朱斌鵬

（邯鄲鋼鐵集團設計院有限公司，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濟發(fā)展的重要支柱。冶金行業(yè)具有高污染、高風險等特點，在其生產加工中會產生各種固體廢物，早期由于我國科技水平及人們思想意識落后，認為冶金固廢沒有可再利用價值，通常經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過標準處理直接排放到自然環(huán)境中，造成嚴重的環(huán)境污染。在新科技時代下，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，當前這些國家的冶金固廢資源化利用水平十分高，已基本實現無害化利用，但是由于我國冶金固廢資源化利用理念及技術發(fā)展起步較晚，其利用水平相對較低，因此冶金行業(yè)及相關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，最大限度發(fā)揮冶金創(chuàng)造的經濟價值與社會價值。

1 冶金固廢資源化利用與節(jié)約資源、保護環(huán)境的關系

隨著我國科技的發(fā)展進步，冶金固廢資源化利用水平不斷提升，經過標準化處理的冶金固廢被廣泛應用于生產建筑材料中，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河流、土壤等自然環(huán)境造成的破壞，實現自然生態(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，將冶金固廢與礦渣進行有機結合，經過一系列的反應，加強衍生產品的安全性與穩(wěn)定性。另外，重礦渣也可以利用磁選進行選擇，重礦渣具有高密度性、強穩(wěn)定性等特點，如果在建筑工程項目施工中應用重礦渣，不僅可以提高建筑工程項目的安全與質量，而且可以有效節(jié)約建筑材料，降低施工成本，最重要的可以加強建筑物的綠色環(huán)保性，為人們提供一個健康、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用于水泥生產加工過程中，根據相關調查數據顯示，當前我國95%的水泥工廠都以冶金固廢為基礎材料進行水泥生產。利用冶金固廢進行水泥生產時，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量。汽車烘干是目前應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輸中熱風的影響，對冶金固廢混合物進行有效烘干，這種方法雖然能夠促使冶金固廢混合物達到100%干燥狀態(tài)，但是在這個過程會需要使用大量的礦產資源，這就不可避免會對自然環(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)約礦產資源、降低環(huán)境污染的前提下加快水泥烘干速度，其應用價值相對較高。

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行烘干，靜置一段時間，制成的產品就是渣磚，即所謂的混凝土磚。這種混凝土磚生產方式發(fā)明于2007年，是通過多重研究理論與時間生產檢驗所得出的，具有一定的科學性與合理性，滿足我國混凝土磚的相關生產標準。同時該生產方式在降低生產成本的基礎上，實現冶金固廢的資源化利用，加大對自然生態(tài)環(huán)境的保護力度。

另外，可以利用相關技術，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現我國節(jié)能減耗的戰(zhàn)略發(fā)展目標，而且有利于節(jié)約混凝土磚制造成本，促進冶金行業(yè)經濟發(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利用率，加大我國土地資源的保護力度，從而促進自然資源健康發(fā)展。

2 我國冶金固廢資源化利用現狀

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，接下來就針對上述四種冶金固廢資源化利用現狀進行科學探討：

