浅谈利用烧结——高炉系统消化钢丝绳行业污泥的可行性

□文/黄 强 杨志强 姜 婷

南通宝钢钢铁有限公司

南通地区是全国钢丝绳产业的集中区，据统计，仅南通经济技术开发区就有钢丝绳企业290余家，其中采用酸洗、磷化生产工艺的有88家[1]。为处理酸洗、磷化工艺产生的废水，目前钢丝绳企业普遍采取的处理方法为向废水中投加入碱性石灰乳（Ca(HO)2），中和废水中的废酸，同时使废水中的重金属生成不溶于水的氢氧化物沉淀物，该沉淀物即为钢丝绳行业污泥（以下称“钢丝绳污泥”），属于《国家危险废物名录》（2008版）中HW17类危险废弃物，其主要含有Zn、Pb、Fe等重金属元素，具体含量见表1。若处置不当，排入环境并超过一定限度将直接或间接对人体造成伤害[2]。目前南通地区采用的主要处置方式为金属固化和稳定化，但由于污泥中所含重金属未被利用，在自然条件的风化作用下，所含重金属可能再次溶出，造成二次环境污染[3]。随着全球金属资源的日趋宝贵，单纯以处置为目的固废处理方式已无法满足和适应社会发展的需求。从循环经济的角度出发，固废是一种放错地方的资源，具有明显的循环经济价值，通过利用烧结——高炉系统可实现钢丝绳行业污泥中金属元素的回收利用，从而解决环境污染问题，实现环境效益、经济效益和社会效益的统一[4]。本文通过对生产实验过程的同步检测及相关数据统计分析，从职业健康、环境保护、产品质量三方面审视和验证了方案的可行性，结论支持采用上述方案消化钢丝绳污泥。

表1 钢丝绳污泥主要重金属含量表

一、实验流程及参数

1. 实验原理

在高炉生产冶炼的还原气氛下，焦炭中的固定碳、焦炭燃烧后产生的CO以及鼓风水分和喷吹物分解产生的H2可还原几乎所有氧化状态的Fe[5]，使得钢丝绳污泥中的Fe元素得到综合利用（生成成品铁水），含带的Zn、Pb元素一部分作为微量元素留存于成品铁水中，一部分留存于各类除尘灰中可再次返烧结配料循环利用。

2. 实验流程

在机械化原料场将钢丝绳污泥与其他烧结原、辅料充分混合，混匀后的粉状或粒状原、辅料经配料工序送至烧结工序制成块状烧结矿，经成品筛分，合格的成品烧结矿流入高炉系统进行冶炼，最终制成铁水。整个过程期间，各工序收集的除尘灰及返矿全部返烧结再循环利用。

烧结——高炉系统工艺示意图见图1。

3. 实验参数

按钢丝绳污泥50吨/天的消化量配料，烧结矿日产量1435吨，铁水日产量1050吨。

二、实验检测数据分析

1. 职业健康影响检测结果分析

图1 烧结——高炉系统工艺示意图

表2 ZnO的检测数据

添加钢丝绳污泥后，烧结系统中Z n含量增加0.073～0.076%，Pb含量增加0.0058%～0.0064%；高炉系统中Zn负荷增加100～103g/t，Pb负荷增加7.9～8.7g/t。因抽风烧结环节和高炉出铁环节为开放式冶炼过程，无组织排放的烟粉尘可能对岗位造成影响，同步对区域内Pb尘与ZnO进行检测。其中Pb尘的各检测点浓度均低于检出限（阈值），对作业场所的影响很小。ZnO检测值见表2。

以上检测数据表明：ZnO浓度在烧结机台车机头、机尾区域均较低，且正常生产运行时无人员直接暴露在该区域，对人员的健康影响很小；间断性过程高炉出铁时，由于冶炼温度较高，高炉内ZnO会有一定的挥发，对工作场所有一定的影响，但当前仍处于达标的可控状态。

结论：在当前钢丝绳污泥添加比例下，Pb尘及ZnO岗位浓度均符合《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素（GBZ2.1-2007）》要求。

