摘要：分析了国内外钢铁工业汞的排放情况及烟气脱汞措施，总结中国钢铁工业汞污染控制存在的问题并进一步提出污染防治措施和建议。
关键词：钢铁工业;汞;污染控制
0 前 言
汞是常温下唯一呈液态的重金属元素，同时具有较高的蒸汽压，对环境及人体健康极具危害，它被各国政府以及 UNEP(联合国环境规划署)、W HO (世界卫生组织 )和 FA O (联合国粮农组织)等国际组织列为优先控制的环境污染物，长期以来受到人们的关注和重视。U NE P 一直致力 于推动全球汞污染防治行动。2013年1月，全球首个汞限排公约《水俣公约》的最终文本获得140余个国家谈判团的一致通过，首次通过了具有法律约束力的条约限制汞排放和泄露。
向大气中的汞排放主要源于化石燃料燃烧，尤其是煤炭的燃烧，燃煤电厂是大气中全球汞排放最大的源。其他污染源还包括电厂以外的各种燃煤工业锅炉、废物燃烧、水银法氯碱生产、水泥生产、有色金属生产等。钢铁工业并非汞排放大户，但是由于其微量剂量就能对人类及环境造成损害且具有跨界传输等特征，在每年钢铁工业产量的巨大基数下，这部分大气汞排放仍不容小视，钢铁行业大气汞排放情况与控制措施仍是重要的关注对象。
1 钢铁工业汞的产生环节
钢铁工业是典型的流程制造业，其生产工艺流程主要有两种：以高炉一转炉炼钢工艺为中心的钢铁联合企业生产流程，即长流程;以废钢一电炉炼钢为中心的钢铁生产流程，即短流程。长流程是以煤炭、焦炭为主要能源，将铁矿石在高炉中冶炼成铁水或生铁，然后在转炉中将铁水炼成钢水铸成坯;短流程是以电力为能源，用废钢作为主要原料，在电炉中炼成钢水铸成坯。
钢铁生产产生的汞基本来源于燃煤以及铁矿石。燃煤消耗主要包括三部分，焦化工序使用的洗精煤、自备电厂使用的动力煤、高炉生产为了提高燃料效率而添加的一部分喷吹煤，这三部分的煤炭消耗是钢铁企业的主要汞排放来源。铁矿石中的汞在冶炼过程中，一部分进入最终钢铁产品，另一部分则随烟气、固废等进入环境中。钢铁工业的主要生产工序包括焦化、烧结、高炉炼铁、转炉炼钢 以及电炉炼钢都会产生汞 ，部分钢铁企业的燃煤自备电厂也是汞排放的来源之一。
中国钢铁企业大多以长流程为主，电炉炼钢比重较少，因此，根据中国钢铁行业的发展现状以及国外前期研究成果，焦化工序和烧结工序是产生汞污染的主要工序，对于部分无焦化工序的钢铁企业而言，烧结工序则是其最主要的汞污染来源。
2 国内外钢铁工业汞排放情况及控制措施
2.1 钢铁工业汞排放情况估计
根据2005 年UNEP汞大气排放的相关报告统计数据估算，按行业分类，钢铁工业大气汞排放只占各行业总排放量的2.9%，将废钢的量计算在内也仅占3.1%，钢铁制造中所排放的汞大部分都来自冶金焦炭。
根据国外学者E.G.Pacyna 等人的研究结果，在 UNEP发布的全球汞排放调查报告中，粗钢生产的汞排放因子为0.04 g/t钢产量，而日本学者Naom ichi Fukuda 等人的研究结果认为，粗钢生产的汞排放因子为0.0488g/吨钢产量。
根据世界钢铁工业协会统计数据，2012 年全球粗钢总产量为15.48 亿t，中国粗钢总产量为7.16亿t，表1为利用汞排放因子估算的钢铁工业汞排放量。
2.2 钢铁工业烟气脱汞措施
2.2.1 燃煤脱汞
原煤中汞含量以及汞排放控制设备 的效率是汞排放量的最重要指标，煤中汞含量0.01～1.0 ppm，平均值约为0.1ppm 。
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1 )燃烧前处理措施。
