發展社會大循環經濟與高爐煉鐵實踐淺談

黃強

（南通寶鋼鋼鐵有限公司 江蘇 南通 226002）

1 前言

隨著社會現代化工業的發展，企業規模不斷擴大，工業固體廢棄物（以下簡稱固廢）產生量逐年遞增，由此而引發的生態環境破壞現象日趨嚴重。特別是各行業中含重金屬類的危險固廢，由于企業受自身場地、資金及處置技術等條件的限制，往往所采用的處理方法未能實現固廢的資源化，導致所含重金屬可能再次轉移進入環境，造成二次污染。2009年7月國家環境保護部發布《鋼鐵工業發展循環經濟環境保護導則（HJ465-2009）》意在推進以鋼鐵工業為中心的區域社會大循環經濟產業鏈的構建。南通寶鋼鋼鐵有限公司積極響應國家號召，利用企業現有設備，憑借高爐煉鐵工藝在重金屬解毒、回收利用方面得天獨厚的優勢，在南通市環保局牽頭下，對南通地區含重金屬類社會固廢進行了資源化綜合利用生產實驗,其實驗結果與思路對如何發展社會大循環經濟具有一定的參考價值。

2 實驗設備及工藝流程

在機械化原料場將社會固廢與其它燒結原、輔料按一定量配比并充分混合，混勻后的粉/粒狀原、輔料通過配料系統送至燒結工序制成塊/粒狀燒結礦，再經成品篩分后將合格的成品燒結礦流入高爐煉鐵冶煉制成鐵水。整個過程期間，各工序除塵灰及返礦均全部返燒結再循環利用。

高爐煉鐵處置工藝示意圖見圖1。

圖1 高爐煉鐵處置工藝流程示意圖

3 實踐案例

3.1 制革行業污泥

制革過程中，凈化處理生產污水時產生的廢渣即為制革行業污泥，該類污泥含有蛋白質、油脂等有機污染物及病原體，同時又含有鉻化合物、硫化物等有毒有害物質，屬危險廢棄物。南通地區某制革企業污泥主要成分見表1。

表1 南通地區某制革企業污泥主要成分

目前針對皮革污泥處理的方法主要有填埋、堆肥和焚燒等。其中填埋法簡單易行，但卻是一種消極的處置方法，未能實現固廢的資源化，同時無害化又不徹底，污泥中所含重金屬鉻易對土壤、水體及生物造成負面影響[1]。堆肥法可消除污泥中有機物的污染并可充分利用污泥中的營養成分，但重金屬鉻的問題依然沒有解決[2]。焚燒法可以徹底消除制革污泥中大量的有害有機物和病原體，實現污泥能量的回收，消除污泥惡臭，但因該法所需設備前期投入較大，推廣使用受限[3]。

高爐煉鐵冶煉過程中，爐內發生內燃反應，燃燒溫度達1400℃以上，在焦炭中的固定碳、燃燒產生的CO以及鼓風水分和噴吹物分解產生的H2等還原物質構成的還原氣氛下，燒結礦中的Fe元素被全部還原，Cr元素被還原成單質Cr和3價Cr?；谝陨细郀t煉鐵工藝的特性，可將高爐作為制革行業污泥焚燒法處理的焚燒爐使用，實現制革行業污泥的資源化、無害化。

其中制革行業污泥中含帶的Fe、Cr元素對高爐煉鐵是有益的，Cr元素可顯著改善鋼的可加工性、強度和耐磨、耐熱、耐腐蝕等性能[4]；S元素對高爐煉鐵是有害的，會降低鋼材的焊接性、抗腐蝕性和耐磨性，但制革行業污泥的S元素的帶入量相對焦煤的帶入量而言可忽略不計；K、Na元素對高爐煉鐵的危害較大，能夠破壞爐襯，影響下部料柱透氣性，因而在生產冶煉中必須加以控制，最直接的方法為控制入爐量[4-5]。經生產實驗，在制革行業污泥與燒結原、輔料配比小于2.5%時（污泥消耗量為40噸/天，含水率40%），對生產影響仍處于可接受范圍內，其中對熔劑消耗基本無影響，燃料單耗上升1-2kg/t。生產同步檢測大氣污染源排放口，各項指標符合《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。高爐水渣浸出液中未檢出6價Cr，可作為副產品用于生產水泥[6]。

3.2 鋼絲繩行業污泥

南通地區作為全國鋼絲繩產業的集中區之一，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[7]。為處理酸洗、磷化工藝中產生的廢水，一般的處理方法為投加堿性石灰乳（Ca(HO)2），中和廢水中廢酸的同時使廢水中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，主要成分見表2。

表2 南通地區鋼絲繩行業污泥主要成分

目前南通地區對鋼絲繩行業污泥采取的主要處置方式為金屬固化和穩定化，但由于該類處置方式未綜合利用污泥中所含重金屬，在自然條件的風化作用下，已金屬固化或穩定化的污泥中的重金屬可能再次溶出，造成二次環境污染[8]。

由于高爐煉鐵可將Fe、Pb等金屬元素還原并作為有效成分留存于成品鐵水中，因而可較好的解決此類污泥的出路問題，實現資源的綜合利用。因過量Zn、Pb元素屬會對高爐煉鐵順行造成不利影響，長期添加鋼絲繩污泥運行，為避免積累效應，可通過燒結配料控制Zn、Pb元素總入爐量，避免在爐內循環富集形成結瘤[5]。經生產實驗，鋼絲繩行業污泥與燒結原、輔料配比小于3.5%時（污泥消耗量為50噸/天，含水率60%），Zn、Pb元素含量相對上升10%～15%，能滿足下一道工序正常接收標準；高爐煉鐵排渣環節形成的高爐水渣經化驗Zn、Pb元素含量極少，其中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。綜上，高爐煉鐵在添加鋼絲繩污泥運行后對產品質量、職業健康、環境保護的影響均在可接受范圍之內。

4 結論

利用高爐煉鐵的工藝特性，通過適當配比控制對高爐煉鐵有害元素的總入爐量，可實現對社會固廢的資源化，無害化處置。冶金工業與環保工業相結合是鋼鐵企業未來發展社會大循環經濟的一種新思路，可實現經濟效益與社會效益的雙贏。

[1]林煒.制革污泥處理與資源化利用[J].皮革科學與工程，2005，15（4）:57-61.

[2]陳學群.制革污泥處置方法初探[J].西部皮革，2006，12:34.

[3]SakaiS.System design and full-scale plant study on a dryingincineration system for sewage sludge.Water Science and Technology.1989,21,1453-1466.

[4]賈艷，李文興.高爐煉鐵基礎知識[M]，冶金工業出版社，2010:6-21.

[5]周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊 [M]，冶金工業出版社，2002:108-115.

[6]楊國清.固體廢棄物處理工程[M]，科學出版社，2000:94-96.

[7]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.

[8]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.