冶金固廢資源化利用現(xiàn)狀及發(fā)展

朱斌鵬

（邯鄲鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，河北 邯鄲 056015）

我國冶金歷史發(fā)展悠久，冶金行業(yè)逐漸成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。冶金行業(yè)具有高污染、高風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)，在其生產(chǎn)加工中會(huì)產(chǎn)生各種固體廢物，早期由于我國科技水平及人們思想意識(shí)落后，認(rèn)為冶金固廢沒有可再利用價(jià)值，通常經(jīng)過凈化處理后就排放到土壤、河流里面，甚至有些冶金固廢沒有經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)處理直接排放到自然環(huán)境中，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。在新科技時(shí)代下，冶金固廢資源化利用成為冶金行業(yè)發(fā)展的主要方向，冶金固廢資源化利用理念最早流行于歐美國家，當(dāng)前這些國家的冶金固廢資源化利用水平十分高，已基本實(shí)現(xiàn)無害化利用，但是由于我國冶金固廢資源化利用理念及技術(shù)發(fā)展起步較晚，其利用水平相對(duì)較低，因此冶金行業(yè)及相關(guān)管理部門還需要不斷創(chuàng)新并提升冶金固廢資源化利用技術(shù)，最大限度發(fā)揮冶金創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值。

1 冶金固廢資源化利用與節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的關(guān)系

隨著我國科技的發(fā)展進(jìn)步，冶金固廢資源化利用水平不斷提升，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的冶金固廢被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)建筑材料中，這種做法不僅能夠有效節(jié)約自然資源，而且能夠最大限度降低冶金固廢對(duì)河流、土壤等自然環(huán)境造成的破壞，實(shí)現(xiàn)自然生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。通過磁選分離出冶金固體廢物中的礦物質(zhì)，將冶金固廢與礦渣進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，經(jīng)過一系列的反應(yīng)，加強(qiáng)衍生產(chǎn)品的安全性與穩(wěn)定性。另外，重礦渣也可以利用磁選進(jìn)行選擇，重礦渣具有高密度性、強(qiáng)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，如果在建筑工程項(xiàng)目施工中應(yīng)用重礦渣，不僅可以提高建筑工程項(xiàng)目的安全與質(zhì)量，而且可以有效節(jié)約建筑材料，降低施工成本，最重要的可以加強(qiáng)建筑物的綠色環(huán)保性，為人們提供一個(gè)健康、宜居的生活環(huán)境。

第一，冶金固廢與節(jié)能環(huán)保。大約在40年之前，冶金固廢就被廣泛應(yīng)用于水泥生產(chǎn)加工過程中，根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國95%的水泥工廠都以冶金固廢為基礎(chǔ)材料進(jìn)行水泥生產(chǎn)。利用冶金固廢進(jìn)行水泥生產(chǎn)時(shí)，要確保冶金固廢混合物處于100%干燥狀態(tài)，避免影響水泥整體質(zhì)量。汽車烘干是目前應(yīng)用率最高的一種冶金固廢烘干方法，冶金固廢混合物裝車前含水量為13%，而后借助能源燃燒作用及運(yùn)輸中熱風(fēng)的影響，對(duì)冶金固廢混合物進(jìn)行有效烘干，這種方法雖然能夠促使冶金固廢混合物達(dá)到100%干燥狀態(tài)，但是在這個(gè)過程會(huì)需要使用大量的礦產(chǎn)資源，這就不可避免會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成大面積的污染，但是冶金廢渣中的高爐煤氣能夠在節(jié)約礦產(chǎn)資源、降低環(huán)境污染的前提下加快水泥烘干速度，其應(yīng)用價(jià)值相對(duì)較高。

第二，冶金固廢、礦渣混凝土磚與節(jié)能環(huán)保。將冶金固廢與礦渣的混合物混合在一起可以，并在其中添加適量的添加劑，然后利用冶煉廠熱氣進(jìn)行烘干，靜置一段時(shí)間，制成的產(chǎn)品就是渣磚，即所謂的混凝土磚。這種混凝土磚生產(chǎn)方式發(fā)明于2007年，是通過多重研究理論與時(shí)間生產(chǎn)檢驗(yàn)所得出的，具有一定的科學(xué)性與合理性，滿足我國混凝土磚的相關(guān)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)該生產(chǎn)方式在降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)冶金固廢的資源化利用，加大對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度。

