綜合利用視角下冶金工業(yè)固體廢物鋼渣的處理

李亞東，徐 征，張漢平，張金梁，楊 妮

（1.昆明冶金高等?？茖W校冶金與礦業(yè)學院，云南昆明 650033；2.昆明市稀散及貴金屬資源綜合利用重點實驗室，云南昆明 650033；3.稀散及貴金屬二次資源綜合回收及深加工應用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，云南昆明 650033；4.昆明冶金研究院有限公司，云南昆明 650031）

在新時期，如何更好地調(diào)節(jié)工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、金屬資源開采以及環(huán)境保護之間的關(guān)系，已經(jīng)成為冶金工業(yè)亟待思考的問題。而綜合利用理念的出現(xiàn)，為廣大冶金企業(yè)開辟了一道現(xiàn)代化、可持續(xù)化發(fā)展道路，在面對鋼渣等固體廢物時，可以通過相關(guān)技術(shù)來實現(xiàn)其再利用，從而減少其對環(huán)境的危害。

1 冶金工業(yè)固體廢物的危害

1.1 土壤污染

冶金工業(yè)的運轉(zhuǎn)會產(chǎn)生諸多固體冶煉廢渣，還有許多有毒物質(zhì)。這些有毒物質(zhì)，在接觸土壤之后，會對土壤產(chǎn)生巨大危害。如以硫酸法來生產(chǎn)鈦白粉就會產(chǎn)生大量的酸解固體廢渣，它們往往會被堆積處理，而在被雨雪淋溶之后，一些有毒的可溶成分會通過水分由地表滲入地下，使得土壤變得“有毒”，呈現(xiàn)出硬化、酸化、堿化現(xiàn)象，甚至會出現(xiàn)重金屬污染等情況，不但會對一些農(nóng)作物產(chǎn)生毒害，而且也會對食用者帶來健康危害。

1.2 水域污染

冶金工業(yè)廢渣所具有的毒素，不但能經(jīng)由土壤滲入到地下水當中，而且也會在風吹雨淋以及一些人為因素影響下滲入到地面水當中。例如，硫酸法鈦白粉生產(chǎn)所產(chǎn)的石膏渣、酸解渣等固體廢物會受到雨雪作用的影響，極容易流進附近的江河當中，進而使得水域水體遭受污染，造成水域當中的魚類或水生生物大量死亡，或者出現(xiàn)生長畸形、自帶毒素等現(xiàn)象，給人們飲食健康帶來諸多危害。

1.3 大氣污染

一些工業(yè)廢渣在堆放期間，會在水分以及溫度等條件的作用下分解出一些有毒氣體或物質(zhì)，這也會對大氣產(chǎn)生巨大危害。首先，像一些煤系固體廢渣在堆積過程中會伴有一定的自燃風險，如果自燃情況發(fā)生嚴重的話，不但很難進行撲救，而且也會排放出SO2等有毒氣體，造成大氣污染。其次，一些固體廢渣在堆放期間會分散成一些微粒狀的灰塵，這些灰塵經(jīng)過大風吹動，會擴散到大氣當中，不但會沾染在花果樹木、城市建筑之上，影響著農(nóng)業(yè)發(fā)展和市容市貌，而且也會被人吸入體內(nèi)，給人體健康帶來巨大危害。

2 鋼渣的來源與構(gòu)成

2.1 鋼渣來源

鋼渣指的是冶金工業(yè)煉鋼期間所產(chǎn)生的熔渣。具體來說，它是由金屬爐料一些元素產(chǎn)生氧化反應之后而產(chǎn)生的物質(zhì)，這些物質(zhì)包括有金屬爐料雜質(zhì)、被侵蝕的補爐材料和爐襯料、氧化物以及在調(diào)整鋼渣性質(zhì)過程中所添加的一些螢石、硅石、石灰石、鐵礦石以及白云石等造渣材料。鋼渣屬于冶金工業(yè)煉鋼的必然固體廢物產(chǎn)物。

2.2 鋼渣構(gòu)成

鋼渣的主要成分構(gòu)成包括氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂、氧化亞鐵、氧化錳、游離氧化鈣以及五氧化二磷等元素，部分鋼渣中還含有五氧化二釩等。由于它的構(gòu)成成分波動范圍較大，所以，在加工利用時，應當結(jié)合其物質(zhì)元素含量以及成分類型來進行綜合處理。

