馬忠民 翟國營 劉三軍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

安鋼鋼鐵渣循環(huán)利用方案探討

馬忠民 翟國營 劉三軍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了安鋼及國內(nèi)鋼鐵渣的處理工藝和利用現(xiàn)狀，對(duì)國內(nèi)鋼鐵渣的循環(huán)利用技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了對(duì)比分析，提出了安鋼鋼鐵渣高價(jià)值循環(huán)利用工藝路線及實(shí)施方案。

鋼渣熱悶 水渣微粉 鋼渣微粉 循環(huán)利用

0 前言

鋼鐵渣是鋼鐵制造過程中產(chǎn)生數(shù)量最多的固體廢棄物，也是鋼鐵企業(yè)可開發(fā)利用的寶貴資源。對(duì)于一個(gè)鐵、鋼產(chǎn)能平衡的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，每生產(chǎn)1 t鋼將產(chǎn)生約350 kg的高爐渣和150 kg的鋼渣，如此大量的鋼鐵渣若不能得到及時(shí)有效的處理和利用，不但造成巨大的資源浪費(fèi)，還會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，甚至威脅到鋼鐵主體的生產(chǎn)順行。因此，開拓鋼鐵渣利用渠道，實(shí)現(xiàn)鋼鐵渣的無害化、高價(jià)值、全循環(huán)利用，已成為鋼鐵企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、謀求可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。

1 安鋼鋼鐵渣利用現(xiàn)狀

1.1 資源狀況

安鋼已具備年產(chǎn)1000萬 t鋼的生產(chǎn)能力，產(chǎn)能充分發(fā)揮后，每年將產(chǎn)生約350萬 t高爐水渣和150萬 t轉(zhuǎn)爐鋼渣。

1.2 鋼鐵渣處理工藝

目前，安鋼的大高爐采用 INBA渣處理工藝直接在爐前生產(chǎn)水淬渣；小高爐采用離線渣處理工藝，其中液態(tài)渣倒入水渣池生產(chǎn)水淬渣，固態(tài)渣倒入干渣場噴水冷卻，然后進(jìn)行破碎、篩分生產(chǎn)出不同粒度的重礦渣。安鋼的轉(zhuǎn)爐鋼渣采用離線熱潑處理工藝，現(xiàn)有三個(gè)鋼渣處理跨和兩條鋼渣加工生產(chǎn)線，熱態(tài)鋼渣運(yùn)至渣跨堆放、打水、悶渣約七天后，再倒運(yùn)至加工生產(chǎn)線進(jìn)行破碎、篩分、磁選，分選出廢鋼、磁選渣、鋼渣塊、鋼渣面等產(chǎn)品。

1.3 鋼鐵渣利用現(xiàn)狀

安鋼的高爐水淬渣全部作為初級(jí)原料售給周邊水泥廠，高爐重礦渣作為路基墊層或基礎(chǔ)回填材料售向社會(huì)。從鋼渣中分選出的廢鋼作為鋼鐵料返回?zé)掍撌褂?；磁選渣由于含鐵品位較低，難以實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)利用，直接售向社會(huì)，其主要用途是作為進(jìn)一步選鐵的原料；鋼渣塊、鋼渣面主要作為回填材料售向社會(huì)。

1.4 存在的問題

1)鋼鐵渣的處理工藝落后。小高爐仍采用比較原始的渣處理工藝，生產(chǎn)效率低，處理場地大，作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣；生產(chǎn)的渣池水淬渣質(zhì)量差，重礦渣價(jià)值低廉，影響高爐渣的深度開發(fā)利用。

鋼渣熱潑工藝的處理周期長，處理能力小，渣場利用率低，現(xiàn)有的三個(gè)鋼渣跨不能滿足1000萬 t鋼的渣處理需要。熱潑鋼渣的粉化效果差，渣鐵分離不徹底，增加了后續(xù)加工難度；尾渣中游離氧化鈣含量高，限制了鋼渣的利用范圍。

2)鋼渣中的鐵資源回收利用率低。安鋼的轉(zhuǎn)爐鋼渣全鐵含量在12％～16％之間，受鋼渣處理工藝的制約，目前，只能回收利用渣中的大塊廢鋼，全鐵回收利用量僅為5％，鐵資源回收率不足50％，而國內(nèi)先進(jìn)工藝的鐵資源回收率已達(dá)到90％左右，相比之下，安鋼鋼渣中的鐵資源流失嚴(yán)重。

