我国冶金渣的综合利用及发展方向

□文/张建国 尹海元

中冶京诚工程技术有限公司

我国冶金渣的综合利用及发展方向

□文/张建国 尹海元

中冶京诚工程技术有限公司

Comprehensive Utilization and Development Direction of China's Metallurgical Slag

冶金渣综合利用是最具代表性的资源循环利用、节能、环保措施之一，也是钢铁工业实现健康、持续发展的一个重要保障，根据我国的国情和目前的技术水平，要想大量利用冶金渣，只有走开发节能、利废、环保的建材产品这条路。

据资料查证，目前我国每年的矿石采掘总量已达50亿吨，工业固体废弃物的产生量已达8亿吨，累计堆存量超过67亿吨，占用土地达到65412万m2，年产量最大的是矿山开采和以矿石为原的冶炼工业产生的固体废弃物，超过工业固体废弃物产生量的80%以上。目前我国钢铁总产量已达到6亿多吨，每年产生的冶金渣达1亿多吨。在冶金固废中排量大的主要有高炉水淬矿渣、钢渣、高炉重矿渣等，其中高炉水淬矿渣和高炉重矿渣利用率较高，而钢渣利用率较低，仅有20%左右。未得到利用的冶金渣长期堆放而未及时综合利用，冶金渣将逐渐失去活性难于再利用。

另外，在钢铁冶炼中，炉渣的产出量按重量计特别是按体积计时都超出金属的许多倍，一般来说，按重量计约为3～5倍、按体积计约为8～10倍。这些冶金弃渣的堆放不仅要占用大量土地，而且污染环境，特别是有害、有毒金属对地表和地下水源的污染，严重威胁着千百万人的身体健康。冶金弃渣的丢弃同时也会使一些有用组分分散，造成资源浪费。

针对我国冶金工业固体废弃物的现状，如何资源化处理与综合利用，是相关企业和机构必须重视和加大力度进行研究突破的课题。随着2009年1月1日《循环经济促进法》的颁布实施，如何大量利用冶金固废已成为各钢铁企业的当务之急。

一、冶金渣综合利用及发展重点

冶金渣中主要化学成分为二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化铁(Fe2O3、FeO)。主要矿物成分为硅酸二钙(Ca2S)、钙长石(CaS2)、蔷薇辉石(C3MS2)。冶金渣资源化高价值利用的关键是冶金渣的活性激发技术及设备。

我国对冶金渣的开发利用经历了3个阶段：20世纪的50～70年代属丢弃阶段,，除部分铁渣经过膨化处理生产矿渣水泥等，其余熔渣直排大自然，填沟占地，污染严重；20世纪80～90年代中期属粗放型开发阶段，用人工或机械将钢渣简单分离，废钢回炉 尾渣用于回填、铺路；20世纪90年代末至21世纪初属综合开发利用阶段，在钢渣分离的基础上，开始研制尾渣的深加工。

据业内调研显示，“十一五”期间，我国冶金渣的开发利用已经进入综合利用阶段，大部分钢铁企业已配套建有专业化的冶金渣处理厂。尤其是“十一五”后期，全行业加快了对冶金渣高价值利用的研究和应用，冶金渣处理利用工艺装备水平不断提高。

在钢铁冶炼过程中，伴随着钢铁制造要产生大量的固体废物，炼铁工序产生的铁渣、炼钢工序产生的钢渣以及轧钢工序产生的氧化铁渣，各除尘系统产生的冶金尘泥等冶金固废，在业内统称为冶金渣。冶金渣的综合利用是指从冶金渣中磁选除铁并将尾料大量用于建材产品的生产。从冶金渣中磁选回收的废钢铁可返回钢铁厂冶金再利用，磁选回收的尾料可用来生产水泥混合材、路基材、砌筑水泥、预拌砂浆、混凝土标砖、多孔砖，冶金渣蒸压加气砌块等建材产品。

