冶金工業固體廢物鋼渣的綜合利用探討

劉 芳

（山東省冶金設計院股份有限公司，濟南 250101）

鋼渣是冶金工業產生的重要固體廢物，其主要成分為鐵（Fe）、硅（Si）、鋁（Al）、鎂（Mg）、鈣（Ca）等化學元素的氧化物，這類氧化物在固體廢物中的含量超過78%。經過冶金化工行業科研人員的試驗與實踐，冶金工業中的固體廢物逐步實現了綜合利用。

1 我國冶金工業固體廢物鋼渣的現狀

據統計，2009年，我國鋼鐵行業的粗鋼產量為5.5億t，生鐵的產量為4.8億t，各類鋼鐵合金的產量為1 500萬t。在粗鋼、生鐵、鋼鐵合金的生產過程中，不可避免地產生大量固體廢物。2009年，我國鋼鐵行業的固體廢物利用率如表1所示，鋼鐵生產過程中產生的附帶衍生物的利用率如表2所示。

表1 鋼鐵行業的固體廢物利用率

表2 鋼鐵生產過程中產生的附帶衍生物利用率

由表1可知，我國2009年鋼鐵生產過程中所產生的固體廢物總量為25.5萬t，綜合利用率為52.5%，鋼鐵生產過程中所產生總固體廢物總量為67萬t，綜合利用率為67%。

2 固體廢物及鋼渣概要

2.1 鋼渣的主要來源

在鋼鐵生產過程中，鋼渣主要產生于金屬原礦熔煉過程。在熔煉過程中，金屬原礦中的各類金屬與非金屬元素被氧化生成金屬氧化物、非金屬氧化物。為了改善鋼渣特性，人們會加入石灰石、鐵礦石、硅石以及螢石等材料。由此可知，鋼渣是鋼鐵冶煉生產的附帶產物[1]。

2.2 鋼渣的主要組成

鋼渣是冶金工業的副產物，其主要成分有氧化鈣、氧化硅、氧化鋁、氧化亞鐵、氧化鐵、氧化鎂、氧化錳、五氧化二磷以及游離氧化鈣，有時還會有五氧化二釩、二氧化鈦等氧化物。鋼渣中的氧化物成分有較大的變數，人們需要根據鋼渣成分和各種物質含量來綜合利用鋼渣。

2.3 鋼渣的加工方法

鋼渣一般需要二次加工以后才能進行應用，普遍的加工方式一般為將鋼渣破碎、分揀挑選以及陳化堆存，如圖1所示。

圖1 鋼渣加工工藝流程

2.3.1 破碎

在鋼渣破碎環節，一般選用顎式破碎機進行鋼渣的破碎。

2.3.2 分揀挑選

分揀挑選包含常見的篩選、磁選。其中，篩選的主要應用價值體現在根據鋼渣顆粒的大小來按照一定規格區分，磁選的主要應用價值體現為將鋼渣中的廢渣進行剔除。

2.3.3 陳化堆存

鋼渣中會存在游離氧化鈣，而將游離氧化鈣消除的最好方式就是將鋼渣陳化堆存，使得游離氧化鈣進一步消除，鋼渣性能趨于穩定，以便下一步的處理與應用。

2.4 其他固體廢物

2.4.1 含鐵塵泥和氧化鐵皮

含鐵塵泥主要是指在燒結原礦、冶煉鐵、冶煉鋼等部分工序中產生的塵灰與污泥。氧化鐵皮則主要產生于連鑄、軋鋼等生產過程。

2.4.2 煉焦固體廢物

煉焦固體廢物主要是在鋼鐵冶煉焦化生產過程中產生的固態、半固態的副產物，諸如煤塵、焦油渣、瀝青渣、生化污泥等。

2.4.3 焦油渣

在鋼鐵冶煉產業，煤氣凈化設備中產生的焦油渣是由焦油、氨水煤塵以及游離碳組成的固體混合物，水分含量為7.5%～15.5%，具有微毒性與可燃性。

2.4.4 瀝青渣

瀝青渣產生于鋼鐵冶煉過程硫氨工藝段的蒸氨塔中，其物理性質與瀝青類似，主要成分為各種烴類化合物和少量的碳粉顆粒物，具有微毒性與可燃性。

2.4.5 生化污泥

焦化生產中，含有酚氰等化合物的廢水采用生化處理法進行處理，會周期性排出生化污泥。其一般含有重金屬離子、有機物、細菌等。

3 固體廢物鋼渣的綜合利用

3.1 固體廢物鋼渣的綜合利用現狀

20世紀初，部分工業發達的國家已經開始研究固體廢物和鋼渣的利用方法，其主要用途為路基填筑與海洋填埋。20世紀70年代以后，經過冶金工業研究人員的研究與實踐，鋼渣處理工藝得到進一步改進，綜合利用技術得到進一步發展，將應用途徑拓展到建筑材料水泥、冶金配料以及農業化肥中。

