淺談利用燒結——高爐系統消化鋼絲繩行業污泥的可行性

□文/黃 強 楊志強 姜 婷

南通寶鋼鋼鐵有限公司

南通地區是全國鋼絲繩產業的集中區，據統計，僅南通經濟技術開發區就有鋼絲繩企業290余家，其中采用酸洗、磷化生產工藝的有88家[1]。為處理酸洗、磷化工藝產生的廢水，目前鋼絲繩企業普遍采取的處理方法為向廢水中投加入堿性石灰乳（Ca(HO)2），中和廢水中的廢酸，同時使廢水中的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污泥（以下稱“鋼絲繩污泥”），屬于《國家危險廢物名錄》（2008版）中HW17類危險廢棄物，其主要含有Zn、Pb、Fe等重金屬元素，具體含量見表1。若處置不當，排入環境并超過一定限度將直接或間接對人體造成傷害[2]。目前南通地區采用的主要處置方式為金屬固化和穩定化，但由于污泥中所含重金屬未被利用，在自然條件的風化作用下，所含重金屬可能再次溶出，造成二次環境污染[3]。隨著全球金屬資源的日趨寶貴，單純以處置為目的固廢處理方式已無法滿足和適應社會發展的需求。從循環經濟的角度出發，固廢是一種放錯地方的資源，具有明顯的循環經濟價值，通過利用燒結——高爐系統可實現鋼絲繩行業污泥中金屬元素的回收利用，從而解決環境污染問題，實現環境效益、經濟效益和社會效益的統一[4]。本文通過對生產實驗過程的同步檢測及相關數據統計分析，從職業健康、環境保護、產品質量三方面審視和驗證了方案的可行性，結論支持采用上述方案消化鋼絲繩污泥。

表1 鋼絲繩污泥主要重金屬含量表

一、實驗流程及參數

1. 實驗原理

在高爐生產冶煉的還原氣氛下，焦炭中的固定碳、焦炭燃燒后產生的CO以及鼓風水分和噴吹物分解產生的H2可還原幾乎所有氧化狀態的Fe[5]，使得鋼絲繩污泥中的Fe元素得到綜合利用（生成成品鐵水），含帶的Zn、Pb元素一部分作為微量元素留存于成品鐵水中，一部分留存于各類除塵灰中可再次返燒結配料循環利用。

2. 實驗流程

在機械化原料場將鋼絲繩污泥與其他燒結原、輔料充分混合，混勻后的粉狀或粒狀原、輔料經配料工序送至燒結工序制成塊狀燒結礦，經成品篩分，合格的成品燒結礦流入高爐系統進行冶煉，最終制成鐵水。整個過程期間，各工序收集的除塵灰及返礦全部返燒結再循環利用。

燒結——高爐系統工藝示意圖見圖1。

3. 實驗參數

按鋼絲繩污泥50噸/天的消化量配料，燒結礦日產量1435噸，鐵水日產量1050噸。

二、實驗檢測數據分析

1. 職業健康影響檢測結果分析

圖1 燒結——高爐系統工藝示意圖

表2 ZnO的檢測數據

添加鋼絲繩污泥后，燒結系統中Z n含量增加0.073～0.076%，Pb含量增加0.0058%～0.0064%；高爐系統中Zn負荷增加100～103g/t，Pb負荷增加7.9～8.7g/t。因抽風燒結環節和高爐出鐵環節為開放式冶煉過程，無組織排放的煙粉塵可能對崗位造成影響，同步對區域內Pb塵與ZnO進行檢測。其中Pb塵的各檢測點濃度均低于檢出限（閾值），對作業場所的影響很小。ZnO檢測值見表2。

以上檢測數據表明：ZnO濃度在燒結機臺車機頭、機尾區域均較低，且正常生產運行時無人員直接暴露在該區域，對人員的健康影響很小；間斷性過程高爐出鐵時，由于冶煉溫度較高，高爐內ZnO會有一定的揮發，對工作場所有一定的影響，但當前仍處于達標的可控狀態。

