浅析钢铁工业固体废弃物资源利用技术的应用

司金凤

（山东工业职业学院冶金工程系，山东 淄博256414）

1 前 言

钢铁企业的迅猛发展造成了严重的环境污染与固体废弃物排放，2019年我国钢铁企业固体废弃物排放量达31.5 亿t，这些废弃物不仅占用大量用地，恶化环境，还会造成矿产资源浪费，因此，加快对钢铁工业固体废弃物的减容、减量、无害化利用已刻不容缓。

2 高炉渣资源化利用技术现状

2.1 高炉渣在污水处理中的应用

高炉渣粒度小、孔隙度高、比表面积大、表面活性强，且高炉渣中含有大量碱性氧化物（CaO、MgO等），能与磷酸根、硫化物发生反应，形成沉淀，深度净化污水。高炉渣在污水处理时，不仅能去除硫、磷，对液体中的重金属离子、有机物、悬浮物等也具有过滤、絮凝能力，可用于净化工业废水。

刘鸣达等人分析了水淬高炉渣对污水中磷的吸附及影响因素，并进行热力学特性分析，模拟出3种不同的炉渣的最大吸磷量为3.3、2.5、5.0 mg/g，为后续研究提供理论基础。刘晶等以高炉渣为滤料进行砂滤器除磷实验，发现当高炉渣粒度为1.0～2.0 mm、滤料速度1～2.5 mm/min时，可脱除85%磷和90%悬浮物。王湖坤等人用高炉渣处理铜冶炼工业废水，Cu（Ⅱ）脱除率96.91%。刘金亮以高炉渣为吸附剂，将高炉渣投放到重金属离子含量为100 mg/L的模拟废水中，发现废水中Cu2+、Cd2+、Zn2+的脱除率均高于99%［1-4］。

2.2 高炉渣在烟气处理中的应用

高炉渣含有较多的碱性氧化物，可与酸性物质SO2、NOX产生反应，同时本身疏松多孔的结构也有利于烟气脱硫、脱硝反应的进行，因此我国大力发展高炉炉渣在烟气处理中的研究与应用。

李伟等利用炉渣提取碱性氧化物混合溶液，在循环流化床锅炉内进行湿法脱硫试验，脱硫效率达到95.5%以上。徐迎东用高炉渣、粉煤灰为原料制备了混合钙质脱硫剂，脱硫率达85.5%～94.6%。雷珊等对含钛高炉渣进行酸浸，得到TiO2溶液，在经过水解、过滤、洗涤后，经高温焙烧后制得TiO2载体，并在此基础上制备了V2O5-WO3/TiO2催化剂，在250～450 ℃时的脱硝率78.9%。叶飞等人将高炉渣作为TiO2-Al2O3-SiO2载体，添加锰、铈等活性组分，制成SCR催化剂。得到的15%Mn-Ce/Slag［2-7］催化剂在160～260 ℃时的脱硝率在80%以上［5-8］。

2.3 高炉渣在农业化肥中的应用

高炉渣含有大量硅、钙、氮、镁、铁、钛、硫等元素，可为植物提供营养元素，因此可对高炉渣进行加工处理，将有益元素转换成容易被植物吸收的形式，将高炉渣制备成硅肥、氮肥、复合肥料。

安杰等人将高炉渣与泥炭配制成基质，对黄瓜无土育苗，幼苗长势良好，茎部粗壮，根系发达，且使育苗期缩短。张悦等人用高炉渣、硫酸铵作肥料，在对其进行栽培实验时发现该肥料可以提高甜菜亩产量22.03%。孟华栋等人用高炉渣制备缓释氮肥，其氮质量分数可达41%。高炉渣生产的缓释氮肥，初期水溶率达3.69%，7 d 水溶率7.02%，35 d水溶率35.33%，利用率高、损失少、肥效长［9-12］。

2.4 高炉渣在微晶玻璃制备中的应用

微晶玻璃既有良好机械强度与热稳定性，还有优异的耐酸、碱、盐腐蚀能力。此外，还有一种微晶泡沫玻璃，该材料以大量的玻璃相为基体，结合特殊的多孔和玻晶交织结构，具有隔热、吸声、耐腐蚀、防水、质轻强度高等优势。微晶玻璃能更好地固定重金属等有害成分，使之不渗漏到外部环境中，对于环保有重要意义。用高炉渣生产微晶玻璃，能降低生产成本，并利于冶金渣的再利用。

王海波［13］等人将高钛高炉渣、粉煤灰、玻璃粉混合均匀后压制成型，高温烧结30 min后形成微晶泡沫玻璃，其吸水率2.17%，抗压强度17.43 MPa，热导率0.18 W/（m·K）。

田坚［14］分别利用缓冷、水淬两种高钛型高炉渣生产微晶泡沫玻璃。结果表明：缓冷高钛型高炉渣制备的微晶玻璃保温性能较差，降噪系数高，可用作轻质高强的吸声材料；而水淬高钛型高炉渣制备的微晶泡沫玻璃试样降噪系数较低，导热系数低，用作轻质高强的保温隔热材料前景广阔。