3 鋼渣的加工利用方法

目前關(guān)于廢物鋼渣加工利用的方法主要有內(nèi)循環(huán)運用（分選回收、燒結(jié)礦溶劑、煉鐵溶劑等）、建筑運用（鋪路材料、水泥等）、農(nóng)業(yè)運用（肥料）等。所以，在綜合利用視角下，相關(guān)企業(yè)還需依照以上加工利用方法來落實廢物鋼渣的處理工作，從而實現(xiàn)其循環(huán)與再利用的目標。

4 鋼渣的綜合利用方向

4.1 冶金流程方面的利用

鋼渣里面含有諸多可利用元素，如鐵元素、錳元素等，其中的游離氧化鈣以及氧化鎂含量也較多，是白云石等無法比擬的，而且部分成分還能夠讓高爐渣黏度降低，進一步優(yōu)化冶金生產(chǎn)，所以，在綜合利用視角下，將廢物鋼渣利用與冶金流程之中有著較高的可行性。首先，對廢鋼以及鋼粒進行分選回收。在鋼渣當中，通常有著10%左右的渣鐵或者廢鋼，它們在經(jīng)過破碎、篩選等技術(shù)處理之后，可實現(xiàn)高達90%的回收利用。其次，煉鋼返回渣。轉(zhuǎn)爐煉鋼期間，需要大量地返回鋼渣，將它們與白云石進行配合使用，可以有效降低爐襯侵蝕，讓煉鋼更早地成渣，而且還能夠讓耐火材料的消耗量得到極大程度降低。再者，高爐煉鋼溶劑運用。高爐通常需要加入石灰來進行煉鋼，這一過程中，可將鋼渣粉作為溶劑，對其內(nèi)部的氧化鈣加以運用，同時依托其他一些成分來降低煉鋼溶劑的使用量，進一步保證生產(chǎn)效益。需要注意的是，鋼渣自身的成分波動性較強，所以要結(jié)合其具體情況來進行合理使用。此外，燒結(jié)溶劑方面的運用。進行燒結(jié)礦生產(chǎn)時，往往需要用到石灰石，通常轉(zhuǎn)爐渣當中含有40%~50%左右的氧化鈣，如果把鋼渣粒徑處理到10mm以下便可代替石灰石，然后當作燒結(jié)材料來運用，將其中的有益成分進行回收，同時使得燒結(jié)料層在透氣性、有效性等方面得到進一步增強。與此同時，由于鋼渣中是沒有磷元素的，所以，它的運用也能夠有效抑制燒結(jié)礦風化現(xiàn)象，實現(xiàn)強度與質(zhì)量的提升。

4.2 建筑材料方面的利用

鋼渣等冶金工業(yè)固體廢物有著耐磨性強、密度大以及強度高等特點，而且其表面大多出呈不規(guī)則形狀，能夠與瀝青等物質(zhì)進行緊密結(jié)合，所以，其在建筑材料方面也有著極為廣泛的二次利用前景。例如，可將鋼渣進行粉碎以及水淬處理，然后糅合一些粉煤灰、石膏、高爐水渣以及石灰等激發(fā)劑，再與水進行攪拌，在此基礎上進行壓制、輪碾以及蒸養(yǎng)處理之后便能夠制作成建筑用磚。同時，鋼渣也能夠被用于鋼渣重混凝土當中，這其中應當注重材料的選用。

（1）優(yōu)化水泥選擇。水泥在鋼渣重混凝土的生產(chǎn)中屬于膠凝材料，用得比較多的是火山灰質(zhì)、礦渣等硅酸鹽水泥。不同的品種擁有不同特點，應當結(jié)合建筑工程的特征、特質(zhì)以及施工條件等情況進行合理選擇。

（2）優(yōu)化砂子選擇。沙子可以分為粗砂、細砂、中砂以及特細砂等類型，通常在高強混凝土的制作中運用粗砂較多，而普通混凝土以及鋼渣重混凝土的制作則分別用到了中砂以及粗砂。

