浅谈钢渣的综合利用

李冰唐彪王星磊

随着钢铁工业的快速发展，钢铁生产过程中排出的废渣量也随之增加。钢渣是炼钢生产过程的副产品，其数量约为粗钢产量的10～15%[1]。据统计，我国2015年粗钢产量达到8.04亿t，钢渣的产量约1亿t左右，而其综合利用率仅为22%左右[2]。大部分钢渣只是进行了简单的堆弃处理，不但占用了大面积的土地，造成了可用资源的浪费，也给大气、河流、土壤带来了很严重的污染。因此，钢渣的综合利用势在必行。

1　钢渣概述

1.1　钢渣的来源

钢渣是转炉、电炉或精炼炉冶炼过程中排出的熔渣，主要是由炉料中各元素被氧化后生成的氧化物，被侵蚀的炉衬料以及加入的造渣材料等物质构成。

1.2　钢渣的组成

钢渣的化学成分主要有：CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5和f-CaO、f-MgO[3]。由于不同的钢铁生产工艺以及原料的不同，钢渣的成分也存在着一定的波动。

钢渣的主要矿物相为硅酸二钙、硅酸三钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙、游离石灰（f-CaO）、RO（R代表镁、铁、锰的氧化物，即FeO，MgO，MnO形成的固熔体）等。钢渣的矿物组成与其化学成分有关，如碱度。在炼钢过程中需要不断的加入石灰，钢渣的组成成分也随石灰量的增多而发生变化。渣在炼钢初期的成分主要有钙镁橄榄石，因其碱度不断提高，吸收CaO从而转变成为钙镁蔷薇辉石，期间还伴随着RO相的放出。继续增加石灰，则生成硅酸二钙和硅酸三钙。

1.3　钢渣的性质

冷却后的钢渣颜色随着碱度的变化而变化，一般低碱度钢渣显灰色，较高碱度的钢渣呈褐灰色[4]。钢渣质地坚硬，密度比较高，通常在3.2×103～3.7×103kg/m3之间。钢渣的普遍抗压强度为 168～307MPa，冲击强度为15次，较难破碎。由于游离氧化钙（f-CaO）、游离氧化镁（f-MgO）存在于钢渣中，游离氧化钙要消解成为氢氧化钙，游离氧化镁会转变为氢氧化镁，这些都会导致钢渣的体积膨胀。所以，钢渣在常温的情况下一般都是不稳定的，只有当f-CaO、f-MgO含量很少，或者全部消解完全的时候钢渣才会变得稳定。

2　钢渣的处理技术

由于国内各钢厂钢渣种类不同，我国钢渣处理技术呈现出多元化，包括水淬法、热泼法、粉化法等。每种工艺都有各自的优缺点[5～6]，详细情形见表1。

表1　钢渣处理方法过程与优缺点

3　钢渣的综合利用

3.1　钢渣在建筑领域中的应用

（1）生产钢渣水泥

钢渣中含有大量的硅酸二钙和硅酸三钙等活性物质，这些活性物质与硅酸盐水泥熟料主要成分相似。以钢渣为主要原料，加入一定量的掺合料和适量的石膏，经混合、球磨后，可生产钢渣水泥[7]。钢渣水泥具有微膨胀性和良好的抗渗透性能，可广泛应用于防水混凝土工程。

（2）作为铺路和回填材料

钢渣具有密度大、强度高、磨损性小等优良特性。粒径比较均匀且f-CaO含量较少的钢渣可用于修筑公路、铁路的基础。据统计，美、日、俄、德、法等国家产出的50%左右的钢渣用于道路工程建设。经陈化处理后的钢渣也可用来作回填材料，日本利用钢渣填海，实现了人造陆地。

（3）制备砖和砌块

钢渣具有较高的潜在水硬胶凝性，以粉状钢渣作为主要原料，掺入部分粉煤灰和激发剂，加水搅拌，经轮碾压制成型，蒸养后可制成建筑用砖。

3.2　钢渣在冶金领域中的应用

（1）作钢铁冶炼熔剂

使用钢渣作为烧结熔剂或高炉炼铁熔剂，主要是由于钢渣中含有40～50%的CaO，CaO可以代替石灰石用作烧结或炼铁配料。钢渣中Ca是以氧化物的形式存在，在冶炼过程中不需要经过碳酸盐高温分解，这可降低冶金燃料的消耗。

（2）回收金属

钢渣中含有大量的铁粒，平均质量分数约为25%，含废钢量约为10～15%。通过破碎磁选可以回收废钢铁，进而进行重新利用[8]。除了含有金属铁外，钢渣中还含有其他金属，如Mn、Cr、V等。人们尝试多种途径回收这些有用金属，创造了一定的经济效益。

