某鋼鐵廠除塵灰綜合利用提取次氧化鋅環(huán)境影響分析

林嚇寧

(福建省金皇環(huán)保科技有限公司，福建 福州 350002)

1 概述

我國(guó)是鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)，2018年中國(guó)粗鋼產(chǎn)量創(chuàng)歷史新高，且創(chuàng)近三年最快增速。我國(guó)的鋼鐵企業(yè)冶金流程主要集中于燒結(jié)—高爐—轉(zhuǎn)爐—軋鋼長(zhǎng)流程生產(chǎn)，在燒結(jié)、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐及電爐煉鋼等工序均可產(chǎn)生大量粉塵及其副產(chǎn)品，統(tǒng)稱(chēng)為除塵灰，產(chǎn)量約為鋼鐵產(chǎn)量的1%～3%。除塵灰在干燥的氣候條件下會(huì)形成揚(yáng)塵，若不加以有效處理，將對(duì)廠區(qū)及周邊環(huán)境造成污染。

根據(jù)調(diào)查，現(xiàn)有大部分鋼鐵廠將除塵灰作為原料返回?zé)Y(jié)系統(tǒng)，但除塵灰中K、Na、Cl、Zn等元素富集危害燒結(jié)煉鐵生產(chǎn)，造成燒結(jié)臺(tái)車(chē)糊蓖條，風(fēng)機(jī)葉片掛泥，除塵器效率降低，煙塵污染加重，設(shè)備維護(hù)量加大。如果能對(duì)除塵灰合理開(kāi)發(fā)和利用，不但可以防止產(chǎn)生二次污染，有效改善周邊環(huán)境，而且還能變廢為寶，作為二次資源來(lái)利用。在鋼鐵企業(yè)，近些年越來(lái)越多人關(guān)注及研究除塵灰的綜合利用。

氧化鋅作為工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于塑料、硅酸鹽制品、合成橡膠、潤(rùn)滑油、油漆涂料、藥膏、粘合劑、食品、電池、阻燃劑等產(chǎn)品的制作中，已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可缺少的重要基礎(chǔ)化工原料和新型材料。綜合利用鋼鐵廠除塵灰提取次氧化鋅，低品位的次氧化鋅經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)廠家精提煉后應(yīng)用于氧化鋅市場(chǎng)，既為鋼鐵企業(yè)解決了難題，又可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，在鋼鐵廠除塵灰提取次氧化鋅項(xiàng)目的實(shí)施運(yùn)行中，也不可避免存在污染物排放，產(chǎn)生環(huán)境影響。

2 除塵灰提取次氧化鋅概述

以福建某鋼鐵廠為例，闡述除塵灰綜合利用提取次氧化鋅工藝過(guò)程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析。

