安鋼鋼鐵渣循環(huán)利用方案探討

馬忠民 翟國營 劉三軍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

安鋼鋼鐵渣循環(huán)利用方案探討

馬忠民 翟國營 劉三軍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了安鋼及國內(nèi)鋼鐵渣的處理工藝和利用現(xiàn)狀，對國內(nèi)鋼鐵渣的循環(huán)利用技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了對比分析，提出了安鋼鋼鐵渣高價值循環(huán)利用工藝路線及實(shí)施方案。

鋼渣熱悶 水渣微粉 鋼渣微粉 循環(huán)利用

0 前言

鋼鐵渣是鋼鐵制造過程中產(chǎn)生數(shù)量最多的固體廢棄物，也是鋼鐵企業(yè)可開發(fā)利用的寶貴資源。對于一個鐵、鋼產(chǎn)能平衡的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，每生產(chǎn)1 t鋼將產(chǎn)生約350 kg的高爐渣和150 kg的鋼渣，如此大量的鋼鐵渣若不能得到及時有效的處理和利用，不但造成巨大的資源浪費(fèi)，還會產(chǎn)生環(huán)境污染，甚至威脅到鋼鐵主體的生產(chǎn)順行。因此，開拓鋼鐵渣利用渠道，實(shí)現(xiàn)鋼鐵渣的無害化、高價值、全循環(huán)利用，已成為鋼鐵企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、謀求可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。

1 安鋼鋼鐵渣利用現(xiàn)狀

1.1 資源狀況

安鋼已具備年產(chǎn)1000萬 t鋼的生產(chǎn)能力，產(chǎn)能充分發(fā)揮后，每年將產(chǎn)生約350萬 t高爐水渣和150萬 t轉(zhuǎn)爐鋼渣。

1.2 鋼鐵渣處理工藝

目前，安鋼的大高爐采用 INBA渣處理工藝直接在爐前生產(chǎn)水淬渣；小高爐采用離線渣處理工藝，其中液態(tài)渣倒入水渣池生產(chǎn)水淬渣，固態(tài)渣倒入干渣場噴水冷卻，然后進(jìn)行破碎、篩分生產(chǎn)出不同粒度的重礦渣。安鋼的轉(zhuǎn)爐鋼渣采用離線熱潑處理工藝，現(xiàn)有三個鋼渣處理跨和兩條鋼渣加工生產(chǎn)線，熱態(tài)鋼渣運(yùn)至渣跨堆放、打水、悶渣約七天后，再倒運(yùn)至加工生產(chǎn)線進(jìn)行破碎、篩分、磁選，分選出廢鋼、磁選渣、鋼渣塊、鋼渣面等產(chǎn)品。

1.3 鋼鐵渣利用現(xiàn)狀

安鋼的高爐水淬渣全部作為初級原料售給周邊水泥廠，高爐重礦渣作為路基墊層或基礎(chǔ)回填材料售向社會。從鋼渣中分選出的廢鋼作為鋼鐵料返回?zé)掍撌褂茫淮胚x渣由于含鐵品位較低，難以實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)利用，直接售向社會，其主要用途是作為進(jìn)一步選鐵的原料；鋼渣塊、鋼渣面主要作為回填材料售向社會。

1.4 存在的問題

1)鋼鐵渣的處理工藝落后。小高爐仍采用比較原始的渣處理工藝，生產(chǎn)效率低，處理場地大，作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣；生產(chǎn)的渣池水淬渣質(zhì)量差，重礦渣價值低廉，影響高爐渣的深度開發(fā)利用。

鋼渣熱潑工藝的處理周期長，處理能力小，渣場利用率低，現(xiàn)有的三個鋼渣跨不能滿足1000萬 t鋼的渣處理需要。熱潑鋼渣的粉化效果差，渣鐵分離不徹底，增加了后續(xù)加工難度；尾渣中游離氧化鈣含量高，限制了鋼渣的利用范圍。

2)鋼渣中的鐵資源回收利用率低。安鋼的轉(zhuǎn)爐鋼渣全鐵含量在12％～16％之間，受鋼渣處理工藝的制約，目前，只能回收利用渣中的大塊廢鋼，全鐵回收利用量僅為5％，鐵資源回收率不足50％，而國內(nèi)先進(jìn)工藝的鐵資源回收率已達(dá)到90％左右，相比之下，安鋼鋼渣中的鐵資源流失嚴(yán)重。

