淺談轉爐鋼渣處理技術及綜合利用

摘要：為了提高鋼渣的合理回收，本文介紹了鋼渣的各種處理技術，從而實現了資源化綜合利用，并展望了鋼渣綜合利用的未來前景。

關鍵字：轉爐鋼渣 可持續資源化 綜合利用 前景

我國是世界上鋼產量最大的國家，年產鋼超過6億t，其中鋼渣占鋼產量的8～10%左右，約有5500萬t。隨著冶金技術的不斷進步，渣與鋼的比例正逐步降低。這些鋼渣會占用越來越多的土地、污染環境、造成資源的浪費，影響鋼鐵工業的可持續發展。因此，開發鋼渣處理新技術和鋼渣的綜合利用就成為亟待解決的問題。

1、轉爐鋼渣處理技術

1.1轉爐渣“穩定化”預處理技術

由于轉爐鋼渣的化學組成及物性的不穩定，使其無法直接被回收，為了更好的解決轉爐鋼渣的“廢物”再利用問題，只有將轉爐渣出爐后先進行預處理，處理好的渣一方面利于其中含鐵氧化物的回收，另一方面要保證其組成與結構的基本穩定。

傳統的轉爐渣預處理技術有：

1） 水淬法：

利用高壓水嘴噴出的高速水束把熔渣沖碎、冷卻而形成的粒渣。此法排渣快，但需大型裝載、挖掘和破碎機。寶鋼轉爐廠從新日鐵引進該項技術，用渣罐車將鋼渣運入爐渣間，起重機吊起渣罐，將熔渣快速潑于淺平渣盤，潑渣后，噴水冷卻。該法可使鋼渣淬裂成≤300 mm的塊狀，處理能力大，快速冷卻，與露天渣坑法相比占地面積小，機械化程度高；但多次裝卸、冷卻鋼渣，操作作業量、污水處理量都很大[1]。

2）鋼渣余熱自解熱燜法：

利用400～800℃的高溫渣淋水后產生的溫度應力及SiO2-Ca0吸水消解后產生的體積膨脹應力使鋼渣在冷卻的過程中龜裂、粉化的冷卻方式。

3） 棄渣法：

鋼渣倒入渣罐冷卻后直接運至渣場拋棄。此法工藝簡單，但占地面積大、污染環境。

4） 淺盤熱潑水淬法：

將轉爐排出的流動性好的爐渣，用渣罐倒入特制的大盤中，熔渣自流成渣餅后，噴水使之急冷，渣餅龜裂成大塊渣。連續進行三次冷卻，使渣進一步龜裂粉化。水渣由渣池撈出瀝水后，送去加工。優點是：處理能力大、冷卻快速、機械化程度高；缺點是：多次裝卸浪費人力、物力，污水處理量大。

5） 露天倒渣水淬法：

一般在偏辟地點設露天渣坑，以保證安全。鋼渣由渣罐車運至坑旁，倒渣于坑內，用水淬渣，鋼渣水淬裂成塊后，進行磁選和篩分。這種方法較原始，設施少，操作簡便，但需用寶貴的土地資源挖坑。此外，水淬后污水、蒸汽和粉塵直接排放，對周圍環境污染嚴重，地坑極易積水，安全沒有保障[2]。

6） 風碎法（鋼渣風碎理化技術）：

渣罐裝渣后，運到風淬裝置處，傾翻渣罐，熔渣經過中間罐流出，被一種特殊噴嘴噴出的空氣吹散，破碎成微粒，在罩式鍋爐內回收高溫空氣和微粒渣中所散發的熱量并捕集渣粒[3]。

1.2鋼渣轉碟法干法處理技術

1.3轉爐鋼渣微粉技術

鋼渣微粉研究是近幾年來興起的熱門技術，其開發利用前景廣闊。微粉技術不但徹底消除了作為水泥生料混合原料的易磨性，而且轉化為新型建材將直接推動水泥的均化品質。鋼渣微粉制作水泥起到了降低 CO2 污染源排放作用和提高了資源的高附加值利用。因此，鋼渣微粉技術是鋼渣資源化利用技術轉化為生產力的集中體現，表示了鋼渣資源化利用技術的全面進步。

