閆啟平
(中國金屬再生資源(控股)有限公司,上海 200120)
我國冶金渣開發利用產業慨況及發展前景
閆啟平
(中國金屬再生資源(控股)有限公司,上海 200120)
全面分析了我國冶金渣開發利用產業的發展狀況和存在問題,提出行業未來的發展戰略,指出我國冶金渣開發利用處于起步階段,與發達國家相比還有很大差距,具有巨大的發展潛力和良好的投資環境。
冶金渣;發展;前景;分析
中國是世界第一產鋼大國,也是冶金渣產出大國,同時也是一個冶金渣開發利用強國。無論在產業規模上,還是加工利用技術上,都走在世界的前列。
冶金工業在鋼鐵冶煉過程中,伴隨著鋼鐵制造產生大量的固體廢棄物,其中包括:煉鐵工序產生的鐵渣、煉鋼工序產生的鋼渣、軋鋼工序產生的氧化鐵皮渣、各除塵系統產生的冶金塵泥等冶金固體廢物,在業內統稱為冶金渣。
鋼鐵渣回收后,被送進專業化冶金渣處理廠,經過冶金渣專用加工處理設備及加工生產線進行粉化、分揀、破碎、磁選、研磨、配制等綜合加工處理,生產出各種冶金渣產品,再生循環利用。
冶金渣開發利用產業的終極目標:實現冶金固體廢棄物100%資源轉化,提高附加值,提高資源利用率,實現冶金固廢“零排放”,減少二次污染,保護生態環境。
中鋼協數據顯示,2013年,我國粗鋼產量約7.81億t,生鐵產量為7.1億t。按常規測算,產生鋼渣約1.2億t;產生鐵渣2.5億t左右;共產生鋼鐵渣約3.7億t。這些冶金固體廢物,如果能得到合理的開發利用,將是一筆巨大的經濟環保財富。
冶金固體廢棄物經過深加工處理,使其在一系列物理和化學作用變化過程中,轉變成高附加值的同質或新生產品,是一個物理、化學變化的過程,是廢棄物再生利用的過程,其工藝流程如圖1。

圖1 冶金渣資源化加工主體生產工藝流程圖
2.2.1 可產生大量廢鋼鐵
冶金渣內含有一定量的廢鋼鐵,以還原鐵、氧化鐵、鐵礦石的形式混合在內。其中,高爐鐵渣含鐵量為3%左右,鋼渣含鐵量為10%左右,塵泥含鐵量為30%左右。多年來,冶金渣加工處理所產生的廢鋼鐵,業內叫渣鋼、渣鐵,一直是我國鋼鐵企業廢鋼鐵資源的主要來源之一。
2.2.2 可生產優質水泥
鋼鐵渣經過加工處理,將所含的廢鋼鐵、鋼鐵渣粉等分揀、磁選后,剩余的尾渣是一種經過高溫焙燒的硅酸鹽物質,是制造水泥的優質原料。經過科學的加工處理,可以制造出品位和性能都優于普通水泥的高強度、耐酸、耐堿的高檔水泥、水泥添加劑和墻體材料,具有很高的商業價值。
鋼鐵渣在充分回收金屬后,用于生產鋼鐵渣微粉,可代替部分水泥做混凝土摻合料。按照2012年我
2.3.1 可節約能源
鋼鐵渣粉是優質水泥的替代品,其生產工藝是將鋼渣和鐵渣磨細,減少了水泥生產中的生料粉磨和熟料煅燒工序,可節省水泥制造中熟料煅燒的煤耗。與生產水泥相比,每噸鋼鐵渣粉可節省水泥煅燒所用煤約121 kg,以年產3億t渣粉測算,每年可節省標準煤3 600萬t左右。
鋼渣粉研磨采用臥式輥磨、粒化高爐礦渣粉采用立磨技術,每生產1 t鋼鐵渣粉的電耗比生產水泥可節電60 kW·h,年產3億t鋼鐵渣粉計算,每年可節電180億kW·h。
2.3.2 可減少原生礦的開采
鋼鐵渣粉代替水泥使用,可以節省水泥生產所用的石灰石原料、粘土質原生資源的開采。在我國,每生產1 t水泥需要消耗1.1 t石灰石和0.18 t粘土質原料。若每年生產3億t鋼鐵渣粉,相當于每年減少3.8億t原生石灰石、粘土礦的開采。
