鋼渣處理工藝及綜合利用分析①

韓先會(huì)

摘要：在新時(shí)期，如何更好地調(diào)節(jié)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、金屬資源開采以及環(huán)境保護(hù)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(duì)鋼渣等固體廢物時(shí)，可以通過相關(guān)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其再利用，從而減少其對(duì)環(huán)境的危害。

關(guān)鍵詞：鋼渣;處理工藝;綜合利用

引言

我國鋼鐵行業(yè)是環(huán)保意識(shí)覺醒較早的工業(yè)行業(yè)，環(huán)保工作一直走在工業(yè)領(lǐng)域的前列。從七十年代至今，鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展歷經(jīng)了冶煉伴生產(chǎn)品處理、節(jié)能降耗和全面綠色化發(fā)展等3個(gè)階段。鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展謀求的目標(biāo)是資源的綜合利用、短缺資源的代用、二次資源的利用，減緩資源的耗用;通過節(jié)能、節(jié)材、可再生資源和綠色能源的利用達(dá)到節(jié)能的目的。同時(shí)，減少廢料和污染物的產(chǎn)生和排放，促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品在生產(chǎn)、消費(fèi)過程中與環(huán)境相容，降低整個(gè)工業(yè)活動(dòng)對(duì)人類和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

1.鋼渣的主要構(gòu)成及加工利用方法

轉(zhuǎn)爐鋼渣主要由CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5和f-CaO、f-MgO等組成，主要礦物相為硅酸二鈣、硅酸三鈣、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇輝石、鐵鋁酸鈣、游離氧化鈣（f-CaO）、RO（R代表鎂、鐵、錳的氧化物，即FeO、MgO、MnO形成的固熔體）等。因此，鋼渣除鐵后的尾渣中含有與硅酸鹽水泥熟料相似的硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）膠凝材料，也具有水化活性，是建材資源，具有較大的開發(fā)利用價(jià)值。另外，鋼渣中含有8%～12%的鐵資源（這里包含金屬鐵和可回收的鐵氧化物，下同），將鋼渣中的鐵資源進(jìn)行分離、富集，可實(shí)現(xiàn)鋼渣的資源化和高附加值利用。2019年，我國的鋼產(chǎn)量接近10億t，鋼渣中的金屬鐵約1000萬t，因此鋼渣加工回收鐵是鋼渣資源綜合利用的關(guān)鍵內(nèi)容。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(yùn)用（分選回收、燒結(jié)礦溶劑、煉鐵溶劑等）、建筑運(yùn)用（鋪路材料、水泥等）、農(nóng)業(yè)運(yùn)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(shí)廢物鋼渣的處理工作，從而實(shí)現(xiàn)其循環(huán)與再利用的目標(biāo)。

2.鋼渣處理工藝

2.1鋼渣熱燜工藝

鋼渣熱悶工藝的反應(yīng)機(jī)理包括物理變化和化學(xué)反應(yīng)，受化學(xué)反應(yīng)膨脹應(yīng)力、相變應(yīng)力以及收縮應(yīng)力的共同作用，鋼渣粉化，游離氧化鈣大幅度降低，實(shí)現(xiàn)鋼渣分離。1）增加渣罐數(shù)量，延長液態(tài)渣在渣罐當(dāng)中的冷凝時(shí)間達(dá)到6h以上，基本保證倒罐時(shí)罐內(nèi)全部為固態(tài)渣或有一定黏度的鋼渣。2）重點(diǎn)關(guān)注翻渣過程，對(duì)存在液態(tài)渣較多的罐次，至少翻渣3次以上。每次翻渣做到深翻，大塊渣子用耙子打開，確保塊狀渣子小于400mm。延長兩罐之間的翻罐時(shí)間，使鋼渣充分降溫。3）翻渣過程中有打不開的大塊或鋼塊要清理出來，以免大塊在渣子上方形成保護(hù)傘影響透水。4）對(duì)各悶渣坑的氣動(dòng)閥門進(jìn)行了改進(jìn)，悶渣過程中根據(jù)蒸汽情況及時(shí)調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥門的開度，保證兩個(gè)排氣孔有蒸汽冒出，使悶渣坑內(nèi)部始終處于正壓狀態(tài)，確保悶渣效果。5）水系統(tǒng)增加了冷卻塔，大大降低了噴淋水的溫度，較少了悶渣打水時(shí)間。6）燜渣打水時(shí)間控制在8～10h，前1h根據(jù)蒸汽量適當(dāng)調(diào)整水量，之后按60m3/t打水，使鋼渣充分與水結(jié)合，減少了鋼渣板結(jié)，總用水量控制在400m3。

