□文/張建國 尹海元

中冶京誠工程技術(shù)有限公司

我國冶金渣的綜合利用及發(fā)展方向

□文/張建國 尹海元

中冶京誠工程技術(shù)有限公司

Comprehensive Utilization and Development Direction of China's Metallurgical Slag

冶金渣綜合利用是最具代表性的資源循環(huán)利用、節(jié)能、環(huán)保措施之一，也是鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)健康、持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要保障，根據(jù)我國的國情和目前的技術(shù)水平，要想大量利用冶金渣，只有走開發(fā)節(jié)能、利廢、環(huán)保的建材產(chǎn)品這條路。

據(jù)資料查證，目前我國每年的礦石采掘總量已達(dá)50億噸，工業(yè)固體廢棄物的產(chǎn)生量已達(dá)8億噸，累計(jì)堆存量超過67億噸，占用土地達(dá)到65412萬m2，年產(chǎn)量最大的是礦山開采和以礦石為原的冶煉工業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物，超過工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量的80%以上。目前我國鋼鐵總產(chǎn)量已達(dá)到6億多噸，每年產(chǎn)生的冶金渣達(dá)1億多噸。在冶金固廢中排量大的主要有高爐水淬礦渣、鋼渣、高爐重礦渣等，其中高爐水淬礦渣和高爐重礦渣利用率較高，而鋼渣利用率較低，僅有20%左右。未得到利用的冶金渣長期堆放而未及時(shí)綜合利用，冶金渣將逐漸失去活性難于再利用。

另外，在鋼鐵冶煉中，爐渣的產(chǎn)出量按重量計(jì)特別是按體積計(jì)時(shí)都超出金屬的許多倍，一般來說，按重量計(jì)約為3～5倍、按體積計(jì)約為8～10倍。這些冶金棄渣的堆放不僅要占用大量土地，而且污染環(huán)境，特別是有害、有毒金屬對(duì)地表和地下水源的污染，嚴(yán)重威脅著千百萬人的身體健康。冶金棄渣的丟棄同時(shí)也會(huì)使一些有用組分分散，造成資源浪費(fèi)。

針對(duì)我國冶金工業(yè)固體廢棄物的現(xiàn)狀，如何資源化處理與綜合利用，是相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)必須重視和加大力度進(jìn)行研究突破的課題。隨著2009年1月1日《循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》的頒布實(shí)施，如何大量利用冶金固廢已成為各鋼鐵企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

一、冶金渣綜合利用及發(fā)展重點(diǎn)

冶金渣中主要化學(xué)成分為二氧化硅(SiO2)、氧化鈣(CaO)、三氧化二鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鐵(Fe2O3、FeO)。主要礦物成分為硅酸二鈣(Ca2S)、鈣長石(CaS2)、薔薇輝石(C3MS2)。冶金渣資源化高價(jià)值利用的關(guān)鍵是冶金渣的活性激發(fā)技術(shù)及設(shè)備。

我國對(duì)冶金渣的開發(fā)利用經(jīng)歷了3個(gè)階段：20世紀(jì)的50～70年代屬丟棄階段,，除部分鐵渣經(jīng)過膨化處理生產(chǎn)礦渣水泥等，其余熔渣直排大自然，填溝占地，污染嚴(yán)重；20世紀(jì)80～90年代中期屬粗放型開發(fā)階段，用人工或機(jī)械將鋼渣簡單分離，廢鋼回爐 尾渣用于回填、鋪路；20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)初屬綜合開發(fā)利用階段，在鋼渣分離的基礎(chǔ)上，開始研制尾渣的深加工。

據(jù)業(yè)內(nèi)調(diào)研顯示，“十一五”期間，我國冶金渣的開發(fā)利用已經(jīng)進(jìn)入綜合利用階段，大部分鋼鐵企業(yè)已配套建有專業(yè)化的冶金渣處理廠。尤其是“十一五”后期，全行業(yè)加快了對(duì)冶金渣高價(jià)值利用的研究和應(yīng)用，冶金渣處理利用工藝裝備水平不斷提高。

