趙旭章，俞海明

（1.新疆八鋼佳域工貿(mào)總公司；2.新疆八一鋼鐵股份有限公司）

回收利用軋鋼含油污泥的工藝實踐

趙旭章1，俞海明2

（1.新疆八鋼佳域工貿(mào)總公司；2.新疆八一鋼鐵股份有限公司）

鋼鐵企業(yè)對于軋鋼油泥無害化處理與資源化利用一直是個難題。一些軋鋼油泥長期在廠區(qū)堆存，既污染環(huán)境又浪費資源，文章介紹軋鋼含油污泥的處理及再利用的工藝實踐。

軋鋼油泥；鋼渣；物理吸附；化學(xué)吸附

1　前言

軋鋼過程中鋼坯在紅熱狀態(tài)下進行壓力變形。在紅熱狀態(tài)下，鋼坯的表面與空氣或者軋鋼加熱爐內(nèi)的爐氣反應(yīng)產(chǎn)生部分氧化鐵皮，在軋制過程中需要用高壓水進行除磷即沖刷掉表面的氧化鐵皮，所以軋鋼的冷卻水中含有顆粒極小的氧化鐵。另外在軋鋼系統(tǒng)的機械設(shè)備中多采用油脂潤滑，有些液壓設(shè)備是以油為主要壓力傳遞介質(zhì)，潤滑油的泄露、液壓設(shè)備的跑、冒、滴、漏，都會隨著冷卻水進入軋鋼的水循環(huán)系統(tǒng)，故軋鋼的冷卻水系統(tǒng)中間有顆粒細小的氧化鐵皮顆粒和各種油脂混合物。

軋鋼冷卻水中的油脂存在的物理形態(tài)，劃分為五種［1］：

（1）油。油滴直徑大于100μm，一定的停留時間能浮于水面而除去。

（2）懸浮油。油粒徑為50～100μm，粒徑較少、很穩(wěn)定、很難聚集浮上水面，懸浮于水體的各部位。

（3）化油。油粒徑為0.001～10μm，由于粒徑很小，在水中以o/w的乳化形態(tài)穩(wěn)定地分散于水中。

（4）解油。油粒徑小于0.1μm，在水中的數(shù)量很少，其溶解量取決于油類的化學(xué)成份，極難用一般的物理方法去除。

（5）粘附油。油相當(dāng)牢固地粘附在細氧化鐵粉等固化顆粒上，隨固體顆粒沉積或穩(wěn)定地懸浮于水體中，這是冶金濁環(huán)水中油存在形態(tài)的特點，其數(shù)量大、危害大、處理難度大，也是研究的重點。

另外，冷軋帶鋼在松卷退火和使用棕桐油時，退火前均要用堿性溶液脫脂，這個過程中也產(chǎn)生堿性含油廢水，處理后也會產(chǎn)生軋鋼油泥。

軋鋼的冷卻水經(jīng)過沉淀、除油、過濾、冷卻等工藝處理后，得到濃縮的粘附有油和水的軋鋼油泥，

含油污泥是化學(xué)法處理軋鋼含油廢水過程的必然產(chǎn)物，其體積約占處理污水體積的0.5％～1％，而污泥的處理費用約占整個水處理費用的10％～20％［2、3］。

對軋鋼油泥的短流程高效化處理及資源化利用，一直是冶金科技工作者追求的方向。

2　國內(nèi)外軋鋼油泥處理工藝簡介

自從1906年第一座雙層沉淀池誕生以來，軋鋼油泥污泥處理和處置技術(shù)已有100多年發(fā)展歷史，與其它廢物處理處置一樣，污泥處理和處置也是以減量——固形化、穩(wěn)定化、資源化和無害化等為目的。其中以脫水減容，使污泥固形化在污泥處理處置中起到很大作用。發(fā)達國家污泥處置技術(shù)組合見圖1［4］。

