电弧炉炼钢粉尘的固化处理

电弧炉炼钢粉尘的固化处理彭兵,张传福,彭及(中南工业大学冶金科学与工程系,湖南长沙410083)[摘要]电弧炉炼钢粉尘中含有多种重金属,采用通常的方法填埋对环境造成污染,因此被列为有害废物.将粉尘与粘土混合后经高温固化处理,可将重金属元素包裹,以免在堆放时重金属被雨水或地下水浸出而污染水源.采用粘土作为固化添加剂较为经济,经实验研究电弧炉粉尘与粘土质量混料比选择1∶1,固化加热温度可降低至1200℃,固化处理后的粉尘达环保标准,填埋弃置不会对环境造成污染.并采用TGA,DTA和FTIR对固化产物进行热分析,可为固化产物的进一步开发利用提供热分析依据.[关键词]环保;固化;电弧炉粉尘[中图分类号]TF741[文献标识码]A[文章编号]1005-9792(2000)02-0124-03国外电弧炉炼钢发展十分迅速,预计21世纪将达到钢产量的50%以上,尤其对不锈钢和特种钢的生产,电弧炉具有明显的优势.电弧炉炼钢产出装炉量1%～2%的粉尘,粉尘中除含铁外,还含有铅、锌、镉、铬和镍等重金属元素[1].美国环保局(EPA)对电弧炉粉尘进行了毒性浸出试验(TCLP),铅、镉和铬等不能通过环保法标准,因此将该尘分类为有害废物,在国外被禁止以传统的方式填埋弃置.电弧炉粉尘与粘土均匀混合后经高温固化处理,重金属可被粘土中其它物质包裹使其稳定,从而使粉尘中的重金属元素不易被浸出而污染环境[2～4].Hug-gins[5]指出SiO2-Al2O3-MeO(金属氧化物)的熔化温度可降低到1200℃以下,且金属氧化物在熔体中的含量可达40%～50%,这为降低固化处理温度提供了依据.Beall[6]报道52%SiO2-15%Al2O3-MeO(Fe,Ca,Mg等其它金属氧化物)易熔和形成玻璃,经再加热后可获得细小的玻璃陶瓷材料,这可为固化后的产物找到未来市场.本研究中,采用易于获得的普通粘土作为固化剂以满足生产实际的需要.通过控制电弧炉粉尘与粘土的混料比和实验寻找最低固化温度,以降低电弧炉粉尘固化生产成本,并为固化工艺提供参数.对固化产物进行浸出试验,检测固化结果是否满足环保要求.利用固化产物生产玻璃或陶瓷要求加热时稳定、不发生化学反应.实验研究对固化产物进行热分析,可为固化产物的利用提供热分析依据.1原料和方法电弧炉炼钢中,粉尘经布袋收集.粉尘中含有Fe,Cd,Cr,Ni,Si,C,Mn,Mg,Pb和Zn.本研究中使用粉尘的化学成分见表1,X射线衍射分析显示铁以Fe2O3、铬以CrO、镍以NiO的形式存在(见图1),粉尘的物相结构和含量列于表2,粉尘形态见图2.实验使用的粘土,主要化学成分见表3.表1实验用电弧炉粉尘的化学成分w/%SiAlCaCrFeMn2.550.356.5310.3333.572.95NiPbZnMgTiP5.420.150.752.100.070.27表2实验用电弧炉粉尘的物相成分w/%SiO2Al2O3CaOCrOFe2O3MnO2NiOPbO5.450.669.1413.5148.004.676.700.16ZnOMgOTiO2P2O5Na2OCCdOK2O0.933.480.120.624.530.600.011.47表3粘土的主要化学成分w/%SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO54.1314.376.823.632.74[收稿日期]1999-11-15[作者简介]彭兵(1956-),男,中南工业大学讲师,博士研究生.第31卷第2期2000年4月中南工业大学学报J.CENT.SOUTHUNIV.TECHNOL.Vol.31No.2April2000图1电弧炉粉尘X射线衍射图图2电弧炉粉尘SEM图电弧炉粉尘与粘土均匀混合后,在室温下干燥3d,混合料为平均10mm的小团块.采用电炉加热混合料检测软化温度,确定混料比和固化温度.固化实验在电热回转窑中进行,回转窑转速控制为1.5r/min,混合料在高温区停留约35min,采用K型热电偶插入窑内检测和控制加热温度.固化后进行浸出性能和稳定性检验.浸出试验采用pH=5.0的弱醋酸溶液并配入适当醋酸钠以稳定过程的pH值,在室温下浸泡24h后采用ICP分析浸出液成分并与EPA标准对比.固化产物稳定性的检测采用TGA和DTA,并采用FTIR检测气相成分的改变.2实验结果2.1软化温度与混料比选择实验中发现,粉尘的熔化温度很高,常压空气中软化温度高达1600℃以上.这样的过高温度,不利于经济固化,但粘土中的氧化硅和氧化铝可与粉尘中氧化物作用降低软化温度,结果见图3.由图3可见,粉尘为混合料50%时软化温度最低约1180℃.因此,选择混料比为1∶1(质量分数),固化温度为1200℃.图3软化温度随混料比的变化2.2固化和浸出试验采用回转窑进行实验与将来的实际应用较为接近,但在生产实际中可将