淺析鋼鐵工業(yè)固體廢棄物資源利用技術(shù)的應(yīng)用

司金鳳

（山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院冶金工程系，山東 淄博256414）

1 前 言

鋼鐵企業(yè)的迅猛發(fā)展造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染與固體廢棄物排放，2019年我國鋼鐵企業(yè)固體廢棄物排放量達(dá)31.5 億t，這些廢棄物不僅占用大量用地，惡化環(huán)境，還會(huì)造成礦產(chǎn)資源浪費(fèi)，因此，加快對鋼鐵工業(yè)固體廢棄物的減容、減量、無害化利用已刻不容緩。

2 高爐渣資源化利用技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 高爐渣在污水處理中的應(yīng)用

高爐渣粒度小、孔隙度高、比表面積大、表面活性強(qiáng)，且高爐渣中含有大量堿性氧化物（CaO、MgO等），能與磷酸根、硫化物發(fā)生反應(yīng)，形成沉淀，深度凈化污水。高爐渣在污水處理時(shí)，不僅能去除硫、磷，對液體中的重金屬離子、有機(jī)物、懸浮物等也具有過濾、絮凝能力，可用于凈化工業(yè)廢水。

劉鳴達(dá)等人分析了水淬高爐渣對污水中磷的吸附及影響因素，并進(jìn)行熱力學(xué)特性分析，模擬出3種不同的爐渣的最大吸磷量為3.3、2.5、5.0 mg/g，為后續(xù)研究提供理論基礎(chǔ)。劉晶等以高爐渣為濾料進(jìn)行砂濾器除磷實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)高爐渣粒度為1.0～2.0 mm、濾料速度1～2.5 mm/min時(shí)，可脫除85%磷和90%懸浮物。王湖坤等人用高爐渣處理銅冶煉工業(yè)廢水，Cu（Ⅱ）脫除率96.91%。劉金亮以高爐渣為吸附劑，將高爐渣投放到重金屬離子含量為100 mg/L的模擬廢水中，發(fā)現(xiàn)廢水中Cu2+、Cd2+、Zn2+的脫除率均高于99%［1-4］。

2.2 高爐渣在煙氣處理中的應(yīng)用

高爐渣含有較多的堿性氧化物，可與酸性物質(zhì)SO2、NOX產(chǎn)生反應(yīng)，同時(shí)本身疏松多孔的結(jié)構(gòu)也有利于煙氣脫硫、脫硝反應(yīng)的進(jìn)行，因此我國大力發(fā)展高爐爐渣在煙氣處理中的研究與應(yīng)用。

李偉等利用爐渣提取堿性氧化物混合溶液，在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)進(jìn)行濕法脫硫試驗(yàn)，脫硫效率達(dá)到95.5%以上。徐迎東用高爐渣、粉煤灰為原料制備了混合鈣質(zhì)脫硫劑，脫硫率達(dá)85.5%～94.6%。雷珊等對含鈦高爐渣進(jìn)行酸浸，得到TiO2溶液，在經(jīng)過水解、過濾、洗滌后，經(jīng)高溫焙燒后制得TiO2載體，并在此基礎(chǔ)上制備了V2O5-WO3/TiO2催化劑，在250～450 ℃時(shí)的脫硝率78.9%。葉飛等人將高爐渣作為TiO2-Al2O3-SiO2載體，添加錳、鈰等活性組分，制成SCR催化劑。得到的15%Mn-Ce/Slag［2-7］催化劑在160～260 ℃時(shí)的脫硝率在80%以上［5-8］。

2.3 高爐渣在農(nóng)業(yè)化肥中的應(yīng)用

高爐渣含有大量硅、鈣、氮、鎂、鐵、鈦、硫等元素，可為植物提供營養(yǎng)元素，因此可對高爐渣進(jìn)行加工處理，將有益元素轉(zhuǎn)換成容易被植物吸收的形式，將高爐渣制備成硅肥、氮肥、復(fù)合肥料。

