鄂鋼廢脫硫劑用于燒結配礦的試驗
2014-07-07 09:23:58
武鋼集團鄂鋼能源動力廠現(xiàn)有2個焦爐煤氣精制站，一套處理能力22000m3/h，負責向煉鋼廠連鑄坯切割、RH爐和寬厚板廠各加熱爐、產品切割提供精制的焦爐煤氣；另一套處理能力10000m3/h，負責向冷軋廠罩式爐、鍍鋅退火爐和制氫站提供精制的焦爐煤氣；均采用固定床脫硫凈化工藝和變溫吸附（TSA）凈化工藝。
其工藝原理是：先在初脫塔中脫除焦爐煤氣中焦油和萘，再在脫硫塔中脫除焦爐煤氣中的H2S，使產品氣中的含萘量（標準條件下）：冬天不超過50mg/m3，夏季不超過100mg/m3；焦油含量（標準條件下）不超過10mg/m3；H2S含量不超過20mg/m3。
目前該裝置能很好地滿足生產用戶要求，但是也產生了大量的脫硫廢棄物，包括不能夠再生的活性炭、焦炭和廢脫硫劑。每年產生廢脫硫劑約230t，這些脫硫廢棄物中含有大量的焦油、萘、硫磺、硫化物等有毒有害物質，處理不當會造成嚴重的環(huán)境污染。
鄂鋼以前脫硫廢棄物的處理方法是將廢棄的活性炭、焦炭送入焦化廠煤場，以極低的比例混入原料精煤中，經過破碎后送入焦爐煉焦，實現(xiàn)了這部分脫硫廢棄物的利用，也消除了這部分廢棄物的污染問題；但是數(shù)量更大的廢脫硫劑由環(huán)保公司來處理，并給予環(huán)保公司一定的處理費用。隨著鋼企效益下滑，為降低鋼鐵成本，急需一種既經濟又環(huán)保的處理廢脫硫劑的方法。
1、廢脫硫劑的成分
脫硫劑的主要成分是Fe2O3，質量分數(shù)在70%以上，但是經過脫硫后會吸附焦油、萘、苯、CnHm、NH3、HCN等原焦爐煤氣中含有的有毒有害化合物。由于Fe3+與S2-發(fā)生氧化還原反應（Fe2O3+H2S→FeS+H2O+S），廢脫硫劑中還含有FeS、單質S等有害物質。
此外，焦爐煤氣中往往含有少量NH3、H2S和水蒸氣，這時吸附劑的表面會凝結一層呈堿性的水膜，有利于吸附呈酸性的H2S分子，此時的副反應主要有：
2NH3+2H2S+3O2→2（NH4）2S2O3
2NH3+ H2S+3O2→（NH4）2SO4
因此，廢脫硫劑中除含有焦油、萘、苯、CnHm、NH3、HCN等有機物外，還含有FeS、S、（NH4）2SO4、（NH4）2S2O3等無機物，其中主要成分是FeS，凈重占比約40%～60%。
2、廢脫硫劑的危害
焦油、萘、苯、CnHm、NH3等有機物揮發(fā)性強，長時間接觸會產生頭暈、嘔吐等癥狀，HCN則有劇毒，這些揮發(fā)性物質擴散到空氣中會污染環(huán)境。
FeS在空氣中受熱或光照時極易自燃，會產生SO2污染空氣，處置不當，還有可能發(fā)生火災隱患。反應式如下：
FeS+3/2O2→FeO+SO2+49kJ
2FeO+1/2O2→Fe2O3+271kJ
FeS2+O2→FeS+SO2+222kJ
Fe2S3+3/2O2→Fe2O3+3S+586kJ
3、廢脫硫劑的處理方法
國內鋼鐵和化工企業(yè)關于廢脫硫劑的處理方法有很多種，通常做法如下：
3.1、焚燒法
這種方法是將廢脫硫劑送焚燒爐焚燒，燒掉了焦油、萘等有機物和FeS、S等，但會產生SO2，形成二次環(huán)境污染。
3.2、深埋法
這種方法是將廢脫硫劑異地深埋，需要修筑費用較大的地下設施，費用較大，也會緩慢產生SO2，形成二次環(huán)境污染。
3.3、化學處理法
化學處理法種類較多，包括化學抑制法、酸洗法、高pH溶劑清洗法、中和法（即生石灰法）等方法，大多成本高，且伴有SO2排放問題，比較好的是中和法，這種方法是將廢脫硫劑用水沖洗，與生石灰和碳粉拌合，深埋于脫硫池底，使FeS與CaO反應最終生成穩(wěn)定的CaSO4和FeO。這種方法只能處理廢脫硫劑的FeS的污染問題，不能解決其有機物污染問題，且需要修筑脫硫池等設施，勞動強度較大。
4、鄂鋼廢脫硫劑送燒結廠處理的步驟和原理
由于廢脫硫劑中含有40%～60%（質量分數(shù)，下同）的FeS及10%～20%的Fe2O3，經過檢測，含鐵量在50%左右，是很好的含鐵原料，且脫硫劑顆粒為Ф（4～5）mm×（10～15）mm的柱狀體，便于運送，為節(jié)省處理費用，同時又要保證不因廢脫硫劑中含有的有機和無機有毒有害物質污染環(huán)境，鄂鋼能源動力廠經公司安環(huán)部和燒結廠同意，將廢脫硫劑送往燒結廠配礦處理，步驟如下：
1）將焦爐煤氣精制站更換下來的廢脫硫劑裝車送到燒結廠原料場單獨堆放，再由配礦工程師根據(jù)燒結礦混勻建堆需要的適當比例選用。注意：由于廢脫硫劑中含有的FeS凈重占比可達60%，量大且在空氣中（溫度≥40℃）極易自燃，因此在堆放時注意噴水降溫，盡量做到即送即用，以消除火災隱患和二次污染。
2）廢脫硫劑與礦石原料混合后，再送燒結機焙燒，此過程溫度達1100℃左右，可將脫硫劑吸附的焦油、萘、苯、CnHm、HCN等有機危害成分經過充分燃燒，最終生成CO2隨煙氣排放到大氣中，能解決脫硫劑中的有機物污染問題。
3）廢脫硫劑中FeS和S燃燒后產生Fe2O3和SO2，Fe2O3配入了燒結礦，SO2進入燒結煙氣�；瘜W反應如下：
