冶金固体废弃物二氧化硅微粉资源化利用

摘 要：硅系铁合金生产的主要污染源和污染物为电炉生产过程产生的烟气中的烟尘，排放到大气中严重地污染环境。如何将这些排放的污染物回收并加以利用，是资源综合利用的研究课题。本文从硅系铁合金生产及其电炉废气物的产出概况，‘‘电炉烟气’’治理现状等方面有力地说明了强化电炉烟气净化与回收设施的实施力度的意义，论述了了制定“硅系电炉烟气净化回收技术规范”对强化环保及资源循环综合利用具有的社会效益和经济效益。

关键词：硅系铁合金；资源利用；经济效益

0前言

自“十五”以来，我国冶金工业一直保持着持续快速发展，钢铁工业既是国民经济的基础工业，又是资源、能源密集型产业，生产过程产生的“三废”排放量也大。发展是国家的第一要务。但如何以科学发展观和循环经济理念为统领，正确处理好“发展与环境”的关系，使现代工业逐步做到“三废…‘减量化、再利用、资源化”的清洁生产。防治污染、保护环境是促进冶金工业，国民经济和社会和谐发展所面临的重要而紧迫的任务。

根据国家发展和改革委员会[发改办工业(2006)1039号文件<国家发展改革委办公厅关于印发2006年行业标准项目的通知>]的第19项和国家科技部[冶金固体废弃物资源化综合利用标准体系的研究、项目编号2004DEA70990]。据此，责成冶金工业信息标准研究院组织制定《硅系铁合金电炉净化及回收设施技术规范》行业标准和《电炉回收二氧化硅微粉》国家产品标准(以下称“技术规范”和“产品标准”)。

自接到制定“技术规范”和“产品标准”后，于2005年5月成立编制小组，召开多次工作会议，做好相关准备工作，并对西北、西南、华北地区铁合金发展比较集中的地区和企业进行了环保现状实地考察，考察期间与部分环保治理较好的典型企业进行了座谈和技术交流，了解到硅铁和工业硅电炉烟气净化及回收运行现状，在此基础上制定出“技术规范”和“产品标准”(初稿)。

2006年6月和10月召开业内专家讨论会，分别对“技术规范”和“产品标准”(初稿)进行了深入研讨。后经修改和补充形成征求意见稿。相继发往全国20多家生产、设计、科研等单位征求意见，并征得了一些新的意见，编制组经汇总后又进一步修定，形成了送审稿。2007年1月《硅系铁合金电炉烟气净化及回收设施技术规范》已通过审定，《电炉回收二氧化硅微粉》产品标准审定工作准备就绪，近期准备召开标准审定会。

1硅系铁合金生产及其电炉废气物的产出概况

1．1硅铁及工业硅生产量及消费量

硅系铁合金主要包括硅铁、硅钙合金、硅铝合金及工业硅等，其中以硅铁与工业硅为主。硅铁是钢铁工业和机械部门不可缺的原材料，主要用做脱氧剂和合金添加剂，其吨钢消耗量约为5kg；工业硅是冶金、化工及电子工业用做配制铝硅合金、有机硅、制造高纯半导体(多晶体、半导体)及太阳能电池级硅等材料。

我国是硅铁和工业硅生产和出口大国。“十五”以来，特别是国家实施“西部大开发方针”后，随着世界高载能、高污染产业由发达国家迅速向发展中国家转移之机，硅铁和工业硅在我国取得了长足发展。据有关报道，2001～2005年硅铁、工业硅生产量和出口量、以及及微硅粉回收量列于表1。

1．2 产业布局

随着我国高载能产业由东部发达地区向西部欠发达地区的快速转移，致使硅系铁合金产业结构及布局有了很大改观。目前，硅系铁合金生产主要分布于我国中西部地区，包括西北、西南、内蒙、山西及陕北等地。以2005年硅铁实际产量为例，其产业布局如表2所列。

1．3电炉废气物

硅系铁合金生产的主要污染源和污染物为电炉生产过程产生的烟气中的烟尘，其主要成分sio₂，大都>90％。根据国内外生产实践，半封闭式操作时，每吨硅铁和工业硅电炉烟气技术参数和测算回收微硅粉量如表3所列。

根据上述烟气量及其含尘浓度测算，如2005年产硅铁331．7万t和工业硅约75万t，当电炉烟气净化及回收设施完好，常年正常与电炉连续同步运行，预计可回收微硅粉约60万t，可实际回收到的微硅粉(见表1)仅16．50万t。从此不难显示，尚有40多万t微硅粉，由于电炉烟气净化及回收设施不完备，而无有效运行和回收，致使必可回收的几十万吨、价值几亿元的硅尘放散于大气之中，严重地污染了环境。

2 “电炉烟气”治理现状

根据现场实地初步考察，国家实施“西部大开发”以来，我国铁合金工业取得了迅猛发展，尤其硅系产业风云上项目。但在总体发展进程中也出现较多的，低水平的重复建设，工艺装备落后，环保设施简陋、甚至没有落实“三同时”制度，严重污染环境等状况，还在蔓延或加剧。据相关情况分析，全国硅系铁合金生产企业中“电炉烟气治理”可大概分为下列几种情况：

