专利名称：电弧炉集尘灰作为沙化土壤保湿的助剂的制作方法
技术领域：
本发明是关于治金废弃物的再利用技术，特别是关于将炼钢过程电弧炉所产生的E.A.F集尘灰与燃煤火力发电所产生的粉煤灰混合加入少量粘剂(Binder)后，再以高温烧结，作为干燥或沙化土壤保湿、绿化的废弃物再利用、环保、减废技术。
背景技术：
目前国内、外各大炼钢厂的电弧炉在炼钢过程中产生大量(约30000吨/月.厂)的E.A.F集尘灰，其中因含有微量有害重金属(氧化镉CdO 0.001％以下)，而被认定为有害事业废弃物，依规定各大炼钢厂必须回收并加以处理。以往这些E.A.F集尘灰作为有害事业废弃物，大多加热至800℃以上高温烧结，使其中所含有害重金属经由挥发而去毒，或加入少量粘剂(Binder)制成颗粒后加以掩埋，这不仅花费大量成本，也容易造成二次污染，成为各大炼钢厂急待解决的一大难题。
粉煤灰是原煤经过粉磨后吹入发电机组中进行燃烧后的粉灰状废渣，粉煤灰体轻、表面积比大，其主要成分SiO2、AL2O3、CaO和Fe2O3都有较高的活性和较好的流动性，但大部分颗粒经过在发电机组中燃烧而产生裂纹，增加了离散性，使粉煤灰较强的活性难以发挥。在中国北方地区的发电厂、热电厂中大多以燃煤为主，在发电的同时产生大量废渣—粉煤灰。平均每年产生粉煤灰50万吨以上的大型电厂有30余家，中小型电厂(10万吨以内)有500余家，在中国北方地区(东北、西北、华北地区)平均每年产生粉煤灰5000万吨以上。我国北方粉煤灰利用率较低，资源化率更低，因而大量堆积和污染环境的问题仍还没有解决一些大型电厂利用高压水流将粉煤灰冲至距厂10公里以外的山沟中，而一些中小型电厂则将粉煤灰直接就近散放到山沟、荒地甚至道路、厂区旁，造成水资源、人力、物力的严重浪费，由于大量粉煤灰未进行任何有效的处理，集中或排放都造成严重的环境污染。据国家有关部门统计，在我国北方粉煤灰对土地的覆盖正以每年1000万平方米的速度增长，由于粉煤灰的大量排放，周边植被严重损坏，大气环境急剧恶化，水源严重污染，造成的土地荒漠化已严峻地摆在我们面前。近几年北方地区日渐盛行的砂尘暴等恶劣天气正是大自然向我们敲响的警钟。彻底治理污染，使粉煤灰变废为宝，是自然界向我们提出的严峻课题。
中国风沙灾害每年损失540亿元人民币，占全球荒漠化损失的16％。国家林业局局长王志宝指出，土地荒漠化不断扩大，面积达262万平方公里，大大超过全国耕地面积的总和，沙化土地面积以每年2460平方公里的速度扩展。对京津地区构成重大威胁的沙尘灾害源于可以治理的退化草地和耕地，不是难以治理的天然沙漠和戈壁，以内蒙古自治区中部和河北省北部约25万平方公里的退化草地、撂荒耕地为主，如能迅速采取措施，恢复天然植被，就可以有效地抑制影响京津地区的主要沙尘来源，形成首都圈的绿色屏障。
发明内容
本发明要解决的技术问题正是克服上述已有技术的缺陷及需求，提供一种干燥或沙化土地大量、经济又有效的土壤保湿剂料，以解决目前大面积国土沙化问题(262万平方公里)及京、津地区沙尘灾害问题，又能同时解决国内炼钢厂电弧炉在炼钢的过程中产生大量的有害事业废弃物—电弧炉集尘灰，以及国内燃煤发电厂、热电厂产生的大量废渣—粉煤灰的利用途径的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下应用电弧炉炼钢制程所产生的电弧炉集尘灰和燃煤火力发电/热电厂所产生的废渣—粉煤灰可与其它材料料混合，作为干燥或沙化土壤保湿使用。
