钢铁行业持久性有机污染物的生成与控制研究

刘艳芹

摘 要：钢铁行业主要从事金属冶炼和金属加工工作，属于工业生产内容，但是在矿物原料采集、煅烧和焦化中会产生持久性的有机污染物，对人的身体健康和生态环境等均会产生不利影响。本篇文章在此基础上，主要对钢铁行业持久性有机污染物的生成与控制进行研究与分析。

关键词：钢铁行业；持久性；有机污染物；生成；控制；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.051

钢铁行业是我国工业生产行业类型之一，包括炼铁业、钢加工业、钢丝制品业和钢选业等，炼钢原材料主要为石灰石、白云石、耐火黏土和铁矿石等。钢铁冶炼、烧结过程中产生的持久性有机污染物具有远距离迁移、高毒、持久和生物积累性的特点，对人类生存、发展危害极大，需要采取必要手段有效控制污染物的生成，做好污染排放处理[1]。

1 持久性有机污染物的特性和危害

持久性有机污染物是一种对环境和人体具有严重危害性的化学物质，一般由人工合成加工形成，在环境中具有持久存在性，并且能够通过食物链积累最终到达人体，放大毒性，其中毒性放大最大倍数可达七万多倍。持久性有机污染物半衰期长，通过水、生物体或大气等不同环境介质寄存，毒性挥发、残留时间长。

持久性有机污染物也称为POPs，这种物质毒性极高，即便是低浓度状态也能对人体产生严重危害，其中二噁英类物质毒性超过氰化钾一千余倍，这种物质生物放大效应突出，在食物链积累、聚积过程中，物质浓度升高、毒性增加。持久性有机污染物以二噁英类为代表，气相性半衰期在8至400天，水相性半衰期可达166天至2119年，更可以在沉积物或土壤中留存17至273年，这主要是因为物质化学分解和抗光解性性，同时生物降解性明显。持久性有机污染物憎水性和亲油性较高，既可以通过食物链集聚在人体内，又可以利用活体生物脂肪组织积累，集聚性强。这种毒性物质流动性大，通过水或风等物质可以传播到较远距离。POPs物质附着在大气颗粒物上，或者直接以蒸汽形式从土壤和水体进入大气环境，在远距离迁移过程中均不会被全部降解。实验发现，持久性有机污染物更偏好寄存在温度较低环境，因而会从温暖地区迁移到寒冷地区。同时这种物质具有半挥发性，常温状态下进入大气层，但不会永久停留，会在特定条件下沉降后挥发，这种挥发、沉降多次重复后就会将POPs扩散到地球各处，扩大污染范围。

持久性有机污染物收放性和蓄积性强，主要化学元素有氯，化合物整体物质特性稳定，在外界环境留存久，进入人体后具有强致癌性，影响人体骨骼发育，导致神经系统和免疫系统紊乱，人体代谢补偿后，内分泌系统和生殖系统也会遭到严重危害。鉴于持久性有机污染物的高毒、高扩散性，国际社会组织签订《斯德哥尔摩公约》，约定减排义务、落实公约，保护人类免受POPs物质危害，促进人类社会健康持续可发展[2]。

2 钢铁行业持久性有机污染物的生成与控制

（1）焦化产生。钢体企业生产过程中一般需要将煤矿料放入焦炉，以高温干馏的形式进行焦化处理，焦炉温度在没有空气的情况下加热可达一千摄氏度，干馏后的煤经冷却运出形成焦炭。在这个过程中产生二噁英类物质，二噁英污染物由煤炭中的含氯化合物和氯元素分解形成，之后随煤气进入水体或大气。钢铁生产焦化使用的炼焦炉密封性不足，焦炉煤气在煤炭干馏中直接溢出产生严重的二噁英污染。焦炭冷却中冷水泼浇，氯离子反应也为有机污染物形成提供条件。要从源头减少和控制有机污染物的产生，需要重点筛选原材料，选用铜、氯元素含量较少材料，也可以通过高温热处理或洗涤处理，减少材料铜、氯含量，使其在焦化处理中挥发出的有机元素、金属元素成分降低，抑制二噁英物质产生。

（2）烧结产生。钢铁企业炼钢制钢过程中将不同配料按照比例调配混合后，加入烧结机布料器中进行一到两次的烧结处理，台车运输后到达煤气点火车，点燃后推行，台车完成烧结进行冷却处理，利用翻车机和破碎机完成破碎操作，最后利用皮带和双层筛，选出品质高的合格产品。对于品质较次的不合格产品重新进入循环烧结环节。烧结是钢铁生产重要环节之一。铁矿石粉燃烧和熔化后，碳有机物和氯物质在催化剂作用下，由于温度剖面适宜产生有机污染物二噁英。持久性有机污染物二噁英物质含量由氯元素含量决定，碳烧结中，可以选择纯度较高的铁矿石，烧结料层的条件也要改善，减少氯化氢气体产生，抑制飞灰生成，减少前驱化合物。在碳烧结床上添加尿素等固态抑制剂也可以降低二噁英浓度。

（3）冶炼产生。钢铁企业在生产过程中使用电弧炉较广泛，因为施工期短、使用成本低。电弧炉在高压状态下利用废铁和人造石墨电极通过电流高温电弧将废铁熔化，完成钢铁冶炼。冶炼钢铁时一般也会增加填入助熔剂提高熔化效率，但是助熔剂属于合金剂，金属杂质较多，经催化易产生二噁英。电弧炉生成钢和碳钢的原材料是废钢废铁，其中塑料、油脂等有机物含量高，含氯成分多，预热、冶炼中也会产生二噁英。利用电弧炉冶炼钢铁，应当减少使用油漆、塑料、涂料和残油含量高的废铁废钢，控制电弧炉内氯元素和有机物的总量。电弧炉使用中，一般不建议采用连续缓慢加料和废钢预热的方法，熔炼工艺需要根据钢铁原材料的性质分析判断后有针对性的选择[3]。

3 结语

钢铁企业在钢材生产制造过程中，不仅要提高产量、增加效益，同时还要积极进行工艺改良和设备更新，促进清洁生产与环境保护。对于炼钢制钢过程中产生的持久性有机污染物，需要结合现代科科学技术与环境治理手段，抑制二噁英等有毒物质的产生，保证工业生产与环境治理相结合。

参考文献：

[1]張艺伯，朱荣，岳昌盛，孙轶斐，杨景玲，张亚迪.烧结过程持久性有机污染物生成机理研究进展[J].化工进展，2016（09）：2952-2959.

[2]董文平，矫桂丽，乔光明，杨传玺，王炜亮.钢铁行业持久性有机污染物的生成与控制研究[J].环境科学与管理，2014（01）：30-35.

[3]刘国瑞，郑明辉.非故意产生的持久性有机污染物的生成和排放研究进展[J].中国科学：化学，2013（03）：265-278.