如何区分铅渣与钢渣

如何区分铅渣与钢渣
如何区分铅渣与钢渣

如何区分铅渣与钢渣
渣处理关于钢渣吸附剂的研究
作者：叶青 农登… 来源：大众科技网 时间：2006-2-27 阅读： 1499
【摘 要】文章介绍了钢渣的特性和综合利用现状,重点论述了钢渣作为吸附剂处理废水的优势和国内外对此新途径的研究.
　　【关键词】钢渣；吸附剂；综合利用

一、钢渣及其特性
　　（一）钢渣的形成
　　钢渣是炼钢生产的副产品.在炼钢过程中,从炉料熔化起,钢渣就开始形成,一直到出钢为止.炼钢过程是在高温下把炉料熔化成两个互不溶解的液相,将钢水和其他杂质分离.这里所说的杂质即为钢渣,它主要包括：炉料被氧化后生成的氧化物及硫化物、被侵蚀的炉衬及炉衬材料、金属炉料带入的杂质,如泥沙等；为调整钢渣性质所加入的造渣材料,如石灰石、铁矿石、萤石等.按炼钢工艺钢渣可分为：平炉渣、转炉渣和电炉渣；按冶炼过程一般可分为：初期渣、精炼渣、出钢渣及浇钢渣；按形成形态可区分为：水淬粒状钢渣、块状钢渣和粉状钢渣.
　　（二）钢渣的性质
　　钢渣的性质包括化学成分、矿物组成和主要的物理性能.由于钢渣受到炼钢炉、炉料来源及操作等方面影响,因此它的性质变化很大,各钢铁厂的钢渣性质也有显著差异,但同一类型钢渣还是存在着相似点.
1．钢渣的物理性质.由于化学成分及冷却条件不同造成钢渣外观形态、颜色差异很大.碱度较低的钢渣呈灰色,碱度较高的钢渣呈褐灰色、灰白色.渣块松散不粘结,质地坚硬密实,孔隙较少.渣坨和渣壳结晶细密,界限分明,尤其是渣壳断口整齐.自然冷却的钢渣堆放一段时间后发生膨胀风化,变成土块状和粉状.钢渣的含水率与焖渣方式和冷却条件关系较大.钢渣通常含水在3%～8%,容重1.32～2.26t/m3,抗压强度在1150㎏/cm3左右.平炉钢渣比重略小,孔隙稍多,稳定性要好一些.
　　2. 钢渣的化学成分.随着钢品种、原料、冶炼工艺及堆放期限的不同,钢渣的化学成分波动大.大多情况下,钢渣的主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3、FeO、MnO、P2O5等,其混合样的化学成分范围如表1.
表1 钢渣混合样的化学成分范围 %
　　3. 钢渣的矿物组成.钢渣的主要矿物组成一般为:β-C2S、C3S、C3MS2、CSH、RO相和金属铁等.但随着堆放期的延长金属铁的含量增大.
钢渣的矿物组成决定了钢渣具有一定的胶凝性,主要源于其中一些活性胶凝矿物的水化,如平炉渣的CaO含量较高时,常生成C3S、C2S及铁铝酸盐.转炉渣的C3S含量更多,故活性高于一般平炉渣.电炉还原渣中常含有C2S、CA、CI2A7等,若CaO含量高时还形成C3S和C3A.与硅酸盐水泥熟料相比,钢渣中这些矿物要少得多,且警惕发育粗大,活性较低.钢渣中游离的CaO、MgO含量较高,因而稳定性差.此外,钢渣中铁和锰的含量也比较高,由于铁、锰离子具有极化能力,对氧有很大的亲和力,因此氧离子能脱离正硅酸钙（锰）四面体破坏正硅酸盐结构,使四面体互相连接起来,生成巨大而复杂的硅氧团,从而降低其易磨性.
　　二、钢渣的综合利用现状
　　由于钢铁生产技术的提高和发展,导致大量钢渣弃置堆积.堆积钢渣形成渣山,既污染环境又占用大量的土地.为了适应钢铁工业发展的需要,工业发达国家注重于研究钢渣的利用技术,寻求利用量大,简易可行的钢渣利用途径,并已取得显著成果,达到了消除渣害的目的.通过钢渣的综合利用,越来越多的国家意识到,钢渣不再是单纯的副产品,而是宝贵的资源.20世纪70年代以来,工业发达国家面临严重的资源不足和缺乏能源的处境,可是钢渣的处理和利用技术却得到进一步发展.工业发达国家钢渣的综合利用率得到迅速提高,一直处于世界领先行列.由于炼钢设备、工艺布置、造渣制度、钢渣物化性能的多样性及其利用上的多种途径,决定了钢渣处理工艺上的多样化.工业发达国家根据钢渣的用途、炼钢工艺特点以及有利于提高炼钢生产能力来选择钢渣的处理工艺,从而保障了钢渣综合利用率的提高.
