淺析鋼渣資源綜合利用技術(shù)的應(yīng)用前景

高 偉 濟(jì)南鮑德爐料有限公司技術(shù)中心，山東濟(jì)南 250109

淺析鋼渣資源綜合利用技術(shù)的應(yīng)用前景

高 偉 濟(jì)南鮑德爐料有限公司技術(shù)中心，山東濟(jì)南 250109

綜述當(dāng)前鋼渣處理技術(shù)及應(yīng)用的主要情況，提出鋼鐵渣利用技術(shù)發(fā)展的趨勢，大力發(fā)展鋼渣外循環(huán)利用技術(shù)是鋼鐵業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必由之路。

鋼渣；處理技術(shù)；綜合利用

鋼渣是冶金行業(yè)的工業(yè)廢渣，2010年中國粗鋼產(chǎn)量6.27億噸，而鋼渣作為鋼冶煉過程中的伴生物，其產(chǎn)量約占粗鋼產(chǎn)量的12%～15%。隨著自然資源不斷減少，如何將鋼渣這一“固體廢棄物”巨大資源變廢為寶，也成為制約鋼鐵工業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。

1 國內(nèi)外鋼渣綜合利用情況

許多國家對工業(yè)廢料利用有詳盡的法律法規(guī)，并且有相關(guān)的監(jiān)督機(jī)制包括冶金渣的綜合利用等。下表一是國際鋼鐵協(xié)會在1994年發(fā)布的關(guān)于部分國家鋼渣利用率情況，從當(dāng)中就可以看出這些國家對鋼渣的綜合利用起步較早，而且已經(jīng)達(dá)到了較高水平。

表一 部分國家鋼渣利用率及產(chǎn)率情況

我國鋼渣利用起步較晚，而且利用率較低。而且發(fā)展極不平衡，東部相比中部以及西部利用率要高。沿海地區(qū)包括上海、江浙、山東地區(qū)的利用率要高于內(nèi)陸地區(qū)。

表二1995年以來我國鋼渣產(chǎn)生及利用率情況

從表二中可以看出粗鋼產(chǎn)量從2004年開始飛速增長，但是鋼渣利用率卻成反向趨勢急速下降。隨著2006年國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，粗鋼產(chǎn)量增加更趨于理性。從2009年開始受國家宏觀經(jīng)濟(jì)以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，粗鋼產(chǎn)量將會穩(wěn)定低速增長。與之相對應(yīng)的，鋼渣產(chǎn)量增速也慢慢穩(wěn)定。隨著循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策優(yōu)勢的逐步顯現(xiàn)，鋼渣綜合利用率也將慢慢回升，實(shí)現(xiàn)鋼渣資源循環(huán)利用經(jīng)濟(jì)任重而道遠(yuǎn)。

2 鋼渣處理技術(shù)簡介

2.1 鋼渣預(yù)處理技術(shù)

國內(nèi)鋼渣預(yù)處理工藝技術(shù)主要有熱潑法、熱燜法、水淬、風(fēng)淬、滾筒法。不同工藝比較如表四所示。

結(jié)論：1)鋼渣熱燜法、風(fēng)淬粒化法、滾筒法等幾種鋼渣處理工藝，可以取代傳統(tǒng)的投資大、占地多、污染嚴(yán)重、處理效果差的熱潑法、淺盤熱潑法、水淬法等，有廣泛的推廣價(jià)值。

2）從流程短、占地少的角度出發(fā)，可以選擇風(fēng)淬法或滾筒法。

3）熱燜渣法從實(shí)用性、處理能力以及效果上來看，得到了較多數(shù)鋼廠的青睞。

2.2 鋼渣處理深加工技術(shù)

鋼渣處理深加工工藝主要有：破碎-篩分-磁選工藝、破碎-濕磨磁選工藝、鋼渣自磨、半自磨-干磁選處理工藝、鋼渣粉超細(xì)粉磨工藝。濟(jì)鋼于2009年9月投產(chǎn)建設(shè)了鋼渣水選、自磨生產(chǎn)線，在鋼渣處理深加工方面走在了同行業(yè)前列。

水選技術(shù)：磁選后小于20mm的磁性渣粉，采用濕法磨礦實(shí)現(xiàn)單質(zhì)鐵、鐵的化合物與渣體的單體離解，應(yīng)用篩分、磁選手段控制粒鋼、磁性渣粉與尾渣的選別，選別后的產(chǎn)品經(jīng)過分級、脫水及水處理工序，達(dá)到生產(chǎn)的潔凈環(huán)?；康模蛔罱K實(shí)現(xiàn)粒鋼品位≥90%，鐵精粉品位≥65%，尾渣品位≤16%，金屬鐵回收率為72.98%，成品水分≤15%，水循環(huán)利用率＞94%。