3.2 固體廢物鋼渣中的廢鋼鐵回收

鋼渣的二次加工工藝是指將鋼渣破碎、分揀挑選以及陳化堆存，在分揀挑選后可以將其中92%的廢鋼進行回收再利用，所回收的廢渣中鐵元素含量一般超過58%。分揀挑選一般運用磁選工藝，如圖2所示。

圖2 鋼渣破碎后廢鐵渣磁選工藝流程

3.3 固體廢物鋼渣作為冶金原料的應用

鋼鐵冶煉過程產生的鋼渣可以用作冶金原料，其主要價值體現在煉鐵時的燒結熔劑、高爐熔劑以及煉鋼過程中的返回渣等。高爐熔劑、煉鋼熔劑大多采用石灰石（CaO），鋼渣通常含有氧化鈣、氧化鎂、氧化錳、氧化鐵等成分。實踐證明，1 t鋼渣可以替代750～800 kg石灰石。鋼渣可以替代石灰石作為冶金原料，從而降低冶金燃料消耗、冶金生產成本，改善高爐運行狀態。

3.4 固體廢物鋼渣作為建筑材料的應用

鋼渣具有密度大、強度高、表面坑凹多、耐磨性強、與瀝青結合緊密等特點。因此，鋼渣可以用于制備少熟料或無熟料的水泥、鋼渣磚，或者用于道路路基、工程回填。

在水泥生產中，人們可以將鋼渣以一定比例摻入水泥熟料中，獲得鋼渣水泥、鋼渣硅酸鹽水泥、鋼渣白水泥等產品。很多工程可以用鋼渣作為主要原料，制備墻體、立柱、溝道等所需的建筑用磚。人們可以采用粉狀鋼渣或水淬鋼渣，添加一定比例的煤粉灰和激發劑加水進行攪拌，經過多道工序，制成建筑用磚[2]。

3.5 固體廢物鋼渣作為農業化肥的應用

鋼渣含有較多的磷、硅、鈣、鎂等金屬元素和非金屬元素，很多元素對農作物生長有利。因此，鋼渣可以用于農業肥料生產。

3.5.1 硅肥

硅元素可以促進植物增產。鋼渣中具有很多可以被農作物吸收的活性硅，人們可以以鋼渣為原料來生產鋼渣硅肥，其適用農作物主要有小麥、水稻、玉米以及甘蔗等，其中水稻的應用效果最為顯著。

3.5.2 磷肥

磷元素可以極大地促使農作物生長。鋼渣磷肥是堿性鋼渣經過軋碎、研磨而制成的，其主要成分有Ca4（PO4）2、Ca2SiO4，還含有部分鎂、鐵、錳等金屬元素。對于酸性土壤來說，鋼渣磷肥是一種極好的基肥，可以改良土壤，提高土壤肥力。

3.5.3 土壤改良劑

鋼渣中含有較多的氧化鈣和氧化鎂，人們可以將鋼渣制備成土壤改良劑來改良酸性土壤，從而改善土壤性質，補充鈣元素與鎂元素。

3.6 固體廢物鋼渣在廢水處理中的應用

鋼渣是一種優秀的吸附劑，在重金屬離子廢水、有機染料廢水等處理方面的應用效果極其突出。它在固液分離方面表現出很好的性能，具有操作簡單、物理性能穩定、來源廣等特點，在廢水處理方面獨樹一幟。

鋼渣具有良好的過濾性和吸附性，可以用于處理廢水。鋼渣過濾性能突出，可以有效吸附廢水中的雜質、溶解性有機物以及重金屬離子。鋼渣具有的良好活性，可以吸附污染物，減少廢水的污染物含量，簡化廢水后續處理。

4 結語

冶煉鋼鐵期間，冶金企業不可避免地會產生固體廢物以及鋼渣，將這些固體廢物進行重新利用，不僅可以達到“以廢治廢”的目的，還直接或間接地降低了冶金工業鋼鐵冶煉的成本。因此，冶金企業要高度重視固體廢物的再利用，以降低工業成本為著力點，大力推進鋼渣綜合利用，創造出更高、更好的經濟價值。