專利名稱：電弧爐集塵灰作為沙化土壤保濕的助劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于治金廢棄物的再利用技術，特別是關于將煉鋼過程電弧爐所產生的E.A.F集塵灰與燃煤火力發(fā)電所產生的粉煤灰混合加入少量粘劑(Binder)后，再以高溫燒結，作為干燥或沙化土壤保濕、綠化的廢棄物再利用、環(huán)保、減廢技術。
背景技術：
目前國內、外各大煉鋼廠的電弧爐在煉鋼過程中產生大量(約30000噸/月.廠)的E.A.F集塵灰，其中因含有微量有害重金屬(氧化鎘CdO 0.001％以下)，而被認定為有害事業(yè)廢棄物，依規(guī)定各大煉鋼廠必須回收并加以處理。以往這些E.A.F集塵灰作為有害事業(yè)廢棄物，大多加熱至800℃以上高溫燒結，使其中所含有害重金屬經由揮發(fā)而去毒，或加入少量粘劑(Binder)制成顆粒后加以掩埋，這不僅花費大量成本，也容易造成二次污染，成為各大煉鋼廠急待解決的一大難題。
粉煤灰是原煤經過粉磨后吹入發(fā)電機組中進行燃燒后的粉灰狀廢渣，粉煤灰體輕、表面積比大，其主要成分SiO2、AL2O3、CaO和Fe2O3都有較高的活性和較好的流動性，但大部分顆粒經過在發(fā)電機組中燃燒而產生裂紋，增加了離散性，使粉煤灰較強的活性難以發(fā)揮。在中國北方地區(qū)的發(fā)電廠、熱電廠中大多以燃煤為主，在發(fā)電的同時產生大量廢渣—粉煤灰。平均每年產生粉煤灰50萬噸以上的大型電廠有30余家，中小型電廠(10萬噸以內)有500余家，在中國北方地區(qū)(東北、西北、華北地區(qū))平均每年產生粉煤灰5000萬噸以上。我國北方粉煤灰利用率較低，資源化率更低，因而大量堆積和污染環(huán)境的問題仍還沒有解決一些大型電廠利用高壓水流將粉煤灰沖至距廠10公里以外的山溝中，而一些中小型電廠則將粉煤灰直接就近散放到山溝、荒地甚至道路、廠區(qū)旁，造成水資源、人力、物力的嚴重浪費，由于大量粉煤灰未進行任何有效的處理，集中或排放都造成嚴重的環(huán)境污染。據(jù)國家有關部門統(tǒng)計，在我國北方粉煤灰對土地的覆蓋正以每年1000萬平方米的速度增長，由于粉煤灰的大量排放，周邊植被嚴重損壞，大氣環(huán)境急劇惡化，水源嚴重污染，造成的土地荒漠化已嚴峻地擺在我們面前。近幾年北方地區(qū)日漸盛行的砂塵暴等惡劣天氣正是大自然向我們敲響的警鐘。徹底治理污染，使粉煤灰變廢為寶，是自然界向我們提出的嚴峻課題。
中國風沙災害每年損失540億元人民幣，占全球荒漠化損失的16％。國家林業(yè)局局長王志寶指出，土地荒漠化不斷擴大，面積達262萬平方公里，大大超過全國耕地面積的總和，沙化土地面積以每年2460平方公里的速度擴展。對京津地區(qū)構成重大威脅的沙塵災害源于可以治理的退化草地和耕地，不是難以治理的天然沙漠和戈壁，以內蒙古自治區(qū)中部和河北省北部約25萬平方公里的退化草地、撂荒耕地為主，如能迅速采取措施，恢復天然植被，就可以有效地抑制影響京津地區(qū)的主要沙塵來源，形成首都圈的綠色屏障。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題正是克服上述已有技術的缺陷及需求，提供一種干燥或沙化土地大量、經濟又有效的土壤保濕劑料，以解決目前大面積國土沙化問題(262萬平方公里)及京、津地區(qū)沙塵災害問題，又能同時解決國內煉鋼廠電弧爐在煉鋼的過程中產生大量的有害事業(yè)廢棄物—電弧爐集塵灰，以及國內燃煤發(fā)電廠、熱電廠產生的大量廢渣—粉煤灰的利用途徑的技術問題。
本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下應用電弧爐煉鋼制程所產生的電弧爐集塵灰和燃煤火力發(fā)電/熱電廠所產生的廢渣—粉煤灰可與其它材料料混合，作為干燥或沙化土壤保濕使用。
