铁合金烟气治理及硅微粉的回收利用_毛健全

铁合金烟气治理及硅微粉的回收利用

毛健全,顾尚义,张启厚,孙俊民,唐道文,陈 大

大学冶金系,贵州贵阳550003;4.贵州有色冶金二总队,贵州六盘水553004)

摘 要:铁合金行业属高能耗重污染行业,烟尘中主要成份二氧化硅经收尘处理后称为硅微粉,有广泛用途和良好的市场前景。论证了采用正压式袋式除尘技术回收硅微粉,估算其治理回收的投资及效益,具有很好的经济效益和环境效益;并采用相关大气预测模型预测了某工业

硅项目烟气治理前后环境空气质量。关键词:铁合金;硅微粉;回收利用;污染治理中图分类号:X757;X701.2; 文献标识码:A

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(1.贵州工业大学资源与环境学院,贵州贵阳550003;2.清华同方能源环境公司,北京100084;3.贵州工业

1 铁合金行业是严重的大气污染源

采用矿热炉生产硅铁、工业硅时,烟气中排放的粉尘,造成极为严重的大气污染。贵州省是我国铁合金、工业硅、黄磷、棕刚玉等产品的重要生产地之一,由于烟尘排放量大,将使我省已经十分严重的大气污染状况更加恶化。铁合金烟尘颗粒很细,多数在5Lm以下,属可吸入颗粒物(PM10),被人体吸收后直接进入肺部,其毒害性比肠胃吸收要增大四至五倍;有资料表明,由于这类烟尘中含有较多的重金属微粒,某些肺癌的高发率与其有明显的关系,因此危害极大。

2 烟气粉尘资源化前景:回收硅微粉

矿热炉生产铁合金、工业硅(工业硅生产工艺流程见图1),其烟气中的粉尘,主要成份是二氧化硅,而粒度为超细的微米)纳米级,因而被称为硅微粉。采用最佳的除尘、收尘技术,不仅可以大大地减少烟尘大气污染物的排放量,而且可以回收这些粉尘,并使其资源化,其前景是非常好的。硅微粒的回收利用,不仅有经济效益,而且有环境效益,是国家大力扶持和提倡的技术创新项目。

硅微粉是一种白色的超细粉末,在扫描电镜下为光滑的圆球状(图2),经X衍射测试,所有微粒均为非晶质球粒,粒径小于1Lm,工业硅、铁合金炉硅微粉的化学成份88%)92%为SiO2,99.9%粒度小于0.3Lm(表1,2).

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图1 工业硅生产工艺流程图

收稿日期:2002-02-13

作者简介:毛健全,贵州工业大学资源与环境学院教授.

第5期毛健全,等:铁合金烟气治理及硅微粉的回收利用

表1 硅微粉化学成份表(%)

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SiO292.37

Al2O30.38

Fe2O30.40

CaO

0.17MgO0.4C0.46

K2O1.01

Na2O0.22

烧失量2.18

表2 硅微粉粒度(Lm)

粒度%累计

<0.016.26.2

0.01-0.02 5.311.5

0.02-0.03 6.818.3

0.03-0.04 8.226.5

0.04-0.0510.136.6

0.06-0.0813.750.3

0.08-0.1214.664.9

0.12-0.1614.479.3

0.16-0.2210.790.0

0.22-0.28 9.9

99.9

用氮吸附法测得比表面积25)30m2/g,比水泥(0.4m2/g)大50-100倍。堆积密度为200-250kg/m3,比重2.1-3.0kg/m3,常温下比电阻24@10148.m,酸碱度6.7-8,火山灰活性90%.

硅微粉由于具有优良的理化性能,是一种重要的纳米-微米级无机非金属材料,被国外称为/神奇的材料0,目前已广泛应用于水电站大坝、机场跑道建设、橡胶、陶瓷与耐火材料等领域,且利用范围日益扩大。据悉,日本在从我国进口铁合金产品的同时,也大量进口硅微粉,进行提纯加工后,生产出高性能陶瓷材料,用于航空、航天等高技术领域。而我国在提纯、加密与高性能陶瓷材料方面,尚未掌握关键技术,影响了硅微粉回收的经济效益,而且产品销售受到外界市场状况的制约。由于硅微粉的容重轻,密度只有200kg/m,因此,在运输和包装上费用较高。另外,从市场反馈的信息,高纯度的硅微粉在耐火材料、化工等领域应用较广,现在国外有许多厂家也在向我国提出该产品的供货要求,但是,目前,我国硅微粉纯度不够,格可以大幅度提高,为企业带来更显著的经济效益。