圖1　發(fā)達國家污泥處置技術(shù)組合

軋鋼油泥無害化處理技術(shù)的主要方法介紹［1］：

（1）焚燒。污泥中含有油分，在有條件的情況下，污泥可直接用焚燒加以處理，焚燒后的固體可達到無害化要求，但在燃燒氣中，往往存在著黑煙或者有害氣體，排出后產(chǎn)生二次污染，所以焚燒方法還在不斷改進之中。

（2）熱分解。由于焚燒處理帶來的環(huán)境污染，1967年在丹麥開始了熱分解處理方法的研究，后來在美國、日本等國工廠被采用。

熱分解就是把含油污泥在無氧或少量氧的條件下，加熱至800～1000℃，將其中的油脂分解成為以碳氫化合物為主的氣體，氣體可以作為燃氣或者其它用途，分解后剩余的殘渣，可以作原料和填坑物等。

據(jù)文獻介紹［3-7］，目前國內(nèi)對軋鋼油泥在資源化利用方面，主要還是采用堆存和制作建筑材料。所以目前針對軋鋼污泥的處理，國內(nèi)外大中型的冶金企業(yè)一直在努力尋求新的工藝方法。

3　軋鋼油泥處理實踐

八鋼（以下簡稱該廠）在處理軋鋼油泥過程中，曾將軋鋼油泥作為添加料配加到燒結(jié)過程中。自八鋼燒結(jié)廠煙氣脫硫工程投用以后，配加軋鋼油泥在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的大量煙氣影響除塵布袋運行，因此停止了配加。因?qū)堜撚湍鄾]有其它有效的解決方法，只能在廠區(qū)的丘陵處堆存。簡單堆存不僅浪費了大量的鐵元素，而且其中的廢油揮發(fā)分污染周圍空氣，堆存周圍彌漫著一種異味，嚴重影響了周邊環(huán)境及人的身心健康。廠區(qū)內(nèi)排放點的面積有限，也不允許無限制排放。為了解決軋鋼油泥問題，尋求循環(huán)回收利用的方法，現(xiàn)場技術(shù)人員進行技術(shù)攻關(guān)，先后試驗了多種工藝方法。

2015年5月，取樣檢測軋鋼油泥的成分，具體的檢測結(jié)果見表1。

表1　某廠軋鋼油泥的成分 W，％

3.1軋鋼油泥生產(chǎn)自還原性球團

文獻介紹表明［8］，在低溫下，金屬鐵能夠在較高氧化氣氛下存在。隨著溫度升高，金屬鐵的穩(wěn)定區(qū)變小，F(xiàn)eO和Fe2O3的穩(wěn)定區(qū)域變大，即溫度越高和氧化氣氛越強，鐵越易氧化，高價鐵就越穩(wěn)定。比如在1200℃和氧濃度為7％（根據(jù)2CO+O2=2CO2的熱力學(xué)平衡計算，相當(dāng)于lnPco2/Pco=11.36的條件下，穩(wěn)定相只有Fe2O3，金屬鐵在熱力學(xué)條件下是不穩(wěn)定的，已有的試驗證明了這一點。同樣，在煉鋼溫度下，與鐵共存的只能是FeO，而只有通過吹氧和與鐵隔開，才能有Fe2O3的穩(wěn)定存在。從熱力學(xué)上講常溫下FeO是不能穩(wěn)定存在的，它分解成Fe2O3和金屬鐵。油泥中間的主要成分是含鐵的氧化物。含鐵氧化物的存在形式與溫度和環(huán)境條件有關(guān)，并且是變價的，即油泥中間的含鐵物質(zhì)主要是Fe2O3，F(xiàn)eO，金屬鐵。根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，有關(guān)氧化鐵的氧化還原反應(yīng)見表2。

表2　氧化鐵的氧化還原反應(yīng)

由表2可知，氧化鐵是易于還原的氧化物，如果把它還原成金屬，可以成為煉鋼的原料。該廠將不經(jīng)過處理的油泥和高溫鋼渣按照一定的比例，加入裝有轉(zhuǎn)爐液態(tài)鋼渣的渣罐內(nèi)，加入的方式有以下幾種：

