某鋼鐵企業(yè)大宗固廢處置現(xiàn)狀及資源化利用前景分析*

李香梅 華紹廣 汪大亞

（1.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室）

鋼鐵行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，同時也是典型的資源密集型產(chǎn)業(yè)，除消耗大量的生產(chǎn)資料外，還排放了大量的廢氣、廢水、廢渣［1-2］。就鋼鐵行業(yè)本身而言，生產(chǎn)過程復(fù)雜、工藝流程長，產(chǎn)生的固體廢物品類眾多：冶煉過程中，高爐、轉(zhuǎn)爐及電爐等均會產(chǎn)生大量的冶金爐渣；鋼廠污水處理站會產(chǎn)生大量的含鐵油泥、生化污泥及酸堿污泥；冷軋階段產(chǎn)生的相關(guān)固廢如廢活性炭和含油濾紙等［3-5］。對鋼鐵行業(yè)固廢進行資源化利用，不僅能夠充分回收其中的有價組分，還能降低其對環(huán)境造成的污染，經(jīng)濟效益、環(huán)境效益以及社會效益均十分顯著。因此，加強鋼鐵企業(yè)固體廢物的綜合利用，實現(xiàn)“資源化、減量化、無害化”處理，已成為各大鋼鐵企業(yè)迫切需要解決的問題［6］。

2021 年3 月25 日，國家發(fā)展和改革委員會聯(lián)合科技部、財政部、自然資源部等十部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見》，明確指出：到2025年，尾礦、冶煉渣、工業(yè)副產(chǎn)石膏等大宗固廢的綜合利用率達到60%，并實現(xiàn)其綠色、高效、高質(zhì)、高值、規(guī)?；谩１疚囊試鴥?nèi)某大型鋼鐵集團為例，對其產(chǎn)生的4 種典型大宗固廢（電爐除塵灰、廢脫硫劑、酸堿污泥、生化污泥）的來源、成分、處理處置工藝及工程情況進行了全面的介紹與分析，并指出了目前的主要問題和努力的方向。

1 來源及處置現(xiàn)狀

國內(nèi)某大型鋼鐵集團典型固體廢棄物主要包括電爐除塵灰、廢脫硫劑、酸堿污泥、生化污泥。

1.1 電爐除塵灰

1.1.1 來源及成分

電爐煉鋼過程中產(chǎn)生的粉塵，在風(fēng)機的負壓作用下通過管道輸送，最后由除塵器收集，形成電爐除塵灰。該電爐除塵灰取自特鋼公司的除塵器，其產(chǎn)生過程見圖1，近6 個季度電爐除塵灰產(chǎn)量見表1，主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

從表1 可看出，2020 年電爐除塵灰產(chǎn)量近14 000 t，預(yù)計2021年可達16 000 t。

從表2 可看出，電爐除塵灰的主要成分為Fe2O3和ZnO，此外還含有少量CaO、MgO 和K2O 等。進一步的研究表明，鋅主要以氧化鋅和鐵酸鋅的形式存在，硫化鋅、硅酸鋅等少量；鐵主要以氧化鐵及鐵酸鋅的形式存在。由于電爐除塵灰中含有豐富的鐵、鋅資源，對其進行回收利用，不僅能解決電爐除塵灰的存儲與處置問題，更具有十分可觀的經(jīng)濟效益。

1.1.2 主要處置方式

目前，該公司的電爐除塵灰主要有3 種處置方式：運送至轉(zhuǎn)底爐進行綜合利用、運送至電爐進行自循環(huán)利用以及外委處置，2021 年1—5 月3 種處置方式的量統(tǒng)計結(jié)果見表3。

從表3 可看出，目前對于電爐除塵灰的處理，以配入電爐中自循環(huán)處置為主，工藝流程見圖2。

從圖2可看出，自循環(huán)利用能夠使電爐除塵灰中的鋅進一步富集，進而使電爐灰再次變?yōu)榭衫玫馁Y源，最終達到電爐除塵灰“全量化、資源化”綜合利用的目的。

1.2 廢脫硫劑

1.2.1 來源及成分

廢脫硫劑產(chǎn)生于煤焦化煤氣凈化系統(tǒng)。脫硫劑在使用過程中逐步被雜質(zhì)包裹，活性下降，約6 個月后活性喪失，變成廢脫硫劑，年產(chǎn)量1 750～2 500 t，主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表4。

從表4可看出，廢脫硫劑的主要成分為SO3，其次為CaO、Fe2O3。進一步的分析表明，硫主要以單質(zhì)硫和硫酸鈣形式存在；鈣主要以CaSO4·2H2O形式存在，少量以CaCO3的形式存在。