燃烧前处理可以通过洗煤和采取替代燃料来达到降低汞排放的目的。
洗煤是一种物理的清洗方式来减少煤中的硫 以及矿物成分。经过清洗的煤具有较高的能效以及可靠性，在减少二氧化硫排放的同时减少包括汞在内的其他污染物的排放。去除的效率取决于清洗过程、煤的类型和煤中污染成分的含量。洗煤技术已经有了超过50 年的商业应用历史。单独洗煤的过程可以去除煤中10% 一50% 的汞，这个效率的高低主要取决于煤的类型。
另外一种从源头降低汞的方式就是采取替代原料，可以用低硫煤替代高硫煤，或者用天然气和原油替代煤的使用。
2 )燃烧时处理措施。
非传统燃烧方式，例如流化床燃烧，与传统电厂燃烧方式相比可以产生更少的汞以及其他微量元素。通过控制燃烧温度、煤粒尺寸、湿度、原料在流化床的停留时间来有效降低汞的产生量。280 ℃范围内大约80% 的汞可以去除。经过十余年的快速发展，中小型流化床燃烧方式即循环流化床锅炉2技术已趋于成熟。
3 )燃烧后处理措施。
煤炭燃烧产生的汞大多以气态形式进人大气。可通过除尘设备，如静电除尘器、布袋除尘器去除废气中30% 的汞。在世界范围内静电除尘设备也广泛应用于电厂及其他供热设施。
除了除尘设施可以去除一部分汞以外，目前钢铁厂采用的脱硫设施在去除二氧化硫的同时也可以实现去除汞的效果 ，各种干法、湿法 系统对汞的去除率在 35% ～90%之间。通过脱硫设施、静电除尘以及一些其他设施脱汞效率最高可达到 95%。
2.2.2 冶炼过程中脱汞
冶炼过程中的汞排放量多少取决于矿石中的汞含量、金属冶炼的技术、工艺以及污染控制设施的类型、效率。表2 列出了钢铁生产各个工序的汞排放控制技术以及去除效率，通过以下的数据可以看出，目前现有的除尘设施以及脱硫设施汞排放具有一定的去除效果，但仍有开发新技术、新工艺的潜力。
3 中国钢铁工业汞污染控制存在的问题
3.1 对钢铁工业汞排放状况的掌握不足
目前，钢铁行业尚未被列入《重金属污染防治“十二五”规划》中五大类涉重行业，因此，我国尚未针对钢铁行业汞排放出台相关具体指导性政策。同时，由于污染排放控制要求以及监测技术要求、规范等不全面，目前钢铁企业对于汞排放的监测没有统的标准，也没有对汞排放状况进行系统监测，因此，我国目前对国内钢铁企业汞污染排放状况掌握不足，不利于了解行业的汞排放水平，无法与国际水平进行对比分析。
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3.2 源头控制和末端处理不足
钢铁行业中汞污染物主要来自原料、辅料，包括铁矿石、焦炭以及白云石、石灰石等。在生产加工过程中，随着原辅料高温熔出、转化，汞以元素态或者氧化态进入废气、废水、废渣中。那么，原料的选取尤其重要，原料中重金属含量少，总量必然减小，有利于后续生产过程中重金属减量化。
源头上高浓度的汞输入必将导致各个工艺流程的产物和副产物中汞含量的提高，最终引起烟气汞浓度的提高。为了实现从源头对汞污染进行控制，有必要对原料进行进一步采选。例如，目前的研究发现，洗煤过程能够对煤炭中的汞实现有效的脱除，因此，可以通过洗煤等过程对焦煤中的汞进行生产前的脱除，有效地降低整个工艺流程的汞浓度。另一方面，不同工序烟气排放前的末端处理系统都会对汞有一定的去除效果。根据欧洲ESPREME项目数据库的数据，对于烧结而言，采用活性炭加布袋除尘可以去除烟气中80%的汞，而采用干法静电除尘则只能去除5% 的汞。同样，对于电炉炼钢而言，利用改进的布袋除尘工艺可以去除烟气中98% 的汞，而一般的布袋除尘工艺只能去除5% 的汞。根据宝钢的监测数据，烧结机静电除尘系统对汞的去除率为73%，电炉炼钢工序除尘系统对汞的去除率只有30%。
