綜合利用視角下冶金工業(yè)固體廢物鋼渣的處理

李亞?wèn)|，徐 征，張漢平，張金梁，楊 妮

（1.昆明冶金高等專科學(xué)校 冶金與礦業(yè)學(xué)院，云南昆明 650033；2.昆明市稀散及貴金屬資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明 650033；3.稀散及貴金屬二次資源綜合回收及深加工應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)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 現(xiàn)階段我國(guó)冶金行業(yè)固體廢棄物的利用情況分析

1.1 我國(guó)冶金工業(yè)的固體廢棄物生產(chǎn)量和利用率分析

現(xiàn)階段，冶金工業(yè)的固體廢棄物中包含了多種廢料，在廢料當(dāng)中含量最多的大概是以下幾種：即尾礦渣、冶煉渣、塵泥渣等。冶金工業(yè)中的鋼鐵生產(chǎn)是工業(yè)固體廢渣的產(chǎn)生大戶，因此對(duì)于鋼鐵行業(yè)的固體廢渣處理就是其重中之重。

官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)目前的工業(yè)固體廢渣總量大約維持在12億t，其對(duì)于公共土地的侵占大約在7×107m2。造成了嚴(yán)重的公共土地資源浪費(fèi)，并且每年都持續(xù)增長(zhǎng)。對(duì)于冶金工程的固體廢棄物利用率來(lái)說(shuō)，其平均利用率不到一半。在我國(guó)的諸多冶金制造工廠中，不乏一部分理念較為先進(jìn)的冶金制造廠商已經(jīng)對(duì)固體廢渣的處理有了自己的經(jīng)驗(yàn)和方法。在大型的冶金生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)中，許多鋼鐵企業(yè)學(xué)習(xí)了外國(guó)的先進(jìn)技術(shù)、引進(jìn)了國(guó)外較為先進(jìn)的固體廢物處理設(shè)備，但這對(duì)于資金雄厚的大型企業(yè)來(lái)講是可行的，對(duì)于小微冶金企業(yè)，在自身經(jīng)濟(jì)實(shí)力并未達(dá)形成一定規(guī)模時(shí)，可能并無(wú)法承擔(dān)高昂的固體廢物處理經(jīng)費(fèi)的支出。

1.2 國(guó)外冶金工業(yè)的鋼渣綜合利用情況分析

查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家中，工業(yè)種類齊全且工業(yè)實(shí)力較強(qiáng)的國(guó)家，其在二十世紀(jì)的初期就已經(jīng)開(kāi)始了工業(yè)固體廢物的處理辦法研究。有一點(diǎn)不同的是，在此時(shí)期的冶金工業(yè)固體廢物的處理方法還是偏向于簡(jiǎn)單可實(shí)施的，即填海或用來(lái)進(jìn)行公路的填筑。時(shí)間后移到二十世紀(jì)的六七十年代，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家中對(duì)于鋼渣的處理與利用等方面的技術(shù)在長(zhǎng)時(shí)間和技術(shù)積累之下，得到了長(zhǎng)足的進(jìn)展。在此時(shí)期，國(guó)外工業(yè)強(qiáng)國(guó)都開(kāi)始了工業(yè)固體廢物處理技術(shù)的井噴式上升。在這一時(shí)期，大部分的工業(yè)強(qiáng)國(guó)都將鋼渣再利用的重點(diǎn)放在了水泥的制備、冶金需要的各種輔料和化肥的制作上。

2 鋼渣回收再利用環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題分析

對(duì)于冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體鋼渣來(lái)講，其主要成分和成分之間的比例波動(dòng)比較大，因此在利用時(shí)需要考慮各種成分的純度、比例等。比如，將含有氧化鈣的鋼渣用于工程中時(shí)，可能會(huì)因?yàn)槠浜坎贿_(dá)標(biāo)而造成工程的破壞，比如將工程機(jī)器卡死、卡壞等。鋼渣中含有的碳化物、鐵化物等容易將鋼渣的脆性降低到無(wú)法使用的程度，因此在生產(chǎn)利用過(guò)程中倘若利用此種鋼渣會(huì)造成成本高、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下的后果。再有，對(duì)于生產(chǎn)孔性吸附劑的過(guò)程中，如果使用不合格的鋼渣，會(huì)造成吸附劑的孔性遭到破壞或者不利影響，導(dǎo)致吸附劑的質(zhì)量嚴(yán)重下降。

3 對(duì)于冶金工業(yè)固體廢物的再利用途徑與方法

3.1 通過(guò)磁選擇工藝和方法回收利用廢鐵

冶金工業(yè)固體鋼渣經(jīng)過(guò)破碎篩選、分離磁選等措施之后，可以將固體廢物中的鋼渣選出來(lái)九成以上，在固體廢物中篩選出來(lái)的鋼渣含鐵量大于一半。其主要流程為：

