燒結煙氣脫硫渣的綜合利用

張仁鵬

(上海梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210039)

1 前言

近年來，國家對二氧化硫污染問題日益重視，對鋼鐵行業(yè)燒結工序、熱電燃煤鍋爐均提出脫硫要求，燒結脫硫項目也相繼投用，脫硫渣的產(chǎn)生量日漸攀升。按每噸燒結礦產(chǎn)生1～2kg SO2，以年產(chǎn)7 億噸鐵［1］計算，燒結礦生產(chǎn)工序每年排放約210 萬噸SO2，約產(chǎn)生560 萬噸脫硫渣，如此數(shù)量的脫硫渣如不能很好的利用，將會占用大量土地，帶來二次污染，給鋼鐵生產(chǎn)帶來沉重的負擔。從循環(huán)經(jīng)濟角度，這些脫硫石膏是可利用的資源［2－3］。

本文將分析脫硫渣及其他試驗原料的主要成分，從脫硫渣作鋼渣粉活性激發(fā)劑和水泥緩凝劑兩個方面研究、論述脫硫渣的利用可行性及可能產(chǎn)生的效益。

2 試驗原材料及預處理

試驗所用原料:

脫硫渣:XX 鋼廠燒結煙氣脫硫渣;

鋼渣:XX 鋼廠鋼渣;

水泥:XX 水泥廠生產(chǎn)的42.5 級硅酸鹽水泥;

天然石膏:XX 縣。

2.1 試驗原料化學成分

從表1 可以看出:(1)脫硫渣中CaO 為37.08%、SO3為50.34%;而天然石膏中CaO 為32.16%、SO3為38.33%，這說明煙氣脫硫渣中石膏含量要比天然石膏高;脫硫渣中CaSO4的含量高為脫硫渣的開發(fā)利用提供了有利的條件。

(2)試驗用水泥經(jīng)檢驗符合GB175－2007《通用硅酸鹽水泥》標準。

2.2 原材料X－射線衍射分析

試驗采用Dmax－MSAL 12kW 高功率粉末衍射儀對原材料的礦物組成進行分析。

從圖1 脫硫渣X－射線衍射圖譜中可以看出，脫硫渣中含有的主要礦物主要是:CaSO4·0.5H2O，其中雜質非常少，更有利于脫硫渣的綜合利用。

從圖2 鋼渣X－射線衍射圖譜中可以看出，鋼渣中的礦物有FeO、Ca2Fe2O5、Ca(OH)2、CaO、Ca2SiO4等，同時可以看出，在鋼渣中游離氧化鈣含量很高，這對鋼渣的穩(wěn)定性是非常不利的。

表1 化學成分 %

2.3 脫硫渣預處理

采用的脫硫渣為濕法脫硫副產(chǎn)物，含水率高達15%，由于其有一定的粘性，容易粘附在各種設備上，為了適應儲存、運輸和計量，同時使脫硫渣質量更穩(wěn)定，需要進行烘干處理。本實驗采用成球烘干工藝。

成球又稱“造球”，是將物料與液體一同加入圓筒式(圓盤式、振動式或攪拌式)造球機內制成球團。以圓筒式造球機和圓盤式造球機最為常用，造球液體以低黏度液體(通常是水)最為常用。

圖1 脫硫渣X－射線衍射圖譜

圖2 鋼渣X－射線衍射圖譜

造球過程可分為三個階段:形成母球，母球長大和長大后的母球(又稱生球)進一步緊密。這三個階段主要靠加水潤濕和用滾動的方法在造球機內實現(xiàn)。

脫硫石膏采用圓盤式造球工藝，過程為:先將部分脫硫石膏烘干，然后將烘干后的脫硫石膏作為母球，利用半水石膏具有吸水、產(chǎn)生膠凝的特性團球其他含水脫硫石膏，將成球的脫硫石膏送入烘干機中烘干，即得到試驗用的原料。

3 脫硫渣作鋼渣粉激發(fā)劑試驗

鋼渣作為煉鋼過程種產(chǎn)生的廢渣，產(chǎn)量約為鋼產(chǎn)量的12%～15%，大量鋼渣的堆放不僅占用土地，還對渣場周圍的環(huán)境造成嚴重的污染，因此有效的利用這些鋼渣既能帶來良好的經(jīng)濟效益，又能很好的保護環(huán)境。通過大量研究發(fā)現(xiàn):鋼渣的化學組成與水泥熟料相似，是一種具有一定活性的膠凝材料，其利用的關鍵就是需要進行活性激發(fā)。