(1)环境保护设施完备，技术装备较好，长期与电炉生产同步运行，并做到达标的约占三分之一左右，例如：腾飞西北、遵义、清镇、蓝星、宁夏河滨、乌海电业等厂。

(2)环保设施不够完备，时开时停，不能同电炉设备同步连续运转，净化后的烟尘浓度不能稳定地达到排放标准，这类厂为数较多，仍需改造和完备。

(3)有少数企业对环保设施不够重视，一味追求净化设施投资低价位，不讲实效，照搬其他行业的除尘技术，致使成套设备不能正常运行，环保设备形成摆设或形同虚设。当环保部门检查时采取低负荷或停炉应付对待，蒙骗监督和检查。

(4)有很少数企业电炉己建成投产，但没有落实“三同时”制度，环保设施还待续建，电炉烟气和烟尘放空，从而从源头上加重了污染。

3强化电炉烟气净化与回收设施的实施力度，制定本“技术规范”

硅系铁合金电炉生产过程产生大量烟气和烟尘，其硅铁和工业硅可回收硅尘或微硅粉分别120～150kg／t和300～400kg／t，它是电炉回收的副产品；烟尘分散度极高，其中90％小于1µm；如不净化回收，绝大部分为飘尘，扩散污染很广；基于硅尘具有特殊的物化特性，而对烟尘净化回收也带来一定难度。就其技术问题而言，我国自上世纪80～90年代初开始，经引进消化国外先进技术的基础上，至今历经20多年的生产实践，硅系铁合金电炉烟气干法袋式除尘技术己完全成熟可靠，并迈向世界先进技术行列，不仅国产化自用，而且还出口成套设备技术至东南亚国家。

为贯彻执行环境保护法，正确处理好“发展与环境”的关系，进一步强化监督与管理，控制和降低污染，改善环境质量、造福于后代。冶金工业在快速发展，环境治理“三同时”在认真落实并实施。但迄今对硅系铁合金电炉烟气净化及回收设施还没有一部统一技术标准可遵循。因此，适时编制这部技术规范，主要用于半封闭式电炉烟气净化及回收设施的设计、制造、安装及验收的监管。对铁合金行业依法、规范、科学地调整、提高、完善环保设施是完全必要的，也是非常及时的，对促进硅系铁合金工业的健康和谐发展，强化环保必将起到重要的法规制度和监督保证作用。

4强化硅铁和工业硅生产回收的废弃物——二氧化硅微粉的资源化利用，制定电炉回收二气化硅微尘国家标准

回收的二气化硅微粉(以下简称“硅粉”)，已广泛应用于冶金、建材、化工和水电等领域，例如可制做高性能混混土的掺和料，用在大坝，高速公路和机场跑道等建筑材料等。目前国内各行业为了满足各自要求制定硅微粉的行业标准，没有统一的国家标准。因此，急需制定统一的国家标准，将二氧化硅微粉的利用标准化和规范化。近年来，硅粉的研究及利用发展迅速，相应的回收装置及技术也迅速完善并更加科学，使硅粉实际已经成为了一种产品。但是由于硅粉的应用涉及的领域较多，各种行业标准所规定的产品技术指标及其检验方法差距较大，给生产企业的技术和质量管理造成困难，也不利于规范化、有序化管理。同时也为进一步推广和规范硅粉的应用领域具有重要的意义。制定该产品标准的出发点和原则：

(1)从硅灰生产企业的角度出发，规范硅灰产品的分类方法、技术要求、检测方法、检验规则以及包装、标志、运输、贮存等方式；

(2)产品技术指标的确定既能够适合于高强度高性能混凝土行业的要求，也能够满足耐火材料行业的要求，同时也有利于拓展该产品的应用领域；

(3)技术参数的测定方法尽可能采用最新的国家标准或行业标准，充分地体现出所采用方法的先进性；在保证测定精度的情况下，以降低生产企业的检测成本，降低标准的执行难度。

5 强化环保及资源循环综合利用具有重要的社会经济意义

硅铁和工业硅电炉生产回收的副产品微硅粉，国内外均广泛应用于建材、水电、化工及冶金等工农业领域。我国是硅铁和工业硅生产大国和出口大国，硅尘资源很丰富，不仅国内供不应求，价格不断上扬，而且也竞相出口。

目前，微硅粉市场价，SiO₂>92％的每吨出厂售价约1 500元，SiO₂>95％的价值要高出几倍。据国内多厂家生产回收微硅粉成本约每吨800～900元，这样正常年电炉烟气净化及回收设施的投入费用可于3～4年内，或更短些，便可还本付息。如2005年所产硅铁和工业硅，若全部微硅粉获得回收，则回收量约60万t，产值约9亿元。

据此，硅铁和工业硅电炉烟气净化及回收的微硅粉，不仅可以控制和降低污染，改善环境质量、造福于后代；而且回收微硅粉可变废为宝，并具有循环资源再利用的重要经济价值。

对于高碳锰铁、锰硅合金和高碳铬铁产品，如采用半封闭式电炉操作，其干法烟气净化回收的锰尘和铬尘，同样经造球处理后便可资源化返回电炉再利用。总之，本“技术规范”和“产品标准”的制定并有效实施，不仅强化环保，而且具有重要的社会效益和经济效益，一举多得。这样，既符合国家产业政策，做到环保型；又达到循环经济发展的模式，做到资源节约型。这是走现代工业化道路和良性经济发展的必然选择。