淺析鋼渣資源綜合利用技術的應用前景

高 偉 濟南鮑德爐料有限公司技術中心，山東濟南 250109

淺析鋼渣資源綜合利用技術的應用前景

高 偉 濟南鮑德爐料有限公司技術中心，山東濟南 250109

綜述當前鋼渣處理技術及應用的主要情況，提出鋼鐵渣利用技術發展的趨勢，大力發展鋼渣外循環利用技術是鋼鐵業實現循環經濟的必由之路。

鋼渣；處理技術；綜合利用

鋼渣是冶金行業的工業廢渣，2010年中國粗鋼產量6.27億噸，而鋼渣作為鋼冶煉過程中的伴生物，其產量約占粗鋼產量的12%～15%。隨著自然資源不斷減少，如何將鋼渣這一“固體廢棄物”巨大資源變廢為寶，也成為制約鋼鐵工業發展的瓶頸問題。

1 國內外鋼渣綜合利用情況

許多國家對工業廢料利用有詳盡的法律法規，并且有相關的監督機制包括冶金渣的綜合利用等。下表一是國際鋼鐵協會在1994年發布的關于部分國家鋼渣利用率情況，從當中就可以看出這些國家對鋼渣的綜合利用起步較早，而且已經達到了較高水平。

表一 部分國家鋼渣利用率及產率情況

我國鋼渣利用起步較晚，而且利用率較低。而且發展極不平衡，東部相比中部以及西部利用率要高。沿海地區包括上海、江浙、山東地區的利用率要高于內陸地區。

表二1995年以來我國鋼渣產生及利用率情況

從表二中可以看出粗鋼產量從2004年開始飛速增長，但是鋼渣利用率卻成反向趨勢急速下降。隨著2006年國家產業結構的調整，粗鋼產量增加更趨于理性。從2009年開始受國家宏觀經濟以及產業結構的調整，粗鋼產量將會穩定低速增長。與之相對應的，鋼渣產量增速也慢慢穩定。隨著循環經濟政策優勢的逐步顯現，鋼渣綜合利用率也將慢慢回升，實現鋼渣資源循環利用經濟任重而道遠。

2 鋼渣處理技術簡介

2.1 鋼渣預處理技術

國內鋼渣預處理工藝技術主要有熱潑法、熱燜法、水淬、風淬、滾筒法。不同工藝比較如表四所示。

結論：1)鋼渣熱燜法、風淬粒化法、滾筒法等幾種鋼渣處理工藝，可以取代傳統的投資大、占地多、污染嚴重、處理效果差的熱潑法、淺盤熱潑法、水淬法等，有廣泛的推廣價值。

2）從流程短、占地少的角度出發，可以選擇風淬法或滾筒法。

3）熱燜渣法從實用性、處理能力以及效果上來看，得到了較多數鋼廠的青睞。

2.2 鋼渣處理深加工技術

鋼渣處理深加工工藝主要有：破碎-篩分-磁選工藝、破碎-濕磨磁選工藝、鋼渣自磨、半自磨-干磁選處理工藝、鋼渣粉超細粉磨工藝。濟鋼于2009年9月投產建設了鋼渣水選、自磨生產線，在鋼渣處理深加工方面走在了同行業前列。

水選技術：磁選后小于20mm的磁性渣粉，采用濕法磨礦實現單質鐵、鐵的化合物與渣體的單體離解，應用篩分、磁選手段控制粒鋼、磁性渣粉與尾渣的選別，選別后的產品經過分級、脫水及水處理工序，達到生產的潔凈環保化目的；最終實現粒鋼品位≥90%，鐵精粉品位≥65%，尾渣品位≤16%，金屬鐵回收率為72.98%，成品水分≤15%，水循環利用率＞94%。

表四 國內主要鋼渣處理技術比較

自磨技術：磁選后渣鋼(20～400mm)采用“縮徑”與“圍堰”技術，增加自磨機填充率，實現渣鋼表面渣的自主剝離，達到潔凈渣鋼的要求，應用了篩分與電磁分離技術，實現潔凈渣鋼的同時為水選用磁性渣粉提供良好的原料。渣鋼自磨線產出的清潔渣鋼品位≥90%，產尾渣品位≥40%，無粉塵外排，符合環境要求。

3 鋼渣綜合利用技術

3.1 鋼渣物理性能、化學成分及礦物組成

鋼渣的外觀形態隨著成分和冷卻條件的不同而不同。堿性低的鋼渣氣孔多，重量呈黑色光澤；堿性高的鋼渣呈灰黑色，結構較密實。在高溫熔融狀態下，進行水淬鋼渣成粒狀，自然冷卻的鋼渣成粒狀或塊狀。

主要礦物組成：Ca2SiO3和CaSiO2，體積比占50%；[Ca（VTiO7）]體積比占30%；RO相體積比占30%；金屬鐵相體積比占5%。

鋼渣中許多成分與水泥等建筑材料相近，而且可以回收一定數量的鐵，因此作為可循環利用資源有廣闊的發展前景。

3.1 用作冶金原料

3.1.1 做燒結熔劑：燒結礦配入適量鋼渣后，不僅可以回收鋼渣中的鋼、氧化鐵、氧化鎂、氧化錳、稀有元素（V、Nb）等有益成分，而且成了燒結礦的增強劑，顯著提高了燒結礦的質量和產量，并使轉股指數和結塊率提高，風化率降低，成品率提升。