（1）加在渣罐底部，然后渣罐放在渣車上接受轉(zhuǎn)爐的鋼渣，加入的油泥與鋼渣的比例為1：10。

（2）轉(zhuǎn)爐倒渣后，將渣罐擺放在安全區(qū)域，采用裝載機將油泥加入到渣罐內(nèi)，加入的油泥與鋼渣的比例為1：15。

（3）轉(zhuǎn)爐渣罐內(nèi)裝有一半的高溫鋼渣，然后加入油泥，然后再在渣罐內(nèi)倒入高溫的液態(tài)鋼渣，加入的油泥與鋼渣的比例為1：20。

將以上的鋼渣靜置1～2h后，鋼渣拉運到熱悶渣廠，將鋼渣倒入熱悶渣渣池子內(nèi)，進行常規(guī)的熱悶渣工藝處理。

工藝結(jié)果表明，加入到鋼渣內(nèi)的油泥，出現(xiàn)以下幾種情況：

（1）加入到渣罐內(nèi)的軋鋼油泥，在轉(zhuǎn)爐倒渣的工位受渣時鋼渣倒入，渣罐內(nèi)有黑色的分解煙霧升騰，影響了轉(zhuǎn)爐的操作。渣罐內(nèi)的油泥在向熱悶渣渣池子內(nèi)倒渣時，罐底的油泥最后倒出時，黑色的油煙和燃燒火焰帶來的安全問題突出。

（2）加入在渣罐中部和上部的油泥，在渣罐倒渣過程中產(chǎn)生劇烈的燃燒，存在安全隱患。

（3）對熱悶渣工藝處理后的鋼渣檢測表明，油泥內(nèi)的氧化鐵基本上大部分被還原，以物理鐵團聚的形式，能夠被磁選回收。

經(jīng)過分析認為，油泥內(nèi)的油能夠還原油泥內(nèi)的氧化鐵，但是油本身是一種熱的不良導(dǎo)體，所以在高溫的轉(zhuǎn)爐液態(tài)鋼渣內(nèi)，油泥外部基本上能夠反應(yīng)。在傾倒時，內(nèi)部的油泥在高溫條件下，與空氣中間的氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生了劇烈的燃燒，油氣的揮發(fā)是燃燒火焰延伸到高空的主要原因，安全隱患巨大。

基于以上的試驗結(jié)果，該廠技術(shù)人員認為，利用油泥內(nèi)的油，既是還原劑也是球團粘結(jié)劑的特點［8］，將其與轉(zhuǎn)爐LT除塵灰、除塵系統(tǒng)回收的石灰粉等混合，生產(chǎn)制成30～50mm的橢圓形球體，將其在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中、Corex煉鐵工藝中應(yīng)用，其中在Corex煉鐵工藝中使用，被認為是最有前景的利用模式。這主要基于油泥在Corex煉鐵工藝中的預(yù)還原豎爐，作為還原劑被最大價值化的加以利用。

3.2利用轉(zhuǎn)爐鋼渣吸附軋鋼油泥的工藝

鋼渣是一種堿性集料，而油泥中間的油脂是一種弱酸性物質(zhì)，二者混合后，油泥內(nèi)的油和水分能夠被鋼渣吸附。推斷的依據(jù)來源于鋼渣在路面材料中間的應(yīng)用研究［9］。

實施的工藝方法：

（1）熱悶渣處理工藝結(jié)束后，向熱悶渣渣池子內(nèi)加入油泥，其中油泥與鋼渣的比例為1：20，然后使用挖掘機將油泥與鋼渣攪拌后，鋼渣進入鋼渣的后續(xù)磁選線進行磁選。

（2）將油泥與脫硫渣和還原渣攪拌以后，將混合后的混合物加入到鋼渣磁選機進行磁選。

以上的工藝實施后，鋼渣磁選機鋼渣精粉的品位與產(chǎn)量均有提高，并且提高的產(chǎn)量與TFe品位與加入的油泥量呈線性關(guān)系，也說明了該工藝具有實用性。