2. 环境保护影响检测数据分析

（1）颗粒物有组织排放检测及分析

污染物的排放是本次实验关注的重点，在未添加钢丝绳污泥与添加钢丝绳污泥（50吨/天）两种工况下，分别颗粒物有组织排放进行检测，具体检测结果见表3。

上表数据表明：除烧结机头烟气以外（烧结系统的主要颗粒物产生环节，排放浓度受物料变化影响波动较大，产生烟气经机头电除尘预处理后再经脱硫塔脱硫处理最后再经布袋除尘过滤，颗粒物排放浓度可稳定控制在20mg/m3以下，实验为排除脱硫塔干扰，检测点为脱硫塔之前，机头电除尘之后），烧结——高炉系统中的各有组织排放源在添加钢丝绳污泥前后的颗粒物浓度均远低于环保排放标准，虽添加钢丝绳污泥后颗粒物排放浓度略有上升，但对环境影响的变化量很小。

结论：在当前钢丝绳污泥添加比例下，烧结——高炉系统中的各有组织排放源颗粒物排放均符合《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）表2二级标准或《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）表2二级标准。

表3 颗粒物有组织排放检测结果分析一览表

表4 Zn排放检测结果一览表

表5 Pb排放检测结果及分析一览表

（2）有组织排放颗粒物中Zn、Pb检测及分析

因有组织排放烟气温度均低于Zn、Pb气化温度，不以气态方式进入大气。分别对有组织排放颗粒物中Zn、Pb含量进行检测，具体检测结果及分析见表4、表5。

上表数据表明：添加钢丝绳污泥后对各除尘灰的成分有一定的影响，除尘灰中Zn、Pb含量与钢丝绳污泥添加量成正比，但由于添加的钢丝绳污泥所含Zn、Pb量相对于原料总量而言比例较小，因此不会对污染物的排放造成明显影响。

结论：在50吨/天的钢丝绳污泥添加强度下，各有组织排放污染源的Zn排放浓度与排放速率比较低（目前国家或地方无对应排放标准），Pb的排放浓度与排放速率均符合《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）表2二级标准或《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）表2二级标准，且占标率很低，不会对环境产生明显影响。

3. 产品质量影响分析

钢丝绳污泥在烧结——高炉系统综合利用过程中，Fe元素转化为铁水；Zn、Pb元素一方面在高炉内循环富集，形成结瘤[5]，另一方面，作为成分存留于成品铁水中，使成品铁水中相应元素成分上升，上升幅度10%～15%，但仍符合下一道工序正常接收标准。整个烧结——高炉系统中产生的除尘灰及返矿均回收返烧结循环再利用，排渣环节仅为高炉水渣，经化验水渣中带出的Zn、Pb元素极少，Zn元素约14.6～17.6mg/kg，Pb元素<10mg/kg，可作为副产品用于生产水泥[6]。

四、结论

1. 烧结——高炉系统各工序产生的除尘灰均回收利用，不直接对环境排放。50吨/天钢丝绳污泥配比下，Zn、Pb元素通过排气筒排放的量极少，符合现行相关环保排放标准，对环境的影响较小；

2. Pb尘对岗位职业健康基本没有影响；ZnO尘在高炉出铁环节对职业健康有一定影响，但在50吨/天钢丝绳污泥配比下仍处于达标的可控状态，通过调整其它配矿，可限制有害重金属Zn的总入高炉量[7]；

3. 在50吨/天钢丝绳污泥配比下，烧结——高炉系统能正常运行，产品质量满足下一道工序接受要求。长期添加钢丝绳污泥运行，为避免积累效应，可在烧结配料环节通过使用含Pb低的铁矿石控制Pb元素最终入炉的总量或在高炉底设置的专门排Pb口定期排Pb[7]。

综上：利用烧结——高炉系统消化钢丝绳污泥，对职业健康、环境保护、产品质量的影响均在可接受范围之内，以其作为钢丝绳污泥综合利用的一种新途径是可行的。

[1]武攀峰等.钢丝绳行业污泥特性及挥发回转窑处理技术研究[J].环境工程学报，2011，5（7）:1642.

[2]贾广宁.重金属的危害无防治[J].有色矿冶，2004，20（1）:39-41.

[3]张虎元.固化污泥中重金属的溶出特性[J].中国科学，2009，39（6）:1167.

[4]刁小东.浅析循环经济在固体废物治理中的应用[J].环境保护与循环经济，2011，01:39

[5]贾艳，李文兴.高炉炼铁基础知识[M]，冶金工业出版社，2010:20-29.

[6]杨国清.固体废弃物处理工程[M]，科学出版社，2000:94-96.

[7]周传典.高炉炼铁生产技术手册[M]，冶金工业出版社，2002:115.