冶金行業(yè)含鐵固體廢棄物資源化綜合利用研究

韓 雪

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司，山東 萊蕪 271104）

據(jù)統(tǒng)計，當下我國冶金工業(yè)固體廢棄物年產(chǎn)量已達到4億t，而綜合利用率僅為18%，工業(yè)尾礦產(chǎn)生量近3億t，但利用率不足2%，鋼鐵生產(chǎn)量為3800余萬t，但利用率僅為10%左右。針對當下我國冶金工業(yè)固體廢棄物的利用情況，相關(guān)企業(yè)必須重視資源化處理及綜合利用，突破工作落實過程中的難題，緩解其中的矛盾，從而提高冶金固體廢棄物的處理效率，取得顯著成效。當前，在生態(tài)文明社會建設(shè)的過程中，國家提高了對冶金固體廢棄物資源化利用的關(guān)注度。因此，本文主要探討了冶金固體廢棄物資源化處理及綜合利用的相關(guān)問題。

1 冶金渣資源化處理及綜合利用情況

現(xiàn)階段，我國鋼鐵年產(chǎn)量約為5億t，其間將會產(chǎn)生大量的冶金渣，年產(chǎn)量約1億t。冶金渣的主要成分為鋼渣、礦渣等，高爐重礦渣和水淬礦渣利用率較高，但鋼渣的利用率僅為20%，未被利用的冶金渣長期存儲、堆放，未能得到及時利用，將會逐步失去利用價值，其活性無法滿足再利用的要求。除此之外，這些冶金渣也會占用大量的土地面積，給土壤造成一定程度的污染。2009年，我國頒布了《循環(huán)經(jīng)濟促進法》，針對性地提出了冶金渣再利用這一建議，現(xiàn)階段，冶金渣再利用已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)發(fā)展過程中的重要課題[1]。

2 冶金渣資源化處理與綜合利用的發(fā)展方向

我國冶金工業(yè)固體廢棄物的利用率低無疑是因煉鐵煉鋼技術(shù)仍需完善，先進性不足，雖說鋼鐵產(chǎn)量穩(wěn)居世界首位，但鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)期間仍舊會產(chǎn)生大量的冶金渣。若想使鋼鐵企業(yè)的運營以及發(fā)展更具環(huán)保性、可持續(xù)性，就要有效利用冶金渣，堅持走節(jié)能、環(huán)保的道路，提高冶金工業(yè)固體廢棄物的利用率。

冶金渣資源化處理及綜合利用指的是冶金企業(yè)須從冶金渣中篩選可利用的成分，運用磁選除鐵的方式，將尾料應(yīng)用于建材產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)，發(fā)揮其應(yīng)有優(yōu)勢。廢鋼鐵的回收再利用，既滿足可持續(xù)發(fā)展要求，同時也提高了資源利用率。這部分廢棄物可應(yīng)用于路基材、預(yù)拌砂漿、多孔磚、混合材、砌筑水泥以及冶金渣蒸壓加氣砌塊等各類建筑產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在開發(fā)并利用冶金渣的過程中，國家應(yīng)有效結(jié)合資源的可利用程度，針對性地制定循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)政策。此外，企業(yè)要積極引進先進的生產(chǎn)工藝，以滿足節(jié)能環(huán)保的發(fā)展需求，使建材產(chǎn)品滿足國家標準[2-3]。

3 冶金渣資源化處理及綜合利用與節(jié)能環(huán)保之間的關(guān)系

要想將廢棄的冶金渣進行處理，而后應(yīng)用于建材產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，人們需要研發(fā)極具節(jié)能環(huán)保性能的新工藝、新技術(shù)。破碎磁選除鐵之后的鋼渣含有大量的碳酸鈣等礦物質(zhì)，這些物質(zhì)的水硬性較強。如果鋼渣與高爐水淬礦渣配合利用，就可對礦渣起到堿性激發(fā)的效果，及時消除鋼渣中的碳酸鈣所帶來的負面影響，令產(chǎn)品更加穩(wěn)定。破碎磁選除鐵后的重礦渣其體積較為穩(wěn)定，同時也具有顯著的質(zhì)密性，可用來替代黃砂和碎石等粗細骨料。

3.1 鋼渣混合材的節(jié)能環(huán)保性能

水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)的鋼渣混合材必須進行烘干，較為常見的烘干方式為將含水量約為10%的鋼渣混合材運送至水泥廠，通過熱風的作用完成烘干任務(wù)。但這樣不僅增加了運輸過程中的資金投入，同時也消耗了煤炭資源[4-5]。所以，可將鋼渣應(yīng)用于水泥混合材料的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，將其作為煉鐵產(chǎn)的副產(chǎn)品，實施就地烘干，減少汽車運輸環(huán)節(jié)的資金投入，同時有效避免煤炭、石油等資源的浪費。

