鐵礦石燒結過程中二噁英減排分析

唐學全

（重慶朔風科技有限公司，重慶 400000）

二噁英為生態環境中的有毒有機化合物，具有劇毒性、生物富集性、致癌性、長期穩定性等特征。近年來，我國工業發展迅速，在冶金工業、化學工業生產中，二噁英能夠以副產物的形式，通過各類介質排放至生態環境中，如廢氣、廢水等。在鐵礦石燒結過程中，可產生大量二噁英，因此，鐵礦石燒結是二噁英排放的重要來源，亟需對鐵礦石燒結過程中的二噁英減排措施進行深入研究[1]。

1 鐵礦石燒結過程中二噁英的形成機制

鐵礦石燒結床床溫如圖1 所示，燒結床結構從上而下是由燒結料層、燒結層、干燥層以及過濕層所組成的，其中，燒結層位核心。在鐵礦石燒結過程中，燒結床向下通風，即可促進燒結混合料水分揮發，進而形成干燥層，當氣流通過干燥層時，其所攜帶的水蒸氣在低溫條件下發生冷凝過程，即可形成過濕層。燒結層即火焰區，溫度高達1300℃以上，火焰前緣焦炭燃燒，導致燒結混合物的物化性質產生變化，在燒結床移動過程中，燒結層不斷向下移動，導致燒結床整體結構中間位置溫度較高，而兩頭溫度較低。

通過對燒結床溫度分布情況進行分析，燒結床內部溫度易形成二噁英，在燒結床中添加尿素，即可有效降低二噁英產量，如果將尿素加入至風箱中，二噁英產量不會顯著降低。早燒結床干燥層中，二噁英濃度較高，因此，二噁英是在火焰前緣所形成的。上層揮發有機物可發生冷凝反應，火焰前緣溫度、氧氣均有利于形成二噁英，因此，二噁英形成量較多。

在燒結床中，火焰前緣逐漸向下移動，在此過程中，二噁英中可形成高氯同類物，并發生熱解反應或者脫氯反應，低氯同類物容易揮發。在燒結混合物中，可應用13C 和C37 替代替二噁英，而回收率比較低，由此可見，在鐵礦石燒結過程中，二噁英可降解，可能吸附至燒結材料或者燃燒產物，同時在燒結床上的保留時間比較長。當二噁英接觸到潮濕區后，二噁英即可發生冷凝反應。當火焰前緣達到燒結床底部時，即可完成整個燒結過程，二噁英可存在于尾氣中[2]。

圖1 燒結料層中溫度分布形式

2 鐵礦石燒結前二噁英減排控制

2.1 控制燒結原料成分

在鐵礦石燒結過程中，氯元素是形成二噁英的必要元素，而銅、鐵等其他金屬元素可作為催化劑。在燒結原料中，銅元素以及氯元素可直接影響二噁英的濃度，如果銅元素和氯元素的質量分數比較高，則二噁英排放濃度也會隨之提升，因此，在鐵礦石燒結過程中，應盡量選用金屬元素含量比較低的礦石，同時在投入燒結前，還可進行預處理，有效減少燒結原料中金屬元素含量。在除塵器飛灰以及氧化鐵皮中，有很多沒有完全燃燒的殘炭，其中氯元素含量高，可促進二噁英的形成，對此，可將氧化鐵皮、EP 灰加入至燒結原料中，能夠有效降低二噁英產量。除此以外，燒結染料也會對二噁英的形成產生較大影響，揮發性有機物能夠促進二噁英的形成，無煙煤與焦炭相比，揮發性有機物含量比較高，如果將大量無煙煤加入至染料中，則在鐵礦石燒結過程中會產生大量二噁英[3]。

2.2 添加抑制劑

在鐵礦石燒結混合料中，為了去除氯以及破壞金屬催化劑，可加入一定量抑制劑，對二噁英的形成過程產生抑制作用，抑制劑類型主要有三種，即含氯抑制劑、含硫抑制劑以及堿性抑制劑。其中，含氯抑制劑以及含硫抑制劑中的按以及硫具有弧對電子，在于催化金屬接觸后，即可形成絡合物，絡合物穩定性較高，可顯著抑制催化劑活性。另外，堿性抑制劑能夠與安以及HCl 發生反應，避免為二噁英的形成提供大量氯源。

含氨基化合物抑制劑類型較多，包括氨、尿素等，其中，尿素的應用成本比較低。在鐵礦石燒結過程中，通過應用尿素，在加熱過程中即可形成氨以及各類化合物，降低HCl 濃度，同時還可對金屬催化劑的催化反應起到抑制作用，降低二噁英生成量。

在鐵礦石燒結過程中，通過應用含硫化合物，可對二噁英的形成過程起到良好的抑制作用，但是如果僅應用含硫化合物，可導致煙氣中硫化物排放量增加，對此，可聯合應用含氮抑制劑以及含硫抑制劑，可與HCl 發生反應形成鹽，并且將氯轉移至顆粒相中，進而減少氣象中氯元素含量。

3 鐵礦石燒結中二噁英減排控制

3.1 調節燒結工藝條件

如果焦粉含量比較少，則二噁英的形成量也比較小，隨著熱風溫度以及含氧量的提升，先增加，然后逐漸減小，當焦粉用量減少10%，熱風溫度高達200℃以及含氧量達19%時，二噁英的形成最少。為了抑制二噁英的形成，在鐵礦石燒結過程中，需改善供氧條件，含氧量對于二噁英的形成影響較大，主要原因在于氧是促使二噁英形成的管家你元素，如果缺氧，則二噁英的形成量會顯著減少。另外，隨著氧濃度的不斷提升，燃燒效率會顯著降低，對此，可減少飛灰中的殘炭以及不完全燃燒有機化合物含量，即可對二噁英的形成產生抑制作用。