鋼渣經(jīng)過(guò)篩選進(jìn)入雙層振動(dòng)篩，在此過(guò)程中大塊的鋼渣無(wú)法立即進(jìn)入下一模塊中，因此將會(huì)重新進(jìn)入擊碎機(jī)中擊碎，再重新進(jìn)入循環(huán)。篩選出來(lái)的鋼渣再進(jìn)入雙層振動(dòng)篩，在此模塊中，不同部分的鋼渣會(huì)分別進(jìn)入不同的磁選機(jī)，之后再進(jìn)入破碎機(jī)破碎，經(jīng)過(guò)多次磁選之后進(jìn)入雙層振動(dòng)篩，如此往復(fù)，直到符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼渣和規(guī)格渣排出。

3.2 作為冶金原料進(jìn)行回收再利用

冶金工業(yè)固體廢物中的鋼渣，可以再次作為冶金工業(yè)流程的原料來(lái)進(jìn)行煉鐵燒結(jié)、煉鐵高爐的溶劑和煉鋼的返回渣。在平時(shí)的冶金工業(yè)流程中，大部分的燒結(jié)溶劑、高爐溶劑等溶劑都是用CaO來(lái)進(jìn)行的，這部分溶劑中大部分都含有四成到五成的氧化鈣、氧化錳、氧化鎂的混合固體。在冶金固體廢物中，大約每噸鋼渣可以產(chǎn)出700kg的石灰石。將鋼渣重新用作冶金原料當(dāng)中，能夠顯著減少各種成本的消耗。鋼渣在鋼爐中的穩(wěn)定物相能夠大幅改善煉鋼高爐的使用狀況及運(yùn)行效率。

3.3 作為建筑工程原料進(jìn)行回收利用

在大部分的鋼渣當(dāng)中，有許多成分和建筑使用的水泥是相類似的，其中的硅酸鈣系、鐵鋁酸鹽系礦物質(zhì)能在建筑材料中發(fā)揮相對(duì)穩(wěn)定的作用。也正是擁有以上成分，鋼渣也具備水泥特有的水硬膠凝特性。此外，鋼渣的物料密度相對(duì)較高，其在用作建筑材料時(shí)的穩(wěn)定性較強(qiáng)。物料的強(qiáng)度和粗糙程度也相對(duì)符合建筑用料的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，具有耐磨耐劃、耐冷耐熱、耐火耐水的特性。再者，鋼渣與公路鋪設(shè)瀝青的結(jié)合程度非常高，在混入了鋼渣的瀝青當(dāng)中，瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)都會(huì)有一定程度的上升，因此，鋼渣能夠用作各種熟料的添加、鋼渣磚頭以及鐵路軌道的裝填當(dāng)中。

鋼渣與水泥經(jīng)過(guò)一定比例的混合，能夠產(chǎn)生各種強(qiáng)度的鋼渣水泥，此類水泥包括硅酸水泥、鋼渣白水泥等。研磨較為細(xì)微的鋼渣，其余高爐中的水閘或者粉煤灰在激發(fā)劑的作用下，經(jīng)過(guò)一系列工藝過(guò)程可以成為專門的建筑用磚頭，在民用領(lǐng)域的修墻加瓦、房屋修繕、街道路面鋪設(shè)、街道外墻構(gòu)筑、水泥電線石柱、排水溝渠等方面的建設(shè)都有相當(dāng)寬泛的應(yīng)用場(chǎng)景。在市政工程當(dāng)中，鋼渣的應(yīng)用也很廣泛，如可以進(jìn)行工程回填、填海造陸等，但是應(yīng)用起來(lái)有一定的限制，即需要其進(jìn)行完全消解，因此應(yīng)用技術(shù)難度相對(duì)較為復(fù)雜。

3.4 作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原料進(jìn)行回收利用

在鋼渣當(dāng)中，大量有利于農(nóng)作物生產(chǎn)的元素蘊(yùn)含在其中，包括磷酸化物、硅化物、鈣化物、鎂化物等。其中的不同元素能夠在不同方面對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)起到不同的作用，因此鋼渣就可以被用來(lái)進(jìn)行磷肥、硅肥、改良劑等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢料的制作。

在諸多廢料的生產(chǎn)當(dāng)中，磷肥是用途最為廣泛的肥料。在托馬斯煉鋼過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的堿性爐渣，將這些爐渣進(jìn)行細(xì)細(xì)研磨便可以得到磷酸鈣、硅酸鈣的固體溶劑，還會(huì)含有一定的鎂鐵錳等微量元素，可以用作土地施肥的各種基礎(chǔ)肥料和改善酸性土壤的pH。經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料得知，南京鋼鐵生產(chǎn)的鋼渣含磷肥料在江浙地區(qū)進(jìn)行土壤施肥實(shí)驗(yàn)，將P2O5以每畝地十斤的用量進(jìn)行施肥，可以發(fā)現(xiàn)其對(duì)于該地區(qū)的水稻有明顯的促進(jìn)效用。

