综合利用视角下冶金工业固体废物钢渣的处理

李亚东，徐 征，张汉平，张金梁，杨 妮

（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.昆明冶金研究院有限公司，云南昆明 650031）

1 现阶段我国冶金行业固体废弃物的利用情况分析

1.1 我国冶金工业的固体废弃物生产量和利用率分析

现阶段，冶金工业的固体废弃物中包含了多种废料，在废料当中含量最多的大概是以下几种：即尾矿渣、冶炼渣、尘泥渣等。冶金工业中的钢铁生产是工业固体废渣的产生大户，因此对于钢铁行业的固体废渣处理就是其重中之重。

官方统计数据显示，我国目前的工业固体废渣总量大约维持在12亿t，其对于公共土地的侵占大约在7×107m2。造成了严重的公共土地资源浪费，并且每年都持续增长。对于冶金工程的固体废弃物利用率来说，其平均利用率不到一半。在我国的诸多冶金制造工厂中，不乏一部分理念较为先进的冶金制造厂商已经对固体废渣的处理有了自己的经验和方法。在大型的冶金生产企业当中，许多钢铁企业学习了外国的先进技术、引进了国外较为先进的固体废物处理设备，但这对于资金雄厚的大型企业来讲是可行的，对于小微冶金企业，在自身经济实力并未达形成一定规模时，可能并无法承担高昂的固体废物处理经费的支出。

1.2 国外冶金工业的钢渣综合利用情况分析

查阅相关资料发现，在国外发达国家中，工业种类齐全且工业实力较强的国家，其在二十世纪的初期就已经开始了工业固体废物的处理办法研究。有一点不同的是，在此时期的冶金工业固体废物的处理方法还是偏向于简单可实施的，即填海或用来进行公路的填筑。时间后移到二十世纪的六七十年代，国外发达国家中对于钢渣的处理与利用等方面的技术在长时间和技术积累之下，得到了长足的进展。在此时期，国外工业强国都开始了工业固体废物处理技术的井喷式上升。在这一时期，大部分的工业强国都将钢渣再利用的重点放在了水泥的制备、冶金需要的各种辅料和化肥的制作上。

2 钢渣回收再利用环节存在的问题分析

对于冶金工业生产过程中产生的固体钢渣来讲，其主要成分和成分之间的比例波动比较大，因此在利用时需要考虑各种成分的纯度、比例等。比如，将含有氧化钙的钢渣用于工程中时，可能会因为其含量不达标而造成工程的破坏，比如将工程机器卡死、卡坏等。钢渣中含有的碳化物、铁化物等容易将钢渣的脆性降低到无法使用的程度，因此在生产利用过程中倘若利用此种钢渣会造成成本高、费时费力、效率低下的后果。再有，对于生产孔性吸附剂的过程中，如果使用不合格的钢渣，会造成吸附剂的孔性遭到破坏或者不利影响，导致吸附剂的质量严重下降。

3 对于冶金工业固体废物的再利用途径与方法

3.1 通过磁选择工艺和方法回收利用废铁

冶金工业固体钢渣经过破碎筛选、分离磁选等措施之后，可以将固体废物中的钢渣选出来九成以上，在固体废物中筛选出来的钢渣含铁量大于一半。其主要流程为：

钢渣经过筛选进入双层振动筛，在此过程中大块的钢渣无法立即进入下一模块中，因此将会重新进入击碎机中击碎，再重新进入循环。筛选出来的钢渣再进入双层振动筛，在此模块中，不同部分的钢渣会分别进入不同的磁选机，之后再进入破碎机破碎，经过多次磁选之后进入双层振动筛，如此往复，直到符合标准的钢渣和规格渣排出。

3.2 作为冶金原料进行回收再利用

冶金工业固体废物中的钢渣，可以再次作为冶金工业流程的原料来进行炼铁烧结、炼铁高炉的溶剂和炼钢的返回渣。在平时的冶金工业流程中，大部分的烧结溶剂、高炉溶剂等溶剂都是用CaO来进行的，这部分溶剂中大部分都含有四成到五成的氧化钙、氧化锰、氧化镁的混合固体。在冶金固体废物中，大约每吨钢渣可以产出700kg的石灰石。将钢渣重新用作冶金原料当中，能够显著减少各种成本的消耗。钢渣在钢炉中的稳定物相能够大幅改善炼钢高炉的使用状况及运行效率。

3.3 作为建筑工程原料进行回收利用

在大部分的钢渣当中，有许多成分和建筑使用的水泥是相类似的，其中的硅酸钙系、铁铝酸盐系矿物质能在建筑材料中发挥相对稳定的作用。也正是拥有以上成分，钢渣也具备水泥特有的水硬胶凝特性。此外，钢渣的物料密度相对较高，其在用作建筑材料时的稳定性较强。物料的强度和粗糙程度也相对符合建筑用料的标准和规范，具有耐磨耐划、耐冷耐热、耐火耐水的特性。再者，钢渣与公路铺设沥青的结合程度非常高，在混入了钢渣的沥青当中，沥青的各项指标都会有一定程度的上升，因此，钢渣能够用作各种熟料的添加、钢渣砖头以及铁路轨道的装填当中。