2.3.3 可減少碳排放
我國水泥產業是CO2排放量最多的行業之一,占總排放量的13%。我國是世界上水泥產量最高的國家,2012年,我國水泥產量為21.8億t,排放CO2約17.7億t。
鋼渣是在1 650℃以上高溫下熔煉形成的以硅酸二鈣和硅酸三鈣為主要成分的物質。高爐渣經水淬急冷形成玻璃體,具有較好的水硬膠凝性。在激發劑作用下生產鋼鐵渣粉只需磨細即成為產品,減少了石灰石煅燒分解CO2的排放。且生產鋼鐵渣粉不需要煅燒,減少了燃料燃燒中CO2的排放。每生產利用1 t鋼鐵渣粉替代水泥,將減少CO2排放0.82 t。
按照我國每年生產3億t鋼鐵渣粉測算,可減少排放2.4億t的CO2,減少水泥行業CO2排放總量的14%,有利于環保和低碳經濟的發展。

圖2 冶金渣開發利用的經濟價值及環保價值示意圖
(1)鐵渣產生量:我國生鐵產量為7.1億t,高爐礦渣的產生量約2.5億t。
(2)鋼渣產生量:我國粗鋼產量為7.81億t,鋼渣的產生量約為1.17億t。
2013年,我國鋼鐵渣產生總量約為3.67萬t。
(1)鋼渣增長量及利用率:2000—2012年,我國鋼渣產生總量約8.01億t,年鋼渣產生量由1 927萬t增長到1.07億t,增長了近5倍(圖3)。所產生的鋼渣均被以各種形式加工處理和利用。但是,有相當數量的鋼渣尾渣被作為渣土回填、鋪路等低價值利用,資源浪費很大。高附加值資源轉換化利用率近年來僅達到25%左右,資源浪費很大。

圖3 2000—2012年中國鋼渣產生量走勢
(2)鐵渣增長量及其利用率:2000—2012年,我國高爐鐵渣產生總量17.56億t。年鐵渣產生量由4 585萬t增長到2.3億t,增漲6倍,資源轉換化利用率近年來已達到80%左右,鐵渣利用率高于鋼渣利用率(圖4)。

圖4 2000—2012年中國鐵渣產生量走勢
進入21世紀,我國?;郀t礦渣粉生產線相繼建成投產超過100條以上,年產能約1億t。?;郀t礦渣粉比表面積可達到400 m2/kg以上,可等量取代10%~40%的水泥配制混凝土,2005年以后得到了快速發展。
(3)鋼鐵渣增長量及綜合利用率:2000—2012年,我國鋼鐵渣產生總量達25.56億t。年鋼鐵渣產生總量由6 512萬t增長到3.38億t,增長了4倍,綜合利用率達55%左右(圖5)。為我國節約能源、節約資源、控制污染、環境保護做出了巨大貢獻,創造了巨大財富。

圖5 2000—2012年鋼鐵渣增長量及綜合利用率
2000—2012年,我國冶金渣利用率的發展軌跡呈“U”字形,雖有所回升,離100%資源利用、“零排放”的目標差距很大。導致我國冶金渣利用率偏低有以下主要原因。
(1)冶金渣開發利用技術支撐體系薄弱,加工技術、應用技術、設備制造技術等核心技術的研究突破性創新緩慢;
(2)我國冶金渣水泥應用技術標準有所提高,生產加工工藝、生產加工設備必須進行相應的升級改造。產品技術標準的調整帶來利用率短期的下降;
(3)利用率內涵的變化,原作為利用率統計的用于鋪路、回填等低價值應用的尾渣,近幾年不再屬于綜合利用的統計范疇,利用率縮水。
2000年以來,我國對冶金渣處理新技術的研究和應用呈多元化發展,各大鋼鐵企業、研究單位充分利用自身優勢和冶煉工藝特點,因地制宜,不斷推陳出新。我國比較成熟廣泛應用的冶金渣處理通用技術如下。
(1)以武漢鋼鐵公司為代表的冶金渣熱潑技術;
