炼钢厂三废治理与再利用
摘要
近十年来，钢铁工业得到迅速发展，对环境的污染也越来越严重，冶金工业带来的环境问题也日益引起人们的重视。冶金企业污染物具有排放量大、成分复杂的特点，治理的技术难度很大。这不仅需要国家有关环境保护政策的和法规的保证，更需要环境工程技术的支撑。
工业产生的污染物可以分为废气、废水、固体废弃物三类，这三类污染物从不同的角度和程度污染我们周围的环境。在冶金生产中不同的工艺过程生产出的污染物也是不同的，因此我们在处理冶金工业对环境污染问题时首先要知道各个生产工业过程所产生的废弃物有哪些，再去寻找处理污染物的方法。
现代钢铁冶金基本上是采用火法冶金的方法冶炼钢铁。在火法冶金中天然矿石或人工精炼矿中的部分或者全部矿物在高温下经过经过一系列物理化学变化，生成另一种新形态的化合物或者单质，分别富集在气体、液体或固体产物中，达到所要提取的金属与脉石级其他杂质分离的目的。炼钢的步骤可以概述为：首先选矿，然后将铁矿石烧结成适合高炉冶炼的烧结矿，将优质的烧结矿跟焦炭等加入高炉内，在高炉里还原铁矿石得到铁水，然后铁水经过预处理送到炼钢厂，铁水在炼钢厂的转炉内脱碳、磷、硫等有害元素跟杂质，然后将优质的钢水连铸，连轧得到我们需要的钢铁产品。在这过程中，选矿跟烧结以粉尘为主要污染源；高炉炼铁以高炉煤气的气态污染物为主；连铸跟连轧以冷却水为主要污染物；同时在这过程中还有很多的矿渣、炼铁渣、炼钢渣的固体废弃物以及运输途中的烟尘污染。这些污染物如果不加以处理而直接排放到环境中，对环境的损害是不可估计的。同时这些污染物中也有很多有价元素以及一些可回收的资源直接排放也是一种对资源的浪费。
关键词：废气、废水、固体废弃物、回收、治理、再利用
废气处理及利用
钢铁工业废气主要来源于：①原料、燃料的运输、装卸及加工等过程产生大量的含尘废气；②钢铁厂的各种窑炉再生产的过程中将产生大量的含尘及有害汽体的废气；③生产工艺过程化学反应排放的废气，如冶炼、烧焦、化工产品和钢材酸洗过程中产生的废气。
钢铁企业废气的排放量非常大，污染面广；冶金窑炉排放的废气温度高，钢铁冶炼过程中排放的多为氧化铁烟尘，其粒度小、吸附力强，加大了废气的治理难度；在高炉出铁、出渣等以及炼钢过程中的一些工序，其烟气的产生排放具有阵发性，且又以无组织排放多。钢铁工业生产废气具有回收的价值，如温度高的废气余热回收，炼焦及炼铁、炼钢过程中产生的煤气的利用，以及含氧化铁粉尘的回收利用。 钢铁工业是大气的污染大户，钢铁工业废气治理必须贯彻综合治理的原则。努力降低能耗和原料消耗，这是减少废气排放的根本途径之一；改革工艺、采用先进的工艺及设备，以减少生产工艺废气的排放；积极采用高效节能的治理方法和设备，强化废气的治理、回收；大力开展综合利用。处理完废气中的粉尘只是简单的处理烟气中的颗粒物，其中的有毒物质以及一些有价元素的回收并不能解决，因此后续的处理要从根本上把冶金废气处理掉，需要对其成分的分析并加以处理。根据其物化性质的不同，采用冷凝、吸附、催化转化等方法进行进化处理。冷凝净化法是一种回收高浓度的有机蒸气和硫、磷等有效的净化方法，利用不同物质在同一温度下有不同的饱和蒸气压以及同一物质在不同温度有不同的饱和蒸气压这一性质将混合气体冷却或者加压，使其中某种或几种污染物降凝成液体或固体，从而从混合气体中分离出来，同时还能回收废气中的某些有价成分。把经过一级净化的废气通过吸附法再净化，吸附法是利用吸附剂净化废气中低浓度的污染物质。