钢铁冶金过程中痕量元素Hg分布特征及转化规律基础研究

As a resources-intensive and energy-intensive industry, the steel industry has a huge amount of pollutant emission. Although a trace amount of mercury element is contained at coal and ore, it can still cause serious pollution to the ecological environment because of the large emission base and high toxicity. However, it is very limited to study on mercury emission behavior in steel industry. The transformation rules and distribution characteristics of mercury in different production process is not clear. This project aims to study the reaction thermodynamics and kinetics law of mercury under different atmosphere, the effects of different elements on the speciation distribution of mercury, the establishment of thermodynamic calculation model of mercury. The speciation and distribution law of mercury in the coking, sintering, blast furnace smelting will be studied, in order to explore effective ways to improve the rate of oxidation and removal of mercury. By material balance calculation of mercury element, the mercury discharge direction and the removal rate of different pollution control equipment will be known and the research can provide basic data of emission characteristics and amount of mercury in the iron and steel industry. The research results can provide a reference for the mercury pollution behavior and environment evaluation of steel industry, improve the environment consciousness of mercury pollution in iron and steel industry, and provide a theoretical basis for the pollution prevention and control technology.

钢铁生产属于资源、能源密集型工业，污染物排放量巨大。煤炭、矿石中均含有一定量的汞元素，虽然含量低，但由于排放基数大，毒性大，会对生态环境会造成严重的污染。钢铁工业对汞元素的排放行为研究非常有限，不同生产过程中汞的形态转化和分布特征尚未清晰。本项目拟研究汞在不同气氛下的反应热力学与动力学规律，不同元素对汞的形态分布的影响，建立汞的热力学计算模型；研究汞在焦化、烧结、高炉冶炼等生产过程的形态转化和分布规律，探索提高汞氧化率和脱除率的有效途径；通过汞元素的物料平衡计算，掌握钢铁工业汞排放去向及不同污染控制设备对汞的去除率，为钢铁工业汞的排放特征、排放量提供基础数据。研究成果可为汞污染行为和钢铁工业环境评价提供参考，可提高钢铁工业对汞污染的环境意识，并对其污染防治技术提供一定的理论基础。

随着钢铁行业的发展，产能的增加，冶金过程中的汞元素也不得不被重视。钢铁行业的污染已成为制约着我国国民经济和社会可持续发展的一个非常大的因素。钢铁工业对汞元素的排放行为研究非常有限，不同生产过程中汞的形态转化和分布特征尚未清晰。本项目研究了汞在不同气氛下的反应热力学与动力学规律，不同元素对汞的形态分布的影响，建立了汞的热力学计算模型；研究了煤中汞元素的迁移转化行为。得到了汞向各焦化产物的迁移率，汞向煤气中的迁移率为58.5%，向焦炭迁移率为28.2%，煤中大部分汞元素迁移到煤气和焦炭中；煤热解过程中，温度和恒温时间都会影响汞的形态变化，但是热解温度较高时，恒温时间的长短对煤中汞的释放率影响很小，煤中汞随温度的升高，煤中汞基本析出，挥发进入气相。研究了烧结工艺以及高炉工艺当中汞元素平衡的研究，采用实地取样，实验室分析，平衡计算等步骤。对这两个工艺中的汞元素的来源以及去向做了详细的介绍并且对其排放因子做了计算，并对我国钢铁行业这两道工序大气汞排放量做了大致估算。结果表明，高温时单质是汞最稳定的存在形式，低温情况下汞可以被硫、氯氧化为二价汞。在烧结工艺中汞的排放因子为0.05g.t-1，在高炉工艺中汞的排放因子为0.03g.t-1。最后，研究了制备条件和工艺条件对改性活性炭脱汞和脱硫性能的影响，结果表明，活性炭经过过渡金属Fe3+、Mn2+和Cu2+改性后，其脱汞和脱硫性能均得到明显的提高，且FeCl3/AC的脱汞和脱硫性能最佳。FeCl3/AC最佳的制备条件为0.15 mol/L的改性溶液浓度和300℃的焙烧温度。FeCl3/AC最佳的工艺条件为60℃的反应温度、3000 ppm的SO2初始浓度和3%的O2浓度。