3.1.2 做高爐或化鐵爐熔劑：鋼渣中的CaO、M gO作為熔劑可以節省大量的石灰石以及白云石資源，而且不需要經過碳酸鹽分解過程，節省了大量的熱能。使用證明對鐵水溫度、鐵水含硫量、熔化率、爐渣堿度及流動性無明顯影響，證明在技術上是可行的。

3.2 做建筑材料

3.2.1 生產水泥或混凝土材料：中高堿度的鋼渣因含有C2S和C3S等膠凝性礦物，不僅可以直接粉磨生產鋼渣水泥，而且也可作為活性混合材在水泥生產中作添加劑使用。研究證明，在混凝土攪拌中摻加一定比例的鋼渣微粉取代部分水泥，可以提高其結構的致密度和力學強度。寶冶鋼渣公司在研究鋼渣方面做了大量的實踐證明，鋼渣微粉穩定可靠，摻加鋼渣微粉使混凝土的抗凍性能大幅度提高，當鋼渣微粉摻加量達到10%時，其抗折強度比普通基準混凝土提高3 0%，脆度系數降低30%，耐磨性能提高30%以上。

3.2.2 鋼渣可做磚、砌塊以及建材產品原料：鋼渣摻量可以達到50%左右，產品強度高于黏土磚和粉煤灰磚，體積密度和吸水率與黏土磚相似，生產技術節省成本、降低能耗，具有顯著的環境效益和社會效益。需要注意的是鋼渣磚容重較大，而且要控制好f-CaO含量和堿量。

3.2.3 制造微晶玻璃：濟鋼鮑德爐料公司通過調整各種氧化物的配比，不添加任何晶核劑，經配料、熔化、水淬、晶化制備出鋼渣微晶玻璃，其主晶相為硅灰石、次晶相為透輝石，晶化后的制品為淺綠色，表面光滑，經SEM和x射線衍射分析得知微晶玻璃內部晶體硅灰石為粒狀和短柱狀，晶體發育良好，界限比較清晰，且抗壓強度可以達到400多兆帕。此技術為鋼渣的應用開辟了新的道路。

3.3 道路施工和回填領域

鋼渣碎石的硬度和顆粒形狀都很好地符合道路施工要求，其性能好、強度高、自然級配好是良好的筑路回填材料。鋼渣用于道路的基層、墊層以及面層，一般還需在鋼渣中加入粉煤灰和水泥或石灰作為激發劑，然后壓實稱為道路的穩定基層。

鋼渣作為回填材料近幾年來得到廣泛應用，作為2008年奧運會三大主要比賽場館的北京國家體育館在施工過程中就使用了大量的鋼渣作為回填材料。

3.4 農業方面

含磷高的鋼渣可以生產鈣鎂磷肥、鋼渣磷肥，不僅施用于酸性土壤效果良好，而且在缺磷堿性土壤中施用也可增產，并且干、旱兩用。

硅是水稻生長需求量最大的元素，含SiO2＞15%的鋼渣磨到60目以下可作為硅肥，用作水稻生產。一般每畝施用100K g，增產10%左右。

此外，CaO、M gO含量高的鋼渣磨細后，可作為酸性土壤改良劑，并且利用鋼渣中的P以及微量元素，用于農業生產中，可增強農作物的抗病蟲害能力。

4 鋼渣綜合利用前景展望

我國鋼渣利用如要分為內循環與外循環。內循環主要是指通過破碎、自磨工藝將回收的廢鐵重新回爐，這部分約占鋼渣資源的10%，更是主要的收入來源。外循環是指將鋼渣尾渣應用于冶金爐料以及建材、水泥、道路工程、農業生產當中，增加附加值產品，提高收益。隨著液態鋼渣處理技術的不斷提升，其鋼渣資源綜合利用循環經濟在國民經濟發展當中的比重越來越大。但是由于鋼渣中含有游離的氧化鈣（f-C aO）其穩定性差會造成道路及建材制品的開裂，成為制約我國鋼渣利用率的關鍵問題。

鋼渣利用未來發展的前景應加強以下幾個方面研究：（1）進一步加強鋼渣物性的研究，為探討其利用途徑找到突破點。（2）加強鋼渣處理技術的研究，提高鋼渣品位，利用鋼渣中的鈣、鐵、鎂、錳等有益成分，推廣鋼渣作冶煉（燒結、高爐、煉鐵）溶劑的應用技術。（3）開發高性能高鋼渣水泥，解決其膨脹性，增強其早期強度。（4）加強鋼渣在廢水吸附處理方面的應用研究。（5）解決鋼渣轉及砌塊的比重問題，擴大應用范圍。（6）繼續向鋼渣高附加值領域進行研究，學習國外先進的鋼渣利用經驗，對鋼渣進行分級、分類處理，使其成為真正商品化的二級原料資源。（7）以標準化推廣鋼渣系列產品。

5 結 語

鋼渣綜合利用是我國發展循環經濟的長遠課題，近幾年我國的鋼渣利用技術水平越來越高，但還有很大的發展潛力。這需要廣大的技術人員的不斷鉆研，集思廣益。完善利用標準、不斷推進應用領域，使鋼渣產生的經濟效益和環保效益最大化，為我國的循環低碳經濟做出貢獻。

表三 鋼渣化學成分

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.096

高偉 本科 助工。