3.1 鋼渣粉的性能

鋼渣中含有f－CaO 遇水體積膨脹，造成建筑制品和建筑工程破壞。目前國內主要鋼鐵廠均采用鋼渣余熱自解熱悶處理技術，解決鋼渣安定性不合格問題。

將鋼渣粉經(jīng)熱悶后f－CaO 含量降低，雖然經(jīng)檢測含量仍有9.0%，但安定性能夠合格，這是因為現(xiàn)行檢測鋼渣中f－CaO 含量的化學分析方法使用的是水泥的檢測方法—乙二醇法，檢測水泥時使用乙二醇法測得的結果能真實反映水泥中f－CaO 的含量，而在對鋼渣進行檢測時鋼渣在冷卻過程中部分f－CaO 水化生成的Ca(OH)2以及其他物質水化生成Ca(OH)2和剩余的f－CaO 一并被以f－CaO 的形勢反映出來，造成f－CaO 真實含量偏高，因此壓蒸后雖然測得的f－CaO 含量高，但大部分是Ca(OH)2，f－CaO 真實含量很低。

表2 穩(wěn)定化處理的鋼渣性能

3.2 脫硫渣摻量對鋼渣粉性能的影響

試驗探討了脫硫渣的不同摻量對鋼渣粉的激發(fā)效果，試驗結果見表3。

由表3 可以看出:脫硫渣對鋼渣粉有激發(fā)作用，當脫硫渣的摻量為鋼渣粉的3%時，7d、28d 抗壓強度和抗折強度均有提高。綜合考慮脫硫渣作鋼渣粉激發(fā)劑對鋼渣粉各項性能的影響，脫硫渣作鋼渣粉激發(fā)劑的最佳摻量為3%。

表3 脫硫渣的摻量對鋼渣粉性能的影響

4 脫硫渣作水泥緩凝劑研究

石膏是水泥生產(chǎn)過程中重要的添加劑，主要是因為水泥熟料遇水水化時速凝需要添加適量的石膏來調節(jié)凝結時間，目前，水泥生產(chǎn)商都是添加天然石膏作為水泥緩凝劑，而現(xiàn)有的天然石膏資源越來越少，因此需要尋找新的可替代石膏的材料來滿足水泥生產(chǎn)的需求。本試驗針對脫硫渣與天然石膏具備相似的組分和特性，具有替代石膏作水泥緩凝劑的可行性，而且添加到水泥中成本也比石膏低很多，還能解決脫硫渣作為二次污染的問題。試驗在保證水泥質量前提下，對脫硫渣的不同摻量對硅酸鹽水泥和對礦渣水泥的緩凝作用進行了探索試驗并用石膏作對比試驗，摸索燒結煙氣脫硫渣的最佳配比。

試驗對脫硫渣、天然石膏的不同摻量對硅酸鹽水泥的理化性質進行了探索試驗，結果見表4。

從表4 可看出:(1)脫硫渣的加入對水泥安定性沒有影響，在凝結時間上，摻加脫硫渣1%達到的緩凝要求與摻加天然石膏3%相近;摻加脫硫渣3%達到的緩凝要求與摻加天然石膏3%相近。(2)摻加脫硫渣對水泥的抗壓、抗折等物理性能沒有影響。(3)隨脫硫渣摻入量的增加，SO3含量逐漸增加，水泥中SO3含量不宜過高，因此脫硫渣配比應控制在3%為宜。

表4 脫硫渣和石膏對硅酸鹽水泥性能的影響

5 經(jīng)濟效益分析

燒結機是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)工藝的重要設備之一，也是產(chǎn)生、排放SO2的重點污染源。控制燒結機SO2污染勢在必行。燒結礦生產(chǎn)工序每年排放約210 萬噸SO2，如全部采用石膏法脫硫技術，將產(chǎn)生約560 萬噸脫硫渣，將燒結煙氣脫硫渣加工處理后，用作激發(fā)劑能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益:以脫硫石膏加工成本20 元/噸，銷售價格70 元/t 計算，將產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益約2.8 億元，同時，解決了燒結生產(chǎn)中SO2治理產(chǎn)生的燒結煙氣脫硫渣堆存等二次污染問題，實現(xiàn)了燒結煙氣脫硫副產(chǎn)物“零排放”和資源化利用。

6 結 論

(1)燒結煙氣脫硫渣可替代天然石膏做鋼渣粉活性激發(fā)劑，當脫硫渣的摻量為鋼渣粉的3%時，7d、28d抗壓強度和抗折強度均有提高。

(2)燒結煙氣脫硫渣可替代天然石膏做水泥緩凝劑，摻加脫硫渣對水泥的抗壓、抗折等物理性能沒有影響，摻加比例應控制在3%左右。

(3)燒結煙氣脫硫渣的利用可產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

［1］中商情報網(wǎng)．

［2］陳云嫩．煙氣脫硫石膏的資源化利用［J］．金屬礦山，2003(8):51－53．

［3］馮金煌，江水．脫硫石膏及其綜合利用探討［J］．非金屬礦，2000，23(6):18－20．

［4］顧雪慈．以脫硫石膏作緩凝劑的水泥及其與高效減水剩的適應性研究［J］．新世紀水泥導報，2007(2):35－37．