钢铁烧结行业脱硫石膏综合利用前景
我国含 SO2 的废气主要来自燃煤发电厂、 钢铁生产中的烧结机和冶金炉窑。烧结机是现代钢铁生产工艺的重要设备之一 ,也是钢铁生产工艺烟尘排放的重点污染源。烧结工艺烟尘排放量约占钢铁生产工艺排放总量的 42. 3 %。随着钢铁冶金技术的发展 ,高炉容积不断增大 ,与之匹配的烧结机单机能力也不断增大 ,正向大型带式烧结机发展。如国外发达国家已普遍建成 300 - 648 m2 的带式烧结机 ,国内各钢厂也已建成265 - 450 m2 的带式烧结机。烧结机大型化的发展趋势 ,必然带来单机废气量和烟尘排放量的增大 ,控制烧结机烟尘污染势在必行。 “十一五” 期间国家将出台新的钢铁企业污染物排放标准 ,同时严格要求新建烧结项目必须配套脱硫措施 ,综合考虑初投资 ,运行成本 ,场地限制 ,副产品和废弃物处置等因素。各钢铁公司都在积极寻找适合本企业的脱硫方案。
1 脱硫石膏特点
脱硫石膏又称排烟脱硫石膏、 硫石膏或 FG D石膏 ,采用湿法烟气脱硫时所产生的副产物 ,主要成分和天然石膏一样 ,为二水硫酸钙。烟气脱硫石膏呈较细颗粒状 ,平均粒径约30 - 60μm ,颗粒呈短柱状 ,径长比在 1. 5 - 2. 5 之间。系统运行正常时产生的脱硫石膏颜色接近白色 ,除尘系统效率降低时有较多飞灰等杂质带入 ,颜色发灰[1 ] 。脱硫石膏中含二水硫酸钙在90 %以上 ,含游离水一般在 10 % - 15 % ,其中还含飞灰、 有机碳、 碳酸钙、 亚硫酸钙及由钠、 钾、 镁的硫酸盐或氯化物组成的可溶性盐等杂质。脱硫石膏与天然石膏化学组成相差不大 ,品质相当;但天然石膏的杂质以粘土矿物为主 ,磨细后颗粒较大 ,在水化时一般不能参加反应 ,因而性能在一定程度上不及脱硫石膏。目前国内电厂采用的石灰石 - 石膏法脱硫工艺 ,采用的是就地强制氧化石灰石石膏法工艺 ,吸收1 t SO2 ,能够产生2. 7 t 具有商业应用价值的脱硫石膏[2 ] 。国内对电厂脱硫石膏的综合处理和应用已经起步 , 脱硫石膏的应用蕴藏着巨大的市场机遇 ,可以用作制造石膏砌块、 腻子石膏、 模具石膏、 纸面石膏板以及水泥等建材产品 ,但是目前能大量使用的限于制造纸面石膏板和作水泥缓凝剂。而国内钢铁烧结烟气脱硫刚刚起步 ,许多大钢铁公司的烧结厂还未安装。现在投入使用的烧结机头烟气湿法脱硫装置 ,如广钢烧结脱硫项目 ,采用双碱法脱硫工艺 ,副产物为半水亚硫酸钙和二水硫酸钙 ,由于场地限制 ,规模较小等原因只是简单地做无害化处理后填埋。
2 脱硫石膏利用
由于烧结厂与电厂工艺不同 ,同时各钢铁企业烧结所选用矿石配料也有明显差异 ,烟气成分(包含重金属和有机物成分二恶英、 呋喃和其他易挥发成分 ,还有其他酸性气体 HF、 HC L)有差异 ,进而经过湿法脱硫产生石膏品质不尽相同 ,在对脱硫石膏进一步深加工过程中 ,要严格符合下游工艺要求和相关行业标准才能生产出合格产品 ,因此 ,钢铁厂烧结烟气脱硫必须考虑钢铁厂所在地理位置、 工艺运行状况 ,选择脱硫工艺 ,在满足减排 SO2 总量及达标的条件下 ,充分考虑副产品的利用问题 ,实现循环经济运行模式 ,使企业在治理环境的同时 ,减少企业的经济负担。脱硫石膏的利用途径很广泛 ,如水泥、 建筑等领域都有应用 ,尤其在新型建筑材料方面 ,石膏制品有着特殊的地位。目前 ,脱硫石膏的综合利用主要有以下两个方面:
