冶金固体废弃物资源化处理与综合利用

李亚东，徐 征，范兴祥，刘 聪，黄 卉

（1.昆明冶金高等专科学校 冶金与矿业学院，云南昆明 650033；2.昆明市稀散及贵金属资源综合利用重点实验室，云南昆明 650033；3.稀散及贵金属二次资源综合回收及深加工应用技术协同创新中心，云南昆明 650033；4.红河学院 化学与资源工程学院，云南蒙自 661199）

对于固体废物的分类来说，其大致可以分为两种固体废弃物：其一就是金属制造企业在进行采选过程中产生的固体废弃物。其二就是在冶金工业中，对金属进行冶炼和锻压等复杂加工过程中产生的固体杂质废弃物。以上两种工艺产生的固体废弃物性质上有所差异，其在进行资源化二次回收处理时也应该区别对待。

1 我国的冶金固体废弃物资源化处理与综合利用现状

截止到今天，许多钢铁生产工业产生的固体废弃物，根据其种类、性质的不同，有很大一部分已经得到了合理且充分的资源回收和利用。其中，对于水碎作业过程中产生的高炉灰渣的利用率已经接近百分百，但是对于一些重矿产生的固体废渣等具有一定特殊性质的灰渣，则尚未有较为妥善的回收处理办法。在钢铁工业中，企业对于产生的固体钢渣的利用率偏低。在进行矿物采取过程中，尾矿的处理量很大，但是对其利用的数量却很低，而其中的废石渣的回收处理状况更是不尽人意，因此造成了大量的采矿区固体废渣堆积。

对比世界上的部分发达国家，我国在钢铁工业中的固体废弃物二次回收处理方面做得并不好，回收工艺与效率与之相比还存在较大的差距。再者，根据各大钢铁生产企业所使用的生产原料的差异，生产设备的差距以及生产工艺的不同，导致了相同种类和性质的固体废弃物，在不同企业以及不同工艺生产线上的资源回收利用效益差别巨大。目前来看，钢铁生产工业的主要废弃物二次处理资料较为缺乏，对于废铁矿石的处理和回收工作做得不到位，极大增加了废铁矿渣的回收处理难度。因此，对于钢铁工业的固体废渣的资源化回收处理工作的研究就显得相当迫切且有必要。

2 冶金固体废弃物具有的危害性

2.1 对大气产生污染

一些固体废料在堆放期间，会在水分以及温度等条件的作用下分解出一些有毒气体或物质，会对大气产生巨大危害，影响农业发展和市容市貌，而且也会被人吸入体内，给人体健康带来巨大危害。

2.2 对土壤产生污染

冶金工业的运转会产生诸多有毒物质。这些有毒物质在接触土壤之后，会对土壤产生巨大危害。具体来说，冶金固体废物会被堆积处理，而其在被雨雪淋溶之后，一些有毒的可溶成分会通过水分由地表渗入地下，使得土壤变得“有毒”，呈现出硬化、酸化、碱化现象，甚至会出现重金属污染等情况。

2.3 对水系统产生污染

冶金固体废料所具有的毒素，不但能经由土壤来渗入到地下水当，而且也会在风吹雨淋以及一些人为因素影响下渗入到地面水当中。而且，部分企业环保意识欠缺，不进行任何处理就将废渣倒入附近河流或者海域之中，引发大面积的水资源污染。这样做的后果就是水域当中的鱼类或水生生物大量死亡，或者出现生长畸形、自带毒素等现象，给人们饮食健康带来诸多危害。

3 冶金固体废弃物资源化处理与综合利用的途径

3.1 利用固体废弃物种植植物

加拿大、澳大利亚、德国、俄罗斯、美国等发达国家的矿山土地复垦率已＞80%。我国矿山的尾矿复垦工作开始于60年代。南芬选矿厂利用运土垫地以恢复耕作的方法使过去的不毛之地变成了蔬菜生产地。虽然用铁尾矿可复垦植被，但其物化性质与普通土壤差别很大，铁尾矿不含有机物质和其他营养成分，肥力较低；质地较粗，结构疏松，使尾矿具有较差的保水性，且pH偏高，这些都对植物的生长不利。提高铁尾矿肥力的方法主要有两种：

（1）在尾矿中掺入其他矿物来提高肥力，如在铁尾矿中添加一定量的有机肥、土壤、保水剂后，尾矿基质的pH随着有机肥、土壤、保水剂的增加不断降低，随着有机肥、土壤加入量的增加，尾矿基质的有效磷、碱解氨含量均不断增加。影响铁尾矿基质速效养分提高最大的是施用有机肥，其次是土壤。

