铁矿烧结过程有害元素脱除与污染物协同控制的基础研究

Iron & steel industry in china is facing the dual challenge of product upgrading and environmental protection. Harmful elements efficient removal and clean production of iron ore sintering process serve as the basis for high-quality steel smelting, and also as the key to green iron & steel manufacturing. In this program, the scientific problems focused comprise simultaneous removal of harmful elements like S, Pb, Zn, Sn As, K and Na, and the comprehensive control of NOx, dioxin, heavy metals and ultrafine particulate matters in sintering process. Based on the principles and methods of high-temperature agglomeration, metallurgical physicochemistry and environmental engineering, the harmful elements evolution law in sintering and its removal dynamics, the inner relationship between harmful elements transformation and flue gas pollutants formation, and the migrant mechanism of pollutant in sintering layer will be revealed, and the emission model for “formation-layer absorption-desorption” of pollutants will be established, which form the fundamental theory of harmful elements transformation and pollutants formation. Taking the above cognizance, the techniques for simultaneously removing hazardous elements through regulating regional atmosphere in sintering bed, process controlling NOx & dioxin emissions by the cooperative methods of selective flue gas circulation and atmosphere regulation, directionally moving and recovering the heavy metals, alkali metals and ultrafine particulate matters will be developed, and a new process of cleaning and efficient sintering based on “atmosphere regulation-directional migration-selective flue gas recirculation” will be constructed. This program is able to provide technical support for green and healthy development of domestic iron &steel industry.

我国钢铁工业面临产品升级和环境保护双重挑战。烧结过程有害元素高效脱除和清洁生产是高品质钢冶炼的基础，也是钢铁绿色制造的关键。本项目围绕烧结过程S、Pb、Zn、Sn、As、K、Na等有害元素同步脱除，NOx、二噁英、重金属、超细颗粒污染物综合控制等科学问题，运用高温造块、冶金物化与环境工程等学科的原理与方法，查明有害元素在烧结过程的演变规律及其脱除动力学，揭示有害元素转化与烟气污染物形成的内在关系，阐明污染物在烧结料层的迁移机制，建立污染物“生成-料层吸收-解吸”的排放模型，形成有害元素转化与污染物生成的基础理论；进而开发调控料层区域气氛的有害元素同步脱除技术，构建选择性烟气循环与气氛调控协同的NOx和二噁英过程控制方法，开发重金属、碱金属、超细颗粒物定向迁移与资源化治理的关键技术，形成基于“调控气氛-定向迁移-选择性烟气循环”的高效清洁烧结新工艺，为我国钢铁工业的绿色健康发展提供技术支撑。

围绕钢铁工业复杂含铁资源利用和绿色生产，开展烧结过程有害元素脱除与污染物协同控制的基础研究。针对Pb、Zn、K、Na、Cl等有害元素，系统研究了高温过程有害元素的反应热力学和脱除行为，阐明了有害元素在烧结过程中的物相演变规律、脱除路径及限制性环节，建立了烧结过程有害元素流向平衡图，明确了影响有害元素脱除的关键因素；明晰了有害元素转化与超细颗粒物、二噁英等污染物形成之间的内在关系，揭示了污染物生成机理及其在烧结料层中吸附-解吸的迁移机制，阐明了超细颗粒物、重(碱)金属与二噁英呈集中排放的共性规律，为烧结有害元素转化和污染物控制奠定了理论基础。. 在理论研究基础上，构建了利于有害元素同步脱除的温度、气氛、组分等适宜条件，开发了基于高有害元素物料分流制粒、分层布料的强化脱除方法，以及预还原烧结强化有害元素脱除的新技术，突破了多种有害元素高效脱除的关键技术，实现K、Na、Pb、Zn、Cl等的最高脱除率均超过70%，为高有害元素含量的复杂铁矿高效利用、冶金尘泥循环资源化、垃圾焚烧飞灰协同处理提供了技术支撑；围绕烧结清洁生产，开发了基于燃料表面改性剂和抑制剂的NOx、二噁英协同控制技术，NOx和二噁英过程减排分别达到37%和76%；构建了超细颗粒物、重(碱)金属定向迁移-集中排放的方法，开发了超细颗粒物团聚-资源化治理技术，耦合烟气循环-活性炭净化工艺，实现颗粒物≤10mg/m3、NOx≤50mg/m3等多种污染物的超低排放，并通过富集、提取实现有害元素向有价资源转变，有效提升了资源的利用效率。. 开发的有害元素脱除技术、污染物控制技术与华菱湘钢、山西太钢、中冶长天等企业合作推广应用，为推动我国钢铁工业高质量发展提供了理论基础与技术支撑，研究成果出版专著1部、编著1部；发表学术论文20篇，其中SCI 收录14篇、EI 收录3篇，获授权国家发明专利14项，获国家科技进步二等奖1项、省部级科技创新团队奖1项、二等奖1项。