表四 國內(nèi)主要鋼渣處理技術(shù)比較

自磨技術(shù)：磁選后渣鋼(20～400mm)采用“縮徑”與“圍堰”技術(shù)，增加自磨機(jī)填充率，實(shí)現(xiàn)渣鋼表面渣的自主剝離，達(dá)到潔凈渣鋼的要求，應(yīng)用了篩分與電磁分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)潔凈渣鋼的同時(shí)為水選用磁性渣粉提供良好的原料。渣鋼自磨線產(chǎn)出的清潔渣鋼品位≥90%，產(chǎn)尾渣品位≥40%，無粉塵外排，符合環(huán)境要求。

3 鋼渣綜合利用技術(shù)

3.1 鋼渣物理性能、化學(xué)成分及礦物組成

鋼渣的外觀形態(tài)隨著成分和冷卻條件的不同而不同。堿性低的鋼渣氣孔多，重量呈黑色光澤；堿性高的鋼渣呈灰黑色，結(jié)構(gòu)較密實(shí)。在高溫熔融狀態(tài)下，進(jìn)行水淬鋼渣成粒狀，自然冷卻的鋼渣成粒狀或塊狀。

主要礦物組成：Ca2SiO3和CaSiO2，體積比占50%；[Ca（VTiO7）]體積比占30%；RO相體積比占30%；金屬鐵相體積比占5%。

鋼渣中許多成分與水泥等建筑材料相近，而且可以回收一定數(shù)量的鐵，因此作為可循環(huán)利用資源有廣闊的發(fā)展前景。

3.1 用作冶金原料

3.1.1 做燒結(jié)熔劑：燒結(jié)礦配入適量鋼渣后，不僅可以回收鋼渣中的鋼、氧化鐵、氧化鎂、氧化錳、稀有元素（V、Nb）等有益成分，而且成了燒結(jié)礦的增強(qiáng)劑，顯著提高了燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量，并使轉(zhuǎn)股指數(shù)和結(jié)塊率提高，風(fēng)化率降低，成品率提升。

3.1.2 做高爐或化鐵爐熔劑：鋼渣中的CaO、M gO作為熔劑可以節(jié)省大量的石灰石以及白云石資源，而且不需要經(jīng)過碳酸鹽分解過程，節(jié)省了大量的熱能。使用證明對鐵水溫度、鐵水含硫量、熔化率、爐渣堿度及流動性無明顯影響，證明在技術(shù)上是可行的。

3.2 做建筑材料

3.2.1 生產(chǎn)水泥或混凝土材料：中高堿度的鋼渣因含有C2S和C3S等膠凝性礦物，不僅可以直接粉磨生產(chǎn)鋼渣水泥，而且也可作為活性混合材在水泥生產(chǎn)中作添加劑使用。研究證明，在混凝土攪拌中摻加一定比例的鋼渣微粉取代部分水泥，可以提高其結(jié)構(gòu)的致密度和力學(xué)強(qiáng)度。寶冶鋼渣公司在研究鋼渣方面做了大量的實(shí)踐證明，鋼渣微粉穩(wěn)定可靠，摻加鋼渣微粉使混凝土的抗凍性能大幅度提高，當(dāng)鋼渣微粉摻加量達(dá)到10%時(shí)，其抗折強(qiáng)度比普通基準(zhǔn)混凝土提高3 0%，脆度系數(shù)降低30%，耐磨性能提高30%以上。

3.2.2 鋼渣可做磚、砌塊以及建材產(chǎn)品原料：鋼渣摻量可以達(dá)到50%左右，產(chǎn)品強(qiáng)度高于黏土磚和粉煤灰磚，體積密度和吸水率與黏土磚相似，生產(chǎn)技術(shù)節(jié)省成本、降低能耗，具有顯著的環(huán)境效益和社會效益。需要注意的是鋼渣磚容重較大，而且要控制好f-CaO含量和堿量。

3.2.3 制造微晶玻璃：濟(jì)鋼鮑德爐料公司通過調(diào)整各種氧化物的配比，不添加任何晶核劑，經(jīng)配料、熔化、水淬、晶化制備出鋼渣微晶玻璃，其主晶相為硅灰石、次晶相為透輝石，晶化后的制品為淺綠色，表面光滑，經(jīng)SEM和x射線衍射分析得知微晶玻璃內(nèi)部晶體硅灰石為粒狀和短柱狀，晶體發(fā)育良好，界限比較清晰，且抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到400多兆帕。此技術(shù)為鋼渣的應(yīng)用開辟了新的道路。

3.3 道路施工和回填領(lǐng)域

鋼渣碎石的硬度和顆粒形狀都很好地符合道路施工要求，其性能好、強(qiáng)度高、自然級配好是良好的筑路回填材料。鋼渣用于道路的基層、墊層以及面層，一般還需在鋼渣中加入粉煤灰和水泥或石灰作為激發(fā)劑，然后壓實(shí)稱為道路的穩(wěn)定基層。