1.3.2 主要處置方式

該公司的廢脫硫劑的主要處置流程見圖3，首先由產(chǎn)廢單位收集儲存，隨即裝入袋中置于暫存庫，當天送煉鐵總廠高爐進行配料使用，往燒結(jié)礦中配入廢脫硫劑的占比約為0.14%。

1.3 酸堿污泥

1.3.1 來源及成分

該公司酸堿污泥的產(chǎn)生點有一硅鋼水處理站、二硅鋼水處理站、集團公司污水處理站。

（1）一硅鋼水處理站。一硅鋼水處理站廢水處理系統(tǒng)主要包括酸性廢水處理系統(tǒng)、稀堿廢水處理系統(tǒng)、濃堿含油廢水處理系統(tǒng)、重金屬含鉻廢水處理系統(tǒng)、無鉻涂層廢水處理系統(tǒng)，各系統(tǒng)廢水處理后匯總進行生化處理，然后達標排放。主要處理工藝有除油除渣、破乳、混凝沉淀、氣浮、中和、還原、生化處理、污泥濃縮、污泥壓濾等。圖4為該水處理系統(tǒng)工藝流程，表5為該處理站產(chǎn)生酸堿污泥的相關(guān)基本情況。

（2）二硅鋼污水處理站。二硅鋼廢水處理站系統(tǒng)主要包括濃堿含油廢水處理系統(tǒng)、稀堿含油廢水處理系統(tǒng)、酸性廢水處理系統(tǒng)、含鉻廢水處理系統(tǒng)以及生化綜合處理系統(tǒng)，主要處理工藝有除油、沉淀、超濾、氣浮、中和、還原、生化處理、污泥濃縮、污泥干化等。該處理站產(chǎn)生酸堿污泥的工藝系統(tǒng)包括酸性廢水處理系統(tǒng)及生化綜合處理系統(tǒng)，各處理工藝流程見圖5，表6為該處理站產(chǎn)生酸堿污泥的相關(guān)基本情況。

（3）集團公司污水處理站。集團公司污水處理站包括乳化液處理系統(tǒng)、酸堿廢水處理系統(tǒng)、重金屬（含鉻）廢水處理系統(tǒng)、電解脫脂廢水處理系統(tǒng)及綜合廢水處理系統(tǒng)。廢水通過乳化液處理系統(tǒng)及含鉻廢水重金屬處理系統(tǒng)處理達標后，進入電解脫脂廢水處理系統(tǒng)，電解脫脂廢水處理系統(tǒng)處理后的廢水與酸堿廢水處理系統(tǒng)處理后的廢水進入綜合廢水處理系統(tǒng)，處理達標后外排，表7 為該污水處理站產(chǎn)生酸堿污泥的相關(guān)基本情況。

為了明晰該酸堿污泥的相關(guān)理化性質(zhì)，對上述各點產(chǎn)生的酸堿污泥進行了一系列物理化學(xué)性質(zhì)的檢測分析，壓濾后酸堿污泥（濕基）堆密度為（0.84～0.89）×103kg/m3，含水率見表8，主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表9。

從表9 可看出，各酸堿污泥Fe 含量較高，這為其配入高爐中回收利用創(chuàng)造了可能。

1.3.2 主要處置方式

該公司酸堿污泥的處置流程見圖6，各水處理站產(chǎn)生的污泥進入各自的污泥臨時存放點，用噸袋臨時存放，再通過汽車運輸至熱電總廠烘干，烘干的污泥用罐車運輸至煉鐵總廠的燒結(jié)機燒結(jié)，后送入煉鐵總廠高爐，廢氣通過脫硫、脫硝后排放。

（1）烘干系統(tǒng)。用專用車輛將各濕污泥卸倒在污泥儲料倉內(nèi)，然后由儲料倉底部的螺旋送料器連續(xù)、定量地送入干燥機本體，干燥產(chǎn)生的廢氣經(jīng)陶瓷多管除塵器處理，并進入脫硫系統(tǒng)，最后通過煙囪排放。廢氣處理后的污染物排放濃度見表10。

從表10 可看出，該公司熱電總廠污泥干燥系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣經(jīng)處理后，可以達到林格曼黑度級Ⅰ級標準，實現(xiàn)達標排放。

（2）燒結(jié)機高爐系統(tǒng)。干燥好的污泥進入煉鐵總廠燒結(jié)二分廠的B#燒結(jié)機，干燥污泥與原礦質(zhì)量比為0.1%；燒結(jié)后進入煉鐵總廠B#高爐，質(zhì)量添加比例約為0.05%。

1.4 生化污泥

1.4.1 來源及成分

生化污泥主要由煤焦化蒸氨系統(tǒng)的廢水經(jīng)污水處理站處理后產(chǎn)生。目前，該鋼鐵公司生化污泥污水處理站包括化工能源南區(qū)污水處理站及化工能源北區(qū)污水處理站。