在鋼渣的利用途中，硅肥的制作也是重要的一環(huán)。鋼渣硅肥含植物能吸收，能起到很好的作用，主要應(yīng)用于水稻、小麥、玉米等喜硅作物中，尤其對(duì)硅最為敏感。在遼寧省稻草土類中進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，該方法可改善稻米的生長(zhǎng)發(fā)育，提高稻米產(chǎn)量1-2成；與此同時(shí)，湖北丘陵黃土、黃紅土水稻田中施用堿鋼渣，試驗(yàn)表明，鋼渣有不同程度的增產(chǎn)效果，鋼渣均可達(dá)到3.0%～17.6%。鋼渣中高硫高錳酸鉀對(duì)酸性土壤有一定的改善作用，對(duì)鈣、鎂有一定的促進(jìn)作用。在浙江省土壤中，土壤酸化程度較高，碳鋼渣作為基礎(chǔ)肥料明顯增多。以煤、菠菜、大豆為主糧作物，產(chǎn)量較高，均超過(guò)三成。鋼渣中硅、磷等有效成分可以直接作為農(nóng)肥使用外，鈣、鎂、磷還可以與氧化鈣、氧化鎂配合使用，在一定程度上提高了收率。

3.5 作為生產(chǎn)生活用水處理進(jìn)行回收利用

經(jīng)過(guò)對(duì)鋼渣的分析來(lái)看，其不管從哪個(gè)方面來(lái)看，都具有較強(qiáng)的水處理能力。其中，其在處理含有重金屬離子的工業(yè)生產(chǎn)廢水、廢棄物的滲出液、各種有機(jī)溶劑滲透的水、無(wú)機(jī)鹽非金屬?gòu)U水等方面的處理都具有一定的效果。鋼渣從其結(jié)構(gòu)來(lái)看，其多孔蓬松的性質(zhì)決定了其吸附性能較為優(yōu)異，在進(jìn)行完畢吸附工作后，能夠輕松地讓廢渣與處理水分離，在經(jīng)過(guò)鋼渣處理后的水性質(zhì)較為穩(wěn)定，且工藝流程非常簡(jiǎn)單，成本較低，經(jīng)濟(jì)適用性較高。

鋼渣的來(lái)源非常廣泛且易得，在處理含有雜質(zhì)的廢水時(shí)可以通過(guò)過(guò)濾效用將廢水中的各種雜質(zhì)進(jìn)行吸附、過(guò)濾，而后通過(guò)其自身含有的活基團(tuán)對(duì)細(xì)微的污染物質(zhì)進(jìn)行一定程度的去除。經(jīng)過(guò)調(diào)查研究現(xiàn)實(shí)，在各類工業(yè)廢水當(dāng)中，處于酸性且含有鉻離子的廢水經(jīng)過(guò)鋼渣的初步處理，其中鉻離子的去除率接近100%，經(jīng)過(guò)此步驟處理的鉻廢水能夠初步達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。鋼渣在對(duì)含有銅離子的廢水進(jìn)行處理時(shí)，其含有的銅離子被去除率也能達(dá)到和鉻離子相同的效率，同下，對(duì)于鎳離子的去除率也非常高。這三種重金屬通常都是廢水中較為常見(jiàn)的離子，因此在對(duì)廢水進(jìn)行處理時(shí)能夠極大減少在此步驟上所花費(fèi)的資金和成本。

此外，經(jīng)過(guò)調(diào)查研究顯示，鋼渣對(duì)于廢水的處理當(dāng)中不僅對(duì)金屬離子廢水有高效的凈化作用，其對(duì)于含有有機(jī)溶劑的廢水同樣有較高的處理效能。如，其在對(duì)含有有機(jī)染料的工業(yè)廢水進(jìn)行處理時(shí)，對(duì)結(jié)晶紫、亞甲基類染料廢水、堿性類的品紅廢水、翠藍(lán)染料廢水等各項(xiàng)有機(jī)廢水的凈化率都能達(dá)到九成以上。另有，其在對(duì)含有磷、砷、氟等非金屬毒性物質(zhì)廢水的凈化率也能達(dá)到相當(dāng)高的程度，對(duì)于磷、砷的去除率能夠達(dá)到97%以上，對(duì)于氟的去除率能夠接近八成。

4 結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)的冶金生產(chǎn)工業(yè)當(dāng)中，鋼渣的綜合利用效能能夠?yàn)槲覈?guó)綠色生產(chǎn)、環(huán)保生產(chǎn)、碳中和、碳達(dá)峰等保駕護(hù)航，目前已經(jīng)被各大生產(chǎn)企業(yè)重視起來(lái)。冶金工業(yè)固體廢物鋼渣的綜合利用能夠解決堆積的占地問(wèn)題，從而緩解其造成的環(huán)境污染問(wèn)題。鑒于此，我國(guó)的各大科研院所應(yīng)該繼續(xù)貫徹落實(shí)國(guó)家開(kāi)展綜合利用的各種方針和政策，在國(guó)家的統(tǒng)一指導(dǎo)下進(jìn)行高效率、全面化、多維度的實(shí)施和落實(shí)，盡量實(shí)際鋼渣的廢物重用，讓工業(yè)固體廢物重新為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。