钢渣与水泥经过一定比例的混合，能够产生各种强度的钢渣水泥，此类水泥包括硅酸水泥、钢渣白水泥等。研磨较为细微的钢渣，其余高炉中的水闸或者粉煤灰在激发剂的作用下，经过一系列工艺过程可以成为专门的建筑用砖头，在民用领域的修墙加瓦、房屋修缮、街道路面铺设、街道外墙构筑、水泥电线石柱、排水沟渠等方面的建设都有相当宽泛的应用场景。在市政工程当中，钢渣的应用也很广泛，如可以进行工程回填、填海造陆等，但是应用起来有一定的限制，即需要其进行完全消解，因此应用技术难度相对较为复杂。

3.4 作为农业生产原料进行回收利用

在钢渣当中，大量有利于农作物生产的元素蕴含在其中，包括磷酸化物、硅化物、钙化物、镁化物等。其中的不同元素能够在不同方面对农作物的生产起到不同的作用，因此钢渣就可以被用来进行磷肥、硅肥、改良剂等农业生产废料的制作。

在诸多废料的生产当中，磷肥是用途最为广泛的肥料。在托马斯炼钢过程中会产生一定的碱性炉渣，将这些炉渣进行细细研磨便可以得到磷酸钙、硅酸钙的固体溶剂，还会含有一定的镁铁锰等微量元素，可以用作土地施肥的各种基础肥料和改善酸性土壤的pH。经过查阅相关资料得知，南京钢铁生产的钢渣含磷肥料在江浙地区进行土壤施肥实验，将P2O5以每亩地十斤的用量进行施肥，可以发现其对于该地区的水稻有明显的促进效用。

在钢渣的利用途中，硅肥的制作也是重要的一环。钢渣硅肥含植物能吸收，能起到很好的作用，主要应用于水稻、小麦、玉米等喜硅作物中，尤其对硅最为敏感。在辽宁省稻草土类中进行了试验研究，结果表明，该方法可改善稻米的生长发育，提高稻米产量1-2成；与此同时，湖北丘陵黄土、黄红土水稻田中施用碱钢渣，试验表明，钢渣有不同程度的增产效果，钢渣均可达到3.0%～17.6%。钢渣中高硫高锰酸钾对酸性土壤有一定的改善作用，对钙、镁有一定的促进作用。在浙江省土壤中，土壤酸化程度较高，碳钢渣作为基础肥料明显增多。以煤、菠菜、大豆为主粮作物，产量较高，均超过三成。钢渣中硅、磷等有效成分可以直接作为农肥使用外，钙、镁、磷还可以与氧化钙、氧化镁配合使用，在一定程度上提高了收率。

3.5 作为生产生活用水处理进行回收利用

经过对钢渣的分析来看，其不管从哪个方面来看，都具有较强的水处理能力。其中，其在处理含有重金属离子的工业生产废水、废弃物的渗出液、各种有机溶剂渗透的水、无机盐非金属废水等方面的处理都具有一定的效果。钢渣从其结构来看，其多孔蓬松的性质决定了其吸附性能较为优异，在进行完毕吸附工作后，能够轻松地让废渣与处理水分离，在经过钢渣处理后的水性质较为稳定，且工艺流程非常简单，成本较低，经济适用性较高。

钢渣的来源非常广泛且易得，在处理含有杂质的废水时可以通过过滤效用将废水中的各种杂质进行吸附、过滤，而后通过其自身含有的活基团对细微的污染物质进行一定程度的去除。经过调查研究现实，在各类工业废水当中，处于酸性且含有铬离子的废水经过钢渣的初步处理，其中铬离子的去除率接近100%，经过此步骤处理的铬废水能够初步达到排放的标准。钢渣在对含有铜离子的废水进行处理时，其含有的铜离子被去除率也能达到和铬离子相同的效率，同下，对于镍离子的去除率也非常高。这三种重金属通常都是废水中较为常见的离子，因此在对废水进行处理时能够极大减少在此步骤上所花费的资金和成本。

此外，经过调查研究显示，钢渣对于废水的处理当中不仅对金属离子废水有高效的净化作用，其对于含有有机溶剂的废水同样有较高的处理效能。如，其在对含有有机染料的工业废水进行处理时，对结晶紫、亚甲基类染料废水、碱性类的品红废水、翠蓝染料废水等各项有机废水的净化率都能达到九成以上。另有，其在对含有磷、砷、氟等非金属毒性物质废水的净化率也能达到相当高的程度，对于磷、砷的去除率能够达到97%以上，对于氟的去除率能够接近八成。

4 结束语

在我国的冶金生产工业当中，钢渣的综合利用效能能够为我国绿色生产、环保生产、碳中和、碳达峰等保驾护航，目前已经被各大生产企业重视起来。冶金工业固体废物钢渣的综合利用能够解决堆积的占地问题，从而缓解其造成的环境污染问题。鉴于此，我国的各大科研院所应该继续贯彻落实国家开展综合利用的各种方针和政策，在国家的统一指导下进行高效率、全面化、多维度的实施和落实，尽量实际钢渣的废物重用，让工业固体废物重新为社会经济发展贡献力量。