（1）化工能源南區(qū)污水處理站。該公司南區(qū)有焦爐6座，配置2套蒸氨系統(tǒng)：1#蒸氨系統(tǒng)廢水產(chǎn)生量約42 m3/h，2#蒸氨系統(tǒng)廢水產(chǎn)生量約83 m3/h，廢水處理主要為預(yù)處理及生化處理。該點產(chǎn)生的固體廢物主要為污水處理構(gòu)筑物污泥，為危險廢物，屬于HW39 含酚廢物。污泥產(chǎn)生量約5 475 t/a，處置方式主要有罐車裝污泥運送至燒結(jié)系統(tǒng)處置和罐車裝污泥水送OG泥處理利用。

（2）化工能源北區(qū)污水處理站。該公司北區(qū)污水處理站主要由原水預(yù)處理系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)、物化處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)等部分組成，預(yù)處理的主要目的是去除廢水中的油，為生化處理創(chuàng)造合適的進水條件；生化系統(tǒng)采用AAO 活性污泥法，達到去除廢水中酚、氰、氨氮和COD 等污染物的目的；物化處理系統(tǒng)需要在混合反應(yīng)池末端加入陽離子，提高絮凝效果，混凝池上清液滿流時進入外排水，并直接外排，底部污泥則通過污泥泵抽至濃縮池進行濃縮；污泥處理系統(tǒng)通過污泥泵從底部抽至壓濾機進行壓濾，然后拉至煤場。該生化污泥主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表11。

從表11可看出，該生化污泥富含鐵，為其配入高爐中回用創(chuàng)造了可能。

1.4.2 主要處置方式

化工能源南區(qū)及北區(qū)污水處理站的生化污泥首先在其產(chǎn)生點進行臨時堆存，并裝入噸袋臨時存放，隨即通過汽車運輸至煉鐵總廠的B#燒結(jié)機燒結(jié)，燒結(jié)結(jié)束后送入公司煉鐵總廠B#高爐進行回收利用。此外，該生化污泥還運送至煉焦總廠進行配煤摻燒，廢氣通過脫硫、脫硝后達標排放。生化污泥處理處置工藝流程見圖7。

污泥進入煉鐵總廠燒結(jié)二分廠B#燒結(jié)機進行燒結(jié)，污泥與原礦的質(zhì)量比為0.1%，燒結(jié)后進入煉鐵總廠B#高爐，質(zhì)量添加比例約為0.05%。

2 綜合利用方面存在的不足

2020 年9 月1 日，新《固廢法》正式施行，明確提出了對大宗工業(yè)固廢進行“減量化、無害化、資源化”利用的要求。對鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的大宗固廢進行資源化、產(chǎn)業(yè)化、高值化利用勢在必行?？偟膩碚f，當前鋼鐵企業(yè)固廢資源化利用工作中，主要存在著以下突出問題：

（1）固廢資源化利用技術(shù)單一、產(chǎn)品附加值低。充分回收鋼鐵企業(yè)大宗固廢中的有價組分，實現(xiàn)固廢資源全量化利用與近零排放，一直是困擾行業(yè)發(fā)展的難題。對含鐵塵泥，目前只能作為簡單的返回配料，以電爐除塵灰為例，直接作為返回配料使用，會對生產(chǎn)工藝造成影響，且難以實現(xiàn)有價元素的充分回收利用；對于大宗量的鋼渣，現(xiàn)階段主要用于生產(chǎn)水泥及建筑陶瓷材料，摻雜比例僅約5%，用量十分有限，難以解決其大宗量消納的難題。這些都是鋼鐵企業(yè)在進行固廢資源綜合利用時尚未解決的難題。

（2）管理模式模糊，難以形成有效的綜合利用機制。目前，對于國內(nèi)大多數(shù)鋼鐵企業(yè)而言，固廢的產(chǎn)生、運輸、利用、產(chǎn)排污等工作并沒有統(tǒng)一且有效的集中管理機制。大多數(shù)企業(yè)選擇將固廢直接進行外委處置，這就造成了固廢資源綜合利用業(yè)務(wù)經(jīng)營分散，直接影響固廢資源綜合利用技術(shù)的發(fā)展及水平的提高；此外，由于現(xiàn)行的工業(yè)化處置技術(shù)在生產(chǎn)成本、市場表現(xiàn)上效果較差，大多以堆存及填埋處理為主，對環(huán)境造成了嚴重的隱患。