(1)脱硫石膏经处理后成为β- 半水石膏即建筑石膏 , 以此为原料可生产多种石膏制品。如纸面石膏板、 石膏砌块、 装饰石膏天花板、 石膏纸质纤维板、 石膏木质纤维板、 粉刷石膏、 嵌缝石膏、 填充石膏等[3 ] 。石膏板因其优良的防火、隔音和隔热性能 ,被大量用于墙壁及天花板等方面 ,尤其是纸面石膏板 ,石膏所带的约 21 %的结晶水在发生火灾时对高温的阻隔和燃烧有很好的抑制效果。石膏中易引起质量问题的不纯物质有 K、 Na、 NH3、 Fe、 Ca、 Mg等水溶性无机盐或有机物。此类盐如果含量过多 ,形成时会出现硬化过早或过迟 ,导致硬化体强度低。对于脱硫石膏来说 ,能引起质量问题的是Na、 Mg、 Al、 Fe 等不纯物。此类不纯物在成形后的干燥过程中 ,随干燥程度而移向表层附近 ,含不纯物多时 ,会出现表面粉化或可能与硫酸钙生成复合盐。粉化现象会使外观变得不平整、 不美观。石膏板用脱硫石膏的质量指标见表1[4 ] 。
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脱硫石膏的品质较好 ,具有良好的综合利用价值 ,特别是对缺乏天然石膏资源的省份 ,脱硫石膏将成为建材行业十分需要的原料。另外 ,建设石膏制品厂 ,生产成本低 ,还可以享受优惠的税收政策 ,具有十分广阔的市场前景。
(2)利用脱硫石膏作水泥缓凝剂。水泥用石膏中的不纯物是炭、 亚硫酸钙、 金属离子等。炭一般在混入水泥、 混凝土的时候 ,易进入浮出表面的浮浆中;活性炭吸附性强 ,易使混凝土质量降低;亚硫酸钙超过一定量与石膏共同存在的时候 ,易引起凝结时间延长。水泥用脱硫石膏质量规格要求如表2[4 ] 。
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对水泥行业来说 ,作水泥缓凝剂是脱硫石膏最主要的应用方式。我国的脱硫石膏主要集中在东部沿海地区 ,2006 年我国水泥产量约13亿t ,仅东部地区就有8亿t。按照4 %的添加量计算 ,如果全部用脱硫石膏代替天然石膏作为缓凝剂 ,1年可消化脱硫石膏 3 200 万 t ,完全可以解决目前脱硫石膏的利用问题。
另外脱硫石膏还可以用作土壤改良剂。1995 - 1997 年 , 沈阳市科委等单位同日本中央电力研究所、 东京大学等部门合作 ,对沈阳市康法两县 10 万 hm2 盐碱地进行了脱硫石膏改造试验 ,证明脱硫石膏能够促进盐碱地农作物生长并有增产作用。研究结果表明:加入0. 5 % - 1. 0 %的脱硫石膏增产效果显著 ,这就为烟气脱硫石膏的利用开辟了一条新的途径。该方法实践上还有很多问题有待解决[4 ] 。
3 结语
随着工业技术的发展和人们环保意识的增强 ,过去视为废弃物的烟气脱硫石膏正在越来越广泛地用作工业原料。目前利用脱硫石膏生产建筑材料已形成一定规模 ,用作水泥辅料的生产也进入工业化 ,其他方面的应用也具有一定的发展潜力[5 ] 。脱硫石膏的综合利用既有利于烟气脱硫技术的推广应用 ,也有利于减少脱硫副产物堆放所带来的二次污染及占地。在不久的将来 ,钢铁烧结行业脱硫石膏将被视为真正意义上的工业原料。
参考文献
[1 ]张方,马彦涛,胡将军.国内外火电厂烟气脱硫石膏的特点利用及处置. 粉煤灰综合利用,2003 (4) :50.
[2 ]田贺忠,郝吉明,赵吉吉.燃煤电厂烟气脱硫石膏综合利用途径及潜力分析.中国电力,2006 ,39 (2) :64.
[3 ]童伟刚,姚雪荣,莫伟标.烟气脱硫方法分析及脱硫石膏的应用途径.新型建筑材料,2006 (8) :56.
[4 ]王方群,原永涛,齐立强.脱硫石膏性能及其综合利用.粉煤灰综合利用,2004 (1) :41 - 44.
[5 ]陈云嫩.烟气脱硫石膏的综合利用.中国资源综合利用,2003 (8) : 53.
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