钢铁企业无组织排放源颗粒物特征研究

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钢铁工业生产规模庞大且颗粒物排放源数量众多,是一类不容忽视的污染源。明确钢铁企业排放源颗粒物特征对颗粒物源解析和除尘技术改进至关重要。然而,目前有关钢铁企业颗粒物特征的研究多是针对有组织排放源开展的,鲜见关于钢铁企业无组织排放源颗粒物特征的研究报道。为了探明钢铁生产全流程的无组织排放源颗粒物特征,本研究以中国年产能为2000×104t的某钢铁企业无组织排放源为研究对象,通过现场采样和实验室检测,对其颗粒物形态特征、化学特征和物理特征进行了全面研究,定量分析了无组织排放源颗粒物的特征。主要研究工作如下:(1)利用IFC-2防爆型粉尘采样仪和安德森分级采样器采集了钢铁企业1 8个主要无组织排放源颗粒物中的总悬浮颗粒物(TSP)和可吸入颗粒物(PM10)。利用扫描电镜和激光粒度分布仪研究了钢铁企业无组织排放源颗粒物的形态特征。无组织排放源颗粒物的微观形貌主要分为:机械破碎、皮带输送和卸料跌落等物理方式产生的不规则富Fe、富Si、富Ca和富Mg矿物颗粒;机械破碎和燃烧破裂产生的层片状炭质颗粒;高温熔融态下的球状富Si、富Al和富Fe颗粒;以及由高温烟气、部分挥发性矿物的聚合而成的链状和团絮颗粒。无组织排放源TSP的粒径分布处于0.1~716 μm之间,主要呈单峰和双峰两种形态。前者颗粒物均大于15 μm,后者则部分集中于1、3、4和5 μm附近,部分分散于40、120、30和110 μm附近。此外,无组织排放源颗粒物以大颗粒物居多,PM10的累积分布量主要在25%~35%以下。(2)利用X射线荧光光谱仪、红外碳硫分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪等研究了钢铁企业无组织排放源颗粒物的化学特征。无组织排放源颗粒物中主要的有害成分为TMn、As、Cr2O3、Al2O3、S和Zn,其中Al2O3和S主要来自破碎室、焦炉炉顶和通廊转运站,前者质量分数分别为3.20%、3.79%和1.85%,后者分别为0.81%、0.98%和0.38%。TMn主要来自LF精炼炉,质量分数为1.28%。无组织排放源颗粒物中的可回收成分为TFe、CaO、SiO2、C和MgO。其中TFe在烧结、炼铁和炼钢工序排放源颗粒物中质量分数较高,质量分数范围为7.26%~57.79%。(3)利用电阻率测试仪、磁强计和接触角测试仪研究了钢铁企业无组织排放源颗粒物的电阻率、磁性和润湿性等物理特征。颗粒物的电阻率总体上处于104~1013Ω·m。电阻率随颗粒物中水的质量分数的增加而下降。颗粒物的饱和磁化强度和矫顽力的分别为11.69~245.21 emu·cm-3和11.08~100.62 Oe。矫顽力的大小不仅与TFe的质量分数有关,还受其颗粒物大小的影响。此外,粒径小于1 μm的颗粒物的质量分数与剩余饱和磁化强度和饱和磁化强度之比(Mrs/Ms)呈较强的相关性,表现了较强的单畴性质。钢铁企业无组织排放源颗粒物与纯水液滴的接触角普遍低于90°,表现出较好的润湿性。接触角总体上随温度的上升而减小。初始状态下,铁水倒罐站颗粒物的接触角最大,达到了58.9°;环冷机颗粒物最小,仅为20.1°。此外,焦炉炉顶颗粒物的接触角对温度最敏感,当温度从30℃升高到80℃的过程中,其接触角从57.2°降到24.8°;矿槽返矿零米颗粒物最不敏感,接触角从32.6°降到29.8°。
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