钢铁冶炼流程排放的烟气中含有的主要污染物有硫氧化物、氮氧化物、二噁英和重金属粉尘等,这些污染物的排放对人类的健康和生态人居环境都产生了极其严重的影响,特别是随着我国钢铁工业的高速发展,大气污染物的排放情况也日益严峻。统计结果表明,由于大气污染给我国每年造成的经济损失,约占GDP总量的2%~3%,每年仅二氧化硫(SO2)导致的酸雨就会给我国造成近1100亿元的经济损失。2013年我国钢铁冶金行业SO2排放量约为200.25万吨,占工业SO2排放总量的10.5%,仅次于电力工业和建材行业的排放量,居于第三位。钢铁冶金企业排放的SO2中有近50%~70%来自于烧结工序,并且该比例在近几年依旧保持着持续递增的趋势,以SO2为代表的大气污染物的排放已成为制约我国经济社会可持续发展的限制性环节。因此,控制钢铁冶金行业,尤其是烧结工序中硫氧化物的排放,已成为控制我国大气污染的关键点之一。半干法烟气脱硫技术是我国现阶段在烧结烟气处理过程应用最广泛的技术,半干法烧结烟气脱硫灰是一种呈碱性的固体废弃物,具有较高含量的CaSO3,较高的自硬性倾向,较低的渗透率和较小的粒径构成,这些基础特性使得对烧结烟气脱硫灰的处理目前多以堆放为主,并没有成熟的综合利用途径。本文针对国内某烧结厂的烟气脱硫产生的半干法烧结烟气脱硫灰的化学成分、物相结构、粒径特征和热稳定性进行了系统研究;分析了低温催化改性、高温焙烧改性和酸浸改性三种不同改性工艺对脱硫灰性质的作用规律;同时提出了将改性脱硫灰用作制备蒸养砖和生态水泥的工艺配方与方法,提高了半干法烧结烟气脱硫灰的综合利用效率。对半干法烧结烟气脱硫灰的基础特性研究表明,在常温干燥环境下脱硫灰性能较为稳定,颗粒多呈球形,部分呈不规则的絮状,光滑多孔。主要成分有CaSO3、CaSO4和CaCO3等,粒径主要分布在13.18μm~30.20μm之间,比表面积为6.47m2/g。低温催化改性实验采用金属氧化物MnO2、Fe2O3和V2O5作催化剂,但低温催化对脱硫灰的改性效果一般,MnO2作催化剂对脱硫灰中CaSO3的氧化效果最明显,但CaSO3转化率最高也仅有2.12%,其次为Fe2O3,而V2O5对脱硫灰中CaSO3的氧化有不利影响。因此,该改性方法用于一般工业生产效果并不理想。高温焙烧改性实验采用350℃以上的温度对脱硫灰进行高温焙烧,该方法对脱硫灰中CaSO3的氧化有明显的促进作用,CaSO3转化率最高可以达到98.56%;浸渍改性实验采用不同溶液浸渍脱硫灰,研究不同溶液种类对脱硫灰中硫(S)元素的脱除效果。结果表明,浓度为10%的草酸溶液对脱硫灰中S的脱除效果很好,脱除率可以达到97.03%,对脱硫灰的改性有着很大的促进作用,可以实现脱硫灰中硫的有效分离和综合利用。通过改性脱硫灰综合利用工艺研究得到了制备脱硫灰蒸养砖的最佳原料配比:脱硫灰30.0wt%,粉煤灰44.0wt%,砂石比2:3的骨料25.0wt%,1.0wt%激发剂Na2SO4,制备中水掺量为25%。最佳工艺条件消化时间36 h,养护温度100℃,养护时间8 h,按此工艺制备得到的脱硫灰蒸养砖的强度可以达到GB11945-1999脱硫灰砖MU15强度等级标准。当改性脱硫灰用作制备生态水泥掺和料时,综合考虑水泥的凝结时间、强度指标和施工性能等因素,合理的改性脱硫灰掺量应控制在8.0wt%~12.0wt%范围内。