
不锈钢钢渣单颗粒成分分析及用于烟气脱硫的模拟试验_段鹏丽.pdf
6页第一 作 者 :段鹏丽 ,女 ,1989年生 ,硕士 研究生 ,研究方向为大气环境化学 #通讯 作 者 *国家自然科学基金资助项目 (No.21177078、No.41175111);环境保护部公益项目 (No.201309009);山西省回国留学人员科研 项目 (No.2013-012)不锈钢钢渣单颗粒成分分析及用于烟气脱硫的模拟试验*段鹏丽1耿红1#赵磊1宣莹莹2李红3(1.山西大学环境科学研究所,山西太 原 030006;2.国家环境保护煤炭废弃物资源化高效利用技术重点实验室,山西太原 030006;3.中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室,北京100012)摘要为研究不锈钢钢渣化学成分及用于烟气脱硫的可行 性 ,采 用电子探针微区分析技术对太原钢铁 (集团 )有限公司不锈钢钢渣进行单颗粒形貌和组分分析 ,然后测定钢渣中游离氧化钙含量和浆液的pH,在此基础上 ,开展了将其用于烟气脱硫的模拟试验 ,研究了钢渣干湿状态 、粒径对脱硫效率和失效时间的影响 结果表明 ,不锈钢钢渣颗粒呈不规则形状 ,主要成分包括 CaO、MgO、Al2O3、SiO2等,其中游离氧化钙占4%~7%;钢 渣浆 液呈碱性 。
浸湿状态下80目以上钢渣脱硫率大于 60%,失效时 间170min表明不锈钢钢渣具备一定的烟气脱硫潜力 ,可以考 虑用来 “以废治废 ”关键 词不 锈钢钢渣单颗粒分析化学成分烟气脱硫模拟试验Studyon chemical compositions of stainless steel slagand its application in flue gas desulfurization DUAN Pengli1,GENG Hong1,ZHAO Lei1,XUAN Yingying2,LI Hong3.(1.Institude ofEnvironment Science,Shanxi University,Taiyuan Shanxi 030006;2.State Environmental Protection KeyLaboratoryofEfficient Utilization ofCoal WasteResource,Taiyuan Shanxi 030006;3.State KeyLaboratoryofEnvironmental Criteria and Risk Assessment,ChineseResearch AcademyofEnvironmental Science,Beijing100012)Abstract:The main purpose of this article is to determine chemical compositions of stainless steel slag throughsingle-particle analysis and study on whether they can be applied in flue-gas desulfurization.The stainless steel slagparticles,obtained from Taiyuan Iron and Steel(Group)Co.,Ltd.,were characterized using the electron probe microanalysis technique(EPMA).The levels of free calcium in stainless steel slag and slurry pH were also measured.Insimulation experiments,the influences of the steel slag dry/wet status and particle size on flue-gas desulfurization effi-ciencywere investigated.Results showed that the stainless steel slag particles mainly consisted of CaO,MgO,SiO2andAl2O3,in which 4%to 7%of free CaO were included,and pH of the steel slag slurry were 11-13.For the wetted steelslag particles which were less than 180μm in diameter,their efficiency in flue-gas desulfurization was more than 60%.It suggested that stainless steel slag could be efficiently utilized to deal with waste gas such as SO2in flue-gas.Keywords:stainless steel slag;single-particle analysis;chemical composition;flue-gas desulfurization;simula-tion experiment我国钢 铁业的快速发展导致大量钢渣产生 ,这些钢渣若不能综合利用或合理处置 ,则会造成严重的资源浪费和环境污染[1]。