（3）尚未形成不同產(chǎn)業(yè)間的有效協(xié)同，循環(huán)性能差。經(jīng)過多年的技術(shù)探索，現(xiàn)階段鋼鐵行業(yè)與水泥行業(yè)間的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈取得了一定程度的進展。然而，在新產(chǎn)品的開發(fā)、產(chǎn)品的深加工領(lǐng)域，如含鉻渣、赤泥或其他企業(yè)廢棄物的大宗高值利用方面，行業(yè)之間的循環(huán)性能仍有待加強：推進冶金鋼渣資源綜合利用板塊的發(fā)展，開拓鋼渣尾渣產(chǎn)品新用途，提高冶煉廢渣高附加值利用，建立以除塵灰等大宗富鐵固廢高值利用為核心的新興產(chǎn)業(yè)，推動不同種類固廢間的協(xié)同開發(fā)利用，建立完備的回收利用體系。

3 資源化利用的建議

鋼鐵企業(yè)大宗固廢的資源化、高值化利用，既可以消除其對周圍環(huán)境造成的污染，又能夠在很大程度上緩解我國資源匱乏的狀況。針對鋼鐵企業(yè)固體廢棄物來源廣、種類多、總量大等特點，要實現(xiàn)最大程度的資源化利用與近零排放，提出以下建議：

（1）改進綜合利用方式，避免產(chǎn)生二次污染。鋼鐵企業(yè)固體廢物種類繁多，應(yīng)當按成分的不同，合理地規(guī)劃綜合利用方式；同時，還需要對具體的工藝流程及細節(jié)加以改進，避免產(chǎn)生二次污染。以電爐除塵灰為例，由于含鋅、鉛量較高，當直接返回?zé)Y(jié)廠配礦利用時，會導(dǎo)致鋅、鉛的不斷富集，危害爐體順行的同時，產(chǎn)生的高濃度蒸汽將直接危害爐前工人的健康。若將電爐除塵灰中的鐵、鋅、鉛資源進行梯級回收利用，充分回收豐富鐵資源的同時，富鋅、鉛尾渣又可以作為鋅、鉛冶煉廠的原料。該思路豐富了鋅、鉛冶煉原料的來源，避免了含鋅、鉛物料進入高爐系統(tǒng)帶來的危害，經(jīng)濟效益及環(huán)保效益明顯［7］。

（2）貫徹“減量化、資源化”原則，提高固體廢棄物利用率。對鋼鐵企業(yè)的固廢資源進行綜合利用，需要緊扣“減量化、資源化、無害化”的要求，其中“減量化”是最為根本的原則。冶金固廢大多富含鐵，可以部分替代鐵礦石作為冶煉原料，緩解鐵礦石價格高企對生產(chǎn)成本的壓力［8］?？偟膩碚f，應(yīng)當根據(jù)固廢的成分特點，選擇合理的綜合利用方式，盡可能地提高資源的內(nèi)部循環(huán)利用率。

（3）堅持產(chǎn)品創(chuàng)新，提高綜合利用產(chǎn)品的附加值。鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物，除了進行企業(yè)內(nèi)部循環(huán)利用外，還需要積極開發(fā)新的技術(shù)，有效提高產(chǎn)品的附加值。高爐水渣是一種典型的硅酸鹽質(zhì)材料，鋼渣的主要礦相則為硅酸二鈣及硅酸三鈣，二者都具有明顯的膠凝特性，將二者磨細制成礦渣微粉及鋼渣粉，可以取代水泥進而制備混凝土，這不僅提高了鋼渣及水渣綜合利用的附加值，也是實現(xiàn)鋼渣及水渣近零排放的有效途徑［9-10］。對冶金行業(yè)固廢進行資源化利用，需要根據(jù)固廢的本征資源特性，推行高、中、低全方位綜合利用模式，優(yōu)化固體廢棄物資源利用途徑，提高企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論與展望

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工藝繁雜、技術(shù)流程長，產(chǎn)生的固體廢棄物種類繁多，且總量巨大。鋼鐵企業(yè)應(yīng)當大力改進自身的工藝流程，并開發(fā)固廢資源大宗資源化利用新技術(shù)，從源頭上減少固體廢棄物的生成；針對不同類型的固體廢棄物，應(yīng)當根據(jù)其本征的資源特性，基于綠色、環(huán)保的原則，制定合理且有效的綜合利用新途徑；積極探索固體廢棄物深加工處理技術(shù)，努力提高鋼鐵企業(yè)固體廢棄物的綜合利用率與產(chǎn)品附加值，實現(xiàn)環(huán)境保護與經(jīng)濟效益的雙贏。加大固體廢棄物資源化處理及綜合利用的力度和強度，不斷深化研究、推廣先進技術(shù)、拓寬技術(shù)可適用范圍，為我國鋼鐵企業(yè)的健康發(fā)展做出重要貢獻。