另外，可以利用相關(guān)技術(shù)，在冶金廢渣中提煉出膠凝材料，然后將這些膠凝材料合理的添加到以冶金固廢和礦渣為原材料的混凝土磚制造過程中，這種就地取材的做法不僅有利于實(shí)現(xiàn)我國節(jié)能減耗的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，而且有利于節(jié)約混凝土磚制造成本，促進(jìn)冶金行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。一般情況下，利用冶煉廠發(fā)熱的余溫就可以完成由冶金固廢和礦渣制成的土磚的加熱工作，進(jìn)而提高煤炭資源利用率。

如果未來我國冶煉廠的冶金固廢和礦渣都能夠通過再次加工、處理制成混凝土磚，不僅會(huì)提高我國冶金固廢資源利用率，而且能夠有效降低黏土磚的市場(chǎng)利用率，加大我國土地資源的保護(hù)力度，從而促進(jìn)自然資源健康發(fā)展。

2 我國冶金固廢資源化利用現(xiàn)狀

我國冶金固廢種類眾多，冶金廢渣、粉煤灰、冶金塵泥、水處理污泥是最常見的冶金固廢，接下來就針對(duì)上述四種冶金固廢資源化利用現(xiàn)狀進(jìn)行科學(xué)探討：

2.1 冶金廢渣

20世紀(jì)90年代是冶金行業(yè)發(fā)展的一個(gè)分水嶺，在這之前，我國冶金廠的冶金廢渣大多被直接扔掉或者被掩埋到土里，不僅造成自然資源的過度浪費(fèi)，而且產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染。而20世紀(jì)90年代以后，隨著我國科技的發(fā)展進(jìn)步，冶金廢渣得到有效的利用，例如，用于道路敷設(shè)等工程施工中。21世紀(jì)的到來，推動(dòng)我國冶金廢渣處理朝著全面回收、綜合利用的方向發(fā)展，大幅度提升了冶金廢渣資源化利用效果。一般來說，冶金廢渣資源化處理技術(shù)與利用程度主要取決于金屬類型以及冶煉工藝，就目前冶金成分來看，部分冶金廢渣中都含有一定量的有價(jià)金屬，所以可以將有價(jià)金屬作為主要回收目標(biāo)，采用渣選礦、火法提取和濕法提取等方法進(jìn)行冶金廢渣的資源化處理與利用。對(duì)于價(jià)金屬含量較低、回收成本較高的廢渣可以用于水泥生產(chǎn)、建筑材料生產(chǎn)中，例如，對(duì)于鋼渣而言，鋼渣中含有約10%的Fe以及Ca、Mg、Mn等氧化物，鋼渣資源化利用主要體現(xiàn)在鋼渣磁選除鐵、鋼渣再燒結(jié)、生產(chǎn)鋼渣水泥、鋼渣超細(xì)粉等方面，當(dāng)前選礦分離、濕法提取、火法貧化、高溫氧化、高溫還原等是進(jìn)行銅冶煉渣資源化處理最主要的方法，但是受回收率與能耗問題影響，其處理技術(shù)還有待提高。而赤泥的資源化利用主要體現(xiàn)在提取Fe、Al、Ti等有價(jià)金屬、處理廢水與修復(fù)土壤、生產(chǎn)建筑材料以及赤泥土壤化等方面，受成本與處理能力影響，大部分赤泥仍以堆存處理為主。

2.2 粉煤灰

煤炭資源是煉鋼工藝中必不可少的一種資源，在煉鋼過程中需要對(duì)煤炭資源進(jìn)行高溫加熱，受爐內(nèi)溫度或進(jìn)氣情況影響，可能會(huì)出現(xiàn)煤炭燃燒不充分現(xiàn)象，這時(shí)就會(huì)在產(chǎn)生大量的細(xì)灰，就是我們常說的粉煤灰。根據(jù)我國當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展情況來看，難以實(shí)現(xiàn)煤炭徹底燃燒，這也就說明在煤炭資源高溫加熱過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定量的粉煤灰，為了降低粉煤灰對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生的污染，可以采用無害化處理手段對(duì)粉煤灰進(jìn)行資源化利用。當(dāng)前我國粉煤灰資源化利用技術(shù)相對(duì)完善，回收利用范圍也相對(duì)寬廣，可以用于生產(chǎn)水泥等建筑材料、用作水泥摻加料、道路建設(shè)、花卉培植等諸多方面。