1.4鑄余渣處理技術

鑄余渣是鋼包內的鋼水經連鑄或鑄錠后所剩余的鋼水和渣的混合物，其處理流程[5]為：先對空渣罐進行噴涂，然后再進行墊罐放置格柵，放好以后將渣倒入渣罐，運輸至渣處理點進行熱潑；熱潑后把欲加工渣歸堆集中、再通過皮帶式裝載機轉至破碎點加工成合格料，最終轉化成合格渣。優點是：延長了渣灌使用壽命，節約了資源，降低了環境污染。

2、鋼渣資源化綜合利用

煉鋼生產主要包括鐵水預處理、轉爐冶煉、爐外精煉、連鑄等幾個生產環節。在煉鋼過程中會產生鐵水預處理渣、煉鋼爐渣、爐外精煉渣、連鑄保護渣等。一般來說，鋼渣綜合利用的途徑，主要包括水泥、農業、醫藥用方面、陶瓷行業、工程應用、冶金工業等幾個領域。

2.1生產為水泥的應用

鋼渣生產的水泥主要有鋼渣礦渣水泥、鋼渣礦渣硅酸鹽水泥、鋼渣沸石水泥、白鋼渣水泥（鋼渣白水泥）等。孫家英等[6]以無熟料轉爐渣水泥（ 熟料用量≤5%） 代替普通硅酸鹽水泥，發現無熟料轉爐渣水泥可以提高水泥穩定再生集料的延時強度。楊楊等[7]采用高溫煅燒石膏激發轉爐渣的活性，制得了強度達到42.5 MPa的轉爐渣無熟料水泥，其安定性和膨脹性均符合國家標準。王玉吉等[8～10]研究轉爐渣及其在水泥應用中的膠凝性問題，也取得一定的效果。國內一般認為轉爐渣在生料中的摻量以10～15%為宜，但也有專家認為摻量可達20～30%。

2.2鋼渣在農業方面的應用

鋼渣是一種以鈣、硅氧化物為主的復合礦質肥料，含多種養分、具有速效又有后勁。鋼渣中含有微量的鋅、錳、鐵、銅等元素，對缺乏此元素的不同土壤和不同作物，也同時起不同程度的肥效作用。

1） 鋼渣做磷肥

不僅鋼渣磷肥（P205>10%）肥效顯著，即使是普通鋼渣（4～7% P205）也有肥效；不僅適用于酸性土壤，而且在缺磷堿性土壤使用也可增產；不僅水田施用效果好，即使是旱田鋼渣肥效仍起作用。我國許多地區土壤缺磷或呈酸性，充分合理利用鋼渣資源，將促進農業發展，一般可增產5～10%。

2）鋼渣作硅肥

硅是水稻生長需要量大的元素，它有提高其抗病蟲害的能力。將SiO2含量>15%鋼渣細磨至60目以下，可用于水稻施肥，但需要量較大時才具有增產效果。水稻施用鋼渣制作的硅肥，能抗病蟲害，有稻谷生長飽滿，空殼率低，干粒重等優點。

3）鋼渣作鉀肥

利用鋼渣生產緩釋性鉀肥，是近年來資源化利用鋼渣的一種新興技術。其生產工藝為在煉鋼鐵水進行脫硅處理時，將碳酸鉀（K2CO3）連續加入到鐵水包內，在向包內吹入的氮氣的攪動下融入爐渣中，鐵水脫硅處理后的爐渣經冷卻后磨成粉狀肥料。

4）鋼渣作復合微量元素肥料

施用微量元素肥料的重要性已逐漸被人們所重視，隨著化肥施用技術的發展，制約農作物的生長的因素已經轉為氮、磷、鉀以外的鋅、錳、鐵、硼、鋁等微量元素。將復合肥料作為農業基肥施用到所耕種的土壤里，可以解決長期耕作土壤的綜合缺素問題，并增加作物內的微量元素含量水平，提高其品質。