所述的电弧炉集尘灰和燃煤火力发电/热电厂所产生的废渣—粉煤灰可与其它材料混合，制成粒径0.5cm～10.0cm的丸子，经高温(800℃～1000℃)烧结使其中所含有害重金属氧化镉完全挥发后，作为干燥或沙化土壤保湿使用。
所述的电弧炉集尘灰的用量为混合后总体积比的10％以上，粉煤灰的用量为混合后总体积比的30％以上。
所述的电弧炉集尘灰和燃煤火力发电厂/热电厂所产生的废渣—粉煤灰可与其它材料混合、烧结后的丸子，使用时将其平铺在干燥或沙化土壤表层。
本发明即在利用来源非常庞大、价廉且有效的炼钢厂电弧炉在炼钢的过程中产生的废弃物—电弧炉(E.A.F)集尘灰，此E.A.F集尘灰成分复杂，含有多种纳米或次纳米级极性金属氧化物(氧化铁、氧化锌、氧化锰等)微粒(NanoParticle or Fine Particle)，其粒径大小在5nm～5μm之间(见图1)，由于其为纳米或次纳米级微粒，接触表面积变大(1克纳米材料表面积约为500M2左右)，表面能增高，微粒的表面原子处于严重缺位(Vacancy)状态，因此活性变得极高，会影响与它接触的物质，使其也变为活泼或更活泼，从而产生的表面效应与价面效应，能与极性的水分子形成一化学键，而具有非常良好的保水性与吸水性。图2～图6显示的是E.A.F集尘灰在保水、吸水性方面大大优于土壤的对比情况。
本发明将E.A.F集尘灰与适量比例的粉煤灰、石灰粉均匀混合，并调以适当的填加剂(可增加其孔隙度即活性度)及少许适量粘剂(Binder)后制成的丸子，经800℃～1000℃高温处理，使其中所含有害重金属氧化镉完全挥发成为无毒害环境的物质，再经急速水冷使产生许多细小孔隙与含有大量SiO2.H2O、CaCO3.H2O及Fe2O3.H2O的结晶水，是一种很不容易被蒸发，而具备有非常良好保水性及吸水性的材料。
本发明尤其适合在干燥的沙化土壤环境中使用，由于沙化土壤地区日夜温差较大，沙化土壤保水性较差，虹吸管现象较明显，而本发明正可以补足这些沙化土壤地区保水条件的缺陷。利用沙化土壤地区日夜温差较大及虹吸管现象较明显，造成夜晚相对湿度增加与地下水蒸发量较大，而能于夜间迅速由地下蒸发的水蒸气补足日间失去的水分，白天又能有效遮挡日间太阳的直射，形成一保水性极佳的保湿膜使与下方土壤能有效遮蔽日晒而不至干枯，且由于本身粒径大正可以堵住下方沙土层虹吸管现象，以减少其下方沙土层中水分的蒸发，而能永保下方沙化土壤处于湿润状态进而绿化土地。更由于本身的粒径大、比重大，有如一颗颗铁蛋子压住底下的草种与沃土，不但能保住自身更能保住其下方的沃土与草种而不被沙漠地区强风吹起。
图1是由扫描式电子显微镜获得的E.A.F集尘灰的金相图(SEN)。
图2是用天秤取相同重量的E.A.F集尘灰(500g)、泥土(500g)与二份相同重量的水(5g)，并将等重的水分别加入等重的E.A.F集尘灰和泥中后的平衡示意图。
图3左图是刚加入水的E.A.F集尘灰迅速吸水，呈现全面吸水状态；右图是刚加入水的泥土因吸水性较差，呈现部分吸水状态。
图4左图是加水日晒2小时后的E.A.F集尘灰呈现全面保水状态；右图是加水日晒2小时后的泥土呈现部分失水状态。
图5左图是加水日晒4小时后的E.A.F集尘灰呈现部分保水状态；右图是加水日晒4小时后的泥土呈现全面失水状态。
图6是加水日晒4小时后的E.A.F集尘灰明显呈现保水、保重状态、泥土明显呈现失水、失重状态的示意图。
图7是本发明经制粒(粒径0.5cn～10.0cm)、烧结、水冷后的丸子。