3.2 氧碳比的控制

在形成二噁英時，碳、氧、氫以及氯等元素至關重要，需加強控制。其中，碳元素為鐵礦石燒結過程中的必須元素，因此無法調整，對此，可控制氧元素、氫元素以及氯元素，通過調節氧碳比，即可減少二噁英的形成量。

3.3 燒結熱態煙氣循環操作

在鐵礦石燒結過程中，需做好廢氣循環，對于燒結完成后所產生的部分廢氣，可將其引入至燒結層中，如果廢氣中含有二噁英，則在經燒結后即可被高溫分解，進而有效減少二噁英排放量。為探究燒結熱態煙氣循環對于二噁英排放的影響，需關注循環煙氣溫度、含氧量、燒結料焦比以及生石灰，如果煙氣溫度比較高，則更有利于形成二噁英，另外，通過減少循環煙氣中的氧含量，可避免對燒結質量造成不良影響，同時有效減少二噁英的排放。在燒結熱態煙氣循環中，當煙氣溫度達150℃時，即可添加高質量石灰，能夠顯著減少二噁英排量。煙氣循環不僅可減少二噁英排放，同時還可有效減少其他污染物。

4 鐵礦石燒結后二噁英減排控制

4.1 活性炭吸附法

對于活性炭吸附法，可分為三種形式，包括移動床、固定床以及活性炭噴射。為了去除鐵礦石燒結完成后煙氣中的二噁英，可聯合應用活性炭噴射以及布袋除塵器，通過聯合應用兩種技術措施，能夠有效提高二噁英脫除率。如果活性炭噴入量為100mg/m3，隨著布袋出口溫度的不斷降低，布袋除塵器進口處煙氣中二噁英的濃度也會隨之降低，當布袋除塵器出口溫度達道160℃時，二噁英濃度可達0.5ng-TEQ/m3，另外，當活性炭的噴入量在50mg/m3～100mg/m3之間時，燒結煙氣中二噁英脫除率高達99%。在煙道活性炭噴射法的實際應用中，可減少燒結煙氣中二噁英排量，在該方法的實際應用中，可將95μm 的褐煤活性焦作為吸附劑，煙氣中二噁英濃度能夠降低至0.3 ～0.4ngITEQ/m 之間?；钚蕴课椒ǖ膽梅椒ê唵胃咝?，但是對于吸附后的活性炭，不能回收利用，需作為固定廢棄物進行處理。

4.2 催化劑催化降解法

在煙氣污染物治理中，可利用煙氣凈化設備，并開發應用一體化脫除技術。對于選擇性催化還原（SCR）裝置，主要應用于NOx排量控制中，隨著SCR 裝置技術的不斷發展以及推廣應用，在垃圾焚燒廠二噁英排放控制方面，SCR 裝置也可發揮優勢在偶用，煙氣中含有大量重金屬，能夠有效降低SCR 裝置的催化作用，因此，對于SCR 裝置，可安裝在焚燒爐尾部。對于二噁英等有機污染物，可利用Ti、V 和W 的氧化物進行催化和分解，對此，可將催化分解與布袋除塵進行有效結合，另外，還可在SCRDeNOx催化塔中應用特殊催化劑，不僅能夠對NO2發揮催化還原反應，同時還可催化分解二噁英以及多環芳烴等有機污染物。除此以外，還可應用SCR 催化劑，其是由Ti、V 和W 的氧化物所形成的，氧化物能夠在300℃～400℃的高溫環境中與二噁英發生反應，并形成CO2、H2O、HC。另外，對于每立方米煙氣，可增加500mg 焦炭顆粒，將其作為添加劑，二噁英脫除量達90%。

4.3 UV/O3 氧化技術

在鐵礦石燒結過程中，對于氣態二噁英，可利用UV/O3氧化技術治理，在UV/O3氧化技術的實際應用中，可產生羥基自由基，其能夠與二噁英發生親電加成反應。通過將UV/O3氧化技術應用鐵礦石燒結后煙氣治理中，能夠有效降低二噁英排放總量，同時降低毒性作用。但是，在UV/O3氧化技術的實際應用中，需消耗大量電能以及臭氧。除上述技術外，在鐵礦石燒結完成后，為減少二噁英排放總量，還可采用等離子體-電弧法、原位玻璃化技術、納米管清除技術、熱脫附技術等，這類技術應用難度較大，所需成本高，因此尚未得到推廣應用。

5 結語

綜上所述，本文主要對鐵礦石燒結過程中減少二噁英排量的關鍵技術措施進行了詳細探究?，F如今，國家對于二噁英排放控制的力度不斷加大，在鋼鐵行業發展中，鐵礦石燒結過程為二噁英的重要來源，為有效減少二噁英排量，需關注鐵礦石燒結前、燒結中以及燒結后三個階段。在鐵礦石燒結前，控制燒結原料成分、添加抑制劑，在鐵礦石燒結中調節燒結工藝條件，控制氧碳比，并實施燒結熱態煙氣循環操作，在鐵礦石燒結后，選用活性炭吸附法、催化劑催化降解法以及UV/O3氧化技術。在鐵礦石燒結的不同階段應用不同的二噁英減排措施，即可達到良好的減排效果，減少鐵礦石燒結對生態環境所造成的污染。