应用非高炉炼铁技术处理固体废弃物

摘要：先进国家利用熔融还原技术开发了高温焚烧炉，这种带有焦炭床、富氧和双排风口的高温炉，可以达到对固体废弃物进行无害化和资源化的处理。由于我国的资源条件有限和国内高炉喷煤量的迅速提高，应用非高炉炼铁技术在国内形成规模产业是非常困难的。不过利用非高炉炼铁技术，特别是其中的熔融气化炉技术，开发适合处理我国固体废弃物的工艺，可以使我国在环境保护方面赶上世界先进水平。这也为非高炉炼铁技术在国内应用提供了一个新的领域。
关键词：环境保护；非高炉炼铁；高温焚烧炉；固体废弃物
1前言
随着我国现代化步伐不断加快，国内城市化和居民消费水平不断提高，每年产生的废弃物量不断增加，我国的工业废弃物从1981年到2000年增加了近1倍[1]。我国工业废弃物已达7亿t，其中经有效处理和综合利用的比例都很低，大部分都堆积起来，累计堆存占地近1亿m2，其中一些有毒废渣造成土地和地下水的污染，已构成重大的环境隐患。固体废弃物对环境的污染不同于废水、废气和噪声，它们往往是许多污染成分的终级状态，如将有害气体富集到废渣中；有害悬浮物被分离出来形成的污泥和残渣；通过焚烧一些含贵重金属可燃物产生的含有害金属的粉尘。终态物质中的有害成分在长期自然因素作用下，又会转入大气、水体和土壤，故又成为环境污染的源头[2]。因为固体废弃物具有源头和终态这一特性，所以控制好源头、处理好终态是控制固体废弃物污染的关键。在先进国家采用的技术是3C原则，即清洁(Clean)、循环(Cycle)、控制(Control)。另一方面，固体废弃物有离位资源之称，处理得当完全可以从中得到许多有用资源。综上所述，控制固体废弃物污染要从防止固体废物污染和综合利用废物资源这两方面入手。我国控制固体废弃物污染技术的政策是减量化、资源化和无害化。为达到这一目的，需要采取以下的一些措施：改革生产工艺，用无废或少废技术、采用精料、提高质量和使用寿命；发展物质循环利用工艺；进行综合利用；进行无害化处理和处置。无害化处理和处置是控制固体废弃物作为污染源头的有效措施。
无害化处理和处置的方法较多，热处理方法是其中的一个重要方法。热处理是通过高温破坏以改变固体废弃物的组成和结构，同时达到减容、无害化或综合利用的目的。方法包括焚化、热解、焙烧和烧结等，其中高温焚烧是进行资源化和无害化最好的方法。
固体废物经过焚烧，将固体废弃物中含有能量回收利用，体积可以大幅度减少。有害废物通过焚烧，可以破坏其组成结构或消灭病菌，达到解毒、除害的目的。但目前较为流行的焚烧炉的温度大都是在1000℃左右。
2用非高炉炼铁技术处理固体废弃物
前些年，国外开发了一些非高炉炼铁技术，主要是熔融还原技术。虽然这些非高炉炼铁技术取得了一定的成果，但因为高炉炼铁的生产规模大、能耗低、效率高、质量好，据有关专家估计，在较长的一段时间内其他炼铁方法无法与之相比[3，4]。特别是目前先进的高炉的喷煤量已经达到260kg/t(Fe)，生铁的成本在100美元/t左右。这些都为已经开发成功的熔融还原技术的推广带来许多困难，使一些需要进一步完善的熔融还原技术更是举步艰难。。面对这种情况，国外的一些研究开发公司及时地将熔融还原的技术应用到处理固体废弃物中，并取得了很好的结果。
2.1粉尘精炼炉
日本川崎公司自70年代以来，开发出一种使用廉价铁矿粉，低质焦炭和煤的熔融还原流程，并在1986年进行了半工业试验，已具备了工业化条件。该熔融还原被称为Kawasaki流程，特点是采用了双排风口和炉内存在焦炭床。由于该技术采用一些低质的焦炭，与当时熔融还原的全部采用煤代焦的主体指导思想不符，故这项技术一直没有得到人们的重视。在20世纪90年代，川崎千叶制铁所投资70亿日元，在该项技术的基础上，开发了处理炼钢粉尘和轧钢厂水处理时产生污泥的方法，也称之为粉尘精炼炉[5]。
川崎千叶首先通过在内径为1.2m，高为3.64m双层风口的半工业试验炉进行喷吹粉尘实验。取得了热金属温度为1420～1560℃，其中铬含量大部分为10%，渣中FeO和铬含量分别为1%和0.5%的结果。之后，建立了容积为140m3用于生产中的粉尘精炼炉，并直接与千叶厂第四炼钢车间连接，处理钢厂粉尘和轧钢厂的污泥，各占50%，其粒度为10～700μm，水分脱干到0.5%以下。经过6个月达到了预定日产140t热金属的目标。
粉尘精炼炉下部设有两段风口，上段风口喷吹粉尘和少量热风，大部分的热风从下段风口吹入。小块焦炭从炉顶将焦炭加入，在炉内会形成一个焦炭料层。下段风口前易形成高温燃烧区，上部风口喷入粉尘在高温燃烧区内被熔化，还原和渣金分离。炉顶产生的煤气(CO为53%～55%，H2为1%～2%)；其放热值为6.99×106J/m3，可作为钢铁厂的煤气。
以前转炉粉尘进行团块处理后，供给高炉和转炉使用，金属回收率较低。千叶厂第四炼钢车间生产的是特殊钢(包括不锈钢)，粉尘中含有许多贵重金属。采用该方法处理粉尘，金属回收率由原来的90%提高到97%，而且可处理以往不处理轧钢废水中的污泥，同时回收Cr、Ni等贵重元素。这项原本为熔融还原炼铁开发的技术，最后被成功地利用来处理工业固体废弃物。