吸附使废气与多孔性固体（吸附剂）接触，使其中污染物（吸附质）吸附在固体表面上而从气流中分离出来。当吸附质在气相中的浓度低于吸附质的平衡浓度时，或者更容易被吸附的物质达到吸附剂表面时，原来的吸附质会从吸附质表面上脱离而进入气相，会出现脱附现象，吸附质失效，因此吸附质的选择应该满足比表面积和孔隙率大、吸附能力强、选择性好、粒度均匀、具有良好的机械强度、化学稳定性和热稳定性、使用寿命长、易于再生、制造简单、成本低廉的优点，常常用的吸附质有活性、硅胶活性氧化铝等等。最后一步是催化转化，利用催化剂的催化作用把剩余在废气中的污染物转化成无害的化合物。
冶金废气净化处理的有些产品同时也具有很高利用价值。选矿厂净化出的泥浆脱水后可以成为烧结矿和球团矿的原料，提高了高炉炼钢的金属收得率。高炉煤气的经过分离出来的一氧化碳、氢气、甲烷等简单的有机物能作为燃料，分离出来的甲烷、氮化物同时能够作为化工原料生产甲酸钠和合成氨。高温的蒸汽能够被其他蒸汽用户（RH真空炉或自备电厂）使用。火法冶金蒸汽中含有大量的二氧化硫，二氧化硫回收后能够制酸。这是工业制酸的一个重要的来源。
废水的处理及利用
冶金工业废水可以分为以下类型：悬浮物（包括含油）工业废水，主要是湿法除尘水、煤气洗涤水、铸轧钢废水等；含无机溶物工业废水，以含有重金属离子、酸、碱为主的废水；含有有机物工业废水，包括炼焦废水、化工废水等；冷却废水。
由于冶金废水温度高于常温，废水中含有悬浮物（油类和污泥）和溶解化学物质，所以废水的处理步骤包括废水冷却、去悬浮物、溶解物质提取等。根据不同污染物质的特征，发展了各种不同的废水处理方法，这些方法我可按其作用原理划分为四大类：物理处理法，主要通过物理作用如重力作用、离心力作用、过滤作用、浮力作用等，以分离、回收水中不溶解的呈悬浮状态污染物质（包括油膜和油珠）的废水处理法；化学处理法，通过化学反应和传质作用来分离、去除水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的废水处理方法；物理化学法，利用物理化学作用除去废水中的污染物质，主要有吸附分离法、萃取法、气提法和吹脱法等；生物化学处理法，通过微生物的代谢作用，是废水中呈溶液、胶体、以及微细悬浮状态的有机性污染物转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。下面我们根据废水类型选择合适的处理的方法。
悬浮物（包括含油）废水的处理根据其的废水特性，可以采用自然沉降、混凝沉淀、过滤等方法净化。自然沉降是根据重力作用将废水的悬浮物沉降进化废水的方法，在重力作用下，废水中比重大于1的悬浮物下沉，使其从废水中去除，可以分离废水中的原有的悬浮固体如泥沙、铁屑、焦粉等。过滤法包括过滤跟反洗两个阶段，过滤就是截留污染物，反洗就是把污染物从滤料层中洗去，使之恢复过滤能力，以供不断循环利用。
处理含无机溶解物的工业废水的处理选用物理化学法处理。物理化学法主要有吸附法和离子交换法。吸附法主要是用于处理低浓度工业废水，利用多孔性固体吸附剂的表面吸附废水中一种或多种污染物溶质的方法。常用的吸附剂有活性炭、沸石、硅藻土、焦炭、木炭、矿渣、炉渣、矾土，以及大孔径吸附树脂等。其中活性炭是应用最广泛的，经过活性炭处理过的废水可以不含色度、气味、泡沫和其他有机物，能达到水质排放标准和回收利用的要求。在废水处理过程中，吸附发生在液-固两相界面上，吸附剂要使其表面能减少，只有通过表面力的减少达到，也就是溶质能降低吸附剂的表面张力，因而能被吸附剂吸附。离子交换法是利用离子交换剂的交换基团同废水中的金属离子进行交换反应，将金属离子置换到交换剂上予以除去。常用的离子交换剂有无机离子交换剂如沸石、磷酸锆，有机离子交换剂如各种人工合成的树脂。