(2)以上海寶鋼公司為代表的冶金渣滾筒技術;
(3)以馬鞍山鋼鐵公司為代表的冶金渣風碎、水淬技術;
(4)以太原鋼鐵公司為代表的冶金渣熱悶技術;
(5)以鞍山鋼鐵公司為代表的冶金渣綜合利用技術等。
從投資、環保、故障率、資源循環、資源轉化等多層面評估,有各自優勢和技術特點,在不同的企業和利用領域發揮了很好的作用。
就產業加工技術而言,各加工處理生產線工藝設備不同,核心技術是共同的,即“粉化→降解→磁選→資源轉化→高值應用→零排放”各個環節關鍵技術、關鍵設備的開發、研究和應用。
(1)消解游離氧化鈣、游離氧化鎂技術研究。制約我國鋼渣尾渣綜合利用率提高的關鍵技術之一,就是對鋼渣中游離氧化鈣(f-CaO)和游離氧化鎂(f-MgO)遇水體積膨脹,在使用時造成建筑物、制品、道路開裂等缺陷。
近幾年,冶建環保院正在研發的鋼渣余熱自解熱悶處理工藝技術(圖6),在解決鋼渣的不穩定性上取得很大的進步。其核心技術為:將剛出爐的高溫鋼渣,直接送進鋼渣熱悶池,由計算機進行程序控制,智能調節噴水噴霧,利用鋼渣自身的熱量使鋼渣在高溫蒸汽中粉化。經過熱悶處理,充分消解鋼渣中的游離氧化鈣和游離氧化鎂,使鋼渣深度粉化、性能穩定。在鋼渣中含有10%的廢鋼鐵充分回收的基礎上,使尾渣達到100%資源化,用于生產制造水泥、建筑材料、裝飾材料和道路建筑材料。這是我國在鋼渣粉化處理技術上的一項突破性研究和自主創新,已在新建的冶金渣處理線上試用。

圖6 鋼渣熱悶加工處理生產線流程圖
(2)鋼鐵渣復合粉制造技術研究。從水泥制造工藝和原料焙燒的角度看,鋼渣是一種過燒硅酸鹽水泥熟料,磨細至比表面積為400 m2/kg以上,可等量取代10%~40%的水泥配制混凝土,提高混凝土的后期強度,提高混凝土的耐磨性和抗腐蝕性,降低水化熱等,改變工作性能,有利于混凝土泵送澆注施工。
該項技術已完成中試,將很快被推廣應用。該產品已被國家列為“鼓勵發展的環境保護技術”和綠色建材產品。
(3)鋼渣應用的前沿技術研究。鋼渣在常規開發利用的基礎上,國內外已經進行了一些前沿科技研究和成功的實踐:一是利用鋼渣含有豐富的磷和鉀,可作為很好的肥料改良土壤,對鹽堿地進行改性技術的研究;二是利用鋼渣修復海洋生態系統,將鋼渣中的鐵、磷、硅、鈣作為營養源添加到海洋中,可促進浮游植物、藻類植物及一些海洋動物繁殖生長;三是用于內陸江、河、湖畔,沿江、沿河、沿湖生態環境的改造;四是可從煉鋼到造渣作為一種溶劑,通過添加劑的加入,增強其活性,使其性能更加符合使用的要求。
(4)新一代鋼渣處理技術研究。據《中國冶金報》報道,2013年10月,河南濟源鋼鐵首套工業化應用的新一代鋼渣處理技術與設備——轉爐渣輥壓破碎—自壓熱悶技術與設備,通過中鋼協組織的科技成果鑒定。
該成果取得了多項技術突破,鋼渣余熱壓熱悶蒸汽溫度120℃、壓力0.2~0.4 MPa,處理周期短,能耗低,熱悶時間1.5 h,比常壓池式熱悶工藝縮短6~10 h,噸渣電耗7.25 kW·h,噸鋼新水耗量0.3~0.4 t,比常壓池式熱悶工藝節約生產成本40%。熱悶后,鋼渣浸水膨脹率小于1.6%,游離氧化鈣含量小于2.12%,粉化率大于72.5%(粒度小于20mm),進一步滿足了建筑材料制造的相關標準。該處理技術效率高、清潔、成本低,具有較大的工業化生產推廣優勢。
