冶金廢固鋼渣綜合利用研究

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我國是鋼鐵產(chǎn)量大國，固體廢物鋼渣產(chǎn)量也十分巨大。對固體廢物鋼渣中的鐵、硅、鈣、鎂以及錳、鋁、磷等的氧化物等進行處理，實現(xiàn)有效利用，在“雙碳”目標下，是一件利國利民的大事，意義十分重大。本文分析了鋼渣的主要成分、鋼渣的處理方法，探討了對冶金工業(yè)固體廢物鋼渣綜合利用的有效途徑，為工業(yè)固體廢物利用提供有益借鑒。

1 冶金工業(yè)廢物鋼渣概況

鋼鐵工業(yè)是典型的能源、資源密集型工業(yè)。在鋼鐵生產(chǎn)中，需要消耗大量的水、煤、鐵礦石，以及其它礦物質(zhì)，還需要消耗大量的電力等能源，通過物理、化學(xué)反應(yīng)，冶煉出有用的鋼鐵，同時產(chǎn)生大量固體廢棄物，以及氣體和液體廢棄物。這些廢棄物中的氣體和液體可以通過現(xiàn)代處理技術(shù)，得到凈化和二次利用，不會對環(huán)境造成重大影響。而固體廢棄物由于數(shù)量龐大、成分復(fù)雜，必須要通過一定的技術(shù)處理，防止污染環(huán)境，同時實現(xiàn)變廢為寶。

1.1 鋼渣主要成分

鋼渣是煉鐵冶煉的副產(chǎn)品，主要由各種氧化物組成，有的還有其他相關(guān)的化合物和單質(zhì)。由于冶煉方法的不同，鋼渣的形態(tài)與成分也存在一定差異。有的地區(qū)因地質(zhì)原因，還會存在一些別的物質(zhì)，比如含硅、錳、鉻等元素的化合物或單質(zhì)。

1.2 鋼渣的主要來源

鋼渣成分復(fù)雜，主要來自鐵礦石中原有的元素，在受高溫、高熱等環(huán)境的影響，而產(chǎn)生的氧化物，比如二氧化硅、二氧化錳、五氧化二磷、四氧化三鐵等。同時，還有冶煉過程中添加的一些輔助材料、高溫爐中的掉落的耐火材料，以及不慎帶入的泥沙等雜質(zhì)。

1.3 鋼渣排渣目的

鋼渣進行排渣處理的主要目的是通過技術(shù)手段，將鋼中多余的有害物質(zhì)予以剔除。同時，熔渣處于鋼液的表面，可以保護鋼液不會被其它有害物質(zhì)侵蝕、不會將有益成分因高溫等條件被減少，或者被過度氧化。

2 鋼渣的處理與利用

2.1 鋼渣的處理方法

鋼渣的研究與利用緣起于冶煉技術(shù)的不斷提升，但由于鋼渣的成分會隨著礦物的產(chǎn)地不同、冶煉條件不同等都會有較大的波動，這些都直接影響了鋼渣的應(yīng)用。

鋼渣的有效利用是從20世紀70年代開始，率先從西方發(fā)達國家開始興起，隨后，世界各國都在研究如何更加高效地利用鋼渣造福社會。根據(jù)鋼鐵協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年我國鋼渣的利用率已經(jīng)達99.09%。

鋼渣作為鋼鐵冶煉的副產(chǎn)品，成分復(fù)雜，需要通過一定手段變廢為寶，否則，如果得不到及時有效的處理，將會占用大量土地資源，還會對環(huán)境造成嚴重污染。

為此，世界各鋼鐵大國都采取了較為科學(xué)的鋼渣處理措施，取得了良好的效果。

通常情況下，多數(shù)是采用熱潑法，通過降溫冷卻、破碎、分揀、回收利用等工序，使利鋼渣得到有效處理和綜合利用。

2.2 鋼渣的利用

以前鋼渣經(jīng)簡單破碎磁選回收廢鋼后，由于尾渣體積穩(wěn)定性不佳、鋼渣粉早期活性低、易磨性不佳等原因影響了其在水泥、混凝土中使用，主要用于工程回填或直接堆存、拋棄。近年來，隨著技術(shù)水平的不斷提升，特別是化學(xué)工程、冶煉技術(shù)水平的不斷提升，鋼渣綜合利用成為一種熱門行業(yè)，有的甚至是供不應(yīng)求。通過推廣應(yīng)用鋼渣熱燜、滾筒渣等處理工藝，實現(xiàn)渣鐵分離、游離氧化鈣的消解，解決鋼渣不安定性（易膨脹性）問題，有利于鋼渣下一步的破碎磁選、尾渣的深度利用。

據(jù)不完全統(tǒng)計，鋼鐵企業(yè)自建的鋼渣高效處理及破碎磁選處理能力達5100萬t以上。處理后的鋼渣采用“破碎-篩分-磁選-磁選后廢鋼回收”處理，廢鋼的回收率可達到85%以上。

鋼渣被分離后根據(jù)成分不同往往會作為不同的原料，比如：有的將其用作燒制水泥等的輔助原料;有的將其用在混凝土建筑工地，提高其工程性能;有的則直接用作建筑工程填充料，比如公路、鐵路等的路基填充料?？傊撛挠猛驹絹碓綇V泛，廢棄的問題已經(jīng)基本不存在。

2.3 鋼渣的主要用途

鋼渣根據(jù)成分的不同，可以用于不同的場所、場地。美國因其鋼渣的成分特殊且冶煉工藝先進，將鋼渣作為一種煉鐵添加劑使用，除去硅和磷外，其它物質(zhì)基本得到了有效利用，完成循環(huán)利用，也提高了冶煉的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，但也存在一定的焦比增加、冶煉效率變低等潛在風(fēng)險。

