1背景

钢铁是我国工业化发展的重要材料，生产过程消耗大量的燃料、矿石等，同时也会产生大量气体污染物。为满足可持续发展战略需要，国家对钢铁企业SO2减排工作提出硬性指标和要求。烟气脱硫技术的推广和应用有效缓解了钢铁企业SO2排放的巨大压力，对缓解钢铁行业污染、提升二次能源利用率有重要作用。但是，烟气脱硫过程中会产生大量含硫含钙高、碱性强的脱硫灰，因其成分复杂、性质不稳定甚至具有毒性，缺少有效的综合利用途径，目前只有少部分可以再利用。在全国大力推进钢铁行业超低排放改造的背景下，烟气排放标准更为严苛，脱硫副产物量也明显增多，成分变得更为复杂，处理难度进一步加大。

钢铁企业烧结烟气主要使用钙基脱硫剂进行脱硫，根据产物最终形态可分为湿法和半干法，湿法脱硫副产物主要成分为CaSO4，半干法脱硫副产物为CaSO4和CaSO3的混合物。据统计，全国钢铁企业每年产生的脱硫副产物超过500万吨，如果任意堆放，不仅占用大量土地，造成地下水污染；而且，由于其密度较小，质量较轻，一经风吹，便会到处飞扬，污染空气；同时，由于脱硫灰中含有大量CaSO3，如不合理利用，便会造成二次污染。因此，开发脱硫灰综合利用技术、探究钙基脱硫灰资源化利用途径是钢铁企业面临的一大难题。

2当前行业现状

目前国内外的研究方向主要集中在电厂脱硫灰的综合利用，相继在不同领域取得了一定成果。而对于钢铁行业烧结烟气脱硫灰的综合利用研究较少，因为烧结烟气性质不稳定、脱硫灰成分复杂，能够形成工业化大规模应用的几乎没有。当前国内外对脱硫灰综合利用研究主要有以下几个方面。

脱硫灰在水泥行业中的应用主要包括代替石灰石直接煅烧制备水泥熟料和用作水泥缓释剂或添加剂两方面。将脱硫灰直接煅烧制备水泥熟料的研究目前还未成熟，试验研究发现掺入脱硫灰确实可以促进熟料矿物的形成，但掺入量过大时反而会对熟料矿物的形成和力学强度的发展有负面影响。此外，脱硫灰烧制水泥过程中还存在SO2再次释放造成二次污染的风险。关于脱硫灰用作水泥熟料缓释剂的研究表明当脱硫灰代替石膏单独掺入水泥熟料中会缩短水泥的凝结时间。一些研究还发现脱硫灰的掺入可以显著提高水泥的抗折强度和抗压强度。

脱硫灰用于农业生产则是因为其含有大量的碱性氧化物，利用酸碱中和作用对土壤进行改性以促进作物生长。研究发现，脱硫灰可以改善土壤理化性质、促进作物生长、提高作物产量，碱（化）土壤的改良效果在一定范围内与脱硫副产物用量呈正相关，超出范围会影响改良效果并有大量盐分积累。此外，关于脱硫灰与钾长石混合烧制钾复合肥的研究表明脱硫灰能促进钾长石分解，同时还能提供植物生长必需的钙、硅、镁、铁、锰等元素，问题是存在CaSO3分解的可能性，造成SO2二次污染。

除以上两大领域外，部分学者还研究了脱硫灰在修建道路、回填矿井等方面的一些应用。目前，我国主要采用一定比例的粉煤灰和石灰混合物或水泥作为添加材料来提高土基稳定性，但利用水泥作为添加料存在收缩性大、易产生裂缝等缺陷。基层一旦开裂，势必影响到面层的安全稳定性。而用粉煤灰作添加剂具有水稳定性、抗冻性好，后期强度高，收缩系数小等优点，脱硫灰具有和粉煤灰一样的火山灰性质，因此可用于道路建设。

3钙基脱硫灰资源化利用

3.1项目概况

梅钢钙基脱硫灰资源化利用项目研究，旨在拓宽钙基脱硫灰的利用途径，推进固废产品化，提高固废不出厂率。工艺路线要求在环保治理达标的同时实现脱硫灰资源化利用。

本项目采用环氧高聚物抗水性自修复稳定土技术，利用脱硫灰与水泥、环氧高聚物型土壤固化剂的混合料改善和提高土壤的抗水性能和自修复性能，在实现脱硫灰综合利用的同时获取最大的经济、环境和社会效益。