图2 硅微粉电镜照片@30000

SiO2含量只能达到88%左右,如果把SiO2含量提高到92%以上,将其中的杂质Fe2O3、C等去除,则每吨销售价

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3 治理方案

3.1 铁合金矿热炉烟气排放特点

矿热炉排放的烟气具有温度高、含尘浓度较高、烟尘排放速率变化大、粒度极细、废气中SO2浓度较低的特点。

以一台6300kVA矿热炉为例,在烟囱上部温度在350-400e,烟气排放量25000m3-43000m3(标态)/h,烟尘排放速率45-155kg/h,烟尘浓度1800-6200mg/m3(标态),烟尘颗粒较细,主要成分是SiO2占88%-92%还有少量炭粉。废气中SO2浓度较低,为90mg/m3(标态)。

炉体设备为敞口式炉体加烟罩集尘,设有可关闭的炉口,主烟囱高22m.

为回收硅微粉,只宜于采用干法除尘、收尘技术,由于粒度极细(烟尘中粒度小于0.3Lm占99.9%),采用机械式除尘最多只能把大于5Lm的颗粒清除;采用静电除尘技术,运行成本相对较高;显然采用袋式除尘器最为合适,但由于烟气温度高,应考虑采用空冷器进行降温,以确保布袋安全运行。3.2 正压式治理方案其工艺流程见图3.

按该工艺,电炉产生的高温含尘烟气在风机产生负压的作用下,经空气冷却器降温至200e左右后进入提纯装置,经分离后除掉大部分杂质(以碳粒为主),再经风机压入布袋除尘器进行过滤除尘,收集下来的硅微粉可经池灰阀直接包装销售。(也可经气力输送至加密仓加密后运输销售需另加加密装置)。

某厂按该工艺的正压式治理方案设备、土建投资核算,见表3.

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图3 正压硅微粉回收系统工艺流程

表3 设备、土建投资估算

项目名称除尘器本体布袋

管道支架空气冷却器提纯装置电控、阀门风机配电机土建合计

规 格

LFSF230-8型,过滤面积1840m2,处理烟气温度130-200e,重量55.6t,528套17.5t

最大冷却面积580m2,出口温度200e,重量40t

资金(万元) 48.7526.48.752013201412162.9

主风机Y4-73-13l14D型,电机Y280M-4型含控制房

3.3 负压式治理方案

其工艺流程,见图4.投资与正压式大体相当。

图4 负压硅微粉回收系统

4 经济、环境效益分析

4.1 经济效益分析

一台6300kVA生产硅铁矿热炉,正常生产年产硅微粉1000-1200t,按目前未加密硅微粉(SiO2含量\\90%)市场售价1600-1800元/t(加密硅微粉市场售价2000-2200元/t),硅微粉生产成本700-800元/t,见表4,年销售收入160-190万元,年销售利润80-110万元,两年可以回收投资,见表5.

表4 硅微粉回收成本分析

序号123456

名称

动力费用(电耗)材料消耗工资

折旧等费用利息

总成本费用

单价元/t

金额/元 161.7223.78120195.1780.33780.98

备注耗电660度/t滤袋、包装袋14人,500元/人折旧费、大修费

1.动力费用(电耗)每吨硅微粉回收消耗电660kwh,按平均电价0.245元/kwh计;

2.材料消耗:主要是滤袋、硅微粉包装,全系统滤袋528条,袋价格499元/条,滤袋使用期2年,两年收硅微粉2400t,每吨产品滤袋成本109.78元。硅微粉包装袋单价2.7元,每吨40个袋子,成本108元,其它6元。

3.工资:系统运行维修工人14人,平均工资500元/人月,月工资7000元,每吨产品清灰包干费用50元。4.系统总投资160万元,10年折旧年限,年折旧费16万元,吨产品折旧费133.33元,每年大修费用7.42万元。