2.3 冶金塵泥

高爐瓦斯灰、高爐瓦斯泥、煉鋼塵泥、除塵灰等被統(tǒng)稱為冶金塵泥，由此可見冶金塵泥覆蓋范圍較廣，當(dāng)前高內(nèi)的冶金塵泥資源化利用上主要集中在兩個(gè)放方面，即高爐塵泥和煉鋼塵泥。第一，高爐塵泥資源化利用。高爐塵泥主要是指除塵器收集的原料粉塵、燃料粉塵和高爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)生成的金屬蒸氣等，一般利用干式與濕式兩種方法進(jìn)行收集，高爐塵泥中富有大量的鋅、鐵、碳等礦物質(zhì)，別看這些顆粒粒度小，卻擁有超高的資源化利用價(jià)值。當(dāng)前我國大部分鋼鐵企業(yè)都實(shí)現(xiàn)了冶金塵泥的資源化利用，且資源化利用方法豐富多樣。例如，可以利用弱磁選鐵技術(shù)進(jìn)行鐵精礦的回收利用，采用浮選工藝進(jìn)行碳精礦的回收利用，利用轉(zhuǎn)底爐或者回轉(zhuǎn)窯提鋅，并且球團(tuán)化處理等。第二，煉鋼塵泥。在鋼鐵鍛造過程中會(huì)產(chǎn)生大量的微細(xì)金屬液體，并流入空氣中，在出爐時(shí)與外界空氣發(fā)生熱交換冷卻反映產(chǎn)生金屬粉塵，即煉鋼塵泥。根據(jù)有關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，在煉鋼過程中，2%左右的原材料會(huì)轉(zhuǎn)化成煉鋼塵泥。煉鋼塵泥富有大量的鐵、碳等礦物質(zhì)，其資源化利用主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是與燒結(jié)返礦等按比例搭配用作燒結(jié)材料；二是用于金屬化球團(tuán)的還原焙燒；三是可作為煉鋼造渣劑，其使用效果比生石灰還要好。

2.4 廢水處理污泥

廢水處理污泥主要產(chǎn)生于冶金廢水處理過程中，其組成成分主要包括硫酸鹽、碳酸鹽和金屬氫氧化物，一般屬于危險(xiǎn)廢物。但是廢水處理污泥成分并不固定，一般由廢水水質(zhì)與水處理工藝決定，現(xiàn)階段，我國冶金行業(yè)主要采用生物制劑、鐵鹽沉淀或者石灰中和等方式進(jìn)行冶金廢水的處理。

3 冶金固廢資源化利用技術(shù)發(fā)展前景

相比早期，我國冶金固廢資源化利用技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，但是仍然落后于國外發(fā)達(dá)國家，參考國外冶金固廢資源化利用現(xiàn)狀，可以預(yù)見國內(nèi)冶金固廢資源化利用技術(shù)發(fā)展前景。

3.1 鋼渣

當(dāng)前我國鋼渣資源化利用程度不斷提高，利用技術(shù)也越來越完善，我國一些著名的研究人員及鋼鐵企業(yè)對(duì)鋼渣資源化利用進(jìn)行了深入的研發(fā)，發(fā)明了較多新型的資源化利用技術(shù)，例如武鋼的熱潑技術(shù)、京唐鋼的熱悶技術(shù)、寶鋼的盤潑技術(shù)和滾筒技術(shù)、濟(jì)鋼的水淬技術(shù)、沙鋼的?；喖夹g(shù)等，這些技術(shù)的出現(xiàn)證明了我國固廢資源化利用水平的發(fā)展進(jìn)步。與國外鋼渣資源化利用技術(shù)發(fā)展情況相比，我國鋼渣利用率相對(duì)較低，鋼渣中一些豐富的礦物質(zhì)尚未得到充分的利用，當(dāng)前國外部分鋼鐵企業(yè)在創(chuàng)新煉鋼技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一套完善的鋼渣資源綜合利用系統(tǒng)，這樣既可以保證煉鋼質(zhì)量，也可以有效提升鋼渣中各種礦物資源的利用率，節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本。而且在進(jìn)行鋼渣中礦物資源回收利用時(shí)，采用分類回收利用方式，然后對(duì)剩余鋼渣進(jìn)行燒結(jié)回收再利用，應(yīng)用效果顯著，在這方面我國鋼鐵企業(yè)做的還不夠完善，因此可以吸收并借鑒國外鋼鐵企業(yè)的做法，不斷提高鋼渣的綜合利用水平。