本项目试验铺设路段位于江苏省南京市雨花台区上海梅山钢铁股份有限公司厂区内，全长110米，宽5米，厚18cm。技术标准为单车道四级基础路，实施内容为道路底基层，试验路施工概况详见表3-1。

表3-1  试验路概况

3.2 环氧高聚物抗水性自修复稳定土施工方案

本项目施工方案工艺流程图如图3-1所示。

图3-1 施工方案工艺流程图

3.2.1施工前准备工作

本试验段施工采用抗水性自修复稳定土配合比为水泥掺量7%（质量比），固化剂掺量300g/m3，实际施工时按日照、风力等环境变化和土壤含水量适当微调。本文参照《公路土工试验规程》（JTG3430-2020）针对该配合比方案进行了室内击实试验以确定混合料的最佳含水率与最大干密度，以指导施工。根据实验结果绘制干密度、含水率曲线如图3-2所示。

图3-2 磷石膏击实试验结果

参照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51）中的试验方法对前文所得最佳含水率和最大干密度下成型试件、养生并开展无侧限抗压强度试验得到结果如表3-2所示。当混合料最佳含水量为24.62%、最大干密度为1.492时，试件可承受无侧限抗压强度平均值为2.801MPa。

表3-2 最佳含水率、最大干密度下无侧限抗压强度测试结果

实际施工时，因试验段设计层位为底基层，为降低成本将施工配合比改为6%水泥、300g/m3掺量环氧高聚物型固化剂、94%脱硫灰，最佳含水率仍为24.62%。

3.2.2现场施工情况

现场施工按准备下承层、测量放样、备料、拌和、运输、摊铺、碾压的顺序进行。施工前首先要检查并清扫下承层，同时注意路面干湿情况。测量放样主要是为了恢复道路中心线，按一定距离设置道路中桩和边桩并在其上标注基层设计高程和松铺厚度。混合料拌和前要确保备料充足，运至拌和场前先清理树木、草皮等杂物，大块颗粒预先破碎。混合料拌和时先将钙基灰放入拌和机器，同时要对含水率进行检测，确保其在最佳含水率以下进行拌和，配料按配比方案添加，所用环氧高聚物固化剂稀释于水中，混合均匀后喷洒并进行充分拌和，如图3-3所示。

图3-3 拌和

拌和好的混合料应尽快运至施工现场进行摊铺、整形。摊铺过程中严格控制基层的摊铺厚度和高程，禁止通过薄层贴补找平，确保基层的整体承载能力。摊铺后的混合料应在最佳含水量时压实，如图3-4所示。碾压过程中及时削高填低，当出现“弹簧”、松散等现象，应及时采取措施处理。摊铺碾压完成后，覆盖土工布，洒水车采用喷雾式洒水养生7天。

图3-4 碾压

3.2.3试验段检测

试验段检测主要分为施工现场压实度检测和取芯检测。压实度测定采用灌砂法，施工现场压实度检测结果如图3-5所示，从结果看出，按本次生产配合比，厂拌法施工工程质量可达到预期效果。

图3-5 压实度检测结果

现场养生7天后进行取芯检测，共钻取1个芯样，如图3-6所示。芯样厚度为13cm，外观较完整。

图3-6 取芯

4结论

通过梅钢钙基脱硫灰资源化利用项目试验段的施工，得出以下结论以指导规模化应用：

（1）确定混合料配合比是施工方案顺利进行的基本要素，试验段施工验证了生产配合比完全满足要求

（2）根据现场的施工情况说明，试铺段所采用的机械性能良好，人员配备充足，预计产量可达500t/h，每天的产量约3200t/d，每天作业长度在600m左右，大面积施工推荐采用厂拌工艺。

（3）工程质量受昼夜温差影响，后续施工时应尽量避免天黑后施工；此外养生阶段推荐采土工布及时覆盖洒水，保持土工布湿润，同时需防止土工布被吹开或丢失。

（4）根据前期试验路段的验证和总结，后期可总结编制“环氧高聚物稳定钙基脱硫灰公路基层技术规范”，针对环氧高聚物稳定钙基脱硫灰用作公路基层、底基层修筑材料做出规范性技术要求，填补了相关领域的技术空白，可为大规模施工提供技术指导。

参考文献

[1]姜诗慧,王梅,金婉婧. 浅谈电厂半干法脱硫灰的资源化利用[C]//中国环境科学学会.2012中国环境科学学会学术年会论文集（第三卷）.中国农业大学出版社,2012:368-371.

[2]张海风. 脱硫灰在公路建设中的应用[J]. 交通世界, 2011(01):158-159.

作者简介：

孙颖刚，男，1981年生，工程师，大学本科，邮箱630456@baosteele.com