如何使 钢渣减量化 、无害化 、资源化是当前我国面临的一项紧迫任务[2]目前 ,钢渣 的二次利用方式有筑路 、制造水泥 、作土壤改良剂 、植物肥料 、处理废水等[3-4],但消化 量远远不能抵消它们的产生量 因此 ,亟待开发多种能有效利用钢渣的途径和方法[5],其中较受关注的是 “以废治 废 ”,将钢渣用于烟气脱硫[6-8]笔者以太原钢铁 (集团 )有限 公司不锈钢钢渣为例 ,在测定其单颗粒成分和游离氧化钙 (f-CaO)的 基础上 ,将其用于烟气脱硫的模拟 试验研究 ,目的在于探索不锈钢钢渣作为脱硫剂的可能性 ,为不锈钢钢渣的综合利用开辟一条有效的途径 1 材料与方法1.1 材料利用破 碎 、筛分 、磁选 “一步法 ”工艺处理后的不·92·段 鹏 丽 等不锈钢钢渣单颗粒成分分析及用于烟气脱硫的模拟试验图 1实验室烟气脱硫模拟装置示意图Fig.1 The schematic diagram of the simulation experiment for flue-gas desulfurization注 :测量钢渣在干燥状态下的脱硫率时 N2不经过盛水的锥形瓶 锈钢钢 渣 ,基本不含有用金属[9],粒径范 围选择20~60、60~80、80~100目 。
1.2 主要仪 器设备和试剂MAY七 级冲 击式颗粒分级采样器 (可采空气动力学 直 径 范 围 分 别 为>16.00、8.00~16.00、4.00~8.00、2.00~4.00、1.00~2.00、0.50~1.00、0.25~0.50μm的颗粒 );采样膜为洁净的银箔(Goodfelow公司 ,纯度99.99%);场发射扫描电子显微镜 (FESEM,Zeiss Ultra 55型 );酸度计 (Ther-mo Orion model 920);游离氧 化钙测定仪 ;智能烟气分析仪 (TH-990F(Ⅱ));可 控硅 控制器 (KSW-6-16);节能型 开启式电阻炉 (SK2);高纯N2钢瓶 ;SO2钢瓶 ;空气 泵 乙二醇-乙醇 (2+1)溶 液 (分析 纯 );酚酞指示剂 ;苯甲酸无水乙醇标准溶液 (分析纯 )1.3 测 量方 法1.3.1 电子探 针微区分析 (EPMA)技术测 量不锈钢钢渣颗粒形貌与化学成分将不同粒径钢渣颗粒采集于专用银箔上 ,使用FESEM观察了212个 颗粒 的二次电子像 (SEI),并测定每 个颗粒的X-射线能 谱 (EDX),通过蒙 特卡罗模拟程序计算每个颗粒物中各元素的相对含量 ,分析颗粒物的化学成分[10]。
1.3.2 钢渣浆 液pH的测定用微量电子天平分别称取20~40、40~60、60~80、80~100目的钢 渣各1g,溶于50mL蒸馏水 ,搅 拌3min后将上 清液倒出 ,测其pH,观察不同粒径钢渣浆液pH的变化 然后称取80~100目的钢渣1、2、3、4、5g,分 别溶于50mL蒸馏水 ,搅 拌3min后 测其 上清液pH,观察不同浓度钢渣浆液pH的变化 1.3.3 钢渣颗 粒中f-CaO的 测定称 取0.4g钢 渣置 于干燥洁净的250mL锥形瓶中 ,加 入20mL乙二醇-乙醇 (2+1)溶 液 ,搅拌 均匀后置于游离氧化钙测定仪上萃取4min,萃取液用 苯甲酸无水乙醇标准溶液直接滴定 ,通过测定溶液中的乙二醇钙获得f-CaO的 含量[11],计算f-CaO在 钢渣颗粒中所占的比率 分别将20~60、60~80、80~100目的钢 渣颗粒按上述分析方法进行测定 每个粒径范围的钢渣测定4次 1.3.4 将钢渣用于烟气脱 硫的模拟试验研究烟气脱硫模拟试验装置如图1所示 ,试验流程如下 :调节SO2、N2流量 ,将它 们与适量空气混合后一起进入反应管 (玻璃反应管内径为22cm、高为80cm,外部裹 有电阻炉加热套管 ,中间凹陷处放置支撑填料 ———石 英棉 ,钢 渣样品置于石英棉上 )。
反应后的尾气从反应管底部排出 ,使用智能烟气分析仪测量气体中的SO2浓度 ,自动 记录数值 由于进口SO2浓度恒 定 ,每次试验后测量出口的SO2浓度即可 计算脱硫率 2 结果与讨论2.1 钢渣颗粒物的形貌与化学成分典型钢渣颗粒的SEI及EDX图谱分 别见图2和图3根据元素组成将所测钢渣颗粒分为13类 ,按数量相对丰度大小依次排序 ,结果见表1以上结果表明 ,钢渣颗粒主要矿物相为硅酸钙 、钙镁橄榄石 、钙镁蔷薇辉石等 ;主要组成成分为CaO、SiO2、Al2O3及MgO(含这些 成分的颗粒占所测颗粒的90%以 上 ),有时含 少量Na2O、CaCl2及TiO2等 该结果与 石洪志等[12]和SHEN等[13]用X射线荧 光光谱仪和X射线衍射仪对钢渣的化学和矿物组成测定结果基本一致 2.2 钢 渣浆 液的pH及其f-CaO的 含量2.2.1 不同粒径和不同浓 度钢渣浆液的pH不锈钢钢渣浆液pH为11~13(见 表2和表3),·03·环境污染与防治第 36卷第 9期2014年 9月表 1不锈钢钢渣颗粒中元素原子质量分数及可能的化学组成Table 1 The element atomic concentrations and possible chemical compositions of stainless steel slag particles序号 数 目相对丰度/%各元素原子质量分数 (平均值 )/%O Na Mg Al Si S Cl Ca Ti颗粒物可能的化学组成1 69 32.6 63.0 12.6 23.4 SiO2·CaO2 51 24.1 61.1 3.3 13.4 21.7 SiO2·CaO·MgO3 46 21.7 66.3 4.3 3.1 9.8 16.0 Al2O3·SiO2·CaO·MgO4 27 12.7 65.8 5.1 7.5 21.5 Al2O3·SiO2·CaO5 4 1.9 69.2 3.4 3.2 9.2 1.9 12.9 Al2O3·SiO2·CaO·MgO·CaCl26 3 1.4 69.2 29.5 CaO7 3 1.4 51.8 2.4 9.0 36.8 MgO·Al2O3·SiO28 2 0.9 68.2 1.2 1.7 10.3 17.3 Na2O·MgO·SiO2·CaO9 2 0.9 。