3)鋼鐵渣的利用價(jià)值低廉。高爐水渣作為一種初級(jí)原料售給水泥廠，價(jià)格較低，與先進(jìn)企業(yè)相比，每噸水渣的價(jià)值損失在 80元以上；高爐重礦渣和鋼渣作為路基墊層或回填材料使用，其利用價(jià)值更低。

4)存在產(chǎn)生二次污染環(huán)境的隱患。安鋼外銷的鋼渣并沒有全部形成終端消費(fèi)，部分鋼渣成為個(gè)體戶的選鐵原料，選鐵后的尾渣如果被隨意丟棄，將產(chǎn)生二次排放，可能會(huì)對(duì)排放區(qū)域的土質(zhì)和水系產(chǎn)生二次污染。

5)對(duì)主體工藝的生產(chǎn)順行存在威脅。安鋼的鋼鐵渣利用渠道單一，受自身價(jià)值的影響，銷售區(qū)域僅限于周邊市場，而安鋼自身又沒有足夠大的緩沖渣場，社會(huì)消費(fèi)量的不均衡將直接影響到渣的外排，進(jìn)而威脅到主體工藝的生產(chǎn)順行。

2 國內(nèi)鋼鐵渣的利用狀況及發(fā)展趨勢

2.1 高爐渣的處理與利用

國內(nèi)高爐普遍采用爐前水淬工藝生產(chǎn)高爐水渣，由于高爐水渣具有潛在的水硬性，可以用于生產(chǎn)礦渣水泥，這也是過去國內(nèi)高爐水渣的主要利用方法。上世紀(jì)90年代，國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，高爐水渣磨細(xì)到一定程度后可以作為配置高性能混凝土的摻合料，從而開辟了我國高爐水渣高價(jià)值利用的新途徑。2000年12月，國家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》(GB/T18046-2000)頒布實(shí)施，為水渣微粉的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了技術(shù)支撐；近年來，輥式大立磨的成功應(yīng)用使水渣的粉磨成本大幅降低，為水渣微粉的大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化推廣提供了裝備支撐。最近幾年，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和高性能粉磨裝備的推動(dòng)下，國內(nèi)掀起了水渣微粉生產(chǎn)線的建設(shè)高潮，寶鋼、武鋼、鞍鋼、唐鋼、濟(jì)鋼、萊鋼等眾多鋼鐵企業(yè)相繼建成了50余條水渣微粉生產(chǎn)線，部分企業(yè)的水渣微粉化比例已達(dá)到 70％以上。截止2008年，全國高爐水渣微粉的總產(chǎn)能已由2000年的120萬 t飛速提高到6000萬 t，高爐水渣的微粉化利用已成為我國高爐水渣高價(jià)值循環(huán)利用的主要方向。

2.2 轉(zhuǎn)爐鋼渣的處理與利用

2.2.1 國內(nèi)的鋼渣處理工藝

1)鋼渣熱潑工藝。鋼渣熱潑工藝是國內(nèi)應(yīng)用最普遍的、一種比較原始的熱態(tài)鋼渣處理工藝，該工藝存在占地面積大、處理周期長、鋼渣質(zhì)量差、生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境惡劣等諸多問題，正逐步被淘汰。

2)鋼渣風(fēng)碎工藝。鋼渣風(fēng)碎工藝是馬鋼研發(fā)的一種液態(tài)鋼渣處理技術(shù)，生產(chǎn)的風(fēng)碎鋼渣可以代替黃砂用于建筑業(yè)。該工藝尚處于研發(fā)完善階段，還不具備大面積推廣的條件，目前只有馬鋼在使用。

3)滾筒法鋼渣處理工藝。該工藝是寶鋼自主研發(fā)的一種新型液態(tài)鋼渣處理工藝，具有占地小、處理效率高、渣鐵分離較徹底、尾渣顆粒小、鐵資源回收率高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)熔渣不落地、快速清潔完成處理過程，是典型的節(jié)能環(huán)保型短流程渣處理工藝[1]。該工藝適合在煉鋼渣跨在線布置，是處理高溫液態(tài)鋼渣的理想工藝。目前，該工藝已被寶鋼廣泛使用，并開始在國內(nèi)推廣。

