我國冶金渣的綜合利用及發展方向

□文/張建國 尹海元

中冶京誠工程技術有限公司

我國冶金渣的綜合利用及發展方向

□文/張建國 尹海元

中冶京誠工程技術有限公司

Comprehensive Utilization and Development Direction of China's Metallurgical Slag

冶金渣綜合利用是最具代表性的資源循環利用、節能、環保措施之一，也是鋼鐵工業實現健康、持續發展的一個重要保障，根據我國的國情和目前的技術水平，要想大量利用冶金渣，只有走開發節能、利廢、環保的建材產品這條路。

據資料查證，目前我國每年的礦石采掘總量已達50億噸，工業固體廢棄物的產生量已達8億噸，累計堆存量超過67億噸，占用土地達到65412萬m2，年產量最大的是礦山開采和以礦石為原的冶煉工業產生的固體廢棄物，超過工業固體廢棄物產生量的80%以上。目前我國鋼鐵總產量已達到6億多噸，每年產生的冶金渣達1億多噸。在冶金固廢中排量大的主要有高爐水淬礦渣、鋼渣、高爐重礦渣等，其中高爐水淬礦渣和高爐重礦渣利用率較高，而鋼渣利用率較低，僅有20%左右。未得到利用的冶金渣長期堆放而未及時綜合利用，冶金渣將逐漸失去活性難于再利用。

另外，在鋼鐵冶煉中，爐渣的產出量按重量計特別是按體積計時都超出金屬的許多倍，一般來說，按重量計約為3～5倍、按體積計約為8～10倍。這些冶金棄渣的堆放不僅要占用大量土地，而且污染環境，特別是有害、有毒金屬對地表和地下水源的污染，嚴重威脅著千百萬人的身體健康。冶金棄渣的丟棄同時也會使一些有用組分分散，造成資源浪費。

針對我國冶金工業固體廢棄物的現狀，如何資源化處理與綜合利用，是相關企業和機構必須重視和加大力度進行研究突破的課題。隨著2009年1月1日《循環經濟促進法》的頒布實施，如何大量利用冶金固廢已成為各鋼鐵企業的當務之急。

一、冶金渣綜合利用及發展重點

冶金渣中主要化學成分為二氧化硅(SiO2)、氧化鈣(CaO)、三氧化二鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鐵(Fe2O3、FeO)。主要礦物成分為硅酸二鈣(Ca2S)、鈣長石(CaS2)、薔薇輝石(C3MS2)。冶金渣資源化高價值利用的關鍵是冶金渣的活性激發技術及設備。

我國對冶金渣的開發利用經歷了3個階段：20世紀的50～70年代屬丟棄階段,，除部分鐵渣經過膨化處理生產礦渣水泥等，其余熔渣直排大自然，填溝占地，污染嚴重；20世紀80～90年代中期屬粗放型開發階段，用人工或機械將鋼渣簡單分離，廢鋼回爐 尾渣用于回填、鋪路；20世紀90年代末至21世紀初屬綜合開發利用階段，在鋼渣分離的基礎上，開始研制尾渣的深加工。

據業內調研顯示，“十一五”期間，我國冶金渣的開發利用已經進入綜合利用階段，大部分鋼鐵企業已配套建有專業化的冶金渣處理廠。尤其是“十一五”后期，全行業加快了對冶金渣高價值利用的研究和應用，冶金渣處理利用工藝裝備水平不斷提高。

在鋼鐵冶煉過程中，伴隨著鋼鐵制造要產生大量的固體廢物，煉鐵工序產生的鐵渣、煉鋼工序產生的鋼渣以及軋鋼工序產生的氧化鐵渣，各除塵系統產生的冶金塵泥等冶金固廢，在業內統稱為冶金渣。冶金渣的綜合利用是指從冶金渣中磁選除鐵并將尾料大量用于建材產品的生產。從冶金渣中磁選回收的廢鋼鐵可返回鋼鐵廠冶金再利用，磁選回收的尾料可用來生產水泥混合材、路基材、砌筑水泥、預拌砂漿、混凝土標磚、多孔磚，冶金渣蒸壓加氣砌塊等建材產品。