鋼渣作為回填材料近幾年來得到廣泛應(yīng)用，作為2008年奧運(yùn)會三大主要比賽場館的北京國家體育館在施工過程中就使用了大量的鋼渣作為回填材料。

3.4 農(nóng)業(yè)方面

含磷高的鋼渣可以生產(chǎn)鈣鎂磷肥、鋼渣磷肥，不僅施用于酸性土壤效果良好，而且在缺磷堿性土壤中施用也可增產(chǎn)，并且干、旱兩用。

硅是水稻生長需求量最大的元素，含SiO2＞15%的鋼渣磨到60目以下可作為硅肥，用作水稻生產(chǎn)。一般每畝施用100K g，增產(chǎn)10%左右。

此外，CaO、M gO含量高的鋼渣磨細(xì)后，可作為酸性土壤改良劑，并且利用鋼渣中的P以及微量元素，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可增強(qiáng)農(nóng)作物的抗病蟲害能力。

4 鋼渣綜合利用前景展望

我國鋼渣利用如要分為內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)。內(nèi)循環(huán)主要是指通過破碎、自磨工藝將回收的廢鐵重新回爐，這部分約占鋼渣資源的10%，更是主要的收入來源。外循環(huán)是指將鋼渣尾渣應(yīng)用于冶金爐料以及建材、水泥、道路工程、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，增加附加值產(chǎn)品，提高收益。隨著液態(tài)鋼渣處理技術(shù)的不斷提升，其鋼渣資源綜合利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展當(dāng)中的比重越來越大。但是由于鋼渣中含有游離的氧化鈣（f-C aO）其穩(wěn)定性差會造成道路及建材制品的開裂，成為制約我國鋼渣利用率的關(guān)鍵問題。

鋼渣利用未來發(fā)展的前景應(yīng)加強(qiáng)以下幾個方面研究：（1）進(jìn)一步加強(qiáng)鋼渣物性的研究，為探討其利用途徑找到突破點(diǎn)。（2）加強(qiáng)鋼渣處理技術(shù)的研究，提高鋼渣品位，利用鋼渣中的鈣、鐵、鎂、錳等有益成分，推廣鋼渣作冶煉（燒結(jié)、高爐、煉鐵）溶劑的應(yīng)用技術(shù)。（3）開發(fā)高性能高鋼渣水泥，解決其膨脹性，增強(qiáng)其早期強(qiáng)度。（4）加強(qiáng)鋼渣在廢水吸附處理方面的應(yīng)用研究。（5）解決鋼渣轉(zhuǎn)及砌塊的比重問題，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。（6）繼續(xù)向鋼渣高附加值領(lǐng)域進(jìn)行研究，學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的鋼渣利用經(jīng)驗(yàn)，對鋼渣進(jìn)行分級、分類處理，使其成為真正商品化的二級原料資源。（7）以標(biāo)準(zhǔn)化推廣鋼渣系列產(chǎn)品。

5 結(jié) 語

鋼渣綜合利用是我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)課題，近幾年我國的鋼渣利用技術(shù)水平越來越高，但還有很大的發(fā)展?jié)摿Α＿@需要廣大的技術(shù)人員的不斷鉆研，集思廣益。完善利用標(biāo)準(zhǔn)、不斷推進(jìn)應(yīng)用領(lǐng)域，使鋼渣產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益最大化，為我國的循環(huán)低碳經(jīng)濟(jì)做出貢獻(xiàn)。

表三 鋼渣化學(xué)成分

[1]李燦華.我國鋼渣資源化利用趨勢分析[J].武鋼技術(shù).2010， 48（4）：51-54

[2]彭鋒，鄒真勤.鋼鐵渣處理和綜合利用技術(shù)淺析〔J〕.中國鋼鐵業(yè).2007（10）：13-17

[3]黃志芳，等.談?wù)勪撛C合利用的有效途徑[J].有色金屬設(shè)計(jì).2005，32（2）：50-53

[4]王誠翔.冶金固廢綜合利用產(chǎn)業(yè)化前景及發(fā)展模式研究[J].冶金管理.2010，（9）：44-49

[5]朱桂林，孫樹杉.國內(nèi)外鋼鐵渣利用及應(yīng)注意的問題[J].中國水泥.2 0 0 5，（1 0）：2 0-2 1

[6]舒型武.鋼渣特性及其綜合利用技術(shù)[J].有色金屬設(shè)計(jì)與研究，2007,28(5):31-34.

[7]章耿.寶鋼鋼渣綜合利用現(xiàn)狀[J].寶鋼技術(shù).2006，（1）：20-24

[8]冷光榮，朱美善.鋼渣處理方法探討與展望[J].江西冶金.2005，25（4）：44-47

[9]朱明，等.鋼渣用作水泥基材料的問題研討]N].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào).2005，27（6）：48-51

[10] 張鈞林，吳奕欣.鋼渣綜合利用優(yōu)化方案的試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料.2006，（7）：79-81

[11] 鄧明.鋼渣在工程中的合理應(yīng)用[J].工業(yè)建筑.2005，（35）：940-941

[12] 雷加鵬.國內(nèi)鋼渣處理技術(shù)的特點(diǎn)[J].中國冶金文摘.2011，25（1）：55-56

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.096

高偉 本科 助工。