3)鋼鐵渣的利用價值低廉。高爐水渣作為一種初級原料售給水泥廠，價格較低，與先進(jìn)企業(yè)相比，每噸水渣的價值損失在 80元以上；高爐重礦渣和鋼渣作為路基墊層或回填材料使用，其利用價值更低。

4)存在產(chǎn)生二次污染環(huán)境的隱患。安鋼外銷的鋼渣并沒有全部形成終端消費(fèi)，部分鋼渣成為個體戶的選鐵原料，選鐵后的尾渣如果被隨意丟棄，將產(chǎn)生二次排放，可能會對排放區(qū)域的土質(zhì)和水系產(chǎn)生二次污染。

5)對主體工藝的生產(chǎn)順行存在威脅。安鋼的鋼鐵渣利用渠道單一，受自身價值的影響，銷售區(qū)域僅限于周邊市場，而安鋼自身又沒有足夠大的緩沖渣場，社會消費(fèi)量的不均衡將直接影響到渣的外排，進(jìn)而威脅到主體工藝的生產(chǎn)順行。

2 國內(nèi)鋼鐵渣的利用狀況及發(fā)展趨勢

2.1 高爐渣的處理與利用

國內(nèi)高爐普遍采用爐前水淬工藝生產(chǎn)高爐水渣，由于高爐水渣具有潛在的水硬性，可以用于生產(chǎn)礦渣水泥，這也是過去國內(nèi)高爐水渣的主要利用方法。上世紀(jì)90年代，國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，高爐水渣磨細(xì)到一定程度后可以作為配置高性能混凝土的摻合料，從而開辟了我國高爐水渣高價值利用的新途徑。2000年12月，國家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》(GB/T18046-2000)頒布實(shí)施，為水渣微粉的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了技術(shù)支撐；近年來，輥式大立磨的成功應(yīng)用使水渣的粉磨成本大幅降低，為水渣微粉的大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化推廣提供了裝備支撐。最近幾年，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和高性能粉磨裝備的推動下，國內(nèi)掀起了水渣微粉生產(chǎn)線的建設(shè)高潮，寶鋼、武鋼、鞍鋼、唐鋼、濟(jì)鋼、萊鋼等眾多鋼鐵企業(yè)相繼建成了50余條水渣微粉生產(chǎn)線，部分企業(yè)的水渣微粉化比例已達(dá)到 70％以上。截止2008年，全國高爐水渣微粉的總產(chǎn)能已由2000年的120萬 t飛速提高到6000萬 t，高爐水渣的微粉化利用已成為我國高爐水渣高價值循環(huán)利用的主要方向。

2.2 轉(zhuǎn)爐鋼渣的處理與利用

2.2.1 國內(nèi)的鋼渣處理工藝

1)鋼渣熱潑工藝。鋼渣熱潑工藝是國內(nèi)應(yīng)用最普遍的、一種比較原始的熱態(tài)鋼渣處理工藝，該工藝存在占地面積大、處理周期長、鋼渣質(zhì)量差、生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境惡劣等諸多問題，正逐步被淘汰。

2)鋼渣風(fēng)碎工藝。鋼渣風(fēng)碎工藝是馬鋼研發(fā)的一種液態(tài)鋼渣處理技術(shù)，生產(chǎn)的風(fēng)碎鋼渣可以代替黃砂用于建筑業(yè)。該工藝尚處于研發(fā)完善階段，還不具備大面積推廣的條件，目前只有馬鋼在使用。

3)滾筒法鋼渣處理工藝。該工藝是寶鋼自主研發(fā)的一種新型液態(tài)鋼渣處理工藝，具有占地小、處理效率高、渣鐵分離較徹底、尾渣顆粒小、鐵資源回收率高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)熔渣不落地、快速清潔完成處理過程，是典型的節(jié)能環(huán)保型短流程渣處理工藝[1]。該工藝適合在煉鋼渣跨在線布置，是處理高溫液態(tài)鋼渣的理想工藝。目前，該工藝已被寶鋼廣泛使用，并開始在國內(nèi)推廣。