2.1 除塵灰的主要成分

根據(jù)福建省地質(zhì)測(cè)試研究中心對(duì)某鋼鐵企業(yè)高爐除塵灰的檢測(cè)報(bào)告，除塵灰的主要成分見(jiàn)表1。

表1 除塵灰混合物主要成分

2.2 次氧化鋅的主要成分

根據(jù)該企業(yè)除塵灰提取的次氧化鋅檢測(cè)報(bào)告，次氧化鋅的主要成分見(jiàn)表2。

表2 次氧化鋅主要成分

2.3 除塵灰提取次氧化鋅工藝

高爐除塵灰提取次氧化鋅目前效果較好的方法有兩種，分別為濕法工藝和火法工藝。目前國(guó)內(nèi)次氧化鋅生產(chǎn)以火法工藝為主(約占總量80%以上)，濕法為輔。福建某鋼鐵廠利用火法工藝提取次氧化鋅，具體工藝如下：某企業(yè)采用回轉(zhuǎn)窯煙化法提取次氧化鋅，焦粉作為煅燒原料。除塵灰與焦粉按一定配比混合后，通過(guò)皮帶輸送機(jī)進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行高溫煅燒。當(dāng)窯體緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，爐料翻轉(zhuǎn)滾動(dòng)，向窯頭高溫端移動(dòng)，在高溫作用下(回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度可達(dá)到1000℃～1100℃)，物料中的鋅經(jīng)還原揮發(fā)成單質(zhì)鋅(Zn)；同時(shí)在窯尾負(fù)壓風(fēng)機(jī)的作用下，鋅揮發(fā)物隨煙氣向窯尾移動(dòng)，移動(dòng)過(guò)程中被空氣中的氧氧化成ZnO。原料中的鋅經(jīng)過(guò)氧化還原反應(yīng)，以氧化鋅的形式富集于煙氣中，當(dāng)煙氣溫度下降到一定程度時(shí)，鋅氣態(tài)氧化物又凝結(jié)成固相并在布袋中被截留下來(lái)(即產(chǎn)品次氧化鋅)。回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)主要為：

3(ZnO·Fe2O3) + C→2Fe3O4+3ZnO+CO

ZnO·Fe2O3+CO → ZnO+2FeO+CO2

ZnO + CO → Zn(g) + CO2

Fe2O3+ CO → 2FeO + CO2

ZnO + Fe → Zn(g) + FeO

ZnSO4→ ZnO + SO2+ 1/2O2

ZnO·SiO2+ C → Zn(g) + SiO2+ CO2

Zn + 1/2O2= ZnO

從回轉(zhuǎn)窯尾部出來(lái)的煙氣高達(dá)800℃～900℃。回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生煙氣經(jīng)“重力沉降+煙道冷卻+布袋收塵+脫硝+脫硫”凈化處理后，經(jīng)煙囪高空排放。煙道冷卻和布袋除塵器收集的塵灰為次氧化鋅產(chǎn)品。

圖1 進(jìn)料、配料及加料工藝流程

2.4 產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析

從福建某鋼鐵廠利用火法工藝提取次氧化鋅工藝流程圖可見(jiàn)，該類(lèi)項(xiàng)目主要產(chǎn)污環(huán)節(jié)來(lái)自進(jìn)料、配料過(guò)程和回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行過(guò)程。該類(lèi)項(xiàng)目主要污染物產(chǎn)生情況見(jiàn)表3。

圖2 次氧化鋅提取工藝流程圖

表3 污染物產(chǎn)生情況

2.4.1 廢氣

(1)除塵灰卸料粉塵。除塵灰采用儲(chǔ)罐存儲(chǔ)，卸料過(guò)程將有粉塵產(chǎn)生，主要為除塵灰粉塵。

(2)回轉(zhuǎn)窯煅燒煙氣。回轉(zhuǎn)窯燃燒粉煤過(guò)程，煙氣中主要污染物為煙塵、SO2、NOx、鎘、鉻、鉛、鎳等。

(3)出渣口粉塵排放。揮發(fā)后窯渣從窯頭排出進(jìn)入窯渣池，出渣過(guò)程有廢氣產(chǎn)生，主要污染物為粉塵、鎘、鉻、鉛、鎳等。

2.4.2 廢水

該類(lèi)項(xiàng)目廢水主要來(lái)自窯渣在渣池中水淬過(guò)程產(chǎn)生的沖渣廢水及脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的脫硫廢水。

2.4.3 固體廢物

該類(lèi)項(xiàng)目產(chǎn)生的固體廢物主要有回轉(zhuǎn)窯水淬渣、脫硫石膏等，均可綜合利用。

3 除塵灰提取次氧化鋅產(chǎn)生的環(huán)境影響

除塵灰提取次氧化鋅既為鋼鐵企業(yè)解決了難題，又可實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，但在生產(chǎn)過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生環(huán)境影響。本文以福建某鋼鐵廠火法提取次氧化鋅工藝為例，根據(jù)產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析該類(lèi)型項(xiàng)目在投產(chǎn)運(yùn)行期間產(chǎn)生的環(huán)境影響。

3.1 環(huán)境空氣影響

(1)除塵灰卸料粉塵影響

除塵灰采用儲(chǔ)罐存儲(chǔ)，卸料過(guò)程將有粉塵產(chǎn)生，主要為除塵灰粉塵。儲(chǔ)罐頂部配套建設(shè)除塵設(shè)施，卸料粉塵經(jīng)除塵器凈化后通過(guò)排氣筒排放。