由于鋼渣的后續(xù)應(yīng)用，主要是作為水泥原料和路面鋪設(shè)路用材料。吸附油泥的鋼渣在水泥的生產(chǎn)過程中和路面材料使用中，吸附的油對于材料的使用沒有明顯的影響，所以該工藝也是該廠使用的最為簡潔的工藝方法。

4　油泥中的油污與鋼渣集料吸附的理論分析

油污與鋼渣的粘附性一般從物理角度和化學(xué)角度進行分析。物理角度包括集料表面結(jié)構(gòu)、油污粘性等；化學(xué)角度包括集料酸堿度、油污酸度和電性等。

研究相關(guān)資料表明［9］，鋼渣集料與油污的粘附機理概括為以下幾點：

（1）油污分子與集料粘附作用是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)作用。從分子量級的角度看油污-集料粘附界面。則粘附作用主要來源于被粘附物（集料）分子與粘附物（油污）分子之間的機械粘結(jié)力與極性作用力，它們屬于一種弱相互作用，即物理作用；從原子量級的角度來看，界面物質(zhì)分子之間靜電作用力和化學(xué)鍵力（離子鍵、共價鍵及配位鍵）在粘附性中也起到了重要作用。

（2）鋼渣表面較粗糙，這種粗糙增加了骨料的表面積，使鋼渣與油污的粘合面積增大，提高了鋼渣與油污的粘結(jié)力。

（3）鋼渣中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+、Mn2+等大量的金屬陽離子，鋼渣表面的金屬陽離子與油污中的某些物質(zhì) （如油污酸）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成油污酸鹽，在鋼渣表面構(gòu)成化學(xué)吸附層，而化學(xué)相互作用的強度超過分子作用力許多倍，故可增加油污與鋼渣的粘結(jié)力，并使油污混合料具有良好的穩(wěn)定性。

（4）鋼渣的表面構(gòu)造呈現(xiàn)一種多空隙結(jié)構(gòu)，空隙可能吸附油污。具有微孔結(jié)構(gòu)的鋼渣對油污產(chǎn)生選擇擴散吸附，此時油污中活性較高的油污質(zhì)吸附在鋼渣表面，油脂吸附在鋼渣表面層小孔中，而油分則沿著毛細管被吸附到鋼渣內(nèi)部，使鋼渣表面的油脂和油分減少，氧化鐵在強磁磁選的過程中與粘附的油污分離。

所以從理論上講，鋼渣集料吸附軋鋼油泥，是一種合理的工藝方法。

5　結(jié)語

針對軋鋼污泥進行了6個月的試驗，實際運行一年的結(jié)果表明：

（1）混合處理后的鋼渣與油泥一起進行磁選，能夠?qū)崿F(xiàn)含油污泥的無害化處理，磁選后的含鐵原料能夠?qū)崿F(xiàn)脫除大部分油污，能夠作為被燒結(jié)利用的原料加以利用，是一種簡潔實用的處理軋鋼油泥的工藝。

（2）使用軋鋼油泥配加堿性的石灰粉末、鋼渣粉，生產(chǎn)自還原性球團，在轉(zhuǎn)爐和Corex工藝中應(yīng)用，也是一種含油污泥利用價值最大化的回收工藝。

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Technological Practice of Reclaiming Oily Sludge in Rolling Mill

ZHAO Xu-zhang1，YU Hai-ming2
（1.Xinjiang Bayi Steel Jiayu Industry and Trade Co.；2.Xinjiang Bayi Iron&Steel Co.，ltd.）

The iron and steel enterprises has been a problem for the rolling mill sludge harmless treatment and resource utilization.Some steel rolling sludge long-term in plant storage，not only pollute the environment and waste of resources.In this paper，rolling oily sludge treatment and reuse technology practice.

steel slag；sludge；physical adsorption；chemical adsorption

X756

B

1672—4224（2016）01—0014—04

聯(lián)系人：趙旭章，男，40歲，本科，助理工程師，烏魯木齊（830022）八鋼佳域工貿(mào)總公司鋼渣廠
E-mail：zhaoxz@bygt.com.cn