2.2鋼渣二次處理加工工藝

鋼渣二次處理的主要目的是實(shí)現(xiàn)鋼渣中的渣、鐵分離，從而提高鋼渣處理產(chǎn)物的附加值。采用簡單破碎、磁選工藝可以將鋼渣進(jìn)行初步處理，但生產(chǎn)出的渣鋼品位仍然較低、產(chǎn)品附加值不高，其原因是由于渣、鋼分離較為困難，導(dǎo)致選出的物料磁性物料品位較低，需要進(jìn)行磨制再加工，從而將品位較低的渣鋼經(jīng)過分離、磁選成為品位較高的粒鋼、礦粉磁選粉并同時(shí)產(chǎn)生含鐵品位較低的尾渣。針對(duì)渣鋼品位低的問題，中冶建筑研究總院有限公司研發(fā)采用棒磨機(jī)對(duì)渣鋼進(jìn)行破碎、剝離和提純。具體過程是：經(jīng)熱悶后的鋼渣，待鋼渣初步晾曬，經(jīng)過中轉(zhuǎn)堆場(chǎng)的晾曬后，用裝載機(jī)將熱悶后的鋼渣上至地坪篩或振動(dòng)給料篩上，>150mm的鋼渣落至鋼渣槽，<150mm的鋼渣轉(zhuǎn)送至皮帶機(jī)，經(jīng)皮帶機(jī)運(yùn)至加工線進(jìn)行加工處理，皮帶上方通過除鐵器選出<150mm的鋼渣。鋼渣經(jīng)皮帶機(jī)進(jìn)入粒徑規(guī)格尺寸為8mm的振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，篩上>8mm的鋼渣經(jīng)過皮帶機(jī)、給料機(jī)等設(shè)備進(jìn)入1～3號(hào)棒磨機(jī)進(jìn)行解離，經(jīng)棒磨機(jī)排出的物料分別進(jìn)入3臺(tái)粒徑規(guī)格尺寸為8mm的振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，篩上>8mm的鋼渣經(jīng)過除鐵器磁選出8～150mm鋼渣，其余部分循環(huán)進(jìn)入棒磨機(jī)，篩下<8mm鋼渣進(jìn)入雙輥磁選機(jī)磁選，磁性部分進(jìn)入0～8mm磁選粉倉或進(jìn)入磁選粉堆棚儲(chǔ)存，非磁性部分進(jìn)入0～8mm尾渣倉或進(jìn)入尾渣堆棚儲(chǔ)存，尾渣倉下方設(shè)置輸送皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)至鋼渣粉生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)運(yùn)站。經(jīng)過該工藝生產(chǎn)出了鐵品位>85%渣鋼，可直接返回?zé)掍?，產(chǎn)生的磁選粉鐵品位>40%，可直接返回?zé)Y(jié)使用。另外，尾渣中金屬鐵含量<2%，自有氧化鈣含量<3%，滿足后續(xù)利用要求。

3.鋼渣的綜合利用方向

3.1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(jìn)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(duì)廢鋼以及鋼粒進(jìn)行分選回收。在鋼渣當(dāng)中，通常有著10%左右的渣鐵或者廢鋼，它們?cè)诮?jīng)過破碎、篩選等技術(shù)處理之后，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)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(jìn)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(yùn)用。高爐通常需要加入石灰來進(jìn)行煉鋼，這一過程中，可將鋼渣粉作為溶劑，對(duì)其內(nèi)部的氧化鈣加以運(yùn)用，同時(shí)依托其他一些成分來降低煉鋼溶劑的使用量，進(jìn)一步保證生產(chǎn)效益。需要注意的是，鋼渣自身的成分波動(dòng)性較強(qiáng)，所以要結(jié)合其具體情況來進(jìn)行合理使用。此外，燒結(jié)溶劑方面的運(yùn)用。進(jìn)行燒結(jié)礦生產(chǎn)時(shí)，往往需要用到石灰石，通常轉(zhuǎn)爐渣當(dāng)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(dāng)作燒結(jié)材料來運(yùn)用，將其中的有益成分進(jìn)行回收，同時(shí)使得燒結(jié)料層在透氣性、有效性等方面得到進(jìn)一步增強(qiáng)。與此同時(shí)，由于鋼渣中是沒有磷元素的，所以，它的運(yùn)用也能夠有效抑制燒結(jié)礦風(fēng)化現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度與質(zhì)量的提升。

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(duì)于水泥和混凝土的質(zhì)量都有很大改善。利用鋼渣、再生骨料等對(duì)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。

結(jié)束語

在新時(shí)期，冶金工業(yè)在發(fā)展的同時(shí)，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(hù)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(shí)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(jìn)一步提升。對(duì)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(shí)踐綜合利用來實(shí)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。

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