在鋼鐵渣鐵份的分選和提純過程中,鋼渣加工處理工藝、渣鋼(含渣廢鋼鐵)提純工藝、磁選工藝和加工設備不斷進步,使金屬回收率及產品含鐵純度大幅度提高。加工處理的渣鋼含鐵量可超過80%,直接回爐煉鋼。加工磁選的含鐵渣粉含鐵量可達到60%以上,可直接用于燒結、煉鐵。
2013年,我國從鋼渣中回收的廢鋼鐵約600萬t,金屬回收率約為鋼鐵渣理論值含鐵量的60%(較高水平),取得了良好的經濟效益,節省了大量鐵礦石、石灰石礦的開采,增加了廢鋼鐵資源,減少了冶金廢棄物的占地和環境污染。
近幾年來,通過技術創新和對先進設備的引進,我國冶金渣加工處理設備不斷進步,裝備水平不斷提高,進入世界先進行列。當前,我國冶金渣產業普遍推廣使用的主要新型技術和設備如下。
(1)高爐渣水力沖渣設備。在國外INBA法的基礎上,研發了我國自己的新型高爐渣水力沖渣工藝設備,達到了污染少、沖渣質量好、蒸汽回收率高的效果。在國內大型高爐,尤其是新建的大型高爐上普遍應用。
(2)鋼渣粉化處理設備。在我國,熱態鋼渣處理設備主要有:鋼渣余熱自解熱悶處理工藝生產線、鋼渣滾筒工藝生產線、鋼渣風碎、水淬工藝生產線、熱潑渣處理工藝生產線等,已在各大型鋼廠液態鋼渣加工處理中推廣應用,并不斷改進、完善和提高。
國內絕大多數鋼廠液態鋼渣不再落地,直接進專用的冶金渣處理設備或加工處理生產線,進行粉化處理和生產加工。
(3)粒化高爐礦渣粉研磨設備。我國粒化高爐礦渣粉的粉磨設備,在引進、消化、創新的基礎上,研發出國產立式輥磨,在國內鋼鐵渣水泥廠得到推廣應用,初見成效。
(4)鋼渣節能粉磨設備。鋼渣節能粉磨設備,在引進國外臥式輥磨設備的基礎上,消化創新、自行設計的臥式輥磨已試制成功,逐步投入鋼渣加工生產之中,深受廠家的青睞。
(5)渣鋼提純和磁選設備。按照目前煉鋼工藝的要求,含鋼量低于80%的渣鋼,已不能滿足現代轉爐或電爐煉鋼的需求,必須和其他廢鋼鐵一樣對渣鋼進一步凈化提純,達到廢鋼鐵入爐標準。
渣鋼提純和磁選設備通過引進、消化、創新,研發出國產鋼渣提純棒磨機和寬帶磁選機,并在國內鋼渣加工生產線上開始應用,效果良好。
目前,我國冶金渣開發利用產業新的運行機制及經營模式有兩種:一是由鋼鐵企業自己投資建設,作為輔助產業自己開發或委托運營;二是由專業化冶金渣開發利用公司投資和運營。在我國,前者占主要成分,后者剛剛興起,并將逐步成為產業主體。
(1)鋼企投資建設,自營或委托經營。這種傳統的冶金渣開發、生產經營模式經歷了不斷的改制,在鋼企的冶金渣處理中發揮了很好的作用。但是,基本上沒有擺脫“小而全”的生產經營模式,大都作為第三產業管理經營,存在諸多弊端。大部分企業以回收廢鋼鐵為主,對尾渣開發比較粗放,不利于大型專業化設備的統籌引進,不利于高價值資源利用的后續開發,不利于科學研究的深入發展和資源綜合利用率的提高,有待改革升級。
(2)專業化冶金渣開發公司投資經營。近幾年,國內冶金渣專業化、規?;_發公司開始興起,與科研院校聯手對冶金渣進行系統的研發和投資運營。鋼鐵企業將冶金渣的回收、處理、加工、配送委托或轉讓給專業公司,充分發揮其專業性強、技術先進、管理經驗豐富、資金雄厚的優勢,綜合開發利用,充分挖掘資源潛能,促進了冶金渣資源轉化和“零排放”。
這種新型的生產經營機制,有利于冶金渣開發利用先進工藝、先進設備的引進和應用,有利于冶金渣終端產品、應用市場的挖潛和多元化發展,是提高資源利用率、提高經濟效益的重要途徑。