(2)回轉(zhuǎn)窯煅燒煙氣影響

回轉(zhuǎn)窯煅燒煙氣為該類(lèi)型項(xiàng)目主要廢氣排放源，煙氣中主要污染物為煙塵、SO2、NOx、鎘、鉻、鉛、鎳，煙氣采用“重力沉降室+煙道冷卻+布袋收塵+脫硫工藝”處理后，經(jīng)煙囪高空排放，并按規(guī)范要求安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

(3)出渣口粉塵排放

窯頭排渣過(guò)程將有廢氣產(chǎn)生，主要污染物為粉塵、鎘、鉻、鉛、鎳等。窯頭應(yīng)設(shè)置集氣除塵設(shè)施，出渣粉塵經(jīng)除塵器凈化后通過(guò)排氣筒排放。

綜上，除塵灰提取次氧化鋅過(guò)程各股廢氣采取相應(yīng)防治措施后，可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

3.2 地表水影響

該類(lèi)項(xiàng)目廢水主要來(lái)自窯渣在渣池中水淬過(guò)程產(chǎn)生的沖渣廢水及脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的脫硫廢水，一般情況下廢水循環(huán)使用不外排，對(duì)地表水不會(huì)產(chǎn)生影響。

3.3 地下水影響

水淬渣池的沖渣廢水、煙氣脫硫循環(huán)水池循環(huán)水若發(fā)生滲漏，將對(duì)地下水造成不利影響，因此，應(yīng)做好地下水防滲措施。

3.4 固廢影響

該類(lèi)項(xiàng)目產(chǎn)生的固體廢物主要有回轉(zhuǎn)窯水淬渣、脫硫石膏等，均可綜合利用。

3.5 聲環(huán)境影響

該類(lèi)項(xiàng)目主要噪聲影響來(lái)自回轉(zhuǎn)窯、引風(fēng)機(jī)、配料混料機(jī)及各類(lèi)泵等設(shè)備運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的噪聲。為此，應(yīng)優(yōu)先選用先進(jìn)的低噪聲、低振動(dòng)設(shè)備，對(duì)主要噪聲設(shè)備進(jìn)行減振、隔聲、消聲等處理，降低工程運(yùn)行對(duì)聲環(huán)境的影響。

3.6 土壤環(huán)境影響

該類(lèi)項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)后，廢氣中的粉塵排放對(duì)廠區(qū)周?chē)寥拉h(huán)境會(huì)產(chǎn)生Ni、Pb等重金屬的累積影響。因此，應(yīng)確保各股廢氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

4 結(jié)論

現(xiàn)有大部分鋼鐵廠將除塵灰作為原料返回?zé)Y(jié)系統(tǒng)，但除塵灰中K、Na、Cl、Zn等元素富集危害燒結(jié)煉鐵生產(chǎn)，造成燒結(jié)臺(tái)車(chē)糊蓖條，風(fēng)機(jī)葉片掛泥，除塵器效率降低，煙塵污染加重，設(shè)備維護(hù)量加大。因此，鋼鐵廠配套建設(shè)除塵灰綜合利用項(xiàng)目是非常必要的。

鋼鐵廠除塵灰綜合利用提取次氧化鋅，有效解決了鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的除塵灰，實(shí)現(xiàn)固體廢物綜合利用，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。但在項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程中不可避免地存在環(huán)境影響，工程實(shí)施過(guò)程應(yīng)注重回轉(zhuǎn)窯煙氣排放控制措施，按規(guī)范要求安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為有效降低環(huán)境污染，項(xiàng)目實(shí)施前應(yīng)積極開(kāi)展環(huán)境影響評(píng)價(jià)，對(duì)大氣環(huán)境、水環(huán)境、聲環(huán)境及固體廢棄物環(huán)境等方面的污染提出可行有效的防治措施，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益相協(xié)調(diào)。