將鋼渣應(yīng)用于水泥工業(yè)已經(jīng)有幾十年的歷史，據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)階段我國年利用鋼渣混合材料已達到1000萬t，如若運用鋼鐵廠所生產(chǎn)的高爐煤氣實施就地烘干，那么可將鋼渣內(nèi)的水分降低至2%，每烘干1000萬 t鋼材混合料即可減少70萬t的煤炭，并節(jié)省汽車運輸油用量40萬L。

3.2 鋼渣礦渣混凝土磚的節(jié)能環(huán)保

鋼渣礦渣混凝土磚主要是將鋼渣礦渣進行有效配置，而后再澆筑成水泥，將其作為有效的膠凝材料，或可利用高爐重礦渣、鋼渣以及水淬礦渣等，將其作為骨料，而后摻入外加劑，運用鋼廠余熱蒸汽養(yǎng)護工藝或半干法壓制成型所生產(chǎn)的冶金渣磚。許多學者均已通過實踐研究證明，上述工藝所生產(chǎn)的鋼渣礦碴混凝土磚性能良好，均可滿足國家標準，同時生產(chǎn)過程的資金投入極低，90%以上的原料均為廢棄的冶金渣，生產(chǎn)工藝也符合節(jié)能環(huán)保要求[6-7]。這樣不僅提高了冶金廢棄物的利用率，同時也可替代傳統(tǒng)的黏土磚，減少占地面積，保護耕地。此外，鋼材礦料混凝土屬于典型的節(jié)能降耗型免燒磚，值得大力推廣。

4 冶金塵泥資源化處理及綜合利用

4.1 技術(shù)分析

鋼鐵廠冶金塵泥主要包含除塵灰、高爐瓦斯泥以及轉(zhuǎn)爐塵泥等。在煉鋼的過程中，將冶金塵泥加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，其中的2%將會轉(zhuǎn)變成粉塵，轉(zhuǎn)爐塵的產(chǎn)生量約為20 kg/t。此外，煉鋼粉塵的主要成分為氧化鐵，占據(jù)70%～90%，而其他氧化雜質(zhì)則占5%～30%。轉(zhuǎn)爐煉鋼塵泥通常會應(yīng)用于燒結(jié)環(huán)節(jié)，作為燒結(jié)原料，但是煉鐵過程中的新元素可謂是極其典型的有害元素，高爐冶煉環(huán)節(jié)容易形成爐瘤，繼而影響爐內(nèi)氣體和爐料的流動。所以，在轉(zhuǎn)爐塵泥回收過程中需要回收其中富含鋅元素和碳元素的尾泥。燒結(jié)混合料期間加入OG泥懸浮液，用于混合料制粒，增強混合料的透氣性，減少資金投入，達到節(jié)能環(huán)保的效果。

現(xiàn)階段，大型鋼鐵企業(yè)對于冶金塵泥的回收利用率可達到百分之百，回收工藝較為先進，帶來了極大的經(jīng)濟效益。

4.2 工藝分析

冶金塵泥綜合利用工藝主要分為以下幾類。一是瓦斯泥利用工藝，主要包括瓦斯泥重選、鐵精粉制煉、燒結(jié)廠加工、含鋅泥提鋅等步驟。二是除塵灰及轉(zhuǎn)爐泥干法利用工藝，包括轉(zhuǎn)爐泥、除塵灰以及油泥燒結(jié)返礦、混合料加工等步驟。三是轉(zhuǎn)爐泥濕法利用工藝，應(yīng)用的主要設(shè)備和材料有轉(zhuǎn)爐泥攪拌池、管道、燒結(jié)配料皮帶和化學黏結(jié)劑，需經(jīng)過加壓成球和入爐干燥等步驟。

4.3 冶金固體廢棄物資源化處理及綜合利用

近幾年來，國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中都已基本轉(zhuǎn)變了運營目標，力求實現(xiàn)固體廢棄物全利用、零排放，對管理體制進行改革、創(chuàng)新，為冶金固體廢棄物資源化處理及綜合利用的發(fā)展注入了動力源泉。當下，各大鋼鐵企業(yè)都在生產(chǎn)過程中盡可能提高工業(yè)固體廢棄物的利用率，利用過程中大多會經(jīng)過固體廢氣資源回收、燒結(jié)、高爐、煉鋼以及軋鋼的步驟，將冶金固體廢棄物融入循環(huán)利用模式中，但利用率仍相對較低，產(chǎn)生的附加值亦不高，例如，瓦斯泥、氧化鐵皮以及轉(zhuǎn)爐泥的利用效率均無法得到保障，所以冶金固體廢棄物的利用仍需進一步研究。

5 將冶金固體廢棄物應(yīng)用于水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)

若想進一步提高冶金固體廢棄物的利用率，應(yīng)當在水泥生產(chǎn)過程中全面驗證、研究，明確鋼渣等廢棄物的可利用程度，逐步探索出一條適合鋼渣水泥生產(chǎn)的工藝路徑，確保工藝控制的有效性。