4)鋼渣熱悶處理工藝。鋼渣熱悶處理工藝是中國京冶開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種新型熱態(tài)鋼渣處理工藝，具有生產(chǎn)效率高、占地小、渣鐵分離徹底、尾渣利用途徑廣、鋼渣處理率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[1]。該工藝適合離線布置，是處理熱態(tài)鋼渣的理想工藝，也是傳統(tǒng)熱潑工藝的最佳替代技術(shù)。該技術(shù)與鋼渣微粉技術(shù)的結(jié)合已被國家確定為先進(jìn)污染防治示范技術(shù)。近年來，鋼渣熱悶工藝在國內(nèi)得到了迅速推廣，已建成了數(shù)十條處理線。

2.2.2 國內(nèi)鋼渣處理工藝的發(fā)展趨勢

總體看來，未來國內(nèi)鋼渣的處理將形成滾筒法和熱悶法兩條主流工藝路線，滾筒法將主要用于處理高溫液態(tài)鋼渣，而熱悶法則主要用于處理熱態(tài)鋼渣。

2.2.3 國內(nèi)鋼渣的加工工藝

目前，國內(nèi)普遍采用破碎、篩分、磁選工藝對(duì)鋼渣進(jìn)行加工，回收其中的鐵資源，并將尾渣加工到一定程度以滿足后續(xù)使用要求。近年來，國內(nèi)鋼渣加工工藝的主要發(fā)展成果是低品位磁選鋼渣提純工藝的成功應(yīng)用，該工藝可以將磁選鋼渣的全鐵品位提高到60％左右，提純后的磁選粉可直接作為燒結(jié)原料進(jìn)行再利用；這項(xiàng)技術(shù)與鋼渣熱悶技術(shù)的有效結(jié)合，能夠?qū)撛械蔫F資源回收率提高到90％以上。目前，該技術(shù)已在部分企業(yè)推廣應(yīng)用。

2.2.4 國內(nèi)鋼渣的利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

鋼渣在高溫下生成了硅酸三鈣、硅酸二鈣、鐵鋁酸鈣、橄欖石等礦物，是水泥和建筑材料的優(yōu)良原料。傳統(tǒng)的鋼渣處理工藝難以充分消解鋼渣中的游離氧化鈣和游離氧化鎂，鋼渣的體積穩(wěn)定性差，容易發(fā)生體積膨脹，用鋼渣修筑的道路、回填的基礎(chǔ)、生產(chǎn)的建材制品都會(huì)產(chǎn)生不同程度的開裂破壞，而鋼渣熱悶技術(shù)從根本上解決了鋼渣的體積膨脹問題，為鋼渣在建材行業(yè)的廣泛使用創(chuàng)造了條件，國內(nèi)已有部分企業(yè)開始用熱悶鋼渣生產(chǎn)環(huán)保建材產(chǎn)品。目前，我國鋼渣的利用仍處于回填場地、生產(chǎn)路面磚、修筑低等級(jí)道路等初級(jí)利用階段，整體利用水平較低。

近年來，國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)磨細(xì)的鋼渣粉是一種性能優(yōu)良的水泥和混凝土摻合料，能夠大幅提高混凝土的強(qiáng)度和壽命，并發(fā)現(xiàn)用鋼渣微粉與礦渣微粉按一定比例混合后所配置的雙摻復(fù)合粉是高性能混凝土的最佳摻合料[2]，這些研究成果的取得為我國鋼渣的高價(jià)值循環(huán)利用指明了方向。2007年，《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》(GB-T20491-2006)國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施，為鋼渣粉的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和綜合利用提供了技術(shù)依據(jù)；2008年，我國將鋼渣熱悶與鋼渣微粉化利用技術(shù)合并列入國家重點(diǎn)推廣的先進(jìn)污染防治技術(shù)名錄，并給予財(cái)政支持。在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)政策的雙重推動(dòng)下，可以預(yù)見，鋼渣的微粉化利用必將成為未來我國鋼渣高價(jià)值利用的主要工藝路線。

3 安鋼鋼鐵渣循環(huán)利用工藝選擇

3.1 高爐渣的處理與利用

安鋼應(yīng)抓住“鐵前補(bǔ)齊”的機(jī)會(huì)，徹底淘汰渣池水淬及重礦渣生產(chǎn)工藝，將高爐渣全部轉(zhuǎn)化成高質(zhì)量的爐前水淬渣。同時(shí)，應(yīng)加快推進(jìn)水渣的微粉化利用步伐，提高水渣的利用價(jià)值，培育企業(yè)新的競爭優(yōu)勢。

