半干法烟气脱硫灰氧化与应用研究
钢铁行业的高速发展，使得烧结烟气脱硫技术成为企业重视和关注对象。虽然半干法烟气脱硫技术速度快、反应速率高，且无废水污染问题，但半干法烧结烟气脱硫灰组分复杂，具有较高含量的 CaSO3，较高的自硬性倾向，较低的渗透率和较小的粒径构成，这些基础特性都制约了脱硫灰渣综合广泛利用，不利于烧结烟气脱硫技术的良性发展。大量的废弃脱硫灰占用了巨大的地理空间，同时还造成了环境的恶化。如果不能在脱硫灰的利用上有所突破，不仅仅是资源浪费和污染的问题，半干法脱硫工艺的应用和推广也会受到直接的阻滞。
本文对半干法烧结烟气脱硫灰进行氧化研究，探讨氧化剂、催化剂、氧化温度、氧化时间等因素对脱硫灰中亚硫酸钙氧化的影响；寻找氧化脱硫灰-矿渣制备免烧砖、氧化脱硫灰-钢渣-矿渣制备胶凝材料的影响因素以及养护方法。具体研究内容如下：
(1) 脱硫灰的氧化研究。采用(NH4)2S2O8、H2O2 氧化剂对半干法烟气脱硫灰中的CaSO3 进行强制氧化，结果表明(NH4)2S2O8 对 CaSO3 的氧化效率高于 H2O2，但(NH4)2S2O8 在搅拌过程中有氨气放出，不适合大宗量使用。选择 H2O2 为 CaSO3 氧化反应的氧化剂，以 CuSO4、NiSO4、Fe(NO3)3、MnSO4 为催化剂，催化反应效果由强到弱顺序为CuSO4>NiSO4>MnSO4> Fe(NO3)3。通过改变 H2O2 和 CuSO4 加入量以及反应温度、氧化时间， 得到合 适的氧化条件：脱硫灰中CaSO3 与H2O2 摩尔比n(CaSO3)：n(H2O2)=20：1，每百克脱硫灰中滴加 2.5×10-5mol CuSO4，25 ℃下反应1h，CaSO3 氧化率达到 51.27 wt.%，满足脱硫灰规模化应用的要求。
(2) 氧化脱硫灰和矿渣制备免烧砖的研究。以氧化脱硫灰和矿渣为原材料，研究激发剂种类、含量、骨料、养护方法等因素对氧化脱硫灰和矿渣性能的影响。结果表明 ：激 发 剂 对 试 块 激 发 效 果 从 大 到 小 依 次 为 ：CaO> 柠檬酸钠> 水玻璃>KAl(SO4)2·12H2O >Na2SiO3·9H2O>CaCl2>NaOH；复合激发剂效果优于单一激发剂；试块抗压强度随标准砂（骨料）含量的增加呈现先升高后降低的趋势，当标准砂添加量为 5 wt.%时，试块平均抗压强度最高。通过系列实验，得到试块的最佳配比：矿渣微粉与氧化脱硫灰按质量 1:1 混合，以 2 wt.% CaO、0.5 wt.%水玻璃、0.1 wt.%柠檬酸钠为复合激发剂，5 wt.%标准砂为骨料，100 ℃下蒸汽养护 8 h 后，所得试块抗压强度达到 25.95 MPa。以同样原料配比制备标准砖，在蒸汽为 10 个大气压，178 ℃蒸压釜中压蒸 8 h 后，自然养护 7 天，其抗压强度为 14.76 MPa；蒸汽为 1 个大气压、100 ℃下蒸汽养护 8 h 后，自然养护 7 天，其抗压强度达到 30.65 MPa，符合 JC239-2014《蒸压粉煤灰砖》中 MU30 强度等级标准，抗冻性和收缩率均符合 JC239-2014《蒸压粉煤灰砖》技术指标。
(3) 氧化脱硫灰、矿渣微粉和钢渣微粉制备胶凝材料的研究。以脱硫灰中主要成分 Ca(OH)2 和 CaSO4·2H2O 为激发剂，研究 Ca(OH)2 和 CaSO4·2H2O 及其两者复合物摘要II对钢渣矿渣胶凝材料体积安定性、力学性能的影响。结果表明：当 CaSO4·2H2O 掺量大于 12 wt.%时，试块体积安定性良好，抗压强度也随之增加，其中 CaSO4·2H2O 掺入量为 16 wt.%时，其平均抗压强度最高，达到 16.46 MPa；CaSO4·2H2O 含量继续增加时，试块平均抗压强度反而下降。当 Ca(OH)2 加入量大于 1 wt.%时，钢渣矿渣胶凝材料体积安定性合格；随着 Ca(OH)2 含量增加，抗压强度随之增加；当 Ca(OH)2 加入量超过 8 wt.%时，抗压强度增加不明显。通过正交实验及单因素优化实验，三因素对钢渣矿渣胶凝材料抗压强度影响的由强到弱顺序为：CaSO4·2H2O > Ca(OH)2 > 钢渣微粉；最优配比方案为 40 wt.%钢渣微粉、4 wt.%氢氧化钙、4 wt.%二水硫酸钙和 52wt.%矿渣，蒸汽养护后抗压强度达到 16.84 MPa。在氧化脱硫灰、钢渣和矿渣胶凝材料中加入 Ca(OH)2 和 CaSO4·2H2O，不仅可以有效提高抗压强度，且能增加氧化脱硫灰的用量。当添加1 wt.%Ca(OH)2，1 wt.%CaSO4·2H2O，38 wt.%矿渣微粉，40 wt.%钢渣微粉时，氧化脱硫灰添加量为 20 wt.%，胶凝材料平均抗压强度达到 16.53 MPa。
来源：半干法烟气脱硫灰氧化与应用研究
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