4)鋼渣熱悶處理工藝。鋼渣熱悶處理工藝是中國京冶開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的一種新型熱態(tài)鋼渣處理工藝，具有生產(chǎn)效率高、占地小、渣鐵分離徹底、尾渣利用途徑廣、鋼渣處理率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[1]。該工藝適合離線布置，是處理熱態(tài)鋼渣的理想工藝，也是傳統(tǒng)熱潑工藝的最佳替代技術(shù)。該技術(shù)與鋼渣微粉技術(shù)的結(jié)合已被國家確定為先進(jìn)污染防治示范技術(shù)。近年來，鋼渣熱悶工藝在國內(nèi)得到了迅速推廣，已建成了數(shù)十條處理線。

2.2.2 國內(nèi)鋼渣處理工藝的發(fā)展趨勢

總體看來，未來國內(nèi)鋼渣的處理將形成滾筒法和熱悶法兩條主流工藝路線，滾筒法將主要用于處理高溫液態(tài)鋼渣，而熱悶法則主要用于處理熱態(tài)鋼渣。

2.2.3 國內(nèi)鋼渣的加工工藝

目前，國內(nèi)普遍采用破碎、篩分、磁選工藝對鋼渣進(jìn)行加工，回收其中的鐵資源，并將尾渣加工到一定程度以滿足后續(xù)使用要求。近年來，國內(nèi)鋼渣加工工藝的主要發(fā)展成果是低品位磁選鋼渣提純工藝的成功應(yīng)用，該工藝可以將磁選鋼渣的全鐵品位提高到60％左右，提純后的磁選粉可直接作為燒結(jié)原料進(jìn)行再利用；這項技術(shù)與鋼渣熱悶技術(shù)的有效結(jié)合，能夠?qū)撛械蔫F資源回收率提高到90％以上。目前，該技術(shù)已在部分企業(yè)推廣應(yīng)用。

2.2.4 國內(nèi)鋼渣的利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

鋼渣在高溫下生成了硅酸三鈣、硅酸二鈣、鐵鋁酸鈣、橄欖石等礦物，是水泥和建筑材料的優(yōu)良原料。傳統(tǒng)的鋼渣處理工藝難以充分消解鋼渣中的游離氧化鈣和游離氧化鎂，鋼渣的體積穩(wěn)定性差，容易發(fā)生體積膨脹，用鋼渣修筑的道路、回填的基礎(chǔ)、生產(chǎn)的建材制品都會產(chǎn)生不同程度的開裂破壞，而鋼渣熱悶技術(shù)從根本上解決了鋼渣的體積膨脹問題，為鋼渣在建材行業(yè)的廣泛使用創(chuàng)造了條件，國內(nèi)已有部分企業(yè)開始用熱悶鋼渣生產(chǎn)環(huán)保建材產(chǎn)品。目前，我國鋼渣的利用仍處于回填場地、生產(chǎn)路面磚、修筑低等級道路等初級利用階段，整體利用水平較低。

近年來，國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)磨細(xì)的鋼渣粉是一種性能優(yōu)良的水泥和混凝土摻合料，能夠大幅提高混凝土的強(qiáng)度和壽命，并發(fā)現(xiàn)用鋼渣微粉與礦渣微粉按一定比例混合后所配置的雙摻復(fù)合粉是高性能混凝土的最佳摻合料[2]，這些研究成果的取得為我國鋼渣的高價值循環(huán)利用指明了方向。2007年，《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》(GB-T20491-2006)國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施，為鋼渣粉的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和綜合利用提供了技術(shù)依據(jù)；2008年，我國將鋼渣熱悶與鋼渣微粉化利用技術(shù)合并列入國家重點(diǎn)推廣的先進(jìn)污染防治技術(shù)名錄，并給予財政支持。在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)政策的雙重推動下，可以預(yù)見，鋼渣的微粉化利用必將成為未來我國鋼渣高價值利用的主要工藝路線。

3 安鋼鋼鐵渣循環(huán)利用工藝選擇

3.1 高爐渣的處理與利用

安鋼應(yīng)抓住“鐵前補(bǔ)齊”的機(jī)會，徹底淘汰渣池水淬及重礦渣生產(chǎn)工藝，將高爐渣全部轉(zhuǎn)化成高質(zhì)量的爐前水淬渣。同時，應(yīng)加快推進(jìn)水渣的微粉化利用步伐，提高水渣的利用價值，培育企業(yè)新的競爭優(yōu)勢。