近年來，國內各鋼鐵企業以固體廢棄物全利用，零排放為目標，取得了很大進步，專業化集中管理與多種管理體制相結合也初見成效。目前，各鋼鐵企業基本完成了工業固體廢棄物中含鐵資源的全量處理和回收利用，利用路徑為：固廢資源回收一燒結一高爐一煉鋼一軋鋼，即所謂大循環利用模式，但其利用仍處于低層次、低效率、低附加值、低梯級的利用，表現為經濟效益和環保效益的非最優化，在深度開發和高價值利用方面還有待進一步研究與發展，應該重點在以下幾個方面發展。

1. 加強鋼渣熔劑渣配料對燒結礦品位與質量的研究

鋼渣經破碎磁選后回收的熔劑渣一直以來為燒結廠利用，配比一般在l15%左右。但熔劑渣的配入會影響燒結礦的品位和質量，主要是由于所配鋼渣的加水潤濕性能和造球性能較鐵礦粉差，燒結廠用量有限甚至停止使用，使熔劑渣利用與外銷壓力增大。因此應加強燒結礦配加鋼渣熔劑渣強化制粒的試驗研究，探討合適的鋼渣熔劑渣配入量，保證燒結速度、燒結礦強度、成品率、利用系數、燒結礦還原性等指標符合要求。

2. 進一步開發鋼渣在水泥生產中的應用

冶金渣作水泥和混凝土摻合料是冶金渣資源化利用的重要途徑、減少排渣占地，保護環境，有利于冶金企業可持續發展，對節能、降耗、減少CO，的排放等都具有重大的經濟效益和社會效益。應進一步加強鋼渣用于水泥廠的生產試驗研究和生產性驗證，探索鋼渣水泥生產最佳工藝控制參數，提高鋼渣摻入量。

3. 開發鋼渣粉生產線

為實現鋼渣的高價值資源綜合利用，近年來我國還對鋼渣成分與膠凝性能關系進行了研究，在世界上首次提出鋼渣是過燒硅酸鹽水泥熟料，磨細至比表面積為400m2／kg的鋼渣可等量取代10%～30%的水泥，直接用于混凝土建筑工程，可提高混凝土后期強度，提高耐磨性、抗凍性、耐腐蝕性能，降低水化熱等，成本比水泥低30%，可降低工程造價，是高性能高耐久性混凝土的原料。被國家環保部列為國家先進污染防治示范技術，并開始推廣使用。

目前，全國鋼渣粉年產量已達300萬噸，產品主要用于工程建設。在開發鋼渣粉生產中要加強粉磨設備的選擇和粉磨工藝的控制。

4. 鋼渣作道路材料和建筑材料

關鍵是要解決鋼渣的穩定性問題，需要對現有熱潑法渣處理工藝進行改進，應加強鋼渣熱燜法處理工藝及裝備等技術研究。湖南漣鋼轉爐鋼渣熱燜法處理及水硬性鋼鐵渣免燒承重磚的開發研究達到了較好效果。美國Alfred大學的Agrwal G等人利用鋼渣制造出比普通玻璃耐磨耐蝕的富CaO的微晶玻璃。

5. 開發冶金塵泥生產煉鋼用冷卻劑、造渣劑

轉爐泥、除塵灰、氧化鐵皮等的綜合利用，過去一直采取“回收一加工一燒結利用”工藝路線，不是固廢資源的深度開發高附價值的利用方式。利用轉爐泥等冶金塵泥生產符合煉鋼要求的冷卻劑、造渣劑，使冶金塵泥的利用工藝從過去的“廢料一燒一鐵一鋼”大循環利用向“廢料一鋼”小循環利用轉變，使系統能耗更少、污染更小、成本更低、效益更好。因此應繼續加大研究并推廣冶金固體廢棄物資。

二、冶金渣綜合利用的發展方向

由于我國煉鐵煉鋼技術還不夠先進而鋼產量穩居世界第一，因此各鋼鐵企業每年都會產生大量的不同種類的冶金渣。根據我國的國情和目前的技術水平，要想大量利用冶金渣，只有走開發節能、利廢、環保的建材產品這條路。

