半干法烧结烟气脱硫灰综合利用研究进展

　　摘要：烧结烟气是钢铁行业的主要污染物，成为钢铁企业SO2减排的重点，减排形势日趋严重，而随之产生的大量脱硫灰的综合利用成为急需解决的问题。介绍了烧结烟气脱硫灰的产生、特性以及污染现状，总结了当前国内外对脱硫灰综合利用的现状和利用过程中存在的问题，并提出了烧结烟气脱硫灰用作新型胶凝材料或者复合微粉的新途径，从而使之变废为宝。

　　2009年，我国粗钢产量约为5.678亿吨[1]，预计2010年我国粗钢产量将达到6.2亿、烧结矿7.6亿t、球团矿1.5亿tSO2的排放也将达到127万t，我国钢铁行业烧结工序SO2的排放量占钢铁行业SO2总排放量的40%～80%[2]，如果以2004年吨烧结矿排放SO2的标准进行测算，在不采取新的脱硫措施情况下，烧结工序排放SO2将达到709920吨，比2004年增加86.5%。

　　因此控制烧结机生产过程中SO2的排放，既是钢铁企业SO2污染控制的重点，同时对于实现“十一五”钢铁行业SO2减排目标和“十二五”减排规划具有重要的意义。作为国家和地方政府的重点环保任务，钢铁企业配套建设烧结烟气脱硫项目已势在必行。由于半干法脱硫工艺具有投资低、占地小、耗水少、对设备腐蚀小、副产物为干态、无废水产生、工艺简单等优点，能很好地克服湿法脱硫工艺的一些问题和不足，半干法脱硫工艺已逐渐成为烧结烟气脱硫的主导方向。随着半干法烟气脱硫项目的上马，同时也会带来脱硫灰的利用问题，当然脱硫灰的综合利用成为当前关注的热点。

　　为了寻找适合脱硫灰特点的高效便捷的利用形式，分析了烧结烟气脱硫灰的产生、污染和利用现状，并提出了将脱硫灰进行改性处理后用于制备复合胶凝材料的新思路，将有望解决脱硫灰大量堆存带来的问题。

　　1脱硫灰的特性

　　1.1半干法脱硫灰的产生

　　脱硫灰是半干、干法烟气脱硫产生的固体废弃物，而烧结烟气脱硫灰是烧结烟气与脱硫剂反应后经旋风分离器或袋式除尘器分离后产生的颗粒混合物[3]。按照不同脱硫工艺，脱硫灰可以分为炉内喷钙脱硫灰、喷雾干燥烟气脱硫灰、烟气循环流化床(CFB)脱硫灰和密相塔半干法烟气脱硫灰等。

　　钙基脱硫原理主要是利用石灰与SO2反应生成固态的钙式化合物，因此其混合物的成分有CaSO3、CaSO4、CaCO3以及CaO等。通常在炉内喷钙的干法脱硫工艺中，脱硫产物中的含硫物相既有CaSO4也有CaSO3，另外还有一部分未完全反应的游离CaO；而在喷雾干燥的半干法低温脱硫工艺中，脱硫产物中的含硫物相则以CaSO3为主，CaSO4含量很少，未完全反应的钙元素一般以Ca(OH)2的形式存在；循环流化床烟气脱硫的脱硫产物以亚硫酸钙为主，还包括部分氢氧化钙和硫酸钙，其特性与喷雾干燥技术的脱硫产物相似，主要区别在于产物中的亚硫酸钙比例增大；密相塔干法脱硫灰主要以硫酸钙为主，同时有含量较多的亚硫酸钙以及部分未反应的CaO。

　　1.2半干法脱硫灰的理化特性

　　半干法烧结烟气脱硫灰的外观是一种深红色的粉末，这是由于在炼钢过程中加入了铁矿石，Fe2O3的质量分数高的缘故。脱硫灰的容积密度0.55～1.0t／m3，真密度2.25～2.69t／m3。通过SEM图可得知某烧结烟气脱硫灰的颗粒不规则，呈多孔状颗粒，表面光滑，结构疏松。通过激光粒度仪分析，可知某半干法烧结烟气脱硫灰和某电厂脱硫灰的粒度特征参数如表1。

　　分析结果显示某烧结烟气脱硫灰的中位径为6.46μm，颗粒较细；80.1%的颗粒粒径分布在0.6～15μm之间，颗粒比表面积大，粒径分布比较均匀。而电厂脱硫灰的中位径为10.26μm，整体颗粒尺寸都比烧结脱硫灰大。该种烧结烟气脱硫灰的化学成分见表2。

　　由表2可以看出，烧结烟气脱硫灰中CaO、CaSO3、CaSO4和SO3的质量分数较高，分别36.7%、8.9%、15.8%和19.58%，为高钙、高硫型脱硫灰；Fe2O3的质量分数也高达9.41%；SiO2、Al2O3和MgO的质量分数相对较小；烧失量为15.2%，说明烧结烟气脱硫灰中含有大量未燃的碳。