永钢钢渣工艺矿物学及其综合利用技术★

江飞飞 马 剑

(江苏科技大学(张家港)船舶与建筑工程学院，江苏 张家港 215600)



·绿色环保·建筑节能·

永钢钢渣工艺矿物学及其综合利用技术★

江飞飞 马 剑

(江苏科技大学(张家港)船舶与建筑工程学院，江苏 张家港 215600)

介绍了永钢集团经洒水降温处理后转炉钢渣的工艺矿物学特性，利用XRF，XRD，SEM微观测试技术，研究了钢渣的成分组成、含量及颗粒形状。归纳总结了钢渣的内外循环综合利用技术，并针对存在的问题提出了未来钢渣处理的研究重点。

钢渣，工艺矿物学，转炉，综合利用

1 概述

“十二五”期间，在高速经济发展的推动下，我国粗钢产量由2010年的6.3亿t发展到2015年的8亿t[1]，但也伴随产生了大量钢渣废弃物，其质量约为钢材的12%～14%。由此推断，去年我国钢渣产生量达到1.1亿t。旧渣无法消耗，新渣却还在不断增加，严重制约了我国钢铁产业的可持续发展，并且污染环境，给人类的生存带来了极大的威胁。因此，如何有效的利用这些钢渣，使之既能带来经济效益，又能起到保护环境的作用，是当前可持续发展的重要议题。本文利用XRF,XRD,SEM微观测试技术，研究了永钢转炉钢渣的成分组成和含量，并介绍了钢渣综合利用新技术。

2 钢渣处理现状

永钢集团是集烧结、炼铁、炼钢、轧钢于一体的大型钢铁企业。2013年，炼铁、炼钢、轧材的年生产量分别达到726万t,732万t和782万t，每年为国家生产大量优质钢材的同时，也产生了近200万t的钢渣。近些年，由于钢铁行业“零”排放政策的推行，各大钢企积极开发钢渣利用新技术。目前，钢渣的利用按照用途大致可分为内循环和外循环，内循环是指钢铁企业内部回炉使用，作为炼钢的返回料和烧结矿的原料；外循环主要是指用于农业和建材行业等领域。

3 工艺矿物学特性

钢渣的主要成分为：CaO,SiO2,FeO,Al2O3,MgO等，不同钢厂由于铁矿石以及生产工艺的不同，产生的钢渣外观形态和成分差别也较大[2]。本文通过XRF,XRD,SEM微观测试技术，研究了沙钢钢渣的主要物相组成及具体含量。

3.1 钢渣化学成分

利用美国Thermo Electron公司的ADVANT’XP型X射线荧光光谱仪(X-ray fluorescence spectrometer, XRF)测其化学成分，主要化学成分(质量分数)如表1所示。

表1 钢渣化学成分 %

3.2 钢渣XRD分析

利用日本RIGAKU公司的SMARTLAB(3)型X-射线衍射仪分析了钢渣的矿物组成，如图1所示，钢渣的主要矿物组成为C3S,C2S,C2F和RO，并还有少量Ca(OH)2,f-CaO和方镁石等。

3.3 钢渣SEM分析

由图2可知，钢渣主要由大小不同的粒状颗粒和少量不规则团聚体组成，部分小颗粒附着在大颗粒表面，还有小颗粒聚集在一起形成大的颗粒。颗粒的棱角比较明显，整体疏松多孔，具有较大的比表面积，级配大颗粒(20μm左右)和小颗粒(4μm以下)较多。

4 钢渣综合利用技术研究

钢渣主要来自金属炉料中Si,Mn,P等元素的氧化物，被浸蚀、剥落的炉衬材料，以及为调整炉渣性质而向炉内加入的造渣材料(如石灰、萤石、白云石等)。沙钢集团的钢渣综合利用大致分为内部循环和外部循环，内部循环指钢渣在钢铁企业内部利用，作为烧结矿的原料和炼钢的返回料；外部循环指用于建材、农业等领域。

4.1 钢渣的内部循环利用

由于具有可观的经济效益，钢渣在钢铁企业内部循环一直广受重视。钢渣含有钙、铁、锰、镁的氧化物和一些稀有元素，且钙、镁均以固溶体形式存在，可替代溶剂，减少石灰石、白云石、菱镁矿的消耗；同时由于钢渣本身是熟料，可作为烧结矿的增强剂，内含的铁酸钙对烧结矿有一定的改善作用。

目前几大产钢大国都采取了将钢渣返炉做溶剂的生产工艺，美国所占比例约为56%，德国约为24%，日本约为20%。但钢渣的成分波动较大，烧结配矿时要求钢渣各种氧化物成分波动不大于±2%，粒度要求小于3mm，对破碎和筛分要求较高；同时，多次返炉烧结会造成P等有害元素的富集。正是由于这些不利因素，虽然目前沙钢也将产生的中低品位钢渣用于烧结生产，但掺入量仅为10%左右，图3为永钢钢渣处理工艺图。