2.1 冶金廢渣

20世紀90年代是冶金行業(yè)發(fā)展的一個分水嶺，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，而且產生嚴重的環(huán)境污染。而20世紀90年代以后，隨著我國科技的發(fā)展進步，冶金廢渣得到有效的利用，例如，用于道路敷設等工程施工中。21世紀的到來，推動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金屬，所以可以將有價金屬作為主要回收目標，采用渣選礦、火法提取和濕法提取等方法進行冶金廢渣的資源化處理與利用。對于價金屬含量較低、回收成本較高的廢渣可以用于水泥生產、建筑材料生產中，例如，對于鋼渣而言，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在鋼渣磁選除鐵、鋼渣再燒結、生產鋼渣水泥、鋼渣超細粉等方面，當前選礦分離、濕法提取、火法貧化、高溫氧化、高溫還原等是進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，其處理技術還有待提高。而赤泥的資源化利用主要體現在提取Fe、Al、Ti等有價金屬、處理廢水與修復土壤、生產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煤炭資源進行高溫加熱，受爐內溫度或進氣情況影響，可能會出現煤炭燃燒不充分現象，這時就會在產生大量的細灰，就是我們常說的粉煤灰。根據我國當前科學技術發(fā)展情況來看，難以實現煤炭徹底燃燒，這也就說明在煤炭資源高溫加熱過程中不可避免的會產生一定量的粉煤灰，為了降低粉煤灰對自然環(huán)境產生的污染，可以采用無害化處理手段對粉煤灰進行資源化利用。當前我國粉煤灰資源化利用技術相對完善，回收利用范圍也相對寬廣，可以用于生產水泥等建筑材料、用作水泥摻加料、道路建設、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、除塵灰等被統稱為冶金塵泥，由此可見冶金塵泥覆蓋范圍較廣，當前高內的冶金塵泥資源化利用上主要集中在兩個放方面，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、燃料粉塵和高爐內化學反應生成的金屬蒸氣等，一般利用干式與濕式兩種方法進行收集，高爐塵泥中富有大量的鋅、鐵、碳等礦物質，別看這些顆粒粒度小，卻擁有超高的資源化利用價值。當前我國大部分鋼鐵企業(yè)都實現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進行鐵精礦的回收利用，采用浮選工藝進行碳精礦的回收利用，利用轉底爐或者回轉窯提鋅，并且球團化處理等。第二，煉鋼塵泥。在鋼鐵鍛造過程中會產生大量的微細金屬液體，并流入空氣中，在出爐時與外界空氣發(fā)生熱交換冷卻反映產生金屬粉塵，即煉鋼塵泥。根據有關研究數據顯示，在煉鋼過程中，2%左右的原材料會轉化成煉鋼塵泥。煉鋼塵泥富有大量的鐵、碳等礦物質，其資源化利用主要表現在三個方面：一是與燒結返礦等按比例搭配用作燒結材料；二是用于金屬化球團的還原焙燒；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，一般屬于危險廢物。但是廢水處理污泥成分并不固定，一般由廢水水質與水處理工藝決定，現階段，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行冶金廢水的處理。

3 冶金固廢資源化利用技術發(fā)展前景

相比早期，我國冶金固廢資源化利用技術已經實現質的飛躍，但是仍然落后于國外發(fā)達國家，參考國外冶金固廢資源化利用現狀，可以預見國內冶金固廢資源化利用技術發(fā)展前景。

3.1 鋼渣

當前我國鋼渣資源化利用程度不斷提高，利用技術也越來越完善，我國一些著名的研究人員及鋼鐵企業(yè)對鋼渣資源化利用進行了深入的研發(fā)，發(fā)明了較多新型的資源化利用技術，例如武鋼的熱潑技術、京唐鋼的熱悶技術、寶鋼的盤潑技術和滾筒技術、濟鋼的水淬技術、沙鋼的粒化輪技術等，這些技術的出現證明了我國固廢資源化利用水平的發(fā)展進步。與國外鋼渣資源化利用技術發(fā)展情況相比，我國鋼渣利用率相對較低，鋼渣中一些豐富的礦物質尚未得到充分的利用，當前國外部分鋼鐵企業(yè)在創(chuàng)新煉鋼技術的基礎上，研發(fā)了一套完善的鋼渣資源綜合利用系統，這樣既可以保證煉鋼質量，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)生產成本。而且在進行鋼渣中礦物資源回收利用時，采用分類回收利用方式，然后對剩余鋼渣進行燒結回收再利用，應用效果顯著，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

