鋼鐵行業干法/半干法脫硫灰資源化利用技術綜述

摘要：鋼鐵行業干法/半干法脫硫灰具有高硫、高鈣、成分不穩定等共性，部分還存在氯含量較高、化學穩定性較差的問題，資源化利用難。本文結合脫硫灰的理化性質，綜述脫硫灰在回配燒結、水泥外加劑、建筑材料、礦渣微粉添加劑、濕法脫硫、氧化改性穩定化等方面的應用現狀，指出存在的問題，探索脫硫灰資源化利用途徑，以減少資源化利用過程的環境風險。

關鍵詞：鋼鐵行業；干法/半干法脫硫灰；資源化利用

中圖分類號：X757 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）04-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.04.024

Review on Resource Utilization Technology of Dry/Semi Dry Desulfurization Ash in the Steel Industry

JING Manli， XIE Peishan

（Shaoguan Environmental Pollution Control Center， Shaoguan 512000， China）

Abstract： The dry/semi dry desulfurization ash in the steel industry has the common characteristics of high sulfur， high calcium and unstable composition， some of the ash also has the problems of high chlorine content and poor chemical stability， which makes it difficult to use as a resource. Based on the physical and chemical properties of desulfurization ash， this paper summarizes the current application status of desulfurization ash in the fields of recycled sintering， cement additives， building materials， slag powder additives， wet desulfurization， oxidation modification and stabilization， points out the existing problems， explores the ways of resource utilization of desulfurization ash， thus reducing the environmental risks in the process of resource utilization.

Keywords： steel industry; dry/semi dry desulfurization ash; resource utilization

鋼鐵行業是我國重要的基礎行業，但焦化、燒結等工序會產生大量煙氣。隨著環保要求的提高，為滿足超低排放標準，國內多家鋼鐵廠先后進行煙氣脫硫脫硝環保技術改造，采用干法/半干法脫硫[1-5]，用粉狀或粒狀的CaCO3、Ca（OH）2或CaO等鈣基吸收劑來脫除煙氣中的SO2。該方法具有脫硫效率高、設備簡單、運行費用低、無廢水排放、占地面積小等優點，其脫硫副產物一般俗稱脫硫灰。鋼鐵廠的脫硫灰年產生量大，某些大型鋼鐵廠每年脫硫灰產生量可達數十萬噸。一方面，脫硫灰堆放場所占地面積大，很多臨時堆放場所未采取防揚散、防流失、防滲漏或者其他防止污染環境的措施，存在較大的環境風險；另一方面，企業脫硫灰處置成本為80～100元/t，處置成本高且終端處置企業不穩定，長此以往，勢必會影響脫硫裝置的運行，甚至會影響企業的綠色發展。因此，尋求高效合理的資源化利用途徑是目前亟待解決的問題。

1 脫硫灰的理化性質

國內不同大型鋼鐵廠干法/半干法脫硫灰的理化性質對比如表1所示。干法/半干法工藝所產生的脫硫灰成分復雜，但總體上具有高硫、高鈣的共性。此外，有些脫硫灰氯含量較高，化學穩定性較差，使得其資源化利用受到限制。同時，由于煙氣性質不穩定，不同來源、不同批次的脫硫灰成分存在較大變化，加大了資源化利用難度。

2 干法/半干法脫硫灰資源化利用技術研究進展

鋼鐵行業干法/半干法脫硫灰主要用于水泥生產，其資源化利用研究則集中在回配燒結、水泥外加劑、建筑材料、礦渣微粉添加劑、濕法脫硫和氧化改性穩定化等方面。

2.1 用于回配燒結

為實現脫硫副產物的循環利用，李小麗等[1]將半干法脫硫灰配入燒結混料中，替代部分生石灰進行燒結生產，研究結果表明，用脫硫副產物代替部分生石灰對燒結有益，脫硫副產物的最佳配加比例為1%～2%，但進入煙氣中的硫成倍增加，加重脫硫系統的負荷。

2.2 用于水泥外加劑

盧麗君等[3]為探索半干法脫硫灰的利用途徑，進行礦渣水泥緩凝劑的應用研究。結果表明，在礦渣水泥中加入改性前的脫硫灰代替石膏，對凝結時間有較大影響，隨著脫硫副產物用量的增加，凝結開始時間和結束時間延長，導致最終凝結時間超過國家標準的要求。脫硫灰氯離子含量高，用作水泥添加劑時，試驗水泥中脫硫灰最高配比僅為1%，脫硫灰沒能有效實現循環利用。

2.3 用于建筑材料

曹宇等[4]利用半干法脫硫灰制備蒸壓加氣混凝土，結果表明，摻量10%～20%的脫硫灰制備蒸壓加氣混凝土，可滿足相關產品的性能指標要求。但是，脫硫灰含有不穩定的CaSO3，會造成SO2在高溫下逃逸，因此直接用脫硫灰生產建筑材料，可能造成二次污染。