在鋼鐵冶煉過程中，伴隨著鋼鐵制造要產(chǎn)生大量的固體廢物，煉鐵工序產(chǎn)生的鐵渣、煉鋼工序產(chǎn)生的鋼渣以及軋鋼工序產(chǎn)生的氧化鐵渣，各除塵系統(tǒng)產(chǎn)生的冶金塵泥等冶金固廢，在業(yè)內(nèi)統(tǒng)稱為冶金渣。冶金渣的綜合利用是指從冶金渣中磁選除鐵并將尾料大量用于建材產(chǎn)品的生產(chǎn)。從冶金渣中磁選回收的廢鋼鐵可返回鋼鐵廠冶金再利用，磁選回收的尾料可用來生產(chǎn)水泥混合材、路基材、砌筑水泥、預(yù)拌砂漿、混凝土標(biāo)磚、多孔磚，冶金渣蒸壓加氣砌塊等建材產(chǎn)品。

近年來，國內(nèi)各鋼鐵企業(yè)以固體廢棄物全利用，零排放為目標(biāo)，取得了很大進(jìn)步，專業(yè)化集中管理與多種管理體制相結(jié)合也初見成效。目前，各鋼鐵企業(yè)基本完成了工業(yè)固體廢棄物中含鐵資源的全量處理和回收利用，利用路徑為：固廢資源回收一燒結(jié)一高爐一煉鋼一軋鋼，即所謂大循環(huán)利用模式，但其利用仍處于低層次、低效率、低附加值、低梯級(jí)的利用，表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的非最優(yōu)化，在深度開發(fā)和高價(jià)值利用方面還有待進(jìn)一步研究與發(fā)展，應(yīng)該重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面發(fā)展。

1. 加強(qiáng)鋼渣熔劑渣配料對(duì)燒結(jié)礦品位與質(zhì)量的研究

鋼渣經(jīng)破碎磁選后回收的熔劑渣一直以來為燒結(jié)廠利用，配比一般在l15%左右。但熔劑渣的配入會(huì)影響燒結(jié)礦的品位和質(zhì)量，主要是由于所配鋼渣的加水潤濕性能和造球性能較鐵礦粉差，燒結(jié)廠用量有限甚至停止使用，使熔劑渣利用與外銷壓力增大。因此應(yīng)加強(qiáng)燒結(jié)礦配加鋼渣熔劑渣強(qiáng)化制粒的試驗(yàn)研究，探討合適的鋼渣熔劑渣配入量，保證燒結(jié)速度、燒結(jié)礦強(qiáng)度、成品率、利用系數(shù)、燒結(jié)礦還原性等指標(biāo)符合要求。

2. 進(jìn)一步開發(fā)鋼渣在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

冶金渣作水泥和混凝土摻合料是冶金渣資源化利用的重要途徑、減少排渣占地，保護(hù)環(huán)境，有利于冶金企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)節(jié)能、降耗、減少CO，的排放等都具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)鋼渣用于水泥廠的生產(chǎn)試驗(yàn)研究和生產(chǎn)性驗(yàn)證，探索鋼渣水泥生產(chǎn)最佳工藝控制參數(shù)，提高鋼渣摻入量。

3. 開發(fā)鋼渣粉生產(chǎn)線

為實(shí)現(xiàn)鋼渣的高價(jià)值資源綜合利用，近年來我國還對(duì)鋼渣成分與膠凝性能關(guān)系進(jìn)行了研究，在世界上首次提出鋼渣是過燒硅酸鹽水泥熟料，磨細(xì)至比表面積為400m2／kg的鋼渣可等量取代10%～30%的水泥，直接用于混凝土建筑工程，可提高混凝土后期強(qiáng)度，提高耐磨性、抗凍性、耐腐蝕性能，降低水化熱等，成本比水泥低30%，可降低工程造價(jià)，是高性能高耐久性混凝土的原料。被國家環(huán)保部列為國家先進(jìn)污染防治示范技術(shù)，并開始推廣使用。

