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吉建斌

 
 
 

日志

 
 

台湾炼钢集尘灰处理现况(上)  

2018-06-12 10:09:04|  分类: 工业和生活垃圾处 |  标签: |举报 |字号 订阅

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陈伟圣*、周玮珊*、吴俊毅*、申永辉**、蔡敏行***

(*国立成功大学资源再生及管理研究中心 研究员、资源工程研究所 博士生)

(**国立成功大学资源工程学系 教授兼系主任)

(***国立成功大学资源再生及管理研究中心 研究教授)

摘 要

台湾计有19家电弧炉炼钢厂使用废铁、废钢、合金铁为原料,电炉共有26座,电弧炉炼钢之产量由2003年的807万吨至2008年之产能已达979万吨,约占全国粗钢总产能的49.3%。在炼钢生产过程中,产生含有高浓度金属粉尘废气,经收集所形成之「炼钢集尘灰」每年之发生量约17 万公吨。电弧炉炼钢集尘灰,颗粒微细,内含铁、锌、锰、铅、铬、铜、镍、镉等多种重金属,且大多数炼钢集尘灰皆超出毒性溶出标准,若不经妥善处理而随意丢弃将会对环境造成很大之污染,因此全世界皆对其制定严格管理办法以管制其处理过程及流向。国内待处理之51万吨集尘灰仍暂存于电弧炉炼钢厂内,显现国内集尘灰去化处理之窘迫。炼钢集尘灰富含可回收金属资源,锌含量介于15~25%之间,高于经济开采之锌矿品位,属珍贵「人造矿脉」,基于资源回收与公害防治立场,各国都积极致力于回收或处理程序开发。炼钢集尘灰所含「锌」金属透过「化学」与「物理」相互结合的处理程序给予回收,并制成供化工行业所使用的主要原料;「锌」金属回收后所剩余的炉渣,因为内含杂质,几乎已在处理过程中去除,剩余的部分是属于稳定的「Ferrite」组织,可再交给炼钢厂作为炼钢过程的原料。国内若成立锌冶炼业,不仅能促成上、下游含锌产业物质流与异业资金流整合,透过锌资源回收体系与锌废料源整合,形成封闭循环之锌资源流动网,每年将可提供5.5万吨以上氧化锌,推展含锌废料充份再利用,延长锌资源回收产业链,提高整体附加价值。不仅具前瞻性含锌资源化创新技术深耕于国内,亦协助产业技术优化升级与转型并持续拓展销售通路,促进互利双赢。

【关键字】电弧炉、炼钢、集尘灰、粗氧化锌、资源化

一、前 言

台湾电弧炉EAF(Electric Arc Furnace)炼钢工业发韧于1950年代[1],当时因第二次世界大战结束后,台湾地区沈船及废铁较多,炼钢业者为因应台湾建设之需要引进电弧炉,熔铸钢胚和轧制普通钢材,供应国内工程建设使用[2]。之后,政府为充实钢铁原料供应,因而开放旧船进口,由于废铁原料之供应充足,使得台湾EAF炼钢业蓬勃发展,惟当时EAF 集尘灰对环境污染所造成之污染问题并未受到重视,使得空气污染异常严重。笔者遂于环保管制政策上发声,促使政府开始重视EAF 炼钢业之污染防治辅导,并督促炼钢业设置集尘设备后,使空气中悬浮微粒含量大幅减少,污染防治发挥立竿见影之效。

目前台湾地区计有19家电弧炉炼钢厂使用废铁、废钢、合金铁为原料,电炉共有26座,电弧炉炼钢之产量日益上升,由2003年的807万吨至2008年之产能已达979万吨,约占全国粗钢总产能的49.3%。由于炼钢业之蓬勃发展,也伴随大量待处理之事业废弃物,在炼钢生产过程中,由高温产生之含有高浓度金属粉尘废气,经袋式集尘器收集所形成之炼钢集尘灰每年之发生量约17万公吨[3]。