結論：在當前鋼絲繩污泥添加比例下，Pb塵及ZnO崗位濃度均符合《工作場所有害因素職業接觸限值 第1部分：化學有害因素（GBZ2.1-2007）》要求。

2. 環境保護影響檢測數據分析

（1）顆粒物有組織排放檢測及分析

污染物的排放是本次實驗關注的重點，在未添加鋼絲繩污泥與添加鋼絲繩污泥（50噸/天）兩種工況下，分別顆粒物有組織排放進行檢測，具體檢測結果見表3。

上表數據表明：除燒結機頭煙氣以外（燒結系統的主要顆粒物產生環節，排放濃度受物料變化影響波動較大，產生煙氣經機頭電除塵預處理后再經脫硫塔脫硫處理最后再經布袋除塵過濾，顆粒物排放濃度可穩定控制在20mg/m3以下，實驗為排除脫硫塔干擾，檢測點為脫硫塔之前，機頭電除塵之后），燒結——高爐系統中的各有組織排放源在添加鋼絲繩污泥前后的顆粒物濃度均遠低于環保排放標準，雖添加鋼絲繩污泥后顆粒物排放濃度略有上升，但對環境影響的變化量很小。

結論：在當前鋼絲繩污泥添加比例下，燒結——高爐系統中的各有組織排放源顆粒物排放均符合《工業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。

表3 顆粒物有組織排放檢測結果分析一覽表

表4 Zn排放檢測結果一覽表

表5 Pb排放檢測結果及分析一覽表

（2）有組織排放顆粒物中Zn、Pb檢測及分析

因有組織排放煙氣溫度均低于Zn、Pb氣化溫度，不以氣態方式進入大氣。分別對有組織排放顆粒物中Zn、Pb含量進行檢測，具體檢測結果及分析見表4、表5。

上表數據表明：添加鋼絲繩污泥后對各除塵灰的成分有一定的影響，除塵灰中Zn、Pb含量與鋼絲繩污泥添加量成正比，但由于添加的鋼絲繩污泥所含Zn、Pb量相對于原料總量而言比例較小，因此不會對污染物的排放造成明顯影響。

結論：在50噸/天的鋼絲繩污泥添加強度下，各有組織排放污染源的Zn排放濃度與排放速率比較低（目前國家或地方無對應排放標準），Pb的排放濃度與排放速率均符合《工業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，且占標率很低，不會對環境產生明顯影響。

3. 產品質量影響分析

鋼絲繩污泥在燒結——高爐系統綜合利用過程中，Fe元素轉化為鐵水；Zn、Pb元素一方面在高爐內循環富集，形成結瘤[5]，另一方面，作為成分存留于成品鐵水中，使成品鐵水中相應元素成分上升，上升幅度10%～15%，但仍符合下一道工序正常接收標準。整個燒結——高爐系統中產生的除塵灰及返礦均回收返燒結循環再利用，排渣環節僅為高爐水渣，經化驗水渣中帶出的Zn、Pb元素極少，Zn元素約14.6～17.6mg/kg，Pb元素<10mg/kg，可作為副產品用于生產水泥[6]。

四、結論

1. 燒結——高爐系統各工序產生的除塵灰均回收利用，不直接對環境排放。50噸/天鋼絲繩污泥配比下，Zn、Pb元素通過排氣筒排放的量極少，符合現行相關環保排放標準，對環境的影響較小；

2. Pb塵對崗位職業健康基本沒有影響；ZnO塵在高爐出鐵環節對職業健康有一定影響，但在50噸/天鋼絲繩污泥配比下仍處于達標的可控狀態，通過調整其它配礦，可限制有害重金屬Zn的總入高爐量[7]；

3. 在50噸/天鋼絲繩污泥配比下，燒結——高爐系統能正常運行，產品質量滿足下一道工序接受要求。長期添加鋼絲繩污泥運行，為避免積累效應，可在燒結配料環節通過使用含Pb低的鐵礦石控制Pb元素最終入爐的總量或在高爐底設置的專門排Pb口定期排Pb[7]。

綜上：利用燒結——高爐系統消化鋼絲繩污泥，對職業健康、環境保護、產品質量的影響均在可接受范圍之內，以其作為鋼絲繩污泥綜合利用的一種新途徑是可行的。

[1]武攀峰等.鋼絲繩行業污泥特性及揮發回轉窯處理技術研究[J].環境工程學報，2011，5（7）:1642.

[2]賈廣寧.重金屬的危害無防治[J].有色礦冶，2004，20（1）:39-41.

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

[4]刁小東.淺析循環經濟在固體廢物治理中的應用[J].環境保護與循環經濟，2011，01:39

[5]賈艷，李文興.高爐煉鐵基礎知識[M]，冶金工業出版社，2010:20-29.

[6]楊國清.固體廢棄物處理工程[M]，科學出版社，2000:94-96.

[7]周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊[M]，冶金工業出版社，2002:115.