5）作酸性土壤改良劑

含鈣約50%的鋼渣，磨細后，可用作土壤改良劑，調整土壤的酸堿度并供給土壤鈣素營養，同時也達到利用鋼渣中P、S等有益元素的目的。鋼渣是無毒的，但相關的長期性對地下水的污染以及對生物毒理學的研究不多，目前還缺少鋼渣對環境影響的基礎性定量研究。因此鋼渣產品作為農用肥應進行定期測定。

2.3鋼渣在醫藥用價值方面的應用

在國外有一些國家，為了充分利用轉爐爐渣中硫、鈣、鎂、鐵等化合物含量較高的特性，將鋼渣溶于水中形成礦化水，可以用來治療風濕性關節炎、皮膚病以及神經痛等疾病，開辟了鋼渣在醫學中的使用。

2.4轉爐渣作工程材料的應用

轉爐渣作為道路建筑材料，美國和日本等認為轉爐渣力學性能較軋制碎石好，不但穩定性好、不滑移、強度高及耐磨，而且具有一定的水化活性，適合作為瀝青混合料和基層料，并制定了轉爐渣道路集料的技術標準和施工規范[11]。由于鋼渣具有一定的活性，能板結成大塊，特別適于沼澤地筑路。還廣泛應用于各種路基材料、修砌加固堤壩、填海工程和工程回填等方面代替天然碎石。

2.5鋼渣作陶瓷產品的應用

鋼渣的基本化學組成就是硅酸鹽成分，其成分一般都在微晶玻璃形成范圍內，能滿足制備微晶玻璃化學組分的要求，可以提高鋼渣的利用率和減輕環境污染。美國的Agarwal G等人[12]利用鋼鐵爐渣制造富CaO的微晶玻璃陶瓷，具有比普通玻璃高2倍的耐磨性及較好的耐化學腐蝕性。西歐的Goktas AA[13]用廢鋼鐵爐渣制造出透明玻璃和彩色玻璃陶瓷，擬用作墻面裝飾塊及地面瓷磚，擬用作墻面裝飾塊及地面瓷磚。

2.6在冶金領域的應用

2.6.1回收有益金屬及其氧化物的應用

2.6.2微波加熱還原鋼渣回收磷的應用

傳統轉爐渣除磷方法包括浮選法、磁選法和還原法。而微波作為一個新興學科應用于冶金過程，可以利用其所具有的對吸波材料體積加熱、選擇性加熱特點的熱效應，有選擇地促進化學反應的進行。利用微波處理鋼渣還原回收磷，則鋼渣脫磷率和氣化脫磷率相應地比傳統方式脫磷更高。優點是：升溫快速、節約能源、全程惰性氣體保護、降低環境污染。

2.6.3生產鋼渣磚的應用

鋼渣磚通常是以粉狀鋼渣和水淬鋼渣為主要原料，摻入部分高爐水渣或粉煤灰和激發劑（石灰、石膏粉），加水攪拌，經各種處理手段制成的建筑用磚。此工藝簡單、成本低、性能好、能耗低、生產周期短及投產快等特點。

2.6.4熔渣作冶煉熔劑的應用

3、轉爐渣綜合利用前景

利用各種處理技術，將轉爐渣物性特性改變為適宜各種用途的新特性，正成為國內外研究熱點。其好處在于： 利于促成轉爐渣低成本、大宗量、多途徑的綜合利用技術的根本性的突破；不足之處：因為針對性強，某些改性方式的普適性和移植性相對較差。

1）提高鋼鐵渣的潛在利用價值和回收有益元素是今后鋼鐵渣利用應遵循的方向之一。

2）以提升轉爐渣的資源特性為主旨，從本質上解決其劣質資源問題，并向大宗量、多途徑、高附加值利用方向發展。

3）以實現真正意義上轉爐渣高效利用與全部利用為目的，開發鋼渣處理新技術和綜合利用新工藝，將是轉爐渣未來發展的大趨勢。

參考文獻：

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