所述的電弧爐集塵灰和燃煤火力發(fā)電/熱電廠所產生的廢渣—粉煤灰可與其它材料混合，制成粒徑0.5cm～10.0cm的丸子，經高溫(800℃～1000℃)燒結使其中所含有害重金屬氧化鎘完全揮發(fā)后，作為干燥或沙化土壤保濕使用。
所述的電弧爐集塵灰的用量為混合后總體積比的10％以上，粉煤灰的用量為混合后總體積比的30％以上。
所述的電弧爐集塵灰和燃煤火力發(fā)電廠/熱電廠所產生的廢渣—粉煤灰可與其它材料混合、燒結后的丸子，使用時將其平鋪在干燥或沙化土壤表層。
本發(fā)明即在利用來源非常龐大、價廉且有效的煉鋼廠電弧爐在煉鋼的過程中產生的廢棄物—電弧爐(E.A.F)集塵灰，此E.A.F集塵灰成分復雜，含有多種納米或次納米級極性金屬氧化物(氧化鐵、氧化鋅、氧化錳等)微粒(NanoParticle or Fine Particle)，其粒徑大小在5nm～5μm之間(見圖1)，由于其為納米或次納米級微粒，接觸表面積變大(1克納米材料表面積約為500M2左右)，表面能增高，微粒的表面原子處于嚴重缺位(Vacancy)狀態(tài)，因此活性變得極高，會影響與它接觸的物質，使其也變?yōu)榛顫娀蚋顫?，從而產生的表面效應與價面效應，能與極性的水分子形成一化學鍵，而具有非常良好的保水性與吸水性。圖2～圖6顯示的是E.A.F集塵灰在保水、吸水性方面大大優(yōu)于土壤的對比情況。
本發(fā)明將E.A.F集塵灰與適量比例的粉煤灰、石灰粉均勻混合，并調以適當?shù)奶罴觿?可增加其孔隙度即活性度)及少許適量粘劑(Binder)后制成的丸子，經800℃～1000℃高溫處理，使其中所含有害重金屬氧化鎘完全揮發(fā)成為無毒害環(huán)境的物質，再經急速水冷使產生許多細小孔隙與含有大量SiO2.H2O、CaCO3.H2O及Fe2O3.H2O的結晶水，是一種很不容易被蒸發(fā)，而具備有非常良好保水性及吸水性的材料。
本發(fā)明尤其適合在干燥的沙化土壤環(huán)境中使用，由于沙化土壤地區(qū)日夜溫差較大，沙化土壤保水性較差，虹吸管現(xiàn)象較明顯，而本發(fā)明正可以補足這些沙化土壤地區(qū)保水條件的缺陷。利用沙化土壤地區(qū)日夜溫差較大及虹吸管現(xiàn)象較明顯，造成夜晚相對濕度增加與地下水蒸發(fā)量較大，而能于夜間迅速由地下蒸發(fā)的水蒸氣補足日間失去的水分，白天又能有效遮擋日間太陽的直射，形成一保水性極佳的保濕膜使與下方土壤能有效遮蔽日曬而不至干枯，且由于本身粒徑大正可以堵住下方沙土層虹吸管現(xiàn)象，以減少其下方沙土層中水分的蒸發(fā)，而能永保下方沙化土壤處于濕潤狀態(tài)進而綠化土地。更由于本身的粒徑大、比重大，有如一顆顆鐵蛋子壓住底下的草種與沃土，不但能保住自身更能保住其下方的沃土與草種而不被沙漠地區(qū)強風吹起。


圖1是由掃描式電子顯微鏡獲得的E.A.F集塵灰的金相圖(SEN)。
圖2是用天秤取相同重量的E.A.F集塵灰(500g)、泥土(500g)與二份相同重量的水(5g)，并將等重的水分別加入等重的E.A.F集塵灰和泥中后的平衡示意圖。
圖3左圖是剛加入水的E.A.F集塵灰迅速吸水，呈現(xiàn)全面吸水狀態(tài)；右圖是剛加入水的泥土因吸水性較差，呈現(xiàn)部分吸水狀態(tài)。
圖4左圖是加水日曬2小時后的E.A.F集塵灰呈現(xiàn)全面保水狀態(tài)；右圖是加水日曬2小時后的泥土呈現(xiàn)部分失水狀態(tài)。
圖5左圖是加水日曬4小時后的E.A.F集塵灰呈現(xiàn)部分保水狀態(tài)；右圖是加水日曬4小時后的泥土呈現(xiàn)全面失水狀態(tài)。
圖6是加水日曬4小時后的E.A.F集塵灰明顯呈現(xiàn)保水、保重狀態(tài)、泥土明顯呈現(xiàn)失水、失重狀態(tài)的示意圖。
圖7是本發(fā)明經制粒(粒徑0.5cn～10.0cm)、燒結、水冷后的丸子。