（2）依据土壤和生物相互作用的生态原理，利用生物来改善土壤结构、提高肥效。如选择对尾矿适应性较强的植物来构建人工植被，改善其肥力。研究表明，种植具有固氮作用的适生树种对尾矿进行造林，能使铁尾矿复垦地的物种多样性明显提高。目前正在研制的”冶金矿山土地复垦专家系统”，能为不同气候条件、不同地区、不同矿石特征以及土壤的矿山提供关于最佳复垦方法等方面的专家咨询。

3.2 利用固体废弃物处理废水

目前将铁尾矿用于处理污水主要有两种方法，一是直接作为载体处理生活污水，二是制备无机高分子絮凝剂聚合硫酸铁。王化军教授在实验室条件下成功地将磁铁矿作为三相流化床的载体用于污水处理，但磁铁矿作为载体存在着密度大、难以流化的缺点；而铁尾矿是磁铁矿和石英的共生体，其密度明显比磁铁矿小，在废水处理中应用比磁铁矿更易流化。研究表明，将磁选后的铁尾矿作为普通曝气池模型的载体，当停留时间相同时，可显著提高COD去除率。用铁尾矿作为载体处理生活污水，使污水的停留时间缩短，单位时间内污水的处理量增加，处理后的载体回收后可再次利用。铁尾矿作为载体被用于污水处理，具有比表面积大、粒度小、回收方便、不容易流失及廉价易得的优点，因此应用前景广阔。

3.3 利用固体废料制作建筑材料

冶金工业固体废物有着耐磨性强、密度大以及强度高等特点，而且其表面大多呈不规则形状，能够与沥青等物质紧密结合，所以，其在建筑材料方面也有着极为广泛的二次利用前景。例如，可将钢渣进行粉碎以及水淬处理，再糅合一些粉煤灰、石膏、高炉水渣以及石灰等激发剂，然后和水进行搅拌，在此基础上在进行压制、轮碾以及蒸养处理之后便能够制作成建筑用砖。同时，钢渣也能够被用于钢渣重混凝土当中，这其中应当注重材料的选用。

（1）水泥在钢渣重混凝土的生产中属于胶凝材料，不同的品种拥有不同特点，应当结合建筑工程的特征、特质以及施工条件等情况进行合理选择。

（2）沙子可以分为粗砂、细沙、中砂以及特细砂等类型，通常在高强混凝土的制作中运用粗砂较多，而普通混凝土以及钢渣重混凝土的制作则分别用到了中砂以及粗砂。

（3）优化钢渣集料的选择。通常来说，应选择6～20mm的集料，保证其颗粒在0～0.8mm或者0～3mm。最后，要结合钢渣重混凝土的工艺或者性能来科学选择外加剂品种。

通过以上举措来实现对废物钢渣的有效运用。同时，钢渣在经过处理之后由于稳定性较强，故此将它运用到道路建设的垫层以及基层之中也是一个综合利用方向。而且，钢渣自身和沥青之间的亲和性较强，所以能够和其他天然石料进行混合使用，这样铺设出来的道路将会有着较强的柔性，在抗冻、解冻性能方面比较出众。

3.4 利用固体废料冶炼金属

3.4.1 作为冶炼熔剂

氧气转炉渣与电炉渣中含有未饱和状态的磷、硫，具有较强的脱磷、硫能力，其中的SiO2、MnO、CaO、MgO等经过重熔都形成复合物，具有较低的熔化温度，若将其代替石灰等熔剂加入炼钢炉中，具有熔化快、吸热少的优点，对炉内的渣料成渣具有良好的促进作用。此外，还可以将特定粒径的制渣作为高炉熔剂，能回收渣中的Mn、Ca、Fe元素，使炼铁所消耗的熔剂减少，且对高炉的运行状况具有一定的改善作用，同时达到节能的作用。

3.4.2 作为烧结熔剂

钢渣中的石灰石能部分代替石灰石作为烧结熔剂。在烧结矿石时，加入一定粒径的钢渣作为烧结熔剂，能使烧结矿的微观与宏观结构得到改善。同时利用了钢渣中的Mn，Ca、Fe等元素，使烧结矿成本降低。

4 结语

近几年，国家开始提倡在国内发展绿色经济、循环经济，提倡节能减排、绿色生产。在钢铁工业当中，对于冶金行业产生的固体废弃物的二次回收处理与资源化综合利用就是行之有效且大有可为的节能项目，同时也是钢铁生产企业和整个钢铁工业的生命之源。在对冶金固体废弃物进行资源化处理和综合利用之后，其废渣和废热等资源可以进一步满足企业和工厂的市场化需求，进而创造出大量的绿色效益、环境效能、社会效益。基于此分析，我国的钢铁工业应该持续强化冶金固体废弃物的处理和利用体系，为我国冶金工业持续发展增添活力与动力。