劉尚超，張壘，羅之禮，李軍

（1.寶鋼中央研究院武漢分院，湖北武漢430081;2.武漢鋼鐵有限公司煉鐵廠，湖北武漢430081）

冶金油泥是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢油、水和鐵屑的三相混合物。通常在軋鋼和煉鋼過程中生產(chǎn)較多油泥。冶金油泥呈灰黑色，具有刺鼻氣味，屬于廢棄礦物油類的危險(xiǎn)廢物，不僅占用土地，而且污染環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國每生產(chǎn)1 t 鋼材，平均產(chǎn)生0.86 kg油泥[1]。目前，油泥的處理方法主要有焚燒法、物理熱還原法和生物處理法。然而，這些處理工藝存在著投資成本高、設(shè)備維護(hù)困難、利用效率低、環(huán)境污染等問題。因此尋找一種低成本、高效的冶金污泥處理方法已迫在眉睫。而在鋼鐵行業(yè)存在一種具有處置冶金油泥的生產(chǎn)工藝，即燒結(jié)生產(chǎn)工藝。在燒結(jié)生產(chǎn)中，鐵礦粉、助熔劑、燃料和返礦按一定比例混合，加入一定量的水，混合后，放在燒結(jié)機(jī)小車上，在一定負(fù)壓下點(diǎn)燃抽氣。混合物中的燃料從上到下依次點(diǎn)燃。燃燒后釋放熱量，使混合料層溫度升高。低熔點(diǎn)礦物是通過固態(tài)反應(yīng)形成的，在液相高溫下產(chǎn)生熱量。在隨后的冷卻過程中，液相冷凝為溶解液相顆粒和未熔化顆粒之間的固體橋，最終成為多孔燒結(jié)產(chǎn)品。在試驗(yàn)中，將冶金油泥摻燒至返礦中送至燒結(jié)生產(chǎn)工藝中加以資源化利用，考察冶金油泥摻入后對燒結(jié)礦質(zhì)量及污染物排放的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原理

燒結(jié)是利用粉粒狀含鐵物料生產(chǎn)具有良好冶金性能的成品塊礦的過程，是目前高爐煉鐵準(zhǔn)備原料的重要工序，其主要工藝過程是依靠高溫使鐵礦混勻料產(chǎn)生液相而將其固結(jié)成塊的過程[2]。在燒結(jié)過程中，料層的最高溫度可以達(dá)到1 000 ℃以上，在這樣的高溫環(huán)境下，冶金油泥中的油分可以作為燒結(jié)燃料得以燃燒，油泥中的鐵素則會隨著燃燒產(chǎn)生的灰分熔融成液相固留在燒結(jié)礦中，而燒結(jié)工藝中的煙氣處理設(shè)施對煙氣進(jìn)行處理，從而使資源化利用過程中的污染排放影響最小。

1.2 試驗(yàn)流程

不同批次的冶金油泥在物化性質(zhì)上存在顯著差異，返燒結(jié)工序進(jìn)行高溫?zé)o害化處置時(shí)應(yīng)當(dāng)與燒結(jié)原料充分混勻，因此在試驗(yàn)前需要對試樣中關(guān)鍵組分化學(xué)成分進(jìn)行定量，在此基礎(chǔ)上替代部分返礦與綜合熔劑、生石灰、燃料充分混勻后進(jìn)入后續(xù)燒結(jié)工序。冶金油泥燒結(jié)工序無害化處置技術(shù)原則流程如圖1所示。

圖1 冶金油泥處置試驗(yàn)流程圖

1.3 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料主要包括油泥、返礦、鐵精礦、石灰石和焦粒等，其中油泥來自于武鋼有限冷軋油泥，其他原料來自武漢鋼鐵有限公司2#燒結(jié)機(jī)，將油泥按質(zhì)量比0%、1%、3%和5%摻混至返礦中，返礦再進(jìn)入燒結(jié)機(jī)。試驗(yàn)前對冶金油泥進(jìn)行工業(yè)分析和化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1和表2。

表1 試驗(yàn)冶金油泥工業(yè)分析%

表2 試驗(yàn)冶金油泥渣元素組成分析%

從檢測結(jié)果可知，冶金油泥含油泥較高，導(dǎo)致其具有可觀的熱值，達(dá)到18.36 MJ/kg，冶金油泥灰分中主要成分為TFe，達(dá)到47%，這為冶金油泥資源化處置提供條件，其次冶金油泥中的有害成分Zn、Na2O 和K2O等含量較低，將不會對后期高爐生產(chǎn)造成影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 對燒結(jié)礦粒度的影響

粒度分布是指燒結(jié)成品在不同直徑范圍內(nèi)的質(zhì)量百分比，分別用不同篩孔大小的孔篩對燒結(jié)成品進(jìn)行篩分并稱重，篩孔規(guī)格分別為5 mm、10 mm、15 mm、25 mm 和40 mm。篩分指數(shù)是以小于5 mm 粒級的燒結(jié)成品的百分比表示，篩分指數(shù)越大，表示燒結(jié)成品的質(zhì)量越差[3]。

按返礦料的0%、1%、3%和5%配加冶金油泥，對燒結(jié)后的燒結(jié)礦進(jìn)行料粒度組成分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同試驗(yàn)批次中燒結(jié)礦粒度組成分析