目前，全國鋼渣粉年產(chǎn)量已達(dá)300萬噸，產(chǎn)品主要用于工程建設(shè)。在開發(fā)鋼渣粉生產(chǎn)中要加強(qiáng)粉磨設(shè)備的選擇和粉磨工藝的控制。

4. 鋼渣作道路材料和建筑材料

關(guān)鍵是要解決鋼渣的穩(wěn)定性問題，需要對(duì)現(xiàn)有熱潑法渣處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，應(yīng)加強(qiáng)鋼渣熱燜法處理工藝及裝備等技術(shù)研究。湖南漣鋼轉(zhuǎn)爐鋼渣熱燜法處理及水硬性鋼鐵渣免燒承重磚的開發(fā)研究達(dá)到了較好效果。美國Alfred大學(xué)的Agrwal G等人利用鋼渣制造出比普通玻璃耐磨耐蝕的富CaO的微晶玻璃。

5. 開發(fā)冶金塵泥生產(chǎn)煉鋼用冷卻劑、造渣劑

轉(zhuǎn)爐泥、除塵灰、氧化鐵皮等的綜合利用，過去一直采取“回收一加工一燒結(jié)利用”工藝路線，不是固廢資源的深度開發(fā)高附價(jià)值的利用方式。利用轉(zhuǎn)爐泥等冶金塵泥生產(chǎn)符合煉鋼要求的冷卻劑、造渣劑，使冶金塵泥的利用工藝從過去的“廢料一燒一鐵一鋼”大循環(huán)利用向“廢料一鋼”小循環(huán)利用轉(zhuǎn)變，使系統(tǒng)能耗更少、污染更小、成本更低、效益更好。因此應(yīng)繼續(xù)加大研究并推廣冶金固體廢棄物資。

二、冶金渣綜合利用的發(fā)展方向

由于我國煉鐵煉鋼技術(shù)還不夠先進(jìn)而鋼產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一，因此各鋼鐵企業(yè)每年都會(huì)產(chǎn)生大量的不同種類的冶金渣。根據(jù)我國的國情和目前的技術(shù)水平，要想大量利用冶金渣，只有走開發(fā)節(jié)能、利廢、環(huán)保的建材產(chǎn)品這條路。

礦業(yè)及其后續(xù)產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的強(qiáng)大支柱，與其將冶金棄渣排放后再利用，不如組織無廢生產(chǎn)，或在工業(yè)區(qū)域內(nèi)建立生產(chǎn)綜合體，使各物質(zhì)流在生產(chǎn)過程中循環(huán)，不向自然界排放廢物。只有這樣做才能最有效地保持人類生存空間，造福子孫后代。今后冶金棄渣的綜合利用研究發(fā)展的可能方向?yàn)椋?/p>

1.綜合利用要求盡量開發(fā)無二次固體廢棄物排放的潔凈冶金新工藝，提高資源綜合利用的整體科技水平，提高產(chǎn)品的附加值；

2.進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)冶金棄渣物性的深入了解，對(duì)冶金棄渣的利用應(yīng)有系統(tǒng)的科學(xué)和工程研究規(guī)劃，為多途徑利用冶煉渣(如物理方法、化學(xué)方法、生物方法等)提高資源化水平奠定基礎(chǔ)；

3.對(duì)不同冶金棄渣進(jìn)行跨行業(yè)集成化，使其達(dá)到互補(bǔ)綜合利用；

4.開發(fā)低污染、低成本、低能耗、短流程的棄渣處理新工藝與裝備及其高效控制技術(shù)，努力使二次資源的利用變?yōu)橛欣蓤D的環(huán)保產(chǎn)業(yè)；

5.積極開展冶金渣利用的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境評(píng)價(jià)，為冶金渣科學(xué)綜合利用提供指導(dǎo)與評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