具体实施例方式以不低于混合后总体积比例10％以上的电弧炉集尘灰，与混合后总体积比例30％～60％的燃煤火力发电/热电厂产生的废渣—粉煤灰，与混合后总体积比例20％～30％的石灰粉，利用辊桶均匀混合，并调以适当的填加剂(可增加其孔隙度即活性度)及少许适量粘剂(Binder)，将之均匀混合后经一巨大的造粒机，制成粒径0.5cm至10.0cm之丸子。再经过有喷火嘴设备的环型旋转炉(Rotary Hearth Funace)将温度控制在800℃～1000℃，使其中所含有害重金属氧化镉完全挥发并加以收集，再利用鼓风炉原理排入热气预热再通入炉中，将小丸子中的碳完全氧化后，再将之急速水冷使产生许多细小孔隙与含有大量SiO2.H2O、CaCO3.H2O及Fe2O3.H2O的结晶水，便能产出无毒无害的纳米干燥或沙化土壤保湿丸子(见图7)。
使用时将本发明产品(纳米沙化土壤保湿丸子)平铺于沙化的土壤层上方，并于其下方施以10cm至20cm的松软沃土再撒上耐旱的草种子(如苜蓿草或蔓荆子等)，经人工浇灌二周至三周直到草种子发芽成长初期即可。由于本发明产品(纳米沙化土壤保湿丸子)具备有非常良好的保水性及吸水性，每当下雨时(或人工浇灌)这些丸子会吸足了水，而多余的水则会渗入底下的沙土层，并就地储存于底下的沙土层中。当气候干燥时，太阳照射在这些保湿性良好的丸子上，就像一层防水膜挡住了阳光，因此而能保住其下方沙土所含有的水分，减少水分的蒸发。由于这些丸子拥有良好的保水性及吸水性，使得水分原本就不易蒸发，又等到了晚上温度下降、相对湿度增加，再加上沙化土壤的虹吸管现象较明显，地下水蒸发量较大，此时便会产生结露而有露水产生，这些丸子便会立即将露水吸回去补充水分，如此便能补充白天流失的水分，而使得这些丸子更具保湿功能，并能周而复始不断的于夜间补充水分，如此方能经长期日晒不至干枯，得以永保干燥或沙化土壤处于湿润状态进而绿化土地。
权利要求
1.应用电弧炉炼钢制程所产生的电弧炉集尘灰和燃煤火力发电/热电厂所产生的废渣—粉煤灰可与其它材料料混合，作为干燥或沙化土壤保湿使用。
2.根据权利要求1所述的电弧炉集尘灰和燃煤火力发电/热电厂所产生的废渣—粉煤灰可与其它材料混合，制成粒径0.5cm～10.0cm的丸子，经高温(800℃～1000℃)烧结使其中所含有害重金属氧化镉完全挥发后，作为干燥或沙化土壤保湿使用。
3.根据权利要求1或2所述的电弧炉集尘灰的用量为混合后总体积比的10％以上，粉煤灰的用量为混合后总体积比的30％以上。
4.根据权利要求1或2所述的电弧炉集尘灰和燃煤火力发电厂/热电厂所产生的废渣—粉煤灰可与其它材料混合、烧结后的丸子，使用时将其平铺在干燥或沙化土壤表层。
5.根据权利要求3所述的电弧炉集尘灰和燃煤火力发电厂/热电厂所产生的废渣—粉煤灰可与其它材料混合、烧结后的丸子，使用时将其平铺在干燥或沙化土壤表层。
全文摘要
一种应用电弧炉炼钢制程所产生的电弧炉集尘灰和燃煤火力发电/热电厂所产生的废渣－粉煤灰可与其它材料料混合，作为干燥或沙化土壤保湿使用。本发明解决目前大面积国土沙化问题(262万平方公里)及京、津地区沙尘灾害问题，又能同时解决国内炼钢厂电弧炉在炼钢的过程中产生大量的有害事业废弃物－电弧炉集尘灰，以及国内燃煤发电厂、供热厂产生的大量废渣－粉煤灰的利用途径的技术问题。
文档编号C09K17/02GK1493649SQ0315086
公开日2004年5月5日 申请日期2003年9月9日 优先权日2003年9月9日
发明者孙文彬 申请人:孙文彬