3.2 粉煤灰

當(dāng)前，我國主要采用物理技術(shù)進(jìn)行粉煤灰的資源化利用，例如，將其作為一種水泥生產(chǎn)材料添加到水泥中，用于降低初期混凝土的水化熱，同時(shí)還可以將其作為混凝土的摻合料、混凝土預(yù)制品料等。相對(duì)于粉煤灰的物理利用技術(shù)，其化學(xué)及綜合性利用技術(shù)水相對(duì)落后，但是根據(jù)當(dāng)前粉煤灰資源化利用情況來看，粉煤灰化學(xué)及綜合性利用具有廣闊的發(fā)展空間，例如，將其用作合成肥料、廢水和廢氣的絮凝劑等，具有良好的應(yīng)用效果。除此之外，還可以將其用于電解槽中生產(chǎn)鋁硅基合金，降低鋁業(yè)生產(chǎn)成本?？偠灾覈苯鹦袠I(yè)應(yīng)該加大對(duì)粉煤灰化學(xué)及綜合性利用技術(shù)的研發(fā)力度，擴(kuò)大粉煤灰資源化利用范圍，進(jìn)一步提升冶金固廢的資源化利用水平。

3.3 冶金塵泥

現(xiàn)階段，我國主要利用單一的回收工藝模式對(duì)冶金塵泥進(jìn)行資源化利用，即根據(jù)回收物質(zhì)類型采用相應(yīng)的回收技術(shù)，對(duì)于冶金塵泥中鐵物質(zhì)而言，多運(yùn)用磁選技術(shù)、反浮選工藝進(jìn)行回收處理，而其碳物質(zhì)多運(yùn)用浮選工藝進(jìn)行回收處理，單一回收工藝模式最大的優(yōu)點(diǎn)就是針對(duì)性強(qiáng)，但是要比綜合回收模式的成本高多很多，經(jīng)濟(jì)效益較低。當(dāng)前，國外煉鋼企業(yè)多采用聯(lián)合回收工藝進(jìn)行冶金塵泥的資源化利用，這是一種將單一回收工藝與綜合回收工藝進(jìn)行有效融合的回收工藝，應(yīng)用效果顯著。例如，在對(duì)冶金塵泥中廢鋼與廢鐵物質(zhì)進(jìn)行回收時(shí)，可選用磁選工藝與強(qiáng)磁選工藝相結(jié)合工藝模式，回收利用率高達(dá)60%，所以在我國未來冶金塵泥資源化利用回收工藝研究中，應(yīng)該將研究重點(diǎn)放在聯(lián)合回收工藝模式上，加強(qiáng)冶金塵泥回收的綜合性。

3.4 廢水處理污泥

Cu、Cr、As等重金屬離子是冶金廢水處理污泥的重要組成部分，同時(shí)冶金廢水處理污泥中還含有大量的中和鈣鹽和重金屬氫氧化物，且含水量較高，因此很難返回冶煉流程進(jìn)行資源化處理，所以當(dāng)前，一些經(jīng)營規(guī)模較小、技術(shù)水平不足的冶金企業(yè)會(huì)選擇將廢水處理污泥進(jìn)行堆存或出售給有資質(zhì)的企業(yè)，以回收有價(jià)資源。目前普遍采用的廢水污泥處理方式主要有三種，即固化處理、火法處理和濕法處理，其中，固化處理是一種比較傳統(tǒng)的污泥處理方法，主要用于水泥固化、石灰固化及熔融玻璃固化處理中，這種方法的缺陷在于無法最大化提取污泥中有價(jià)資源，且固化后體積增大，會(huì)占用更大面積的土地，造成土地資源的過度浪費(fèi)。而火法處理和濕法處理能夠有效回收廢水處理污泥中的有價(jià)金屬，因此被廣泛應(yīng)用廢水處理污泥中，也是當(dāng)前廢水處理污泥技術(shù)研究的焦點(diǎn)。例如，王芬采用多步浸出法處理冶金污泥，可對(duì)廢水處理污泥中Cd、Zn、Cu、Pb等重金屬實(shí)現(xiàn)初步分離回收。柴立元等用熱硫化—浮選法回收鉛鋅冶煉廢水化學(xué)沉淀處理后得到的金屬硫化物，回收率高達(dá)66%。

