鋼渣的成分鋼渣是煉鋼過程中排出的熔渣，是一種由多種礦物組成的固溶體，其性質(zhì)與化學(xué)成分有密切的關(guān)系。根據(jù)煉鋼工藝的不同有轉(zhuǎn)爐鋼渣、平爐鋼渣、電爐鋼渣之分。鋼渣主要由鈣、鐵、硅、鎂和少量鋁、錳、磷等的氧化物組成。主要的礦物相為硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鈣鎂橄欖石(CaO·MgO·SiO2)、鈣鎂薔薇輝石(3CaO·RO·2SiO2)、鐵鋁酸鈣(2CaO·XAl2O3·(1－X)Fe2O3)以及硅、鎂、鐵、錳、磷的氧化物形成的固溶體，還含有少量游離氧化鈣以及金屬鐵、氟磷灰石等。有的地區(qū)因礦石含鈦和釩，鋼渣中也稍含有這些成分。鋼渣中各種成分的含量因煉鋼爐型、鋼種以及每爐鋼冶煉階段的不同，有較一定差異。國內(nèi)4家煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐鋼渣化學(xué)成分如表1所列。

3  鋼渣法的脫硫原理

        鋼渣法脫硫是粉狀鋼渣用水調(diào)制成的漿液，在吸收設(shè)備中與煙氣中的SO2反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物，使SO2從煙氣中分離出來，達(dá)到煙氣脫硫的目的。

        3．1 SO2在水中溶解、氧化SO2與鋼渣漿液接觸，SO2溶于水中，SO2在水中溶解時(shí)首先生成亞硫酸，后者在水溶液中分解成離子：SO2+H2O=H2SO3=HSO3-+H+    (1)HSO3-=SO32-+H+    (2)由此，SO2在水中以溶解的SO2、未離解的亞硫酸和HSO3-和SO32-離子的形式存在。由于用于吸收二氧化的鋼渣漿液中含有錳、鐵氧化物，對SO32-的氧化具有催化作用，同時(shí)在煙氣中存在O2，因此一部分SO32-會(huì)氧化成SO42-：SO32-+1／2O2= SO42-    (3)

       3．2 f-CaO等金屬氧化物的反應(yīng)鋼渣中存在游離氧化鈣及鎂、錳等金屬氧化物，這些氧化物在溶有SO2的溶液中反應(yīng)：CaO+H2SO3=CaSO3+H2O    (4)CaO+H2SO4=CaSO4+H2O    (5)MeO+H2SO3=MeSO3+H2O    (6)MeO+H2SO4=MeSO4+H2O    (7)

       3．3礦物的水化反應(yīng)轉(zhuǎn)爐鋼渣內(nèi)的礦物在加水濕磨的情況下發(fā)生水化反應(yīng)3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·mH2O(gel)+(3－x)Ca(OH)2    (8)2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·mH2O(gel)+(2－x)Ca(OH)2    (9)式(8)反應(yīng)速度很快，式(9)反應(yīng)速度比較慢。水化過程中CaO／SiO2在0．8～1．5之間。水化過程中會(huì)吸收空氣中的二氧化碳。Ca(OH)2+CO2=CaCO3    (10)

       3．4礦物在吸收過程中的反應(yīng)如前所述鋼渣的主要礦物經(jīng)水化反應(yīng)后，與溶有SO2的溶液分解，反應(yīng)式如下：Ca(OH)2+H2SO3=CaSO3+H2O    (11)CaCO3+H2SO3=CaSO3+CO2+H2O    (12)xCaO·SiO2·mH2O+xH2SO3=xCaSO3+SiO2·mH2O+xH2O    (13)CaO·MgO·SiO2+2H2SO3+nH2O=CaSO3+MgSO3+SiO2·mH2O    (14)3CaO·RO·2SiO2+4H2SO3+nH2O=RSO3·3CaSO3·2SiO2·mH2O    (15)式(15)中RO代表FeO、MgO、MnO形成的固溶體。

     4  鋼渣的吸收性能

        將鋼渣粉作為吸收劑在中試裝置上進(jìn)行吸收性能試驗(yàn)，進(jìn)口煙氣流量10000Nm3／h，煙氣二氧化硫濃度1000mg／Nm3，一次加入鋼渣650kg配成濃度10％鋼渣漿液，液氣比6L／m3。在DS―多相反應(yīng)器中進(jìn)行脫硫?qū)嶒?yàn)，鋼渣漿液。PH與時(shí)間變化關(guān)系圖如圖1，當(dāng)PH值在6以上時(shí)，脫硫效率達(dá)到93％以上。

從圖1中可以看出，鋼渣漿液pH值隨反應(yīng)時(shí)間的推移而降低，pH值改變分為四個(gè)階段：

第一階段，反應(yīng)的前3個(gè)小時(shí)。新鮮的鋼渣漿液的pH值由13降到7。此時(shí)主要是游離氧化鈣消化生成Ca(OH)2與SO2按反應(yīng)式(4)、(5)反應(yīng)，生成相應(yīng)的亞硫酸鹽和硫酸鹽。

第二階段，隨后3個(gè)小時(shí)。SO2繼續(xù)溶于水中，鋼渣漿液pH。值維持在7~6．5。鋼渣中游離氧化鎂、氧化錳也開始反應(yīng)。同時(shí)鋼渣中的硅酸三鈣(3CaO·SiO2)水化反應(yīng)生成Ca(OH)2，然后與酸性溶液反應(yīng)。分別按反應(yīng)式(6)、(7)、(8)進(jìn)行，生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。

第三階段，隨后24個(gè)小時(shí)，是鋼渣脫硫的主要反應(yīng)階段，鋼渣漿液pH值維持在6．5~6．0。硅酸二鈣(2CaO·SiO2)緩慢水化反應(yīng)生成Ca(OH)2，然后與酸性溶液反應(yīng)。分別按反應(yīng)式(9)、(10)、(11)進(jìn)行，是這一階段最主要的反應(yīng)。隨著PH值降低，水化硅酸鈣溶膠、鈣鎂橄欖石(CaO·MgO·SiO2)、鈣鎂薔薇輝石(MnO，MgO，CaO)·SiO2、鐵鋁酸鈣(2CaO·XAl2O3·(1－X)Fe2O3)等礦物分解，按反應(yīng)(13)～(16)，生成相應(yīng)的亞硫酸鹽、硫酸鹽。

第四階段，最后5個(gè)小時(shí)?？煞纸獾V物減少，礦物分解速度減慢，SO2繼續(xù)溶入漿液中，漿液pH值下降，最后降到到3．5，此時(shí)，可以認(rèn)為鋼渣中能吸收SO2的成分已耗盡，脫硫效率迅速下降。由此可見，鋼渣脫硫過程以第二階段為主，PH值十分穩(wěn)定，脫硫效率也十分穩(wěn)定。

      5  鋼渣法脫硫技術(shù)的工程實(shí)例

      唐山德龍鋼鐵有限公司230m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫工程就是采取鋼渣法脫硫技術(shù)。脫硫設(shè)備為多相反應(yīng)器。

      5．1  煙氣條件(1)風(fēng)機(jī)出口煙氣溫度：    180℃(2)二氧化硫含量：    1000mg／m3(3)含氧量：    15．4％(4)水分：    6―9％(5)粉塵含量：    150mg／Nm3(6)煙氣量：    1440000m3／h