（3）優(yōu)化鋼渣集料的選擇。通常來說，應選擇6~20mm的集料，同時保證其顆粒在0~0.8mm或者0~3mm。

（4）優(yōu)化外加劑的選擇。外加劑包括有泵送劑、引氣減水劑等，要結(jié)合鋼渣重混凝土的工藝或者性能來科學選擇這些外加劑品種。通過以上舉措來實現(xiàn)對廢物鋼渣的有效運用。同時，鋼渣自身和瀝青之間的親和性較強，所以能夠和其他天然石料混合使用，這樣鋪設出來的道路將會有著較強的柔性，在抗凍、解凍性能方面比較出眾。

4.3 農(nóng)業(yè)肥料方面的利用

冶金固體廢物鋼渣中并非只有有害物質(zhì)，它其中也會含有一些有利于植物、農(nóng)作物生長的元素。結(jié)合實際情況來看，在托馬斯方法冶煉金屬的過程中，會產(chǎn)生許多具有堿性性質(zhì)的鋼渣，將他們進行磁選并把其中的廢鐵擇出來，然后對剩下的材料進行粉碎以及破碎處理，在輔以相應工藝的話，便能夠生產(chǎn)出來能夠用于農(nóng)業(yè)種植的磷肥。在這種肥料中鐵元素以及鎂元素含量較高，它們能夠和一些具有酸性性質(zhì)的土壤進行融合，進而實現(xiàn)其營養(yǎng)元素含量的進一步提升，讓一些農(nóng)作物能夠更好地成長。與此同時，鋼渣也能夠制作成硅肥，在種植小麥或者玉米等農(nóng)作之前，可采用化肥深施的方法來把鋼渣硅肥施入土壤深處，使他們能夠為小麥、玉米提供生長養(yǎng)料，進一步提高這些農(nóng)作物的產(chǎn)量。此外，在鋼渣當中也蘊含著諸多能夠與酸性物質(zhì)產(chǎn)生化學反應的元素，所以，在面對酸性程度較高的土壤時，可以利用一些鋼渣來充當中和劑，是這些土壤的酸堿性能夠趨于合理，在此基礎上再進行農(nóng)作物種植，從而實現(xiàn)土地資源的有效利用和農(nóng)作物增收的雙向目標。

4.4 污水凈化方面的利用

在廢物鋼渣之中還富有一些活性炭，由于它們的吸附能力較強，所以也可以被用到污水處理以及污水凈化中來。具體來說，可對鋼渣進行處理加工，將其中的廢鐵剔除，然后粉碎那些顆粒較大的鋼渣，然后將其當作污水過濾材料放置在相應的凈化管道內(nèi)。期間，可以設置一定的吸附設施，讓污水從這些設施當中通過，從而將其中的一些有害物質(zhì)或者雜質(zhì)祛除，達成污水凈化的目的，使所排放的污水能夠與國家相關(guān)規(guī)定相符合，進一步減少其對環(huán)境的負面影響。與此同時，在處理那些有染料的廢水時，鋼渣所具備的吸附作用也能夠得到充分展現(xiàn)，在對其進行利用過程中，可以對它們進行碾磨以及粉碎處理，然后制作成一些吸附性強的污水處理材料，借此來實現(xiàn)對有染料廢水的凈化處理。通過此舉，不但能進一步提高冶金企業(yè)的經(jīng)濟利潤，而且還能夠落實環(huán)保法治戰(zhàn)略，為企業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展鋪路搭橋。

5 結(jié)束語

在新時期，冶金工業(yè)在發(fā)展的同時，也要結(jié)合國家相關(guān)政策要求，兼顧資源綜合利用以及環(huán)境保護等工作。鋼渣等固體廢物排放一直以來都是冶金工業(yè)發(fā)展中亟待處理的問題。隨著綜合利用技術(shù)的不斷發(fā)展，冶金工業(yè)已經(jīng)開啟了固體廢物的綜合利用大門。然而，就現(xiàn)實情況而言，我國在冶金工業(yè)廢物利用水平以及技術(shù)方面仍然有待進一步提升。對此，廣大冶金企業(yè)有必要積極參與其中，不斷通過固體廢物的實踐綜合利用來實現(xiàn)行業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展，為我國工業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展奠基。