2.5 高炉渣制备新型铺路材料

在道路铺建时采用高炉渣保水材料，道路降温效果好，可长期抑制路面温度上升，还有吸音降噪的效果。以高炉渣、抛光渣、煤矸石为主原料，配制黏结剂和造孔剂，生产环保透水砖，其防滑、抗寒、耐风化、透水性也有较大改善，对调节城市生态平衡等方面具有发展前景。

日本公司曾利用高炉炉渣与颜料、水泥等混合，铺在路面上，形成强度高、透水性好的彩色路面。刁岳川［15］利用高炉渣、钢渣为原料，配合使用黏结剂与光亮剂制备多彩砖，制造出来的多彩砖有高强度、高耐磨、高光泽度等特点，各性能指标均符合规定要求，发展前景广阔。

3 钢渣的资源化利用技术现状

钢渣性质与原料的选择、生产参数、钢种息息相关，导致钢渣组分浮动较大。钢渣强度高，硬度大，难以磨粉；炉渣的凝胶组分活性低；炉渣吸水性好，但会发生水解反应使体积膨胀，稳定性变差，从而导致钢渣距离稳定可靠的应用还存在难度。我国钢渣的用途包括：道路建设，占钢渣利用量的40.2%；其次是工程回填料，占比32.3%；用于冶金生产的占比19.4%，用于水泥的占比6.5%，其他建材的占比1.6%。

3.1 钢渣在道路工程中的应用

钢渣的强度高、硬度大，并且具有很好的耐磨性和渗透性，用于铺料可以增大道路的CBR 值，明显减轻路面沉陷现象，而且钢渣铺路后，道路的抗冻解冻性能变好，路面的裂缝、坑槽、龟裂、车辙明显减少，延长了道路的使用寿命。

目前，许多国家已经将钢渣用于道路工程实践中，如美国有90%的钢渣用于道路建设，德国50%的钢渣用于铺路，英国将98%的钢渣用于铺路。我国从上世纪末对钢渣用以道路建设开展探索，宝武集团利用滚筒法处理钢渣，并将钢渣骨料用于钢渣沥青道路上，经过大量检测后发现，各项数据完全满足沥青道路的国家标准要求。2018年，八钢将钢渣作为水稳层和沥青混凝土面层的主要材料，在“三供一业”项目实施中进行了规模化使用，具有施工简单、造价低、质量好、路害少的优势，为新疆境内的钢渣综合利用提供了范例。

3.2 钢渣在建筑材料领域的应用

钢渣的主要化学成分与水泥相似，且具有强度高、密度大、耐磨性强等特征，可制作水泥和混凝土等建筑材料。如利用碳化钢渣生产钢渣砖、以钢渣为掺合料的新型混凝土等，不仅可以降低建筑材料的生产成本，而且对于水泥和混凝土的质量都有很大改善。

颜凡、郑永超［16-17］等人利用钢渣、再生骨料等对透水混凝土进行了研究，发现在建筑再生骨料中掺入钢渣后，可降低胶凝材料的水化热，混凝土的后期强度、碳化深度、收缩率及氯离子渗透系数普遍提高。

3.3 钢渣在农业领域的应用

钢渣碱度较高，将其与酸性土壤混合后可起到中和土壤酸碱度的作用，具有修复、改良土壤的能力，同时钢渣本身含有的可溶性镁和磷、硅等元素可以保持土壤成分的元素平衡，是农业上比较理想的土壤改良剂。除此之外，由于钢渣中的化学成分与无机肥的成分相同，还有Fe、Mn、P等营养元素，因此也被用来生产硅肥、磷肥、硅钾肥和微量元素肥料。

江西农业大学［18］通过3 a的田间定位试验，将钢渣配成的肥料与常规肥料对比培育大豆，发现加有钢渣的肥料可以提高大豆弹珠荚数，单株粒数，且随钢渣用量增加，大豆3 a的产量平均增长7.89%，同时可显著改善红壤旱地土壤酸度、湿度和养分。王晓军［19］等人则使用钢渣硅肥在田间进行白菜种植试验，发现钢渣硅肥可降低白菜植株的染病率，白菜霜霉病感病率降低3.48%～7.54%，软腐病感病率降低2.65%～6.13%，有效抑制土壤有害病菌。

4 结 语

随着我国钢铁产量持续增长，钢铁固体废弃物资源利用越来越受到重视。目前我国高炉渣由于自身特性的稳定性，其回收利用已超过90%；钢渣由于其成分的不稳定性和自身特性的复杂性，利用率较低，仅达30%。我国还需进一步通过钢铁固废资源化技术的开发和实践，最大程度地回收资源、降低消耗，努力开发钢铁工业固体废弃物生产绿色新流程。