处理有机物工业废水，这种废水耗氧且有毒，应采用物化与生化相结合的方法净化。利用自然界大量存在的各种微生物来分解废水中的有机物和某些无机毒物（如氰化氢、硫化氢等），通过生物化学过程使之转化为较为稳定的、无毒的无机物，从而使废水得到净化。生化法废水处理实际可以看做是一个微生物的连续培养过程，即不断的给微生物供给食物使微生物数量不断增加。
冷却水占冶金工业总用水量的三分之二以上，直接排放或以低循环率利用都会造成对受纳水体的热污染，也会产生危害。冷却水主要是连铸过程中使用到，对于冷却水的处理我们要分净循环水和浊循环水。净循环水主要是结晶器、设备间接冷却等用水，用后的水温度升高，水质没有收到污染主要是对循环水进行降温、控制浓缩率和水质的稳定。浊循环水主要来之设备和铸坯喷淋冷、切割渣粒化及冲氧化铁皮用水，用后水温升高，水质收到污染，水中还有大量的氧化铁皮颗粒和少量油类。除冲氧化铁皮用水（水质、水温要求低），只经一级沉淀即可循环使用外，其余水一般经二级沉淀、过滤、除油、冷却后循环使用。
固体废弃物处理及利用
钢铁工业不仅消耗大量的资源和能源，还要排放大量的废弃物。钢铁联合企业生产过程中产生的固体废弃物主要有铁渣、钢渣、尘泥（包括除尘灰、氧化铁皮）、粉煤灰及废耐火材料、垃圾等。可通过一系列处理办法回收其有价金属提高回收率，对其进行加工实现再利用。
（一）高炉渣
采用水淬工艺处理高炉渣是高炉渣最为普遍的处理技术并沿用至今。对于部分高炉重矿渣的处理，主要采用冷却、破碎、磁选、筛分，最后加工成碎石的处理工艺。高炉渣的主要用途有：生产矿渣水泥、矿渣砖、混凝土制品、替代普通砂和碎石用于工程建设、生产膨胀矿渣作轻质混凝土制品和防火隔热材料、生产具有保温和隔音等性能的矿渣棉。
（二）钢渣
目前钢渣以选铁利用最为普遍，因此对钢渣的处理主要围绕破碎、磁选进行工艺设施的配套。为减轻破碎压力，采用热泼、风碎、水淬等方式先对熔融状态热钢渣进行尽可能的碎化处理并进行粗磁选（可选出大块渣钢），再通过1~3次机械破碎和磁选，选出渣钢返回利用。钢渣尾渣利用主要有以下几个方面：用于道路材料（但使用前须作陈化处理）、生产钢渣水泥、钢渣用于农肥与土壤改良剂、烧结配料（由于使用中带来烧结矿品位的降低和P、S的富集，目前使用已减少）。
（三）粉煤灰
粉煤灰传统综合利用技术主要有：粉煤灰硅酸盐水泥、混凝土掺和料、粉煤灰砖、粉煤灰陶粒等。
（四）含铁尘泥
在钢铁生产过程中，烧结、炼铁、炼钢和轧钢等均会产生含铁尘泥，尘泥含铁一般在TFe 30％~70％，均可采用各种方式加以利用。主要用于：烧结配料、金属化球团直接入高炉冶炼（提高了铁品位，而且在球团制作过程中可消除尘泥中的铅、锌等，国外采用较为多）、炼钢冷却剂或脱磷剂等使用（替代矿石）。
实践证明，人类改造自然、发展生产，必须同时注意自然界的“报复”，注意发展生产给包括人类在内的整个生态系统所带来的影响。随着生产力的发展和工农业生产的发展的现代化，保护和改善环境就成为劳动力再生产的必要条件。