4.2 钢渣的外部循环利用

钢渣内含有一定活性的C2S，C3S，具有一定的胶凝性，且还有较高的钙、硅及多种微量元素，可用于建材、农业、化学等领域。

4.2.1 钢渣用于建材行业

钢渣在建材行业的用途主要有：水泥原料、矿物掺合料、地基回填、骨料替代和铺筑道路等。钢渣中含有C2S，C3S等矿物，加水后能够水化，具有一定的胶凝活性，在一定程度上能替代水泥使用。已有研究表明：钢渣加入混凝土后具有耐磨、耐腐蚀、低水化热和后期强度高等优点。但钢渣易磨性较差，不同钢厂或同一钢厂不同批次的钢渣成分波动较大，且f-CaO有安定性的问题，由于以上因素的制约，钢渣水泥在实际工程应用效果并不明显。

4.2.2 钢渣用于化学领域

钢渣中含有一定量的SiO2和MgO，能够作为掺合料烧制成陶瓷材料和微晶玻璃，具有强度高、硬度大和耐磨性强等优点。张全鹏,刘立强等利用钢渣和赤泥两种费料复掺，在不加助溶剂的情况下制备出了微晶玻璃，力学性能和化学稳定性良好，当掺入50%的钢渣时，微晶玻璃的抗折强度为162MPa，显微硬度为840MPa[3]。

4.2.3 钢渣用于农业

钢渣中含有大量的钙、硅、铁、镁和少量的P,Mn,Cu,Zn等元素,能制成肥料提供农作物生长所需的各种营养元素。同时钢渣颗粒较细，比表面积较大，能作为酸性土壤改良剂。姜永利等以土壤重金属原位固定技术为基础，确定了土壤的污染程度，并用钢渣、石灰和普钙三者单掺及复掺使用，研究了其抑制钢渣吸收重金属的效果，结果表明：通过添加钢渣等进行土壤改良，土壤从偏酸性提高至中性，从有利于降低土壤重金属的活性，减少了甘蔗对重金属的吸收；并且促使土壤的氮磷含量均有所提高，在一定程度上增高了土壤肥力[4]。

5 结语

目前国内对钢渣的资源再利用越来越重视，且取得了一定的研究成果，提高了资源利用率的同时又保护了环境。但由于钢渣自身物理化学特性，其在各行各业的使用仍存在大量的问题。因此有必要进一步对钢渣进行深入研究，集中解决以下几个问题：

1)钢渣的成分波动较大，应对钢渣种类进行分类，科学合理分类使用；

2)相比水泥或粉煤灰等其他掺合料，钢渣的比重较大，同等体积的掺钢渣混凝土比普通混凝土的质量大很多，对地基的要求较大，增加了建筑成本；

3)钢渣中含有大量的游离CaO和MgO，能引发混凝土安定性的问题[5]；

4)利用钢渣的膨胀特性研制掺钢渣微膨胀混凝土，补偿混凝土的自收缩；

5)随着钢渣存量的持续增加，有必要开发钢渣使用的新领域。

[1] 关于印发钢铁工业调整升级规划(2016—2020年)的通知[Z].

[2] 王爱华.钢渣的综合利用研究[J].中国资源综合利用,2009(12):8-9.

[3] 张全鹏,刘立强.钢渣—赤泥微晶玻璃的制备及性能[J].材料科学与工程学报,2013,31(6):896-900.

[4] 姜永利.个旧尾矿库复垦农田植物固化修复研究[D].昆明：昆明理工大学,2012.

[5] 王 博.钢渣中游离氧化钙、游离氧化镁的测定及其安定性研究[D].北京：北京化工大学,2010.

TheslagprocessmineralogyandcomprehensiveutilizationtechniqueofYonggangcorporation★

JiangFeifeiMaJian

(SchoolofNavalArchitectureandCivilEngineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology(Zhangjiagang),Zhangjiagang215600,China)

Introduce the corporation’s process mineralogy of steel making slag which is treated by watering for temperature reduction. By means of using microcosmic testing techniques, such as XRF, XRD and SEM, the composition, content and particle shape of the slag were researched. The circulation and reutilization of the slag and the comprehensive utilization of external loop current situation were also summarize. Meanwhile, the researches focused on slag treatment in the future were proposed in the end.

steel slag, process mineralogy, converter, comprehensive utilization

1009-6825(2017)12-0184-02

2017-02-16★：张家港市科技局2015年软科学计划项目(编号：ZKR1503)

江飞飞(1989- )，男，在读博士

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