當前，我國主要采用物理技術進行粉煤灰的資源化利用，例如，將其作為一種水泥生產材料添加到水泥中，用于降低初期混凝土的水化熱，同時還可以將其作為混凝土的摻合料、混凝土預制品料等。相對于粉煤灰的物理利用技術，其化學及綜合性利用技術水相對落后，但是根據當前粉煤灰資源化利用情況來看，粉煤灰化學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，具有良好的應用效果。除此之外，還可以將其用于電解槽中生產鋁硅基合金，降低鋁業(yè)生產成本?？偠灾?，我國冶金行業(yè)應該加大對粉煤灰化學及綜合性利用技術的研發(fā)力度，擴大粉煤灰資源化利用范圍，進一步提升冶金固廢的資源化利用水平。

3.3 冶金塵泥

現階段，我國主要利用單一的回收工藝模式對冶金塵泥進行資源化利用，即根據回收物質類型采用相應的回收技術，對于冶金塵泥中鐵物質而言，多運用磁選技術、反浮選工藝進行回收處理，而其碳物質多運用浮選工藝進行回收處理，單一回收工藝模式最大的優(yōu)點就是針對性強，但是要比綜合回收模式的成本高多很多，經濟效益較低。當前，國外煉鋼企業(yè)多采用聯合回收工藝進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行有效融合的回收工藝，應用效果顯著。例如，在對冶金塵泥中廢鋼與廢鐵物質進行回收時，可選用磁選工藝與強磁選工藝相結合工藝模式，回收利用率高達60%，所以在我國未來冶金塵泥資源化利用回收工藝研究中，應該將研究重點放在聯合回收工藝模式上，加強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行資源化處理，所以當前，一些經營規(guī)模較小、技術水平不足的冶金企業(yè)會選擇將廢水處理污泥進行堆存或出售給有資質的企業(yè)，以回收有價資源。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資源，且固化后體積增大，會占用更大面積的土地，造成土地資源的過度浪費。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金屬，因此被廣泛應用廢水處理污泥中，也是當前廢水處理污泥技術研究的焦點。例如，王芬采用多步浸出法處理冶金污泥，可對廢水處理污泥中Cd、Zn、Cu、Pb等重金屬實現初步分離回收。柴立元等用熱硫化—浮選法回收鉛鋅冶煉廢水化學沉淀處理后得到的金屬硫化物，回收率高達66%。

4 改善固體廢物綜合利用的技術方法

4.1 返燒結技術

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。受高爐反應的影響，如果可以實現鋼渣的返燒結，有利于消除過量的溶劑消耗，提升產品整體強度。另外，在分解碳酸鹽過程中，應降低綜合燃料消耗。由此可知，如果可以將燒結礦與高爐鋼渣兩種物質進行混合，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 制作復合微粉技術

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原料的耐久性和強度，但是無法有效改善原料的穩(wěn)定性，究其原因，主要是因為礦渣堿度相對較低，如果在其中添加大量礦渣，可能會對鋼筋鈍化膜造成嚴重的損壞，從而降低其穩(wěn)定性。

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

4.3 磁選除鐵技術

一般來說，現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。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，相應的利用手段已經演變?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用于鋪路或提供生產水泥等建筑材料所需的原材料。磁選除鐵技術一般適用于鋼渣的回收。具體而言，粗鋼生產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對現有廢鋼渣進行優(yōu)化處理，適當消化其中所含的氧化鎂或氧化鈣，避免成分波動狀態(tài)。

4.4 電爐處理技術

電爐主要借助電極產生的高溫進行礦石和金屬的熔煉，該技術具有靈活性大、溫度高、易控制等特點，當前被廣泛應用于含有Zn、Cr和Fe等金屬的冶金固廢資源化回收過程中。針對電爐處理技術，我國已得開展了大量的研究與應用，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性進行鉻渣的處理，在處理過程中，不僅可以生產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 結語

在新時代發(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發(fā)展的主旋律，國家對自然生態(tài)環(huán)境的保護不斷加強，因此冶金行業(yè)要想實現健康、長久的發(fā)展，就應該貫徹落實國家節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念，一方面有利于提高冶金行業(yè)生產水平及經濟效益，另一方面有利于提高自然資源利用率，降低環(huán)境污染，進而促進社會經濟與自然生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展。