　　尽管我国对钢渣的综合利用研究的积极性大有提高,但综合利用技术发展不平衡.钢渣在烧结、炼铁、化铁炉、水泥生产的利用量仅为60多万吨.钢渣在工程回填料、农肥、筑路、油田建设等方面利用,资源流失比例仍然不小.
　　三、钢渣利用新途径———钢渣吸附剂处理废水
　　钢渣处理和综合利用具有良好的社会经济效益,已被人们普遍认识.充分利用钢渣,不仅解决了堆积占地问题,而且也解决了环境污染,缓解了废钢供应紧张的局面.因此大力研究各种不排渣或少排渣的处理技术,开发钢渣综合利用新方法,推广钢渣处理和综合利用新成果,是各个钢铁企业面临的问题.
　　（一）吸附法与吸附剂的选择
　　吸附法处理废水就是利用多孔性固体（称为吸附剂）的表面吸附去除水中的一种或几种溶质（称为吸附质）以回收或去除某种溶质的过程.吸附法因操作简单、处理速度快、净化效率高、应用较广泛.
　　吸附法的关键技术是吸附剂的选择.吸附剂的种类很多,可分为无机的和有机的,天然的和合成的.众所周知,活性炭是应用最早、用途最广的吸附剂,它是由各种含炭物质,如煤、木材、石油焦、果壳、果核等炭化后,再用水蒸气或化学药品进行活化处理制成的空隙发达的吸附剂.活性炭虽然性能优良,但我国活性炭产量少、价格昂贵,且吸附时间长,再生工艺复杂,限制了它在一些经济不发达地区和一些行业的使用.此外,研究报道较多的吸附剂有：活性氧化铝、硅胶、腐殖酸类吸附剂（如磺化煤）、黏土类吸附剂（如沸石、膨润土、凹凸棒石、坡缕石等）交联聚苯乙烯、壳聚糖、废弃物吸附剂（如污泥、粉煤灰、煤矸石、矿山尾矿）等.虽然许多固体表面都具有吸附能力,但满足工业需要的吸附剂需满足：有巨大的内表面,选择性良好；有较好的机械强度、热稳定性和化学稳定性；原料来源广泛,制备简单,价格低廉.
　　显然,能够同时满足这些要求的吸附剂并不多,许多吸附剂还只是实验室研究结果,无法投入到工业中.因此,开发新型高效吸附剂尤其是需求量大的金属废水处理吸附剂,仍然是一个异常活跃的领域,而近年来利用废弃物开发吸附剂尤其引人注目.
（二）钢渣吸附剂处理废水的优势
　　近年来,钢渣在污水治理中的独特作用逐渐被环保工作者认识,钢渣在污水治理方面可应用于处理含磷、镍、铬、砷等废水及其它污染物.利用钢渣制作吸附剂,尤其是废水处理吸附剂是钢渣综合利用的新方法,所制作的吸附剂是一种新型的吸附材料.与其他吸附材料相比,钢渣制作吸附剂,尤其是制作废水处理吸附剂的优势明显,主要表现在：
　　1．吸附性能优异.钢渣对金属离子的吸附不仅速度快,吸附过程彻底,一次性投放钢渣处理含铬的重金属废水可以达标排放,而且钢渣对重金属离子吸附的pH值范围广,在很宽的pH值范围内都可以稳定去除重金属离子,能够适应pH值波动大的废水.这是许多吸附材料所不具备的优点.
　　2．易于固液分离,简化吸附后处理工艺,操作简单.钢渣比重大、粒度粗,因此利用物理沉淀就可以很容易从废水中分离,应用于废水处理可大大简化废水处理的操作环节,降低成本.许多黏土类吸附材料,虽然吸附性能好,但由于遇水后容易粉化,颗粒粒度小,固液分离困难,限制了它们的工业应用.可以说,吸附材料是否易于固液分离是衡量一种吸附剂能否真正工业化的关键因素.
　　3．钢渣性能稳定,无毒害作用.钢渣都经过了1000℃以上的高温处理,钢渣产品不再含有毒有害的易溶出成分,因此性能稳定、安全性能好.