3.2 鋼渣的處理與利用

3.2.1 鋼渣處理工藝的選擇

采用離線方式集中處理鋼渣是安鋼的現(xiàn)實(shí)條件，到達(dá)渣場的鋼渣以固態(tài)熱渣為主，同時含有少量液態(tài)鋼渣，基于這種條件，安鋼應(yīng)選擇熱悶法改造現(xiàn)有的渣處理工藝。鋼渣熱悶改造后，安鋼渣處理所存在的問題將得到有效解決。

1)鋼渣處理周期將由原來的七天縮短到22 h左右，處理效率大幅提高，節(jié)省土地資源，拓展了安鋼的后續(xù)發(fā)展空間。據(jù)測算，采用熱悶工藝處理180萬 t鋼渣僅需現(xiàn)有場地的三分之二，足以滿足1200萬 t鋼的生產(chǎn)需要，解決了安鋼發(fā)展的后顧之憂。

2)鋼渣粉化效果好，渣鐵分離較徹底，可以減少鋼渣的后續(xù)加工量，并提高鐵資源的回收率，解決了安鋼鐵資源流失嚴(yán)重的問題。3)鋼渣中的游離氧化鈣能控制在2％以下，符合建材對體積穩(wěn)定性的要求，有利于對鋼渣進(jìn)行深度開發(fā)利用，解決了鋼渣的后期利用問題。

4)可以大幅改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，解決了環(huán)境污染問題。

3.2.2 鋼渣加工及利用工藝的選擇

要充分發(fā)揮鋼渣熱悶工藝的效益，安鋼必須對現(xiàn)有的鋼渣加工線進(jìn)行改造。一方面，提高鋼渣加工能力，滿足煉鋼產(chǎn)能發(fā)揮的生產(chǎn)需要；另一方面，改進(jìn)破碎、篩分、磁選工藝，增設(shè)提純設(shè)備，將磁選粉的全鐵品位提高到60％左右，實(shí)現(xiàn)磁選粉在燒結(jié)的再利用，并為尾渣利用價值的深度開發(fā)創(chuàng)造條件。

4 安鋼鋼鐵渣循環(huán)利用項目規(guī)劃

4.1 鋼渣熱悶改造項目

考慮將來煉鋼產(chǎn)能的充分發(fā)揮及渣處理場地的節(jié)約利用，安鋼應(yīng)實(shí)施鋼渣熱悶改造，建設(shè)一條具備年處理150萬 t轉(zhuǎn)爐鋼渣的熱悶生產(chǎn)線，同時配套建設(shè)集破碎、篩分、磁選、提純于一體的鋼渣加工生產(chǎn)線。

4.2 水渣微粉項目

將來，安鋼每年的水渣產(chǎn)生量將達(dá)到350萬 t，考慮水渣的多渠道利用，參考國內(nèi)先進(jìn)企業(yè)的實(shí)踐，安鋼應(yīng)建設(shè)兩條120萬 t的水渣微粉生產(chǎn)線，形成年產(chǎn)240萬 t水渣微粉的生產(chǎn)能力，使安鋼的水渣微粉化比例接近 70％，步入國內(nèi)先進(jìn)行列。

4.3 鋼渣微粉項目

150萬 t的鋼渣經(jīng)過加工處理后，將產(chǎn)生約130萬 t的尾渣，其中尾渣面大約有 80萬 t。為充分開發(fā)鋼渣的潛在價值，提高鋼渣利用水平，安鋼應(yīng)以尾渣面為原料，建設(shè)兩條40萬 t的鋼渣微粉生產(chǎn)線，形成年產(chǎn) 80萬 t鋼渣微粉的生產(chǎn)能力，使安鋼的鋼渣利用水平達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)。

4.4 鋼鐵渣復(fù)合微粉項目

鋼鐵渣復(fù)合微粉是水渣微粉和鋼渣微粉項目的功能延伸，也是進(jìn)一步拓展鋼鐵渣利用渠道的一種新的技術(shù)方案，其依托主體是240萬 t水渣微粉和80萬 t鋼渣微粉項目。安鋼的鋼鐵渣微粉化利用項目應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，既要能夠生產(chǎn)單一的水渣微粉和鋼渣微粉，也要具備生產(chǎn)鋼鐵渣雙摻復(fù)合粉的能力，從而進(jìn)一步提高安鋼微粉產(chǎn)品的市場競爭力。

