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钢铁联合企业典型废弃物的综合处理研究

郝素菊  
【摘要】:目前,钢铁产业发展的主要方向是环境友好、绿色生态化及资源的高效综合利用,其中烧结烟气、焦化废水和钢渣为钢铁联合企业的主要废弃物,对其进行有效处理是实现绿色生态化冶金奋斗目标的重点内容。然而,过去的研究工作基本上是孤立的,没有综合考虑三者间的内在联系,因而处理工艺没有取得重大突破。本论文以烧结过程脱硫、烧结烟气脱硫、钢渣综合利用于焦化废水的降解处理为核心,进行了实验研究和机理分析。 为了研究烧结过程中各种因素对S在烧结过程中分配规律的影响,研制开发了小型烧结实验设备。实验结果表明,该设备可以很好地模拟烧结生产过程,是进行烧结过程研究的一种新方法。由于用料量少,大幅度降低了劳动强度,因此可以一个人独立完成实验操作。 烧结生产过程产生的SO2约占钢铁工业排放总量的60%~90%,石灰既是烧结过程中不可缺少的原料,又是常用的脱硫剂。采用真空煅烧法可以获得高活性石灰。石灰的活性度与煅烧温度、恒温时间有关,最佳工艺条件是在950℃时恒温60min。石灰的活性度与其比表面积、比孔容积之间有很好的正线性关系。用温升速率法可以准确测定高活性石灰的活性度,且操作更简单、操作环境更友好,具有很好的再现性。石灰活性对烧结过程有重要影响。提高石灰活性度,有利于针状、细针状铁酸钙的形成,可以提高烧结矿品位、烧结矿强度及成品率,改善烧结矿冶金性能。石灰活性对烧结过程中硫的分配有较大影响。提高石灰活性度,烧结矿中硫含量提高,但仍满足优质烧结矿的要求,可以减少烧结烟气中SO2排放量。矿相显微镜分析和扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明,烧结矿中硫以CaS形态存在,且主要分布在烧结矿的气孔部位。 烧结烟气中的SO2是酸性气体,而焦化废水中含有大量的氨等碱性物质,当他们接触时即发生中和反应。研究表明,利用焦化废水处理烧结烟气,可以有效脱除烧结烟气中的SO2,达到钢铁工业大气污染物排放标准。处理后焦化废水(即脱硫废水)的pH值降低,为后续铁炭内电解法处理废水工艺的进行提供了有利条件。 铁炭内电解法是近年发展起来的一种有效的废水处理方法。本论文利用钢渣和铁精粉、煤粉及少量黏结剂成功制备了高活性铁炭原电池,即高含碳金属化球团,该制备过程集成了海绵铁的制备和活性炭的制备过程,海绵铁与活性炭均匀分布其中,接触良好,组成了无数个铁炭原电池。研究结果表明,高含碳金属化球团对焦化废水中的酚类和氰化物有很好的降解效果,对COD有一定的降解效果,但对氨氮的去除效果较差。高含碳金属化球团对焦化废水的降解性能远高于45#钢屑、铸铁屑和海绵铁。气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)和傅立叶红外光谱(FT-IR)研究结果表明,高含碳金属化球团对废水中有机污染物的去除不是简单的吸附,而是通过原电池加氢还原反应,使复杂的环打开变为单环、链状结构,最终实现彻底降解的。 通过对S在烧结过程中的分配规律和用钢渣制备高含碳金属化球团处理焦化废水的工艺及机理等方面的研究,探索出一条综合利用焦化废水脱除烧结烟气中的SO2、然后利用高含碳金属化球团处理焦化废水的新的处理途径,为钢铁联合企业提高铁素利用效率、水利用效率,发展循环经济和绿色制造技术提供新的思路。


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