在當前我國冶金渣的加工處理領域,還有相當一部分企業仍沿襲著傳統的粗放式處理。僅將冶金渣中的廢鋼鐵選出后,把尾渣作為普通的廢物棄掉、填埋;或者被轉移至農村,再次用人工分選出殘留鐵粉粒后隨地堆棄、鋪路。沒有再進行尾渣高附加值資源轉化的深度開發,以及進一步挖掘資源潛能和應用價值。公民對再生資源綜合利用的意識還普遍淡薄。
當前,我國鋼鐵渣再生資源綜合利用率較低,與國家的既定目標或國際先進水平相比差距很大。我國高爐渣綜合利用率約80%,鋼渣綜合利用率約25%,鐵合金渣綜合利用率約20%,有色冶金渣綜合利用率約45%,平均綜合利用率約55%。資源浪費十分嚴重。
同時,對冶金渣新的高端產品應用市場的開發和推廣應用缺乏國家應用技術標準,缺乏建筑行業的認可和共識,缺乏政策的鼓勵和引導,應用渠道不暢,推廣緩慢,如:高爐渣粉、鋼渣粉、鋼鐵渣復合粉等。
在我國,從事專業鋼渣研磨技術研究、加工設備研究和制造的專業單位較少,遠遠不能滿足國內市場的需要,非標設備生產、使用普遍。少數較先進的大型設備多為進口,價格昂貴。設備引進、創新不夠,新技術、新工藝、新設備的研制力量不足,推廣和應用較慢。雖然少數大型企業設備先進,但中小型企業設備普遍簡陋,產業整體裝備水平偏低。
我國對冶金渣開發利用產業缺少必要的稅收優惠政策的扶持。冶金渣產品還未納入再生資源優惠產品目錄,對新產品的推廣和應用,缺乏政策的引導,缺乏有效的激勵機制;冶金渣開發利用企業準入標準尚未出臺,對落后產能、污染環境、資源浪費,缺乏有效的法律法規的限制和監督管理;缺乏市場協調和引導。
冶金渣開發利用發展較好的企業多集中在東、中部地區的大型鋼鐵企業,而西部地區和地方中小鋼鐵企業的推進比較困難。缺乏產業發展的統籌規劃,缺乏資金的支持,缺乏政策的引導與監督,缺乏科學的商業運行機制推動產業的有序發展。
我國《冶金渣開發利用產業“十二五”發展規劃》確定冶金渣產業持續發展的技術路線。產業戰略發展技術路線見圖7。

圖7 我國冶金渣開發利用產業戰略發展技術路線
(1)鋼渣高壓熱悶處理技術設備的研發和應用;
(2)鋼渣滾筒技術的完善、研發和應用;
(3)鋼渣風碎、水淬技術的完善、研發和應用;
(4)鐵合金渣處理技術的研發和應用;
(5)不銹鋼渣處理技術的研發和應用;
(6)鋼渣高效寬帶磁選設備的研發;
(7)冶金塵泥處理和開發應用技術的研發推廣應用;
(8)渣鋼產品深加工產品,TFe>90%的渣鋼技術和TFe>60%的磁選粉技術的研發和應用;
(9)冶金渣塵泥中礬、鈦、稀土、鋅等貴金屬的提取技術的研發;
(10)冶金渣、塵泥制作精品球團礦的技術研發和應用。
(1)鋼鐵渣復合粉生產工藝技術研發及應用;
(2)鋼渣粉加工技術和設備的研發和應用;
(3)軋鋼氧化鐵皮生產磁性材料的研發和應用;
(4)鋼渣尾渣生產人造大理石,高級地磚、除銹噴丸等技術的研發和應用。
冶金渣綜合開發利用是一項系統工程,需要國家政府部門關心和支持,需要國家政策支撐體系和技術支撐體系鼎力相助,需要法律體系的支持、保護和監督管理。
冶金渣開發利用對節約鋼鐵原料資源,減少建筑材料原生資源的開采,促進節能減排,降低碳排放,保護環境有著重要的意義。
國家應加快完善立法,逐步形成以《循環經濟促進法》為核心、《資源綜合利用條例》為基礎,包括與固體廢物資源化開發利用專項法規相配套的冶金渣產業準入標準、技術標準、環保標準、稅收政策等行業法律法規體系。