3.2 鋼渣的處理與利用

3.2.1 鋼渣處理工藝的選擇

采用離線方式集中處理鋼渣是安鋼的現(xiàn)實(shí)條件，到達(dá)渣場的鋼渣以固態(tài)熱渣為主，同時(shí)含有少量液態(tài)鋼渣，基于這種條件，安鋼應(yīng)選擇熱悶法改造現(xiàn)有的渣處理工藝。鋼渣熱悶改造后，安鋼渣處理所存在的問題將得到有效解決。

1)鋼渣處理周期將由原來的七天縮短到22 h左右，處理效率大幅提高，節(jié)省土地資源，拓展了安鋼的后續(xù)發(fā)展空間。據(jù)測算，采用熱悶工藝處理180萬 t鋼渣僅需現(xiàn)有場地的三分之二，足以滿足1200萬 t鋼的生產(chǎn)需要，解決了安鋼發(fā)展的后顧之憂。

2)鋼渣粉化效果好，渣鐵分離較徹底，可以減少鋼渣的后續(xù)加工量，并提高鐵資源的回收率，解決了安鋼鐵資源流失嚴(yán)重的問題。3)鋼渣中的游離氧化鈣能控制在2％以下，符合建材對(duì)體積穩(wěn)定性的要求，有利于對(duì)鋼渣進(jìn)行深度開發(fā)利用，解決了鋼渣的后期利用問題。

4)可以大幅改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，解決了環(huán)境污染問題。

3.2.2 鋼渣加工及利用工藝的選擇

要充分發(fā)揮鋼渣熱悶工藝的效益，安鋼必須對(duì)現(xiàn)有的鋼渣加工線進(jìn)行改造。一方面，提高鋼渣加工能力，滿足煉鋼產(chǎn)能發(fā)揮的生產(chǎn)需要；另一方面，改進(jìn)破碎、篩分、磁選工藝，增設(shè)提純設(shè)備，將磁選粉的全鐵品位提高到60％左右，實(shí)現(xiàn)磁選粉在燒結(jié)的再利用，并為尾渣利用價(jià)值的深度開發(fā)創(chuàng)造條件。

4 安鋼鋼鐵渣循環(huán)利用項(xiàng)目規(guī)劃

4.1 鋼渣熱悶改造項(xiàng)目

考慮將來煉鋼產(chǎn)能的充分發(fā)揮及渣處理場地的節(jié)約利用，安鋼應(yīng)實(shí)施鋼渣熱悶改造，建設(shè)一條具備年處理150萬 t轉(zhuǎn)爐鋼渣的熱悶生產(chǎn)線，同時(shí)配套建設(shè)集破碎、篩分、磁選、提純于一體的鋼渣加工生產(chǎn)線。

4.2 水渣微粉項(xiàng)目

將來，安鋼每年的水渣產(chǎn)生量將達(dá)到350萬 t，考慮水渣的多渠道利用，參考國內(nèi)先進(jìn)企業(yè)的實(shí)踐，安鋼應(yīng)建設(shè)兩條120萬 t的水渣微粉生產(chǎn)線，形成年產(chǎn)240萬 t水渣微粉的生產(chǎn)能力，使安鋼的水渣微粉化比例接近 70％，步入國內(nèi)先進(jìn)行列。

4.3 鋼渣微粉項(xiàng)目

150萬 t的鋼渣經(jīng)過加工處理后，將產(chǎn)生約130萬 t的尾渣，其中尾渣面大約有 80萬 t。為充分開發(fā)鋼渣的潛在價(jià)值，提高鋼渣利用水平，安鋼應(yīng)以尾渣面為原料，建設(shè)兩條40萬 t的鋼渣微粉生產(chǎn)線，形成年產(chǎn) 80萬 t鋼渣微粉的生產(chǎn)能力，使安鋼的鋼渣利用水平達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)。

4.4 鋼鐵渣復(fù)合微粉項(xiàng)目

鋼鐵渣復(fù)合微粉是水渣微粉和鋼渣微粉項(xiàng)目的功能延伸，也是進(jìn)一步拓展鋼鐵渣利用渠道的一種新的技術(shù)方案，其依托主體是240萬 t水渣微粉和80萬 t鋼渣微粉項(xiàng)目。安鋼的鋼鐵渣微粉化利用項(xiàng)目應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，既要能夠生產(chǎn)單一的水渣微粉和鋼渣微粉，也要具備生產(chǎn)鋼鐵渣雙摻復(fù)合粉的能力，從而進(jìn)一步提高安鋼微粉產(chǎn)品的市場競爭力。