6.冶金渣資源化高價(jià)值利用的關(guān)鍵是冶金渣的活性激發(fā)技術(shù)及設(shè)備。冶金渣的活性如果能和水泥的活性相接近或某些特性比水泥性能好，冶金渣在建筑工程中的高價(jià)值利用才有廣闊的前景。

三、我國在未來冶金渣處理方面的幾個(gè)建議

1. 借鑒國外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)

從德國冶金渣在各領(lǐng)域如建筑和農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用可以清楚的看出，德國鋼鐵工業(yè)不僅早在一百多年前隨著西門子)馬丁法及電爐法的發(fā)展就為廢鋼鐵的循環(huán)利用具備了先決條件，而且也在高爐爐渣和鋼渣的應(yīng)用方面具有一百多年的光輝回顧史。我國鋼鐵工業(yè)也需為鋼渣盡可能大量高效的在各領(lǐng)域得以利用作出更大的努力。首先保證高爐爐渣在我國建筑行業(yè)完全利用，礦渣的獲取方式在未來也要繼續(xù)改善，即盡可能努力去改善粒化條件和礦渣的性能。對(duì)鋼渣則可大量應(yīng)用于道路工程中，這點(diǎn)在部分高校和研究所已得到重視，如武漢理工大學(xué)對(duì)鋼渣的高效應(yīng)用正做著深入的實(shí)驗(yàn)室和工程實(shí)際研究。我國鋼渣新排渣中游離氧化鈣的含量比德國的要高，如何改變生產(chǎn)工藝和后期處理工藝使得游離氧化鈣的含量降低也是一個(gè)"待研究的課題，因?yàn)檫@關(guān)系到混凝土長期耐久性的問題。在這方面我們可以借鑒德國的處理方法來解決如何減低游離氧化鈣的含量問題。同時(shí)要利用鋼渣優(yōu)勢(shì)突出的技術(shù)特性，致力于代替天然巖石應(yīng)用于建筑工程、交通及水工工程。并將繼續(xù)嘗試獲取特定類型的液態(tài)鋼渣，從而來獲取高效冶金粉末或者膠結(jié)料。

最后要通過有目的的改善技術(shù)工藝，努力去應(yīng)用尚存的少量的剩余渣，擬將如今在我國還未得以完全利用的高爐爐渣、鋼渣及鐵合金渣等在近年得到充分利用。

2. 進(jìn)一步健全冶金渣的綜合利用政策

完善冶金渣資源綜合利用的鼓勵(lì)和扶持政策措施，完善稅收優(yōu)惠政策。把冶金渣加工處理、產(chǎn)品銷售和產(chǎn)品應(yīng)用納入再生資源優(yōu)惠產(chǎn)品目錄，進(jìn)一步加大對(duì)冶金渣資源綜合利用和深加工產(chǎn)業(yè)的支持力度。對(duì)于冶金渣綜合利用要實(shí)現(xiàn)有獎(jiǎng)有罰，形成對(duì)企業(yè)的激勵(lì)機(jī)制。

3. 改革運(yùn)營模式，解決資金投入不足的問題

據(jù)了解，目前我國冶金渣處理和運(yùn)營以兩種模式為主，一是由鋼鐵企業(yè)自己投資建設(shè)，自己或委托運(yùn)營。二是由專業(yè)化公司投資和運(yùn)營。鋼鐵企業(yè)長期以來以鋼鐵生產(chǎn)主體為重，近年來越來越重視冶金渣的處理和資源綜合利用，但仍存在渣處理項(xiàng)目資金難落實(shí)的情況。近兩年國內(nèi)興起的冶金渣專業(yè)化、規(guī)?；_發(fā)公司，專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)先進(jìn)、管理經(jīng)驗(yàn)豐富，參與到 臺(tái)金企業(yè)的冶金渣處理和運(yùn)營，有利于其引進(jìn)和應(yīng)用先進(jìn)工藝設(shè)備，有利于終端產(chǎn)品和應(yīng)用市場多元化發(fā)展，有利于保證冶金渣的零排放，是行業(yè)發(fā)展的重要途徑。

略

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