張沈裔等[5]以脫硫灰為原料，將其用于土體固化，研究固化劑對穩定土性能的影響，試驗表明，土體固化劑最優配比為30%∶20%∶50%（水泥∶脫硫灰∶礦粉），脫硫灰摻量為7%，固化劑穩定土性能與水泥（摻量5%）穩定土性能相當。但是，3批次干法脫硫灰中，2批次鎘含量超標，分別超標610%、1 362%，其摻量應分別控制在小于14.1%、6.8%的水平，產品的重金屬含量方可符合標準要求。

2.4 用于礦渣微粉添加劑

高建明等[6]從復合摻合料滿足礦粉標準要求的角度，按一定比例采用脫硫灰置換礦粉，結果表明，影響摻量的主要因素是氯離子含量及SO3含量。2批次來自福建省的脫硫灰摻量分別為5%、3%時，復合摻合料綜合性能較好；1批次來自山東省的脫硫灰氯離子含量及SO3含量較低，綜合性能較好，其摻量為9%時，復合摻合料仍具有較高活性。尹大偉[7]用脫硫灰制備礦渣微粉，跟蹤監測脫硫灰質量，確定脫硫灰摻量為1.0%，滿足礦渣微粉的質量控制要求。

陳永瑞[8]采用等質量脫硫灰取代礦粉，制備瀝青混合料，對比檢測其凍融劈裂強度比、滲水系數及高溫抗車轍性能等指標，評估干法脫硫灰取代礦粉作為瀝青混合料填料的可行性。結果表明，脫硫灰取代礦粉制備瀝青混合料，具有較優的水穩性，而且各項路用性能指標與礦粉相當，可滿足道路結構層設計要求。

2.5 用于濕法脫硫

楊曉域等[9]將半干法脫硫灰回用于濕法脫硫，對脫硫效果及石膏品質開展試驗研究，結果表明，半干法脫硫灰具有較高的脫硫效率及較強的脫硫活性，與石灰石相比，脫硫效率的差值最大不超過5%，雖然有效脫硫時間減少，但可通過多次加料進行彌補；半干法脫硫灰的摻量不超過50%時，可以滿足脫硫率不低于95%的排放要求，石膏含水率也保持在15%以內，可以節省經濟成本。

2.6 用于氧化改性穩定化

姚璐等[10]通過低溫靜態氧化改性試驗、高溫動態焙燒改性試驗，分析半干法脫硫灰中CaSO3轉化的影響因素。結果表明，低溫靜態氧化改性試驗脫硫灰的CaSO3轉化率不超過2.2%，焙燒溫度高于350 ℃時，高溫動態焙燒改性試驗脫硫灰的CaSO3轉化率可超過85%。

宋月[11]基于試驗確定脫硫灰氧化工藝，選用CuSO4作為催化劑，在氧化溫度25 ℃的條件下，用H2O2氧化脫硫灰，反應1 h后，CaSO3氧化率達到51.27%。氧化脫硫灰用于制備礦渣標準磚，半干法脫硫灰氧化后，其化學性質穩定，具有廣泛應用的可行性。

3 結論

脫硫灰作為一般工業固體廢物，產生量大，若不能較好地資源化利用，堆置將占用寶貴的土地資源，同時可能造成二次污染，因此提高其資源化利用率是關鍵。脫硫灰用于回配燒結，配加比例小，同時會明顯加重脫硫系統的負荷，應用受限。雖然脫硫灰用于水泥外加劑、建筑材料、礦渣微粉添加劑的添加量受到限制，應用不當可能產生二次污染，但是建材產能較大，可消納的脫硫灰數量比較可觀，它仍是目前比較常見的資源化利用方式。實際應用中，要加強對脫硫工藝的控制，盡可能控制脫硫灰的成分，使影響產品性能的氯離子含量保持相對穩定，同時進一步規范脫硫灰的利用處置過程。脫硫灰屬于一般工業固體廢物，應加強對臨時堆存場所的規范化管理，降低資源化利用過程的環境風險。同時，產廢單位應做好利用處置單位的主體資格和技術能力核實，加強固體廢物臺賬和申報管理。用于濕法脫硫和氧化改性穩定化的技術目前還處于實驗室研究階段，經濟性和規模化工業應用有待進一步驗證。因此，以源頭固廢減量化、利用最大化、污染物無害化為基本原則，結合區域行業實際情況，多途徑探索脫硫灰資源化利用方式，研究提高脫硫灰穩定性的工業應用技術，是實現脫硫灰有效資源化利用的關鍵。

參考文獻

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