4 改善固體廢物綜合利用的技術(shù)方法

4.1 返燒結(jié)技術(shù)

一般來說，大部分鋼渣中都含有各種類型的氧化物，以及特定類型的鐵酸鈣、殘余鋼和其他物質(zhì)。受高爐反應(yīng)的影響，如果可以實(shí)現(xiàn)鋼渣的返燒結(jié)，有利于消除過量的溶劑消耗，提升產(chǎn)品整體強(qiáng)度。另外，在分解碳酸鹽過程中，應(yīng)降低綜合燃料消耗。由此可知，如果可以將燒結(jié)礦與高爐鋼渣兩種物質(zhì)進(jìn)行混合，能夠有效優(yōu)化各種廢渣的整體性能，降低整體能耗比、燃燒消耗及原料比。

4.2 制作復(fù)合微粉技術(shù)

以往混凝土摻合料的原料主要是通過礦渣微粉再次加工、處理得來的，這種方法能夠在一定程度上增強(qiáng)原料的耐久性和強(qiáng)度，但是無法有效改善原料的穩(wěn)定性，究其原因，主要是因?yàn)榈V渣堿度相對(duì)較低，如果在其中添加大量礦渣，可能會(huì)對(duì)鋼筋鈍化膜造成嚴(yán)重的損壞，從而降低其穩(wěn)定性。

因此，要想有效解決上述不良現(xiàn)象，可以充分利用新型復(fù)合微粉制造工藝，全面激發(fā)爐渣活性，增強(qiáng)產(chǎn)品穩(wěn)定性。

4.3 磁選除鐵技術(shù)

一般來說，現(xiàn)有的冶金固體廢物可分為多種類型，包括粉煤灰、冶金污泥、冶金渣和其他類型的固體廢物。特別是冶金爐渣，如果直接丟棄，將是一種資源浪費(fèi)。在早期階段，上述固體廢物類型趨于廣泛發(fā)展。到目前為止，相應(yīng)的利用手段已經(jīng)演變?yōu)榫C合回收處理。采用上述綜合處理方式，處理后獲得的冶金渣應(yīng)用于鋪路或提供生產(chǎn)水泥等建筑材料所需的原材料。磁選除鐵技術(shù)一般適用于鋼渣的回收。具體而言，粗鋼生產(chǎn)可能伴隨著特定比例的鋼渣，其中含有10%或更少的廢鋼。近年來，許多企業(yè)致力于廢鋼的綜合回收，包括熱封處理、磁選處理和自磨處理。在特殊情況下，企業(yè)還可以借助磁選技術(shù)對(duì)現(xiàn)有廢鋼渣進(jìn)行優(yōu)化處理，適當(dāng)消化其中所含的氧化鎂或氧化鈣，避免成分波動(dòng)狀態(tài)。

4.4 電爐處理技術(shù)

電爐主要借助電極產(chǎn)生的高溫進(jìn)行礦石和金屬的熔煉，該技術(shù)具有靈活性大、溫度高、易控制等特點(diǎn)，當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于含有Zn、Cr和Fe等金屬的冶金固廢資源化回收過程中。針對(duì)電爐處理技術(shù)，我國已得開展了大量的研究與應(yīng)用，可以用于不銹鋼污泥、氧化鐵皮、除塵灰、鋅浮渣、鉻渣等冶金固廢處理中。趙沛等發(fā)明了礦熱電爐冶煉紅土鎳礦共處置鉻渣的方法，該方法利用紅土鎳礦與鉻渣的互補(bǔ)性進(jìn)行鉻渣的處理，在處理過程中，不僅可以生產(chǎn)鉻含量較高高的鎳鐵合金，而且焊劑消耗小，爐渣沒有毒害，效果極佳。

5 結(jié)語

在新時(shí)代發(fā)展背景下，“綠色環(huán)保、低碳節(jié)能”的發(fā)展理念逐漸成為社會(huì)發(fā)展的主旋律，國家對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)不斷加強(qiáng)，因此冶金行業(yè)要想實(shí)現(xiàn)健康、長久的發(fā)展，就應(yīng)該貫徹落實(shí)國家節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念，一方面有利于提高冶金行業(yè)生產(chǎn)水平及經(jīng)濟(jì)效益，另一方面有利于提高自然資源利用率，降低環(huán)境污染，進(jìn)而促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與自然生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展。