因此，在选择末端处理设施时需要综合考虑除尘、脱硫效果，同时也应该考虑汞的去除率。
4 汞污染控制措施及建议
从国际社会的关注和各国实际经验来看，我国应进一步加强对于钢铁工业汞污染排放的监控，加强相关污染调查、标准制定和能力建设等方面的研究。
4.1 建立污染排放清单
联合国环境规划署目前已完成了关于拟定具有法律约束力的汞问题文书政府间谈判，预计2013年10月签署公约。目前钢铁行业还没有建立汞污染排放清单，因此，应尽快建立国家重金属污染排放清单，系统全面掌握钢铁行业汞排放状况，明确钢铁企业汞的来源、类别、数量以及排放特征，形成全生命周期管理模式，为排放标准的制定、国际谈判提供充足的数据信息。在条件允许的情况下，应扩大对典型钢铁企业汞排放 的常规监测;同时 由政府、环保部门或行业协会等牵头，建立行业典型企业监测的统一数据库，便于对监测结果进行管理，也便于全面了解行业汞污染情况。
4.2 加强国际交流合作
鉴于汞污染的多介质性和复杂性，需要多部门的合力，加快重金属污染防治工作;同时要借鉴国外的技术和智力资源，积极跟踪参与汞污染防治国际进程。
现阶段大气中的汞排放具有跨界的特征，应制定国际和区域环境协议，使更多国家加入到汞污染防治的国际公约和地区行动当中，形成多个层面的协作格局，形成区域间的信息沟通平台，加强各区域、领域在汞减排、控制技术、治理措施、监测方法等方面的信息沟通合作。
4.3 加强源头控制和末端治理
此外，在钢铁行业的生产过程中通过强化源头控制、优化生产工艺、强化末端治理加强汞污染排放的控制。可考虑通过优化采选矿工艺，对钢铁厂原料进行有效筛分，以此作为钢铁厂生产的预处理环节，剥离原料中的重金属组份，使其直接回收利用。基于过程控制的角度 ，使重金属污染物资源化、减量化、无害化。针对钢铁企业废气成分、特点来选用、改造净化除尘设备，从而实现对废气中的汞的处理效果。例如烧结机头等主要汞污染排放源安装除尘、净化装置有利于去除烧结烟气中汞设施。
4.4 保障汞污染防治的资金和技术支持
从钢铁工业汞污染防治的角度，无论是建立常规监测，采取源头控制、末端治理都离不开资金和技术的支持。政府管理机构应该与企业建立有效的沟通和合作，建立专项资金，加强对于汞污染防治技术的研究开发，依托现有的脱硫除尘设施，尽量降低企业 的生产运营成本同时实现烟气汞的有效控制。
5 结论及展望
汞是常温下唯一呈液态的重金属元素，其对环境及人体的危害已经得到广泛的认识和重视。目前，许多国家已经意识到汞污染防治的重要性，纷纷从法律条例、政策管理、排放标准、管理体系、产品质量等各方面对汞排放的主要行业进行了严格控制。钢铁工业虽然不是汞的主要排放源，然而对于全球汞污染防治的作用 同样关键。一方面，对于钢铁行业是否纳入联合国汞公约的防治对象仍然需要进行广泛深入的研究;另一方面，从污染防治和环境保护的角度，对钢铁工业的汞排放采取必要的防治措施势必为未来发展的趋势。
中国在从钢铁大国向钢铁强国进军的路，需要走绿色发展之路。相比于发达国家而言，我国需要结合本国、本区域的国情，建立汞污染防治清单，加强科研、立法 以及必要的行政措施，分类管理，重点治理。同时积极参与国际合作交流，借鉴国外的成功技术和管理经验，积极主动参与汞污染防治的国际进程。
延伸阅读：
原标题：中国钢铁工业烟气中汞的排放管理及控制分析