其他歐美國家通常將處理后的鋼渣暫存半年左右，有利于其各類性狀相對穩(wěn)定后再作為建設(shè)施工材料使用。其良好的性能被廣泛應(yīng)用于各類道路施工中，被加工成骨料，作為路基的重要組成原料，這種道路具有建設(shè)成本低、工程性能好、維護保養(yǎng)成本低等優(yōu)點。由于鋼渣中富含多種農(nóng)作物生長所需的營養(yǎng)成分及微量元素，歐洲一些國家也有將鋼渣加工成肥料，應(yīng)用于酸性土壤，有利于改善土壤環(huán)境，增加植物營養(yǎng)。同時，鋼渣作為固體廢棄物，也通常被用作平整土地的重要原料，被用于填海造地；有的還被用作生產(chǎn)建筑材料如磚、瓦、砌塊等。

我國和日、德等國也會將鋼渣作為生產(chǎn)水泥輔助配料，有的作為熟料水泥的配料，有的將其作為水泥生料來使用，既可以使鋼渣得到充分利用，同時又可以有效節(jié)約資源，最大限度地發(fā)揮鋼渣的效用。

3 鋼渣綜合利用的路徑

鋼渣作為煉鋼的廢棄物，一直是鋼鐵企業(yè)必須認真面對的問題。據(jù)中國廢鋼鐵應(yīng)用協(xié)會統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，“十三五”期間，我國鋼鐵企業(yè)平均廢鋼比為18.8%，我國每年產(chǎn)生的鋼渣超過4億t。

根據(jù)“十四五”規(guī)劃，2025年鋼鐵渣的綜合利用率要達到85%，其中高爐渣的綜合利用率達到95%，鋼渣的綜合利用率達到60%，鋼鐵資源化利用任重而道遠。這些鋼渣如果得不到有效的處理，既會占用大量土地，也會污染環(huán)境，因此，必須要高度重視鋼渣的綜合利用，實現(xiàn)鋼渣變廢為寶。

3.1 作為冶煉原料

由于鋼渣中富含鐵，可以通過技術(shù)手段，比如磁選后可以回收各類廢鋼，并作為冶煉的原料，進一步節(jié)約了成本、提高了資源利用率。

對于含鐵量較高的鋼渣，通常進行進一步的篩選，回收后作為冶煉鋼鐵的原糧；對于含鈣較高的鋼渣可以替代部分石灰石作為相關(guān)配料，提高燒結(jié)質(zhì)量和速度；對于含鎂、鉻較高的鋼渣可以作為助熔劑，提高提高冶煉效率，節(jié)約冶煉成本，從而可以有效降低出渣量。

3.2 道路工程輔料

3.2.1 用于水泥及混凝土摻合料

鋼渣含有大量鈣鐵鋁等化合物，這些物質(zhì)是現(xiàn)代水泥生產(chǎn)的必須原料，而且具有良好的性能，因此，鋼渣可以作為生產(chǎn)水泥的輔助配料，應(yīng)用于生產(chǎn)熟料水泥，同時可以作為相關(guān)的摻合物，增強水泥的抗壓、耐腐、防凍及剛度等性能。這些也都有效降低了水泥的生產(chǎn)成本，提升了性能，又有效減少了渣量，達到了雙贏的目標。

3.2.2 替代碎石和細骨料

鋼渣由于含有鋼鐵及鈣硅鋁等，具有良好的導(dǎo)電性，強度、硬度、穩(wěn)定性等物理特性良好，因此較普通碎石而言具有更好的性能，比如可以耐高低溫、粘合性能好、滲排水性能強等，可以作為各種道路如鐵路、公路、機場等的道渣材料，以及坑塘的填充物等，已經(jīng)在實踐中被廣泛應(yīng)用，既解決了鋼渣數(shù)量多的問題，又為各類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了很好的原材料。

3.3 作為新型建筑材料

鋼渣所含物質(zhì)眾多，性能獨特，可以經(jīng)細磨后，與其它物質(zhì)混合制作新型混凝土，這種新型混凝土細粉顆粒小、表面積大，穩(wěn)定性高、膠凝性強，因此，具有良好的抗?jié)B、抗折、抗疲勞等特性，可以用于一些特殊場所的建設(shè)。

特別是充分利用鋼渣微粉與高爐礦粉相互間的激發(fā)性，通過添加適當?shù)幕旌蟿?，可以進一步優(yōu)化顆粒間的結(jié)構(gòu)，從而制造出性能各異的新型建筑材料，滿足特殊環(huán)境的需求，比如應(yīng)用于海洋工程、人防工程、坑道工程、海島工程、水利工程等。

由于鋼渣中普遍存在鈣鎂氧化物，可以與二氧化碳發(fā)生碳化反應(yīng)，從而在較短的時間內(nèi)迅速得到硬化，一方面，由于與二氧化碳反應(yīng)而減少了二氧化碳的排放量；另一方面，通過利用碳化反應(yīng)，使得新型建筑材料的性能進一步得到優(yōu)化和提升，實現(xiàn)了“雙碳”雙提升。

4 結(jié)語

在“雙碳”目標下，綜合利用好鋼渣意義十分重大。本文分析了鋼渣的主要成分、鋼渣的處理方法，探討了對冶金工業(yè)固體廢物鋼渣綜合利用的有效途徑。下一步，要重點在推廣應(yīng)用鋼渣熱燜、高效破碎磁選等處理技術(shù)，科學(xué)高效利用好鋼渣，真正做到變廢為寶，為實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”作出貢獻。