钢渣在废水治理中的应用
钢渣是炼钢过程中的副产品,具有较大的比表面积和复杂的化学组成。钢渣处理废水主要用作重金属离子吸附剂,有机物的滤料以及制备絮凝剂。综述钢渣在治理废水中作吸附剂、滤料及絮凝剂的情况以及作用机理,指出钢渣处理废水应用前景广阔。
钢渣是炼钢生产中排放的废弃物。其产生量仅次于高炉渣,约占粗钢产量的12%~15%,2006年已经达到5000万t。由于多方面的原因,我国的钢渣实际资源化利用率却很低,与国家倡导的"零"排放目标还相差很远。
废水污染是一个极其严重的环境问题,废水、废渣等通过土壤、空气,尤其是食物链,对人类的生存和身心健康产生严重危害。近年来,钢渣在污水治理中的独特作用逐渐被环保工作者认识。很多研究发现钢渣应用于污水治理不仅能"以废治废",大大降低水处理的成本,而且能避免钢渣的粗放式利用甚至随便抛弃造成的二次污染,有着一定的科学意义和实际的经济效益。本文将对钢渣在废水治理中的应用现状进行综述。
钢渣综合利用现状
钢渣的综合利用方式实际上分为无害化处理和综合利用2大类。钢渣的无害化处理技术主要有冷弃法、焖渣法、热泼法、盘泼法、风淬法、水淬法、滚筒法(BSS)等。这些方法的主要目的是对热态钢渣进行粒化处理,使渣铁进行有效分离,同时得到性能稳定的钢渣尾渣产品,以便后期综合利用。文献[1]还报道了德国将氧气和石英砂同时加入到钢渣池中,从而消解了钢渣中的氧化钙和氧化镁的新工艺,提高了钢渣的性能。
我国的钢渣综合利用目前主要是对其中的铁进行磁选回收,这是远远不够的。纵观世界的钢渣利用,钢渣主要用于炼铁、建材和农业,因此美欧的钢渣综合利用率很高。目前国内钢渣主要应用于冶炼熔剂、道路工程、建筑材料、农业化肥等。特别是近年来随着钢渣粉末化的流行,钢渣作为水泥掺和料和混凝土掺和料甚至钢渣水泥及其衍生品越来越多。但是钢渣性能的不稳定性还是制约了钢渣的广泛应用。寻找钢渣的高附加值、大批量利用就是目前的研究重点,钢渣用于废水治理就是一个很好的方向。
钢渣在废水处理中的应用
钢渣的化学成分见表1(以武钢为例)。从钢渣的化学成分分析可知,钢渣中含有大量的碱性氧化物而显碱性,同时钢渣经过粉磨后比表面积比较大,决定了钢渣可以通过化学反应和吸附作用处理废水中的污染物。钢渣的密度大,在水中的沉降速度快,固液分离处理周期短。因此钢渣可以作为废水处理的吸附剂和滤料。另一方面,钢渣同时含有相当数量的铁和硅元素,在一定条件下进行处理可以聚合成为很好的絮凝材料,因此钢渣可以作为废水处理的絮凝剂原料。0371-8502-2221
钢渣作为吸附剂
钢渣作为吸附剂处理废水,主要是用于处理含重金属离子废水和含磷、砷、氟等离子的废水。重金属离子对水体的污染具有不易降解性和毒害性,被定为D1类污染物[2],对人类的生存和身心健康产生严重影响。磷是引起水体富营养化的关键元素,控制水体中磷的浓度是保护我们水资源和水环境的较重要的一步。含砷废水主要来源于冶金、石油、化工行业,三价砷具有剧毒。含氟废水主要来源于铝冶金、氟矿石的开采、氟化盐的生产、焦炭、玻璃、电子、化工、火力电厂、化肥以及农药等行业,含氟废水严重污染环境[3]。
钢渣作为吸附剂处理废水,其作用机理是一个十分复杂的物理化学过程。20世纪90年代中期开始,环保专家研究了钢渣吸附处理镍、铅、铜、铬等的吸附行为,发现主要有吸附作用和沉淀作用2类。
钢渣经粉碎(一般过40目筛)后有着较大的比表面积,同时还具有活性基团,对金属离子有一定吸附作用,对金属离子去除非常有利。钢渣的吸附作用又分为物理吸附和化学吸附。物理吸附由钢渣的多孔性和比表面积决定,比表面积越大,吸附效果越好。试验[4-5]证明了钢渣的吸附作用基本符合Freundlich吸附等温方程式,该种吸附作用甚至是钢渣吸附剂的主要作用。
钢渣吸附剂还有一种化学吸附作用[6]。我们可将这种吸附作用分为1)静电吸附,钢渣表面因带负电荷而对溶液中的阳离子产生静电吸附;(2)表面配合作用,钢渣颗粒表面的硅、铝、铁的氧化物表面离子的配位不饱和,在水溶液中进行水解形成基团能够与金属阳离子生成表面配位配合物;(3)阳离子交换,重金属离子与钢渣表面吸附的H+发生阳离子交换作用而被吸附在钢渣表面。
钢渣吸附剂的作用还具有一种沉淀作用。钢渣溶液经试验[7]有强的碱性,使金属离子可部分形成氢氧化物和砷酸盐的沉淀。这种氢氧化物和砷酸盐沉淀的形成对于金属离子和砷元素(特别是五价砷)的去除是非常有利的。
钢渣作为吸附剂使用,也有一些影响因素,比如温度的影响。