3.3　钢渣在农业领域中的应用

（1）用作肥料

初期炼钢炉渣含磷高，经过破碎、磁选、再破碎等工艺处理后，就可以得到钢渣磷肥。钢渣磷肥适用于酸性土壤和缺磷的碱性土壤，能起到改良土壤质量和提高农作物产量的作用[9]。钢渣中也含有较多的可被植物吸收的活性硅。硅是水稻生长的必需元素，对于缺硅的稻田，钢渣硅肥是一种不错的硅素补充剂。除此之外，钢渣硅肥也适用于玉米等喜硅作物。钢渣中还含有一定量的锌、硼、锰等微量元素，可以生产钢渣微量元素肥料。

（2）改良土壤

钢渣中含有较高的CaO，因而具有良好的改良酸性土壤的作用。对于有些农作物特别有利，是农业上理想的土壤改良剂[10]。

3.4　钢渣在其他领域中的应用

钢渣表面具有良好的吸附过滤性，可以去除废水中杂质颗粒，部分重金属离子和有机物。因此，钢渣在重金属离子废水、有机涂料废水处理方面都具有良好的效果。在医学范畴中，由于钢渣中含有Ca、Mg、Fe等元素，能够用来作为治愈风湿性关节炎、神经痛、皮肤病等病痛[11]。

4　钢渣利用中存在的问题

4.1　钢渣成分波动大

由于炼钢方式、炼钢原料以及初处理方式的不同，造成钢渣成分和质量存在较大的波动，不利用应用。

4.2　钢渣稳定性不良

钢渣中f-CaO和f-MgO含量高，在常温下遇水发生水化膨胀。若钢渣不进行处理，直接应用于建材行业，会造成构筑物开裂，甚至造成整体建筑的损坏。因而制约了钢渣在建筑材料中的使用。

4.3　磨细能耗大

钢渣硬度大，易磨性较差。利用常规的粉渣设备磨至适宜的粒度，既费时又耗能[12]。

此外，钢渣杂质含量高，影响直接回收利用。

5　钢渣利用的发展趋势

5.1　新型钢渣处理工艺的开发

现阶段钢渣的处理工艺主要以水淬为主，处理流程长且耗水量大，产生二次蒸汽难以利用。因此应积极的开发清洁化、更节能、短流程、可回收余热资源的新型处理工艺。

5.2　钢渣稳定性工艺的研发

国内相关企业一直致力于钢渣稳定工艺的研究开发，如热闷技术等。如果能很好的处理钢渣的安定性问题，那么可以进一步的提高钢渣综合利用率、扩大资源化利用范围。

5.3　高效节能粉磨设备的开发

传统的粉磨设备电耗大，生产成本高。在原有设备的基础上，研发出新型节能、低耗的超细粉磨设备，将粉磨的成本降至最低。对开创钢渣广泛应用的新局面大有裨益。

5.4　钢渣在高附加值产品领域中的研究

对钢渣进行分级、分类处理，使钢渣成分稳定、粒度分级，能够真正成为商品化的二次原料资源，有利于钢铁行业的可持续发展。

我国钢渣处理需要在认识上加以重视，在经济上加大投入，有效的进行钢渣的综合利用，创造出更好的经济效益和社会效益。

[1]肖永力，李永谦，刘茵.宝钢BSSF渣处理工艺技术的研究与工业应用[J].宝钢技术（增刊），2009：90.

[2]黄 丽，徐 杰.浅谈钢渣热闷的现状及发展[J].工业加热，2016，45（4）：68～69.

[3]高本恒，郝以党，张淑苓，等.钢渣综合利用现状及发展趋势[J].环境工程，2016，34：776～777.

[4]张劲，陆文雄，王雪，等.钢渣的利用及其应用研究进展[J].粉煤灰综合利用，2014（2）：46～47.

[5]I.Akm Alton,I.mail Yilmaz.Study on stee1 fumace slag with high MgO as additivein in Poa-and cement.and concrete research[J].WasteManagemt，2002，32：1713～1717.

[6]Caljun Shi,Jueshi Qian.High Perfomance cementing materials fromindustria1 slags-areview.[J].Rsources,Consenation and Rccycling，2000，29：195～207.

[7]韩孝永.浅谈钢渣的综合利用[J].再生资源研究，2007，6：39～42.

[8]王爱华.钢渣的综合利用研究[J].中国资源综合利用，2009（27）12：8～9.

[9]陈盛建，等.钢渣综合利用技术及展望[J].南方金属，2004（5）：1～4.

[10]程绪想，杨全兵.钢渣的综合利用[J].粉煤灰综合利用，2010（5）：45～49.

[11]李 婕.浅谈钢渣的综合利用与资源化[J].山西冶金，2005，3：32～34.

[12]杜鑫，聂文海，柴星腾，等.钢渣粉磨系统应用现状[J].中国水泥，2015（4）.