從圖2中可知，油泥添加比例對燒結(jié)礦粒度有著一定的影響，隨著摻入軋鋼油泥量的增加，燒結(jié)成品粒度減小，當(dāng)油泥量摻放量達(dá)到5%時(shí)，其燒結(jié)礦篩分指數(shù)明顯下降，為12.31%，遠(yuǎn)高于未添加油泥時(shí)的篩分指數(shù)。這主要是和油泥的化學(xué)成分相關(guān)，油泥中CaO 和SiO2的含量較少，導(dǎo)致粘結(jié)原料粘結(jié)能力降低。由此可知，從燒結(jié)礦粒度來考慮，油泥添加量不應(yīng)超過3%。

2.2 對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響

本試驗(yàn)中，燒結(jié)礦質(zhì)量主要是以轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度來評價(jià)，不同油泥摻入量的燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度如圖3所示。

圖3 不同試驗(yàn)批次中燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度

圖3顯示不同油泥摻入比例條件下，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度變化規(guī)律，結(jié)果表明，不同油泥原料配比條件下燒結(jié)率無顯著變化，但燒結(jié)礦成品率在配加油泥后出現(xiàn)了明顯下降。在實(shí)際試驗(yàn)中，返礦中的冶金油泥摻入量增加，燒結(jié)速度、利用系數(shù)也隨著油泥配比的增加而呈下降趨勢，這也導(dǎo)致了燒結(jié)過程燃耗的增加。燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度也在配加油泥原料后出現(xiàn)下降，油泥配加量由0%增加至5%時(shí)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度也由68.36%下降至60.31%。其原因主要是因?yàn)殡S著油泥的不斷增加，原料中的鋁含量不斷提高，有利于燒結(jié)礦中的玻璃體的產(chǎn)生[3]，冷態(tài)強(qiáng)態(tài)惡化，從而降低了燒結(jié)礦強(qiáng)度。此外，油泥摻入量達(dá)到5%后，燒結(jié)過程中煙氣散發(fā)出類似橡膠燃燒的剌激性氣味。

2.3 對燒結(jié)礦化學(xué)成分的影響

在燒結(jié)礦化學(xué)成分影響試驗(yàn)中，主要考察燒結(jié)礦中TFe 含量、FeO 含量及SiO2含量。不同油泥摻入量的燒結(jié)礦TFe 含量、FeO 含量及SiO2含量如圖4和圖5所示。

從圖4可看出，隨著油泥摻入比例的增加，TFe 含量變化范圍不大，略有減小，在57.63%~56.89%變動，滿足優(yōu)質(zhì)燒結(jié)成品對于TFe 含量的要求。FeO 含量隨著軋鋼油泥量摻入比例的增加而減小，滿足優(yōu)質(zhì)燒結(jié)成品對于FeO 含量的要求。圖5是摻入不同油泥比例的條件下，燒結(jié)礦中SiO2含量的變化規(guī)律。隨著油泥摻入量的增加，燒結(jié)礦中的SiO2含量減小，造成這些變化的原因主要是因?yàn)橛湍嘀械蔫F含量及硅含量小于燒結(jié)原料中的含量，當(dāng)油泥摻入比例增加時(shí)，燒結(jié)礦中的TFe、FeO 及SiO2含量減小。

圖4 不同試驗(yàn)批次下燒結(jié)礦TFe 和FeO 含量變化

圖5 不同試驗(yàn)批次下的SiO2 含量

2.4 對燒結(jié)機(jī)除塵灰化學(xué)成分影響

為考察冶金油泥添加前后，對燒結(jié)除塵灰的化學(xué)成分影響，對燒結(jié)機(jī)除塵灰作化學(xué)成分分析，分析結(jié)果如表4所示。

對比發(fā)現(xiàn)，添加冶金油泥樣品后，燒結(jié)機(jī)機(jī)頭灰的化學(xué)成分變化不大，因此可以認(rèn)為摻入適量的冶金油泥，對燒結(jié)機(jī)除塵灰的化學(xué)成分沒有顯著影響。

2.5 對燒結(jié)機(jī)的煙氣中二惡英含量的影響

為了解冶金油泥加入燒結(jié)原料后，對試驗(yàn)前后的燒結(jié)煙氣二惡英排放濃度的影響，試驗(yàn)過程中委托具有檢測資質(zhì)的第三方檢測公司對燒結(jié)煙氣進(jìn)行檢測，結(jié)果如表3所示。

表3 冶金油泥添加前后燒結(jié)機(jī)機(jī)頭灰成分分析%

表4 油泥添加前后燒結(jié)廢氣中二惡英含量分析TEQ ng/m3

檢測結(jié)果可看出，燒結(jié)煙氣中二惡英含量從0.169 TEQ ng/m3上升到0.286 TEQ ng/m3，上升的幅度較大，但排放濃度仍遠(yuǎn)低于《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 28662—2012）的限制值（0.5 TEQ ng/m3），油泥添加并不會導(dǎo)致燒結(jié)過程煙氣中二惡英超標(biāo)，但綜合考慮油泥添加后煙氣中二惡英含量的大幅增加，處置過程應(yīng)嚴(yán)格控制油泥的添加量，并對高溫窯爐處置過程的溫度進(jìn)行控制，盡量保證油泥燃燒完全。

3 結(jié)論

利用鋼鐵行業(yè)自身具備的燒結(jié)工藝資源化利用冶金油泥技術(shù)是可行的。當(dāng)將冶金油泥以不高于3%的比例配入燒結(jié)返礦原料中時(shí)，不影響燒結(jié)礦的質(zhì)量，排放的除塵灰及煙氣中的二惡英等污染物均滿足國標(biāo)要求，同時(shí)還將冶金油泥中的鐵元素實(shí)現(xiàn)了資源化利用，不僅消除了冶金油泥作為危廢對社會環(huán)境的二次污染，同時(shí)又降低了企業(yè)的處置成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。