4FeS+7O2→2Fe2O3+4 SO2
S+O2→SO2
4）產生的SO2煙氣通過燒結主抽風機送至燒結煙氣脫硫（石灰-石膏法）裝置吸收，最后生成可作為二次資源利用的石膏產品。石灰-石膏法脫硫的特點是：SO2脫除率高，脫硫效率可達95%以上，其原理是：使氣態(tài)的含SO2煙氣和液態(tài)的石灰水懸浮液之間發(fā)生物質的轉化而吸收SO2，其反應過程為：
①SO2的吸收。SO2進入液相，首先發(fā)生如下一系列反應：
SO2+H2O→H2SO3
H2SO3→2H++SO32-
②硫酸鹽的形成。工藝上采取向循環(huán)槽中鼓入空氣的方法，使SO32-與空氣接觸后，被強制氧化成SO42-。
HSO3-+1/2O2→HSO4-→SO42-+H+
Ca2++ SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O↓
5）廢脫硫劑的（NH4）2SO4、（NH4）2S2O3銨鹽也通過上述反應②生成CaSO4結晶體沉淀下來，產生少量含NH4+廢水通過下水道送公司綜合廢水處理廠進行處理。
6）脫硫劑中剩余的主要成分Fe2O3送高爐冶煉還原成Fe。反應過程為：
3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO
Fe3O4+CO＝3FeO+CO2
FeO+CO＝Fe+CO2
FeO+C＝Fe+CO
鄂鋼新建的2座260m2燒結機，均建有煙氣脫硫裝置，2012年12月開始將廢脫硫劑送燒結廠處理，燒結煙氣分析結果見表1，脫硫比率大于95%，達到了燒結煙氣SO2的達標排放要求，得到了鄂鋼公司安全環(huán)保部的認可。
表1：鄂鋼260m2燒結機煙氣脫硫測量結果
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時間
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SO2入口值/（mg·m-3）
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SO2出口值/（mg·m-3）
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煙塵入口值/（mg·m-3）
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煙塵出口值/（mg·m-3）
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脫硫比率/%
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2012年11月
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1337
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58
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19
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16
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95.70
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2012年12月
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1506
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61
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20
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18
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95.95
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5、經濟效益分析
2011年以前鄂鋼產生的廢脫硫劑全部送環(huán)保公司處理，處理費用約2000元/t，2012年開始送燒結廠處理，單此一項可節(jié)約處理費用40多萬元/年。
此外脫硫劑中的Fe2O3也得到了很好的再生回收利用，每噸脫硫劑含Fe量（質量分數(shù)）大于50%，年可回收生鐵115t，創(chuàng)效約30萬元/年。
6、結語
通過試驗，焦爐煤氣精制站產生的廢脫硫劑送燒結廠配礦處理，可有效地消除廢脫硫劑對環(huán)境的污染危害，且能回收其中的鐵元素，獲得較好的經濟效益。
收稿時間：2013年8月
來源：鄂鋼
