核心提示：　　電弧爐煉鋼粉塵的固化處理彭兵，張傳福，彭及（中南工業(yè)大學(xué)冶金科學(xué)與工程系，湖南長(zhǎng)沙粘土混合后經(jīng)高溫固化處理可將重金屬元素包裹，以免在堆放時(shí)重金屬被雨水或地下水浸出而污染水源。采用粘土作為固化添加劑

　　電弧爐煉鋼粉塵的固化處理彭兵，張傳福，彭及（中南工業(yè)大學(xué)冶金科學(xué)與工程系，湖南長(zhǎng)沙粘土混合后經(jīng)高溫固化處理可將重金屬元素包裹，以免在堆放時(shí)重金屬被雨水或地下水浸出而污染水源。采用粘土作為固化添加劑較為經(jīng)濟(jì)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究電孤?tīng)t粉塵與粘土質(zhì)量混料比選擇1：1，固化加熱溫度可降低至1200C，固化處理后的粉塵達(dá)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，填埋棄置不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。并采用TGA，DTA和FTIR對(duì)固化產(chǎn)物進(jìn)行熱分析，可為固化產(chǎn)物的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供熱分析依據(jù)。

　　國(guó)外電弧爐煉鋼發(fā)展十分迅速，預(yù)計(jì)21世紀(jì)將達(dá)到鋼產(chǎn)量的50%以上，尤其對(duì)不銹鋼和特種鋼的生產(chǎn)，電弧爐具有明顯的優(yōu)勢(shì)。電弧爐煉鋼產(chǎn)出裝爐量1%~2%的粉塵，粉塵中除含鐵外，還含有鉛、鋅、鎘、鉻和鎳等重金屬元素丨11.美國(guó)環(huán)保局（EPA）對(duì)電弧爐粉塵進(jìn)行了毒性浸出試驗(yàn)（TCLP），鉛、鎘和鉻等不能通過(guò)環(huán)保法標(biāo)準(zhǔn)，因此將該塵分類(lèi)為有害廢物，在國(guó)外被禁止以傳統(tǒng)的方式填埋棄置。電弧爐粉塵與粘土均勻混合后經(jīng)高溫固化處理，重金屬可被粘土中其它物質(zhì)包裹使其穩(wěn)定，從而使粉塵中的重金屬元素不易被浸出而污染環(huán)境丨2~4.Huggins（金屬氧化物）的熔化溫度可降低到1200C以下，且金屬氧化物在熔體中的含量可達(dá)40%~50%，這為降低固化處理溫度提供了依據(jù)。Beall161報(bào)道52%SiO2-15%AkO3-MeO（Fe，CaMg等其它金屬氧化物）易熔和形成玻璃，經(jīng)再加熱后可獲得細(xì)小的玻璃陶瓷材料，這可為固化后的產(chǎn)物找到未來(lái)市場(chǎng)。本研究中，采用易于獲得的普通粘土作為固化劑以滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)際的需要。通過(guò)控制電弧爐粉塵與粘土的混料比和實(shí)驗(yàn)尋找最低固化溫度，以降低電弧爐粉塵固化生產(chǎn)成本并為固化工藝提供參數(shù)。對(duì)固化產(chǎn)物進(jìn)行浸出試驗(yàn)，檢測(cè)固化結(jié)果是否滿(mǎn)足環(huán)保要求。利用固化產(chǎn)物生產(chǎn)玻璃或陶瓷要求加熱時(shí)穩(wěn)定、不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)研究對(duì)固化產(chǎn)物進(jìn)行熱分析，可為固化產(chǎn)物的利用提供熱分析依據(jù)。

　　1原料和方法電弧爐煉鋼中，粉塵經(jīng)布袋收集。粉塵中含有Fe，CdCrNiSiC，MnMg，Pb和Zn.本研究中使用粉塵的化學(xué)成分見(jiàn)表1，X射線(xiàn)衍射分析顯示鐵以Fe2O3、鉻以CiO、鎳以NiO的形式存在（見(jiàn)），粉塵的物相結(jié)構(gòu)和含量列于表2，粉塵形態(tài)見(jiàn)。

