并消除土壤中重金屬原子的污染。硫磺粉一方面可以對重金屬原子（Hg，Cd，Pb）有更強的親和力，從而對其溶出有更強的抑制作用；另一方面，其是特殊的含硫肥料，可以顯著增加肥料的效力。為此，采取了除塵灰配加碳酸鈉、磷酸一銨，同時在其中添加硫磺的方案。根據植物對金屬離子的吸收主要在于其根部分泌的有機酸對土壤和肥料中金屬離子的溶出性能，在實驗室模擬了制備的復混肥中重金屬原子溶出的實驗。

表3為加入不同添加劑的肥料在2%檸檬酸溶液浸泡10 d（模擬根部分泌有機酸的濃度）Pb2+的溶出結果。

表3 不同添加劑的篩選 g/kg

由篩選實驗可以看出，在添加碳酸鈉和磷酸一銨的基礎上，再添加硫磺，可以顯著增加Pb的穩定性，減少Pb的溶出，當硫磺加入量為0.5%，就可以達到很好的效果，進一步增加，穩定率變化不大。

以除塵灰30%、碳鈉18%、尿素21%、磷銨13%、硫酸鉀16%和添加劑7%制備復混肥，其內不含硫磺粉的計為樣品1，含0.5%硫磺粉的計為樣品2。上述混合物經造粒，在350℃燒結2 h后，稱取2 g溶于100 mL 2%的檸檬酸水溶液中浸泡10 d，過濾，濾液測定Pb的含量。實驗結果如表4。

表4 除塵灰中Pb穩定化處理結果 g/kg

由以上實驗結果可以看出，在除塵灰中配加碳酸鈉和磷銨等肥料，就可以對灰塵中的重金屬原子起到很好的穩定化處理，若再增加0.5%的硫磺粉復合，則對穩定重金屬原子的淋出，起到更好的效果。

1.3 燒結塵灰復合肥配方

在農田中單獨使用除塵灰就具有改良土壤使農作物增產的效果。由于除塵灰的特殊顆粒形貌和化學組成，它具有較強的吸附作用，利用其吸附性可以直接將氮、磷、鉀肥料和除塵灰進行復合，配制不同成分、不同比例的除塵灰復合肥，以提高氮、磷、鉀肥的利用率，并彌補除塵灰中氮、磷、鉀的不足。

制定復合肥配方，尤其是專用復合肥配方時，既要考慮作物和土壤的需要，又要考慮生產原料和生產工藝的要求，使得生產出來的復合肥產品既有正確的化學組成，又有優良的物理性狀。主要考慮植物的種類、土壤、基礎原料的選用等幾個影響因素，進行復合肥的配制。

2 結語

通過系統分析燒結除塵灰的成分和化學結構，研究出生產過程中所需的改性劑和重金屬穩定劑，制定了利用燒結除塵灰生產復合肥的配方和工藝，為燒結除塵灰的利用開辟了新途徑，利用除塵灰生產復合肥，具有較好的經濟效益和社會效益。

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[5] 孫愛文，張衛峰，杜 芬，等.中國鉀資源及鉀肥發展戰略[J].現代化工，2009，29(9)：10-16.

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[9] 周濟煊.談談鋼鐵渣肥料開發生產的問題[J].中國資源綜合利用，2001(7)：30-31.

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，大學學歷，工程師，現從事鋼鐵冶金節能減排工作。