电弧炉炼钢集尘灰,颗粒微细,内含铁、锌、锰、铅、铬、铜、镍、镉等多种重金属,由毒性溶出试验显示,大多数炼钢集尘灰皆超出毒性溶出标准,是炼钢厂中问题最大、处理成本最高之有害事业废弃物,若不妥善处理随意丢弃将会对环境造成很大之污染,因此制定严格之管理办法以管制其处理过程及流向。

炼钢生产过程所产生之集尘灰富含可回收之金属资源,锌含量介于15~25%之间,高于可经济开采之锌矿品位,乃是非常珍贵之「人造矿脉」,基于资源回收与公害防治之立场,各国都积极致力于回收或处理程序之开发。以台湾事业机构每年申报约17万吨炼钢集尘灰为例,若经过适当的处理、分选、纯化及冶炼,则集尘灰中的锌资源将可供为炼锌原料或转制为高纯度「氧化锌」再生产品来销售,将原属于高成本、高难度处理之炼钢集尘灰,给予全资源化回收,除可解决目前庞大处理量之压力,亦具有高度商业化价值,过去几年国内投产于EAF集尘灰回收之比重逐年攀升,其所回收之粗氧化锌外售炼制金属锌之产能约达3万吨左右,爰此,国内政府近年对炼钢集尘灰之管制策略上也由过往消极被动之污染防治取缔,逐渐走向鼓励产程制程减废与资源回收再利用辅导,可为未来企业经营预留更具发展性空间。

国内电弧炉集尘灰处理法源主要依据民国83年3月公告之「有害事业废弃物认定标准」,电弧炉炼钢集尘灰属制程有害事业废弃物,清理之理念与方式由过去之废弃物处理走向资源化回收氧化锌。于民国95年12月修订事业废弃物贮存清除处理方法及设施标准第20条,将钢铁业集尘灰除了以资源回收外,也可采用固化法或稳定法处理。由于台湾炼钢集尘灰数量大极具经济规模,国内环保署与经济部为鼓励具相同制程之事业,共同解决所产出之事业废弃物问题,以妥善解决废弃物清理问题,遂依废清法第28条,于民国85年乃辅导业者共同申设「台湾地区电弧炉炼钢业废弃物共同处理体系」,协助解决相当比例之炼钢集尘灰。此外,为考量再利用之实务运作,经济部工业局于民国90年,依废清法第39条之规定,订定「经济部事业废弃物再利用管理办法」,依据上述办法之规划,电弧炉集尘灰再利用得向经济部工业局提出个案再利用申请,使集尘灰得以有效的再利用。由于目前台湾现有处理设施之年处理量(约7万吨)无法完全处理全台年产生之集尘灰数量(约17万吨),所以环保署修改法规以提供资源回收以外之固化掩埋管道,以及经济部工业局提供其他资源再利用管道,以增加资源回收业者引进新的集尘灰资源再生设施,来去化日渐增多之集尘灰暂贮数量及一再延长贮存期限的现象,并订定民国103年,完成处理现有贮存量目标。

二、台湾EAF炼钢厂现况

根据台湾区钢铁工业同业公会统计结果显示[4],自2004至2008年连续5年国内电弧炉炼钢量以2%年成长率维持稳定增加,以2007年达到产能高峰,年产粗钢量逼近1,002万吨(详表1),约占全国粗钢生产量五成左右。在碳钢方面总计有13家公司,工厂数14厂,总炉数18座,总容量1,290公吨;特殊钢则有6家公司6厂,炉数有8座,总容量400公吨(详表2) ,就地理分布而言,整体上以南区之厂商最多,合计12家,占全部工厂家数之60%(详图1)。

