浅析钢铁工业固体废物资源化综合利用

赵新宇

（黑龙江省环境保护科学研究院 黑龙江哈尔滨150056）

经过多年的科学实验和大量的实践证明，钢铁工业固体废物可实现减量化、资源比和高价值综合利用。目前，钢铁渣主要利用途径在建筑材料上，特别是水泥行业，钢铁渣粉需求员前景非常广泛。

1 高炉渣的处理工艺

高炉渣是高炉冶炼过程中，由矿石中的脉石、燃料中小的灰分和溶剂(一般是石灰石)中的非挥发组分形成的固体废弃物。按冶炼生铁种类的不同，可分为锻造生铁渣、炼钢生铁渣、特种生铁治和炼合全钢生铁渣4种。

高炉渣的主要化学成分是CaO、SiO2，AL2O3和MgO，其总量一般占90%以上；次要成分是少量的MnO、TiO2、S、Na2O和K2O。高炉渣警官缓慢冷却后可生成钙黄长石（2CaO.SiO2.Al2O3）、硅酸二钙（2CaOSiO2）、镁方柱石（2CaO.MgO.2SiO2）、钙镁橄榄石（CaO.MgO.SiO2）等的固熔体和玻璃体的矿物。

高炉渣的产生数量与矿石品位有关。目前我国冶炼1吨生铁约排出高炉渣0.6~0.8t。日、美等国约0.27~0.3t。我国目前一年大约排2100万t高炉渣，美、日各排2700万t。最初各国的高炉渣都是花费巨额资金设置堆渣场。随着科学技术的发展，目前已有各种加工处理方法，将高炉渣加工成可资利用的材料。

我国通常是把高炉渣加工成水淬渣、矿渣碎石、膨胀矿渣和膨胀矿渣珠等形式加以利用。

1.1 水淬工艺

水淬工艺是我国高炉渣在利用之前加工处理的主要方法。目前我国有90%的高炉渣采用水淬工艺处理成粒状水渣，主要用于水泥等建材行业。

水淬工艺主要采用的方法是池式水淬法和炉前水淬法。池式水淬法是利用渣罐将接取的熔融渣送至水淬池进行急剧冷却的方法。这种方法要有渣罐、渣车和铁路运输线等设施，投资多，而且熔渣遇水急冷时，随同蒸汽产生大量硫化氢和渣棉散入环境，污染大气。

炉前水淬法是在炉台前设置4%坡度的冲渣沟，以10倍的水在炉渣出炉后址行冲淬，然后积入沉渣池。这种工艺简单，节省设备，我国目前钢铁企业都采用此法，其缺点是在高炉前产生大量蒸汽污染环境，冲渣沟占地面积较大，冲渣水末实行闭路循环。造成水耗和电耗高。

近年来，日本与英国研究采用了脱水塔水淬法。此法是在炉钱设置冲渣罐，用砂泵将渣水混合物打入脱水塔，脱水后的水渣立即装车外运，脱出的水可回收再用。这种方法的优点是占地面积小，水渣含水率低，但是砂浆易磨损。德国等国采用滴滤池法，将渣冲入底部带有筛孔的沉渣池，立即脱水。这种方法较脱水塔构造稍简单，但池底需经常反冲维护，投入的建筑材料多。

1.2 矿渣碎石工艺

矿渣碎石是高炉熔渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却形成较为致密的矿渣后，再经过挖掘、破碎、磁选和筛分所得到的一种碎石材料。此法工艺简单，生产方便。可以采用炉前热泼，节省了抛渣费用。也可把炉渣装渣运到渣场热泼。

1.3 膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺

膨胀矿渣是适量冷却水急冷高炉熔渣而形成的一种多孔轻质矿渣。

膨胀渣珠的形成过程是热熔矿渣进入流槽后经喷水急冷，又经告诉旋转的滚筒击碎、抛甩继续冷却，在这一过程中熔渣进行膨胀，并冷却成珠。

高炉熔融渣制成膨胀矿渣的方法，有坑式法、池式法、流槽法、堑坑法、滚炉法、翻转盘法和离心机法等多种生产方法。生产过程是利用直径为1m，长3m左右的叶片滚筒，将熔融的矿渣打散抛向空中，在适量水和渣本身的气体和表面张力作用下，凝固成内含微孔、表阳光滑、人小不等的膨珠。自然形成级配的膨珠是良好的轻混凝土骨科，也可替代水渣作水泥混合构料。该种方法较生产热泼矿渣周转快，也无需进行破碎，工艺简单；较生产水渣节省水、投资省、排出的硫化氢和废水极少、对环境影响小等优点较多。膨珠还是空心砌块的优质原材料、也是良好的筑路材料。