5.贷款利息9.64万元,每吨产品摊利息80.33元。第5期毛健全,等:铁合金烟气治理及硅微粉的回收利用

表5 预期回收利润

序号123456

名称回收硅微粉销售价格销售收入单位成本总成本税前利润

单位t/a元/t万元/a元/t万元/a万元/a

金额

12001600元192781.0593.7298.28

备注

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2年可回收投资

4.2 环境效益分析

1.采用硅微粉回收装置后可以达到的排放标准

未治理前的矿热炉烟尘排放浓度高达1800-6200mg/m3(标态),超过国家规定的排放标准14-50倍;治理后的粉尘排放浓度[100mg/m(标态)优于国家现行排放标准GB16297-19965大气污染物综合排放标准6120mg/m3(标态)、GB9078-19965工业炉窑大气污染物排放标准6100mg/m3(标态)。

2.硅微粉回收前后对周围大气环境质量的影响分析

以三穗县某工业硅厂为例,该厂有一台6300kVA矿热炉,我们采用山区大气污染预测模式,对该厂烟尘治理前、后对周围大气环境的影响进行了预测,TSP年平均预测浓度等值线图,见图5、图6.

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图5 某项目处理前TSP年平均预测浓度等值线图图6 某项目处理后TSP年平均预测浓度等值线图

项目建成后,矿热炉烟气未经处理前,空气中TSP一次取样最大浓度为0.92mg/m3(标态),加上现状最大日均值0.18mg/m3(标态),则预测日均浓度最大值为1.10mg/m3(标态),优于5环境空气质量标准6(GB3095-1996)二级规定。

对厂区及周围村寨的影响分析,对比了拟建设项目治理前和治理后对厂区及附近村寨的烟尘浓度值,见表6.此外,由于进行了治理,因此减少大气污染造成的损失,每年约为200万元。

表6 拟建项目建成后对周围环境空气的影响分析 单位:mg/m3(标态)厂区及村寨厂区

项 目

拟建项目治理前浓度拟建项目治理后浓度

减少污染量减少所占比例(%)拟建项目治理前浓度拟建项目治理后浓度

减少污染量减少所占比例(%)拟建项目治理前浓度拟建项目治理后浓度

减少污染量减少所占比例(%)

TSP

0.014

0.00040.013697 0.014

0.00040.013697 0.010

0.00030.009797

青洞

上坪磨

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致 谢

本文在撰写过程中参阅了张金成、蒋铁、魏泉水等人的有关资料,在此一并致谢。

参考文献:

[1]毛健雄,毛健全,赵树民.煤的清洁燃烧[M].北京:科学出版社,2000.[2]郝吉明,马广大,等.大气污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,1989.[3]曹守仁.煤烟污染与健康[M].北京:中国环境科学出版社,1992.

[4]毛健全.治理环境污染中应用绿色技术之探讨[J].贵州工业大学学报,2001,30(5):92-97.[5]彭定一,等.大气污染及其控制[M].北京:中国环境科学出版社,1992.

Gascontrolandrecoveryandutilizationofmicrosphericsilicaofferro-silicon

MAOJian-quan1,GUShang-yi1,ZHANGQ-ihou1,SUNJun-min2,TANGDao-wen3,CHENDa4(1.CollegeofResourcesandEnvironment,GUT,Guiyang550003,China;2.QinghuaTongfangEnergySourceandEnvironmentCompany,Beijing100084,China;3.DepartmentofMetallurgy,GUT,Guiyang550003,China;4.GeologicalUnit2,GuizhouBureauofNonferrousIndustry,Liupanshui553004,China)

Abstract:Ferro-siliconindustryishighlyenergy-consumingandcausesseriousenvironmentalpollution.Themaincompositionofthedustissilica,alsocalledmicrosphericsilicaafterbeingcollectedandtreated.Thismag-icalmaterialiswidelyusedandhasabrightmarketprospective.Thispaperdemonstratestheadvantageofdustbagfilterwithpositivepressureoverthatwithnegativepressure.Thecalculationofinvestmentinandbenefitfromcontrolandrecoveryofthedustshowsthatutilizationofmicrosphericsilicawillproduceverygoodeconomicandenvironmentalresults.Theimpactofaferro-siliconfactoryontheenvironmentalairispredictedbyusingapredictionmodelforairpollution.

Keywords:ferro-silicon;microsphericsilica;recoveryandutilization;pollutioncontrol