礦業及其后續產業是國民經濟建設的強大支柱，與其將冶金棄渣排放后再利用，不如組織無廢生產，或在工業區域內建立生產綜合體，使各物質流在生產過程中循環，不向自然界排放廢物。只有這樣做才能最有效地保持人類生存空間，造福子孫后代。今后冶金棄渣的綜合利用研究發展的可能方向為：

1.綜合利用要求盡量開發無二次固體廢棄物排放的潔凈冶金新工藝，提高資源綜合利用的整體科技水平，提高產品的附加值；

2.進一步加強對冶金棄渣物性的深入了解，對冶金棄渣的利用應有系統的科學和工程研究規劃，為多途徑利用冶煉渣(如物理方法、化學方法、生物方法等)提高資源化水平奠定基礎；

3.對不同冶金棄渣進行跨行業集成化，使其達到互補綜合利用；

4.開發低污染、低成本、低能耗、短流程的棄渣處理新工藝與裝備及其高效控制技術，努力使二次資源的利用變為有利可圖的環保產業；

5.積極開展冶金渣利用的技術、經濟與環境評價，為冶金渣科學綜合利用提供指導與評判標準。

6.冶金渣資源化高價值利用的關鍵是冶金渣的活性激發技術及設備。冶金渣的活性如果能和水泥的活性相接近或某些特性比水泥性能好，冶金渣在建筑工程中的高價值利用才有廣闊的前景。

三、我國在未來冶金渣處理方面的幾個建議

1. 借鑒國外的發展經驗

從德國冶金渣在各領域如建筑和農業方面的應用可以清楚的看出，德國鋼鐵工業不僅早在一百多年前隨著西門子)馬丁法及電爐法的發展就為廢鋼鐵的循環利用具備了先決條件，而且也在高爐爐渣和鋼渣的應用方面具有一百多年的光輝回顧史。我國鋼鐵工業也需為鋼渣盡可能大量高效的在各領域得以利用作出更大的努力。首先保證高爐爐渣在我國建筑行業完全利用，礦渣的獲取方式在未來也要繼續改善，即盡可能努力去改善粒化條件和礦渣的性能。對鋼渣則可大量應用于道路工程中，這點在部分高校和研究所已得到重視，如武漢理工大學對鋼渣的高效應用正做著深入的實驗室和工程實際研究。我國鋼渣新排渣中游離氧化鈣的含量比德國的要高，如何改變生產工藝和后期處理工藝使得游離氧化鈣的含量降低也是一個"待研究的課題，因為這關系到混凝土長期耐久性的問題。在這方面我們可以借鑒德國的處理方法來解決如何減低游離氧化鈣的含量問題。同時要利用鋼渣優勢突出的技術特性，致力于代替天然巖石應用于建筑工程、交通及水工工程。并將繼續嘗試獲取特定類型的液態鋼渣，從而來獲取高效冶金粉末或者膠結料。

最后要通過有目的的改善技術工藝，努力去應用尚存的少量的剩余渣，擬將如今在我國還未得以完全利用的高爐爐渣、鋼渣及鐵合金渣等在近年得到充分利用。

2. 進一步健全冶金渣的綜合利用政策

完善冶金渣資源綜合利用的鼓勵和扶持政策措施，完善稅收優惠政策。把冶金渣加工處理、產品銷售和產品應用納入再生資源優惠產品目錄，進一步加大對冶金渣資源綜合利用和深加工產業的支持力度。對于冶金渣綜合利用要實現有獎有罰，形成對企業的激勵機制。

3. 改革運營模式，解決資金投入不足的問題

據了解，目前我國冶金渣處理和運營以兩種模式為主，一是由鋼鐵企業自己投資建設，自己或委托運營。二是由專業化公司投資和運營。鋼鐵企業長期以來以鋼鐵生產主體為重，近年來越來越重視冶金渣的處理和資源綜合利用，但仍存在渣處理項目資金難落實的情況。近兩年國內興起的冶金渣專業化、規模化開發公司，專業性強、技術先進、管理經驗豐富，參與到 臺金企業的冶金渣處理和運營，有利于其引進和應用先進工藝設備，有利于終端產品和應用市場多元化發展，有利于保證冶金渣的零排放，是行業發展的重要途徑。

略

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