表1 台湾历年粗钢(钢胚、锭)生产量统计表单位:万吨/年

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资料来源:台湾区钢铁工业同业公会资讯中心

表2 电弧炉设备工厂、容量及座数统计表

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资料来源:台湾区钢铁工业同业公会资讯中心

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图1 台湾电弧炉设备工厂分布情形

三、电弧炉集尘灰之产生量与性质

3.1 电弧炉集尘灰之产生量

一般炼钢集尘灰主要来自电炉及转炉,电弧炉炼钢作业使用原料为废钢、铬铁、镍铁及其它合金铁,石灰为造渣剂。主要利用电弧高温反应将废铁、不锈钢、合金铁等原物料熔融形成钢液,再进入转炉加以调质。在生产过程中,因高压、高温或加料过程中粉尘逸散,使上述制程所产生之废气中含有高浓度粉尘,经由高效率袋式集尘器收集后,形成炼钢集尘灰。

依据行政院环保署91年1月9日公告之“有害事业废弃物认定标准”规定,电弧炉炼钢产生之集尘灰为“列表”中之“电炉制钢过程污染控制之集尘灰”属制程有害事业废弃物,网路申报代码为A-7101,依据环保署「事业废弃物管制中心」公布之重点有害事业废弃物清理流向上网申报资料显示[4] (表3),国内事业机构每年所产生之EAF集尘灰仍以委托共同处理机构处理(16.7万吨),及再利用方式者(11.3万吨)居多,一般碳钢钢铁冶炼厂产生之集尘灰处理方式大多委由台湾区电弧炉炼钢业废弃物共同处理机构-台湾钢联(股)公司资源回收处理,惟钢联公司之处理量仍不足完全消化国内之产出量,故国内待处理之51万吨集尘灰仍以太空包包装后暂存于电弧炉炼钢厂内,显现国内集尘灰去化处理之窘迫。

表3:2008年国内集尘灰处理暨再利用统计[4] 单位:万吨

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资料来源:行政院环保署事业废弃物管制资讯网,2009.06查询

过去基于保密的原则,台湾每年的产生量与处理过程,外界向来无从瞭解,因此所列管的炼钢集尘灰数量较不完整,以事业机构每年向环保署申报约17万吨之炼钢集尘灰发生量而言,此项申报数据尚至为保守;依据国外研究指出[5],电弧炉炼钢集尘灰的产出与钢产量有密切之关系,电弧炉炼钢集尘灰之发生量约为钢产量之1~2%之间;国内李宗立博士[2]则推估每吨粗钢生产所收集之集尘灰为20公斤,两者之结果相当接近,若以台湾地区年产粗钢 980万吨进行估算,EAF炼钢集尘灰发生量,当在19万吨之谱,此项推估数据与国内业者每年之线上申报量相比仍有相当差距。

3.2 电弧炉集尘灰之特性

国内 EAF炼钢集尘灰依照产物大致分成两类别,一为冶炼低碳钢或低合金钢(carbon steel or low alloy steel,简称CS)所发生之集尘灰,另一为冶炼不锈钢(stainless steel,简称SS)的集尘灰。表4[2]为国内炼钢集尘灰之化学分析组成,此两类集尘灰主要差异在于锌、铅的含量,CS集尘灰之锌、铅含量较高,主要乃国内EAF炼钢厂是以旧料废钢为熔炼原料,如电镀废料、表面经处理之汽车切片废料,而异于以废合金钢为熔炼原料之SS集尘灰,其它重金属如铬、铜、镍、镉之含量均小于1%,无显着差异。另外Cl离子之含量约2.0~7.0%,SO4-2之含量约1.0~3.0%。集尘灰外观呈褐色,粒径大多集中于0.124~6.76μm,粒径范围1.47μm以下约占总集尘灰75%(图2),由于集尘灰粒度微细且体比重又小,若不妥善处理易造成环境污染。

表4 国内电弧炉集尘灰之化学组成分析[2]

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注:CS1~CS9 为碳钢集尘灰样品;SS1~SS4 为碳钢集尘灰样品

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图2 电弧炉集尘灰粒径分布范围

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