　　實(shí)驗(yàn)使用的粘土，主要化學(xué)成分見(jiàn)表3.表1實(shí)驗(yàn)用電孤?tīng)t粉塵的化學(xué)成分w/表2實(shí)驗(yàn)用電弧爐粉塵的物相成分表3粘土的主要化學(xué)成分彭兵（1956―），男，中南工業(yè)大學(xué)講師，博士研究生。

　　2.2固化和浸出試驗(yàn)采用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與將來(lái)的實(shí)際應(yīng)用較為接近，但在生產(chǎn)實(shí)際中可將電加熱改為燃?xì)饣蛉加?。固化結(jié)果見(jiàn)比較和可見(jiàn)，電弧爐粉塵中的重金屬氧化物由單純氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合型氧化物，產(chǎn)物形態(tài)也發(fā)生了變化（見(jiàn)）從而可有效防電弧爐粉塵與粘土均勻混合后，在室溫下干燥3d混合料為平均10mm的小團(tuán)塊。采用電爐加熱混合料檢測(cè)軟化溫度，確定混料比和固化溫度。固化實(shí)驗(yàn)在電熱回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速控制為1.5r/min，混合料在高溫區(qū)停留約35min，米用K型熱電偶插入窯內(nèi)檢測(cè)和控制加熱溫度。固化后進(jìn)行浸出性能和穩(wěn)定性檢驗(yàn)。浸出試驗(yàn)采用pH=5.0的弱醋酸溶液并配入適當(dāng)醋酸鈉以穩(wěn)定過(guò)程的pH值，在室溫下浸泡24h后采用ICP分析浸出液成分并與EPA標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比。固化產(chǎn)物穩(wěn)定性的檢測(cè)采用TGA和DTA，并采用FTIR檢測(cè)氣相成分的改變。

　　2實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.1軟化溫度與混料比選擇bookmark6實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，粉塵的熔化溫度很高，常壓空氣中軟化溫度高達(dá)1600C以上。這樣的過(guò)高溫度，不利于經(jīng)濟(jì)固化，但粘土中的氧化硅和氧化鋁可與粉塵中氧化物作用降低軟化溫度，結(jié)果見(jiàn)。由可見(jiàn)，粉塵為混合料50%時(shí)軟化溫度最低約1180C因此，選擇混料比為1：1（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）固化溫度為表4浸出液ICP分析結(jié)果元素EPA標(biāo)準(zhǔn)ICP結(jié)果元素EPA標(biāo)準(zhǔn)ICP結(jié)果止被浸出而污染環(huán)境。浸出結(jié)果證實(shí)了這一事實(shí)（見(jiàn)表4但I(xiàn)CP不宜分析Hg和Se）。由表4可見(jiàn)達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

　　23固化產(chǎn)物穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)和。TGA曲線(xiàn)顯示固化產(chǎn)物十分穩(wěn)定，加熱至1000C失重僅0.3%DTA曲線(xiàn)顯示在加熱過(guò)程中沒(méi)有明顯的反應(yīng)發(fā)生。FTIR探測(cè)到微量的H2和C2它們來(lái)自存放時(shí)與空氣的接觸。這一結(jié)果顯示固化產(chǎn)物可滿(mǎn)足玻璃和陶瓷生產(chǎn)對(duì)原料化學(xué)穩(wěn)定性的要求。

　　固化產(chǎn)物熱重和熱差分析結(jié)論a電弧爐粉塵與普通粘土混合加熱固化是一經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法，固化結(jié)果可達(dá)環(huán)保要求。

　　為降低固化加熱溫度，電弧爐粉塵與粘土的混料比選擇1：1（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為宜，固化加熱溫度為1200固化設(shè)備可采用回轉(zhuǎn)窯。

　　熱分析結(jié)果顯示固化產(chǎn)物穩(wěn)定，可滿(mǎn)足玻璃和陶瓷生產(chǎn)對(duì)原料化學(xué)穩(wěn)定性的要求。