2 炼钢渣的处理工艺

钢渣是炼钢过程中的副产物。钢渣按冶炼方法可以分为平炉钢渣(初期渣、出钢渣，精炼渣，浇钢余渣)、转炉钢渣和电炉钢渣（氧化渣、还原渣）。

钢冶炼过程中，每生产1t钢，要排出0.15~0.25t钢渣，钢渣的产生量约为钢量的20%左右。我国目前每年排钢渣约900万t，美国1700万t以上，全世界约1~1.5亿t。

钢渣的构成中转炉渣所占比例较大，占87.5%，电炉渣仅占12.5%。转炉钢渣的预处理主要有水淬法、热闷法、热泼法及自然风化法等，经以上方法预处理后，再经过磁选回收废钢后，可用生产建材制品、钢铁冶炼的溶剂或原料等，广泛地应用在各相关领域。

由于炼钢设备、工艺布置、造渣方式、钢渣物化性能的多样性及其多种利用途径，决定了钢渣处理工艺上的多样化。

2.1 热泼碎石工艺

热泼碎石是将熔融钢渣用渣罐送到泼渣场，按每层厚度为大约30cm的厚度倾倒。为了不让渣结成大块，当倒完一层钢渣后，喷以适量水，待其冷凝后再倒第二层。为了控制钢渣的强度和结晶情况，每层泼倒的时间间隔约7h。这样，下面的冷渣受成15cm粒径的碎块，易于进一步破碎加工。另外，底层冷渣受上层热渣影响，发生“退火”作用，性质变脆，所以易于破碎加工。之后，经过破碎、筛分、磁选等工序，选出废钢后，不同成分和规格的钢渣，可供各种用途利用。

2.2 转炉钢渣盘式水淬法

转炉钢渣由于碱度低、黏度大和夹钢多等原因，在水淬过程中，如果渣与水的比例不当，有可能发生爆炸，威胁生产安全。所以，一般处理高炉、电炉渣的水淬方法，往往不能适应转炉渣。

转炉钢渣可采用盘式水淬法(又称浅盘水淬法)。其工艺过程是：先用渣罐接取熔融钢渣运到距转炉约200m的水淬间，水淬间配置有水淬盘；用吊车将渣倒在水淬盘上，使渣层厚度保持在100mm左右；随即在渣层上淋水，使钢渣凝固并破碎；待其颜色由红变为灰黑（温度约为500℃）时，再用吊车倾翻渣盘，将渣倒在运渣车上，同时淋水使渣继续冷却；待渣温降到200℃后，运到车间外的水池继续泡渣，使渣碎化。每炉钢渣的处理周期为40min左右。处理后渣的大部分为30mm以下的碎块和碎粒，有利于废钢的回收及利用。此法具有设备简单，周转快，操作环境好，节省劳动力等有点。

2.3 转炉钢渣滚筒水淬法

此法是在水池边安装直径为1~1.5m，转速为200r~300r/min的滚筒。将熔渣以每分钟1~2t的流量倒置滚筒上。在滚筒的离心力和喷淋水的双重作用下，熔融渣被分散、冷却成细小颗粒，落入水池。渣粒度在5mm以下，易回收废钢和加以利用。这种方法适用于处理流动性较好的大型转炉的钢渣。

2.4 炼钢渣的综合利用

由于钢渣成分复杂，且各种成分含量的变化幅度较大，过去钢渣的利用率一直不高。目前，我国钢渣利用率约80%。美国的利用率最高，在20世纪70年代达到了排用平衡。

2.4.1 钢渣矿渣水泥。主要原料是钢渣、高炉水渣、石膏和水泥熟料。目前生产的矿渣水泥有两种。一种是用石膏作激发剂，其配比为钢渣40%~50%，高炉水渣40%~50%，石膏8%~12%，生产标号达300~400号的水泥。另一种以熟料和石膏作复合激发剂，其配比为钢渣35%~40%，高炉渣35%~45%，石膏3%~5%，水泥熟料10%~15%，生产水泥标号达400号以上。

2.4.2 白钢渣水泥。以电炉还原渣为主要原料，掺入适量经700~800℃煅烧的石膏，经混合磨细制成的一种新型胶原材料。

2.4.3 氧化渣由于其稳定性较转炉钢渣好，现已应用在路基材料中或返回烧结利用。

2.4.4 碱性炼铁炉的钢渣经水淬后渣中钢形成小粒，可经磁选回收。选余渣再制磷肥和水泥。钢渣磷肥含磷及多种微量元素，适用于酸性土壤，能改良土壤，又可作饮料添加剂，其有效五氧化二磷为14%~18%。

2.4.5 钢渣返回烧结矿或直接汇高炉代石灰石作助熔剂。随着科学技术的不断发展，钢铁工业固体废物资源化综合利用率会越来越高，对于环境的危害也会越来越小。