安杰等人將高爐渣與泥炭配制成基質(zhì)，對黃瓜無土育苗，幼苗長勢良好，莖部粗壯，根系發(fā)達(dá)，且使育苗期縮短。張悅等人用高爐渣、硫酸銨作肥料，在對其進(jìn)行栽培實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)該肥料可以提高甜菜畝產(chǎn)量22.03%。孟華棟等人用高爐渣制備緩釋氮肥，其氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)41%。高爐渣生產(chǎn)的緩釋氮肥，初期水溶率達(dá)3.69%，7 d 水溶率7.02%，35 d水溶率35.33%，利用率高、損失少、肥效長［9-12］。

2.4 高爐渣在微晶玻璃制備中的應(yīng)用

微晶玻璃既有良好機(jī)械強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性，還有優(yōu)異的耐酸、堿、鹽腐蝕能力。此外，還有一種微晶泡沫玻璃，該材料以大量的玻璃相為基體，結(jié)合特殊的多孔和玻晶交織結(jié)構(gòu)，具有隔熱、吸聲、耐腐蝕、防水、質(zhì)輕強(qiáng)度高等優(yōu)勢。微晶玻璃能更好地固定重金屬等有害成分，使之不滲漏到外部環(huán)境中，對于環(huán)保有重要意義。用高爐渣生產(chǎn)微晶玻璃，能降低生產(chǎn)成本，并利于冶金渣的再利用。

王海波［13］等人將高鈦高爐渣、粉煤灰、玻璃粉混合均勻后壓制成型，高溫?zé)Y(jié)30 min后形成微晶泡沫玻璃，其吸水率2.17%，抗壓強(qiáng)度17.43 MPa，熱導(dǎo)率0.18 W/（m·K）。

田堅(jiān)［14］分別利用緩冷、水淬兩種高鈦型高爐渣生產(chǎn)微晶泡沫玻璃。結(jié)果表明：緩冷高鈦型高爐渣制備的微晶玻璃保溫性能較差，降噪系數(shù)高，可用作輕質(zhì)高強(qiáng)的吸聲材料；而水淬高鈦型高爐渣制備的微晶泡沫玻璃試樣降噪系數(shù)較低，導(dǎo)熱系數(shù)低，用作輕質(zhì)高強(qiáng)的保溫隔熱材料前景廣闊。

2.5 高爐渣制備新型鋪路材料

在道路鋪建時(shí)采用高爐渣保水材料，道路降溫效果好，可長期抑制路面溫度上升，還有吸音降噪的效果。以高爐渣、拋光渣、煤矸石為主原料，配制黏結(jié)劑和造孔劑，生產(chǎn)環(huán)保透水磚，其防滑、抗寒、耐風(fēng)化、透水性也有較大改善，對調(diào)節(jié)城市生態(tài)平衡等方面具有發(fā)展前景。

日本公司曾利用高爐爐渣與顏料、水泥等混合，鋪在路面上，形成強(qiáng)度高、透水性好的彩色路面。刁岳川［15］利用高爐渣、鋼渣為原料，配合使用黏結(jié)劑與光亮劑制備多彩磚，制造出來的多彩磚有高強(qiáng)度、高耐磨、高光澤度等特點(diǎn)，各性能指標(biāo)均符合規(guī)定要求，發(fā)展前景廣闊。

3 鋼渣的資源化利用技術(shù)現(xiàn)狀

鋼渣性質(zhì)與原料的選擇、生產(chǎn)參數(shù)、鋼種息息相關(guān)，導(dǎo)致鋼渣組分浮動(dòng)較大。鋼渣強(qiáng)度高，硬度大，難以磨粉；爐渣的凝膠組分活性低；爐渣吸水性好，但會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)使體積膨脹，穩(wěn)定性變差，從而導(dǎo)致鋼渣距離穩(wěn)定可靠的應(yīng)用還存在難度。我國鋼渣的用途包括：道路建設(shè)，占鋼渣利用量的40.2%；其次是工程回填料，占比32.3%；用于冶金生產(chǎn)的占比19.4%，用于水泥的占比6.5%，其他建材的占比1.6%。