　　4．变废为宝、以废治废,社会效益、经济效益和环保效益显著.钢渣是废弃物,利用钢渣做吸附剂,可以变废为宝,减少钢渣堆放的危害,减轻钢铁企业支付钢渣占用土地费用和环保排污废的负担.据介绍,广西柳州钢铁集团这样一个不大的企业,每年支付的钢渣土地占用费就高达200多万元.
　　5．钢渣来源广泛,价格低廉,十分有利于废水处理厂降低废水处理成本.
　　6．与开发其他吸附剂相比,钢渣吸附剂不需破坏其他矿物资源或生物资源（如黏土类矿物资源、木材等）,这样不仅保护了这些矿物资源,而且避免了开发这些资源（主要露天开采）所造成的环境破坏,如露天开采的环境破坏,粉状材料焙烧固化过程中的排污等.
　　（三）国内外对钢渣吸附剂的研究
　　国外20世纪90年代中期分别研究了钢渣作为吸附剂对废水中镍、铅、铜等的吸附行为.国外文献曾报道了钢渣作为吸附剂去除废水中硝酸盐的特性；钢渣在处理废水中磷酸盐的应用；钢渣在处理染料、造纸废水中的应用；钢渣处理废水中铜离子、镍离子、铬离子、铅离子的应用等.所有这些研究都表明,钢渣是一种较好的环保吸附材料,而且钢渣处理废水,以废治废,变废为宝,具有较好的发展前景.
　　国内山东建材学院郑礼胜等人20世纪90年代初期最早研究了钢渣对废水中铬和砷的吸附情况.广西大学资源与环境学院马少健等人1999年以来系统研究了钢渣对铜、铅、铬、锌重金属离子和有机物等的吸附特征以及钢渣的改性吸附性能.但是至今为此,钢渣作为废水处理吸附剂的工业化开发与应用尚未见研究报道.根据广西大学马少健教授的研究实践,认为钢渣的工业化吸附剂尚有一些问题需要解决.其核心是：钢渣直接冷却后,大小块度极不均匀,最大块度可达一米以上,而且钢渣中因含有少量的铁导致钢渣脆性下降,韧性加强,因此利用常规破碎技术即费时又耗能,产品粒度不均匀,有不少会过磨,粒度难于控制,很难生产出粒度适宜、性能均匀的吸附剂产品.非但不能产生疏松多孔的产品,而且会破坏原有的孔隙,从而导致吸附效果下降.钢渣在炼钢过程中处于熔融状态（液态）,具有液体的一些特点,有流动性,液体分子间引力较小,切割容易,可无限分割,遇水急剧冷却凝固,如果处理方法得当,可以说钢渣在熔融状态下的粒化加工处理要比固态下加工容易得多,省时省电.另外钢渣在液态下应该更容易控制加工粒度,使产出的产品颗粒大小适宜,粒度均匀.再次,如果往液态熔液中添加改性剂和孔隙强化材料,因液态钢渣具有流动性,较易于混合均匀.因此,钢渣吸附剂的开发关键在于如何能在液态下对其进行直接造粒.广西大学资源与环境学院潘利文以液态钢渣为模拟对象,研究液态钢渣的离心粒化设备水淬法处理技术,在钢渣刚出炉处于熔融状态（即液态）下对钢渣进行造粒,取得一定的成果.
　　四、结语
　　广西是有色金属之乡,拥有大量的有色矿山、冶炼和加工企业,这些企业都排放重金属离子污染废水,对环境和人体健康造成危害.因此,面向工业废水,尤其是有色金属行业重金属离子污染废水,利用钢渣开发吸附材料将为广西带来巨大的经济效益、社会效益和环保效益.
　　
【参考文献】
[1]姜从盛,丁庆军,王发洲,等．钢渣的理化性能及其综合利用技术发展趋势[J] ．国外建材科技,2002,(3)．
　　[2]郑礼胜,王士龙．用钢渣处理含铬废水[J].1999,32(5).
　　[3]单志峰．国内外钢渣处理技术与综合利用技术的发展分析[J].工业安全与防尘,2000,（2）．
[4]马少健,刘盛余,胡治流,等.钢渣吸附剂对铬和铅重金属离子的吸附特性研究[J].有色矿冶,2004,（4）．
[5]潘利文．液态钢渣的离心粒化设备水淬法可行性模拟研究[J]．
　　[6]郑礼胜,王士龙,张虹,等．用钢渣处理含砷废水[J].化工环保,1996,16(6)．
叶 青,农 登 （广西大学机械学院,广西 南宁 530004）