5.1 加強對鋼渣溶劑渣配料相關(guān)問題的研究

鋼渣經(jīng)過破碎磁選后，所回收的溶劑渣會應(yīng)用于燒結(jié)廠中，其配比通常為110%左右，溶劑渣的應(yīng)用將會給燒結(jié)礦質(zhì)量帶來一定的影響，究其根本，無疑是因為所利用的鋼渣潤濕性能較差，無法滿足燒結(jié)礦的生產(chǎn)需求，因此許多燒結(jié)廠均停止運用鋼渣，依舊利用鐵礦粉。相關(guān)技術(shù)人員和專家學者應(yīng)加強鋼渣、溶劑渣在燒結(jié)礦生產(chǎn)過程中應(yīng)用量配置方面的研究，以最大程度地提高燒結(jié)礦強度、燒結(jié)速度，確保燒結(jié)礦性能，從而彰顯鋼渣溶劑渣的利用價值。

5.2 將鋼渣作為建筑材料與道路材料

鋼渣應(yīng)用期間必須平衡自身穩(wěn)定性，應(yīng)改進熱潑法渣處理工藝，重視鋼渣入燜法工藝技術(shù)的研究。以湖南漣鋼轉(zhuǎn)爐鋼渣熱燜法處理為例進行分析，研發(fā)后的鋼渣利用情況較為良好，所生產(chǎn)的水硬性鋼鐵渣免燒承重磚質(zhì)量達標，提高了鋼渣利用率。有學者提出利用鋼渣制造極具耐腐蝕性的微晶玻璃，將其應(yīng)用于建筑材料和道路材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，發(fā)揮其利用價值。

5.3 重點開發(fā)鋼渣粉生產(chǎn)

有效利用鋼渣粉，將其應(yīng)用于混凝土和水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從而使鋼渣價值資源化。達到400 m2/kg系度的鋼渣，可替代10%～30%的水泥，在混凝土生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)揮應(yīng)用價值，還能提高混凝土強度，使之更具耐腐蝕性、耐磨性以及抗凍性。與水泥生產(chǎn)相比，其成本降低30%，同時工程建設(shè)資金投入減少，其可在混凝土生產(chǎn)環(huán)節(jié)大范圍利用。值得一提的是，現(xiàn)階段我國鋼渣粉年產(chǎn)量可達300萬t，主要用于工程建設(shè)環(huán)節(jié)，為冶金固體廢棄物資源化處理及綜合利用奠定了堅實基礎(chǔ)。需要注意的是，在鋼渣粉開發(fā)和生產(chǎn)的過程中，人們需要有效選擇粉磨工藝以及粉磨設(shè)備，提高鋼渣粉的細度，從而保證其應(yīng)用效率。

5.4 對造渣劑及冷卻劑大力研發(fā)

廢棄物中的氧化鐵皮、轉(zhuǎn)爐泥以及除塵灰等的利用，通常會采用回收加工及燒結(jié)利用的模式，提高固體廢棄物的應(yīng)用附加值。鋼鐵生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐泥廢棄物，通常會以廢料、燒制、鐵、鋼大循環(huán)模式進行回收再利用，現(xiàn)階段已由傳統(tǒng)的大循環(huán)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺U料、鋼的小循環(huán)利用模式，模式的轉(zhuǎn)變降低了能源消耗，同時所產(chǎn)生的污染也相對較小，這一過程中的資金投入較低，產(chǎn)生的效益更佳。

5.5 利用瓦斯泥梯級開發(fā)模式

瓦斯泥重選提鐵以后，尾泥中的含量相對較高，可達到30%，應(yīng)當首先對瓦斯泥中的碳元素進行回收，從而替代無煙煤，其間也可有效利用回收新工藝，制作可回收碳粉。

6 結(jié)語

最近幾年來，國家格外注重節(jié)能減排事業(yè)的推進，力求發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，積極落實可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，有必要重視冶金固體廢棄物資源化處理及綜合利用，實現(xiàn)資源循環(huán)利用，推動鋼鐵行業(yè)持續(xù)、穩(wěn)健發(fā)展，為其經(jīng)濟效益及社會效益的提升提供重要保障。冶金固體廢棄物中的冶金渣可謂是重要組分，可將其應(yīng)用于道路材料及建筑材料的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，利用高爐煤氣、工業(yè)廢渣等，生產(chǎn)出市場運作中所需的綠色建材產(chǎn)品，發(fā)揮其社會效益及環(huán)境效益。當前，人們不僅要加大冶金固體廢棄物資源化處理及綜合利用的力度，還要不斷研究、推廣先進技術(shù)，拓展其應(yīng)用范圍，從而為我國鋼鐵企業(yè)的發(fā)展與進步做出重要貢獻。