3.1 鋼渣在道路工程中的應(yīng)用

鋼渣的強(qiáng)度高、硬度大，并且具有很好的耐磨性和滲透性，用于鋪料可以增大道路的CBR 值，明顯減輕路面沉陷現(xiàn)象，而且鋼渣鋪路后，道路的抗凍解凍性能變好，路面的裂縫、坑槽、龜裂、車轍明顯減少，延長了道路的使用壽命。

目前，許多國家已經(jīng)將鋼渣用于道路工程實(shí)踐中，如美國有90%的鋼渣用于道路建設(shè)，德國50%的鋼渣用于鋪路，英國將98%的鋼渣用于鋪路。我國從上世紀(jì)末對鋼渣用以道路建設(shè)開展探索，寶武集團(tuán)利用滾筒法處理鋼渣，并將鋼渣骨料用于鋼渣瀝青道路上，經(jīng)過大量檢測后發(fā)現(xiàn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)完全滿足瀝青道路的國家標(biāo)準(zhǔn)要求。2018年，八鋼將鋼渣作為水穩(wěn)層和瀝青混凝土面層的主要材料，在“三供一業(yè)”項(xiàng)目實(shí)施中進(jìn)行了規(guī)?；褂茫哂惺┕ず唵?、造價(jià)低、質(zhì)量好、路害少的優(yōu)勢，為新疆境內(nèi)的鋼渣綜合利用提供了范例。

3.2 鋼渣在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用

鋼渣的主要化學(xué)成分與水泥相似，且具有強(qiáng)度高、密度大、耐磨性強(qiáng)等特征，可制作水泥和混凝土等建筑材料。如利用碳化鋼渣生產(chǎn)鋼渣磚、以鋼渣為摻合料的新型混凝土等，不僅可以降低建筑材料的生產(chǎn)成本，而且對于水泥和混凝土的質(zhì)量都有很大改善。

顏凡、鄭永超［16-17］等人利用鋼渣、再生骨料等對透水混凝土進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在建筑再生骨料中摻入鋼渣后，可降低膠凝材料的水化熱，混凝土的后期強(qiáng)度、碳化深度、收縮率及氯離子滲透系數(shù)普遍提高。

3.3 鋼渣在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

鋼渣堿度較高，將其與酸性土壤混合后可起到中和土壤酸堿度的作用，具有修復(fù)、改良土壤的能力，同時(shí)鋼渣本身含有的可溶性鎂和磷、硅等元素可以保持土壤成分的元素平衡，是農(nóng)業(yè)上比較理想的土壤改良劑。除此之外，由于鋼渣中的化學(xué)成分與無機(jī)肥的成分相同，還有Fe、Mn、P等營養(yǎng)元素，因此也被用來生產(chǎn)硅肥、磷肥、硅鉀肥和微量元素肥料。

江西農(nóng)業(yè)大學(xué)［18］通過3 a的田間定位試驗(yàn)，將鋼渣配成的肥料與常規(guī)肥料對比培育大豆，發(fā)現(xiàn)加有鋼渣的肥料可以提高大豆彈珠莢數(shù)，單株粒數(shù)，且隨鋼渣用量增加，大豆3 a的產(chǎn)量平均增長7.89%，同時(shí)可顯著改善紅壤旱地土壤酸度、濕度和養(yǎng)分。王曉軍［19］等人則使用鋼渣硅肥在田間進(jìn)行白菜種植試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鋼渣硅肥可降低白菜植株的染病率，白菜霜霉病感病率降低3.48%～7.54%，軟腐病感病率降低2.65%～6.13%，有效抑制土壤有害病菌。

4 結(jié) 語

隨著我國鋼鐵產(chǎn)量持續(xù)增長，鋼鐵固體廢棄物資源利用越來越受到重視。目前我國高爐渣由于自身特性的穩(wěn)定性，其回收利用已超過90%；鋼渣由于其成分的不穩(wěn)定性和自身特性的復(fù)雜性，利用率較低，僅達(dá)30%。我國還需進(jìn)一步通過鋼鐵固廢資源化技術(shù)的開發(fā)和實(shí)踐，最大程度地回收資源、降低消耗，努力開發(fā)鋼鐵工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)綠色新流程。