具體實施例方式以不低于混合后總體積比例10％以上的電弧爐集塵灰，與混合后總體積比例30％～60％的燃煤火力發(fā)電/熱電廠產生的廢渣—粉煤灰，與混合后總體積比例20％～30％的石灰粉，利用輥桶均勻混合，并調以適當?shù)奶罴觿?可增加其孔隙度即活性度)及少許適量粘劑(Binder)，將之均勻混合后經一巨大的造粒機，制成粒徑0.5cm至10.0cm之丸子。再經過有噴火嘴設備的環(huán)型旋轉爐(Rotary Hearth Funace)將溫度控制在800℃～1000℃，使其中所含有害重金屬氧化鎘完全揮發(fā)并加以收集，再利用鼓風爐原理排入熱氣預熱再通入爐中，將小丸子中的碳完全氧化后，再將之急速水冷使產生許多細小孔隙與含有大量SiO2.H2O、CaCO3.H2O及Fe2O3.H2O的結晶水，便能產出無毒無害的納米干燥或沙化土壤保濕丸子(見圖7)。
使用時將本發(fā)明產品(納米沙化土壤保濕丸子)平鋪于沙化的土壤層上方，并于其下方施以10cm至20cm的松軟沃土再撒上耐旱的草種子(如苜蓿草或蔓荊子等)，經人工澆灌二周至三周直到草種子發(fā)芽成長初期即可。由于本發(fā)明產品(納米沙化土壤保濕丸子)具備有非常良好的保水性及吸水性，每當下雨時(或人工澆灌)這些丸子會吸足了水，而多余的水則會滲入底下的沙土層，并就地儲存于底下的沙土層中。當氣候干燥時，太陽照射在這些保濕性良好的丸子上，就像一層防水膜擋住了陽光，因此而能保住其下方沙土所含有的水分，減少水分的蒸發(fā)。由于這些丸子擁有良好的保水性及吸水性，使得水分原本就不易蒸發(fā)，又等到了晚上溫度下降、相對濕度增加，再加上沙化土壤的虹吸管現(xiàn)象較明顯，地下水蒸發(fā)量較大，此時便會產生結露而有露水產生，這些丸子便會立即將露水吸回去補充水分，如此便能補充白天流失的水分，而使得這些丸子更具保濕功能，并能周而復始不斷的于夜間補充水分，如此方能經長期日曬不至干枯，得以永保干燥或沙化土壤處于濕潤狀態(tài)進而綠化土地。
權利要求
1.應用電弧爐煉鋼制程所產生的電弧爐集塵灰和燃煤火力發(fā)電/熱電廠所產生的廢渣—粉煤灰可與其它材料料混合，作為干燥或沙化土壤保濕使用。
2.根據(jù)權利要求1所述的電弧爐集塵灰和燃煤火力發(fā)電/熱電廠所產生的廢渣—粉煤灰可與其它材料混合，制成粒徑0.5cm～10.0cm的丸子，經高溫(800℃～1000℃)燒結使其中所含有害重金屬氧化鎘完全揮發(fā)后，作為干燥或沙化土壤保濕使用。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電弧爐集塵灰的用量為混合后總體積比的10％以上，粉煤灰的用量為混合后總體積比的30％以上。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的電弧爐集塵灰和燃煤火力發(fā)電廠/熱電廠所產生的廢渣—粉煤灰可與其它材料混合、燒結后的丸子，使用時將其平鋪在干燥或沙化土壤表層。
5.根據(jù)權利要求3所述的電弧爐集塵灰和燃煤火力發(fā)電廠/熱電廠所產生的廢渣—粉煤灰可與其它材料混合、燒結后的丸子，使用時將其平鋪在干燥或沙化土壤表層。
全文摘要
一種應用電弧爐煉鋼制程所產生的電弧爐集塵灰和燃煤火力發(fā)電/熱電廠所產生的廢渣－粉煤灰可與其它材料料混合，作為干燥或沙化土壤保濕使用。本發(fā)明解決目前大面積國土沙化問題(262萬平方公里)及京、津地區(qū)沙塵災害問題，又能同時解決國內煉鋼廠電弧爐在煉鋼的過程中產生大量的有害事業(yè)廢棄物－電弧爐集塵灰，以及國內燃煤發(fā)電廠、供熱廠產生的大量廢渣－粉煤灰的利用途徑的技術問題。
文檔編號C09K17/02GK1493649SQ0315086
公開日2004年5月5日 申請日期2003年9月9日 優(yōu)先權日2003年9月9日
發(fā)明者孫文彬 申請人:孫文彬