近年来，国内各钢铁企业以固体废弃物全利用，零排放为目标，取得了很大进步，专业化集中管理与多种管理体制相结合也初见成效。目前，各钢铁企业基本完成了工业固体废弃物中含铁资源的全量处理和回收利用，利用路径为：固废资源回收一烧结一高炉一炼钢一轧钢，即所谓大循环利用模式，但其利用仍处于低层次、低效率、低附加值、低梯级的利用，表现为经济效益和环保效益的非最优化，在深度开发和高价值利用方面还有待进一步研究与发展，应该重点在以下几个方面发展。

1. 加强钢渣熔剂渣配料对烧结矿品位与质量的研究

钢渣经破碎磁选后回收的熔剂渣一直以来为烧结厂利用，配比一般在l15%左右。但熔剂渣的配入会影响烧结矿的品位和质量，主要是由于所配钢渣的加水润湿性能和造球性能较铁矿粉差，烧结厂用量有限甚至停止使用，使熔剂渣利用与外销压力增大。因此应加强烧结矿配加钢渣熔剂渣强化制粒的试验研究，探讨合适的钢渣熔剂渣配入量，保证烧结速度、烧结矿强度、成品率、利用系数、烧结矿还原性等指标符合要求。

2. 进一步开发钢渣在水泥生产中的应用

冶金渣作水泥和混凝土掺合料是冶金渣资源化利用的重要途径、减少排渣占地，保护环境，有利于冶金企业可持续发展，对节能、降耗、减少CO，的排放等都具有重大的经济效益和社会效益。应进一步加强钢渣用于水泥厂的生产试验研究和生产性验证，探索钢渣水泥生产最佳工艺控制参数，提高钢渣掺入量。

3. 开发钢渣粉生产线

为实现钢渣的高价值资源综合利用，近年来我国还对钢渣成分与胶凝性能关系进行了研究，在世界上首次提出钢渣是过烧硅酸盐水泥熟料，磨细至比表面积为400m2／kg的钢渣可等量取代10%～30%的水泥，直接用于混凝土建筑工程，可提高混凝土后期强度，提高耐磨性、抗冻性、耐腐蚀性能，降低水化热等，成本比水泥低30%，可降低工程造价，是高性能高耐久性混凝土的原料。被国家环保部列为国家先进污染防治示范技术，并开始推广使用。

目前，全国钢渣粉年产量已达300万吨，产品主要用于工程建设。在开发钢渣粉生产中要加强粉磨设备的选择和粉磨工艺的控制。

4. 钢渣作道路材料和建筑材料

关键是要解决钢渣的稳定性问题，需要对现有热泼法渣处理工艺进行改进，应加强钢渣热焖法处理工艺及装备等技术研究。湖南涟钢转炉钢渣热焖法处理及水硬性钢铁渣免烧承重砖的开发研究达到了较好效果。美国Alfred大学的Agrwal G等人利用钢渣制造出比普通玻璃耐磨耐蚀的富CaO的微晶玻璃。

5. 开发冶金尘泥生产炼钢用冷却剂、造渣剂

转炉泥、除尘灰、氧化铁皮等的综合利用，过去一直采取“回收一加工一烧结利用”工艺路线，不是固废资源的深度开发高附价值的利用方式。利用转炉泥等冶金尘泥生产符合炼钢要求的冷却剂、造渣剂，使冶金尘泥的利用工艺从过去的“废料一烧一铁一钢”大循环利用向“废料一钢”小循环利用转变，使系统能耗更少、污染更小、成本更低、效益更好。因此应继续加大研究并推广冶金固体废弃物资。

二、冶金渣综合利用的发展方向

由于我国炼铁炼钢技术还不够先进而钢产量稳居世界第一，因此各钢铁企业每年都会产生大量的不同种类的冶金渣。根据我国的国情和目前的技术水平，要想大量利用冶金渣，只有走开发节能、利废、环保的建材产品这条路。