5 規(guī)劃的預(yù)期效果

5.1 形成四條鋼渣利用工藝路線

轉(zhuǎn)爐鋼渣全部實(shí)現(xiàn)熱悶處理，鋼渣中的金屬回收率達(dá)到90％左右，并形成四條鋼渣利用工藝路線。①回收的廢鋼全部返回轉(zhuǎn)爐使用。②回收的鐵精粉全部返回?zé)Y(jié)使用。③鋼渣塊直接用作建筑骨料。④鋼渣面用于加工鋼渣微粉。

5.2 形成三條鋼鐵渣高價值利用工藝路線

高爐渣和鋼渣的微粉化利用比例達(dá)到 70％左右，并形成三條鋼鐵渣高價值利用工藝路線。①直接以礦渣微粉的形式利用。②直接以鋼渣微粉的形式利用。③配置成鋼鐵渣雙摻復(fù)合粉進(jìn)行利用。

5.3 徹底實(shí)現(xiàn)鋼鐵渣的“零排放”

從鋼鐵渣中回收的含鐵產(chǎn)品全部實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)利用，外銷的鋼渣塊及鋼渣微粉產(chǎn)品都是建筑工程的終端消費(fèi)品，杜絕了二次加工產(chǎn)生二次排放的可能，徹底實(shí)現(xiàn)了鋼鐵渣的“零排放”。

6 結(jié)論

1)實(shí)施鋼鐵渣高價值循環(huán)利用是安鋼發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的核心內(nèi)容之一，也是安鋼實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展，提高持久競爭力的重要舉措。

2)鋼鐵渣循環(huán)利用的基本原則是：除去有害成份→回收鐵資源→高附加值循環(huán)利用。

3)安鋼的高爐渣要借助“鐵前補(bǔ)齊”的機(jī)會，全部采用先進(jìn)的爐前水淬工藝 (如 INBA)生產(chǎn)高質(zhì)量的水淬渣。同時，安鋼應(yīng)盡早擠出建設(shè)用地，抓緊實(shí)施水渣微粉化利用工程，提高高爐渣的利用價值。

4)安鋼的鋼渣首先應(yīng)采用熱悶工藝除去有害成份，這也是解決鋼渣處理能力不足、用地短缺問題，并支撐公司煉鋼產(chǎn)能充分發(fā)揮的必然選擇；其次要改造鋼渣加工生產(chǎn)線，引入磁選渣提純工藝，提高鋼渣中鐵資源回收率；最后要對鋼渣進(jìn)行微粉化深加工，提高鋼渣利用價值。

5)安鋼的高爐水渣和鋼渣微粉化利用工程應(yīng)建設(shè)在同一廠區(qū)內(nèi)，并按照生產(chǎn)鋼鐵渣雙摻復(fù)合粉的工藝要求統(tǒng)籌規(guī)劃和布局，進(jìn)一步提升安鋼鋼鐵渣產(chǎn)品的利用價值及市場競爭力。

[1]王紹文、梁富智、王紀(jì)曾編著.固體廢棄物資源化技術(shù)與應(yīng)用，北京.冶金工業(yè)出版社，2003：350-357.

[2]楊景玲、朱桂林、孫樹彬.我國鋼鐵渣資源化利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.冶金環(huán)境保護(hù)，2009(6)：26-31.

D ISCUSSION O F IRON SLAG C IRCULAT ION UT IL IZAT ION IN ANGANG

M a Zhongm in Zhai Guoying L iu San jun (Anyang Iron＆Steel Stock Co.，L td)

The paper introduced the steel iron slag’s p rocessing craft and utilization situation in Angang and dom estic steel enterp rises，contrastly analyzed the developm ent direction of circu lation utilization techno logy and p roposed the craft rou te and im p lem en tation p lan of high value circu lation utilization in Angang.

steel slag hot stuffy slagm icro pow der steel slagm icro pow der circu lation use

＊聯(lián)系人：馬忠民，處長，高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司能源動力處；

2010—6—28