5 規(guī)劃的預(yù)期效果

5.1 形成四條鋼渣利用工藝路線

轉(zhuǎn)爐鋼渣全部實(shí)現(xiàn)熱悶處理，鋼渣中的金屬回收率達(dá)到90％左右，并形成四條鋼渣利用工藝路線。①回收的廢鋼全部返回轉(zhuǎn)爐使用。②回收的鐵精粉全部返回?zé)Y(jié)使用。③鋼渣塊直接用作建筑骨料。④鋼渣面用于加工鋼渣微粉。

5.2 形成三條鋼鐵渣高價(jià)值利用工藝路線

高爐渣和鋼渣的微粉化利用比例達(dá)到 70％左右，并形成三條鋼鐵渣高價(jià)值利用工藝路線。①直接以礦渣微粉的形式利用。②直接以鋼渣微粉的形式利用。③配置成鋼鐵渣雙摻復(fù)合粉進(jìn)行利用。

5.3 徹底實(shí)現(xiàn)鋼鐵渣的“零排放”

從鋼鐵渣中回收的含鐵產(chǎn)品全部實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)利用，外銷的鋼渣塊及鋼渣微粉產(chǎn)品都是建筑工程的終端消費(fèi)品，杜絕了二次加工產(chǎn)生二次排放的可能，徹底實(shí)現(xiàn)了鋼鐵渣的“零排放”。

6 結(jié)論

1)實(shí)施鋼鐵渣高價(jià)值循環(huán)利用是安鋼發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的核心內(nèi)容之一，也是安鋼實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展，提高持久競爭力的重要舉措。

2)鋼鐵渣循環(huán)利用的基本原則是：除去有害成份→回收鐵資源→高附加值循環(huán)利用。

3)安鋼的高爐渣要借助“鐵前補(bǔ)齊”的機(jī)會(huì)，全部采用先進(jìn)的爐前水淬工藝 (如 INBA)生產(chǎn)高質(zhì)量的水淬渣。同時(shí)，安鋼應(yīng)盡早擠出建設(shè)用地，抓緊實(shí)施水渣微粉化利用工程，提高高爐渣的利用價(jià)值。

4)安鋼的鋼渣首先應(yīng)采用熱悶工藝除去有害成份，這也是解決鋼渣處理能力不足、用地短缺問題，并支撐公司煉鋼產(chǎn)能充分發(fā)揮的必然選擇；其次要改造鋼渣加工生產(chǎn)線，引入磁選渣提純工藝，提高鋼渣中鐵資源回收率；最后要對(duì)鋼渣進(jìn)行微粉化深加工，提高鋼渣利用價(jià)值。

5)安鋼的高爐水渣和鋼渣微粉化利用工程應(yīng)建設(shè)在同一廠區(qū)內(nèi)，并按照生產(chǎn)鋼鐵渣雙摻復(fù)合粉的工藝要求統(tǒng)籌規(guī)劃和布局，進(jìn)一步提升安鋼鋼鐵渣產(chǎn)品的利用價(jià)值及市場競爭力。

[1]王紹文、梁富智、王紀(jì)曾編著.固體廢棄物資源化技術(shù)與應(yīng)用，北京.冶金工業(yè)出版社，2003：350-357.

[2]楊景玲、朱桂林、孫樹彬.我國鋼鐵渣資源化利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.冶金環(huán)境保護(hù)，2009(6)：26-31.

D ISCUSSION O F IRON SLAG C IRCULAT ION UT IL IZAT ION IN ANGANG

M a Zhongm in Zhai Guoying L iu San jun (Anyang Iron＆Steel Stock Co.，L td)

The paper introduced the steel iron slag’s p rocessing craft and utilization situation in Angang and dom estic steel enterp rises，contrastly analyzed the developm ent direction of circu lation utilization techno logy and p roposed the craft rou te and im p lem en tation p lan of high value circu lation utilization in Angang.

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＊聯(lián)系人：馬忠民，處長，高級(jí)工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司能源動(dòng)力處；

2010—6—28