矿业及其后续产业是国民经济建设的强大支柱，与其将冶金弃渣排放后再利用，不如组织无废生产，或在工业区域内建立生产综合体，使各物质流在生产过程中循环，不向自然界排放废物。只有这样做才能最有效地保持人类生存空间，造福子孙后代。今后冶金弃渣的综合利用研究发展的可能方向为：

1.综合利用要求尽量开发无二次固体废弃物排放的洁净冶金新工艺，提高资源综合利用的整体科技水平，提高产品的附加值；

2.进一步加强对冶金弃渣物性的深入了解，对冶金弃渣的利用应有系统的科学和工程研究规划，为多途径利用冶炼渣(如物理方法、化学方法、生物方法等)提高资源化水平奠定基础；

3.对不同冶金弃渣进行跨行业集成化，使其达到互补综合利用；

4.开发低污染、低成本、低能耗、短流程的弃渣处理新工艺与装备及其高效控制技术，努力使二次资源的利用变为有利可图的环保产业；

5.积极开展冶金渣利用的技术、经济与环境评价，为冶金渣科学综合利用提供指导与评判标准。

6.冶金渣资源化高价值利用的关键是冶金渣的活性激发技术及设备。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价值利用才有广阔的前景。

三、我国在未来冶金渣处理方面的几个建议

1. 借鉴国外的发展经验

从德国冶金渣在各领域如建筑和农业方面的应用可以清楚的看出，德国钢铁工业不仅早在一百多年前随着西门子)马丁法及电炉法的发展就为废钢铁的循环利用具备了先决条件，而且也在高炉炉渣和钢渣的应用方面具有一百多年的光辉回顾史。我国钢铁工业也需为钢渣尽可能大量高效的在各领域得以利用作出更大的努力。首先保证高炉炉渣在我国建筑行业完全利用，矿渣的获取方式在未来也要继续改善，即尽可能努力去改善粒化条件和矿渣的性能。对钢渣则可大量应用于道路工程中，这点在部分高校和研究所已得到重视，如武汉理工大学对钢渣的高效应用正做着深入的实验室和工程实际研究。我国钢渣新排渣中游离氧化钙的含量比德国的要高，如何改变生产工艺和后期处理工艺使得游离氧化钙的含量降低也是一个"待研究的课题，因为这关系到混凝土长期耐久性的问题。在这方面我们可以借鉴德国的处理方法来解决如何减低游离氧化钙的含量问题。同时要利用钢渣优势突出的技术特性，致力于代替天然岩石应用于建筑工程、交通及水工工程。并将继续尝试获取特定类型的液态钢渣，从而来获取高效冶金粉末或者胶结料。

最后要通过有目的的改善技术工艺，努力去应用尚存的少量的剩余渣，拟将如今在我国还未得以完全利用的高炉炉渣、钢渣及铁合金渣等在近年得到充分利用。

2. 进一步健全冶金渣的综合利用政策

完善冶金渣资源综合利用的鼓励和扶持政策措施，完善税收优惠政策。把冶金渣加工处理、产品销售和产品应用纳入再生资源优惠产品目录，进一步加大对冶金渣资源综合利用和深加工产业的支持力度。对于冶金渣综合利用要实现有奖有罚，形成对企业的激励机制。

3. 改革运营模式，解决资金投入不足的问题

据了解，目前我国冶金渣处理和运营以两种模式为主，一是由钢铁企业自己投资建设，自己或委托运营。二是由专业化公司投资和运营。钢铁企业长期以来以钢铁生产主体为重，近年来越来越重视冶金渣的处理和资源综合利用，但仍存在渣处理项目资金难落实的情况。近两年国内兴起的冶金渣专业化、规模化开发公司，专业性强、技术先进、管理经验丰富，参与到 台金企业的冶金渣处理和运营，有利于其引进和应用先进工艺设备，有利于终端产品和应用市场多元化发展，有利于保证冶金渣的零排放，是行业发展的重要途径。

略

book=58,ebook=322