從政策法規上確立社會各階層在我國再生資源產業發展中的義務和責任。加大廢渣排放污染環境的處罰和監管力度,引導企業依法經營、有序發展。
完善冶金渣資源綜合利用的鼓勵、扶持措施和稅收優惠政策,建立冶金渣產品開發生產和冶金渣產品使用的長效激勵機制。
國家應盡快把冶金渣產品納入再生資源優惠產品目錄,加大冶金渣開發利用的支持力度。冶金渣產品應盡快進入國家再生資源產品目錄,和其他再生產品平等享受同樣的優惠政策。
對冶金渣再生產品的應用,應給予政策的支持和鼓勵,對冶金渣再生產品使用較好的鋼鐵企業和應用冶金渣建筑材料產品較好的建筑企業,要給予再生產品應用的稅收優惠或其他獎勵政策。
國家應加大冶金渣資源綜合利用的核心技術研究的資金投入和攻關力度,組織研究開發和推廣先進的鋼渣處理技術、渣鋼提純磁選技術、鋼鐵渣粉生產應用技術等,努力突破制約冶金渣綜合利用率發展緩慢的瓶頸。
建立以企業為主體,產、學、研相結合的資源綜合利用技術創新科研體系,加快科技成果的生產轉化,支持對國外先進技術的引進、消化、吸收和創新,加快新技術、新工藝、新設備和新材料的推廣應用。
我國冶金渣開發利用產業已初具規模,年加工處理量已達到3.5億t,而產業的數據、信息統計體系尚未建立,相關管理制度、統計標準尚未形成?,F行的企業統計數據不完善、不標準,方法不統一,難以為政府、企業決策和科研提供可靠的依據。
應加快冶金渣產業信息統計體系的建立,納入國家統計系統。為國家宏觀調控及科研、教育、企事業單位的科研、經營決策,提供統一的、準確的、權威的參數。
國家相關政府部門應抓緊組織制定冶金渣開發利用行業準入標準,規范企業生產經營行為、環境保護標準和社會責任;組織、制訂產品技術標準、應用標準、檢測方法、術語、定義、標志;建立產品鑒定、認證、評估和監督體系。以強化冶金渣再生產品生產準入和產品消費質量保障體系,促進我國冶金渣開發利用行業產、供、銷運行機制的規范發展。
我國冶金渣開發利用產業是一個新興產業,雖然起步較早,但政策支撐體系、技術支撐體系、市場支撐體系及管理機制都還很薄弱。
冶金渣產業是一個節約資源、節能減排、綜合利用和低碳環保產業,有著廣闊的發展前景。我國冶金渣年產生量很大,居世界第一,如果得到合理的開發利用,可以在獲得巨大的經濟和環保效益的同時,帶動產業鏈上下游,發展成一個很大的與產業規模相配套的科研與企業群體,發展潛力巨大。在現有冶金渣再生產品生產應用的基礎上,新的開發利用領域十分廣闊,國內外已經有一些高新技術的前沿研究和成功案例。
Current situation and development prospect ofmetallurgicalwaste residue recycling industry
YAN Qiping
(China Metal Recycling(Holdings)Limited,Shanghai200120,China)
The current situation and existing problem ofm etallurgicalw aste residue recycling industry w ere analyzed, and the future developm ent strategy w as put forw ard.The m etallurgical w aste residue recycling industry is in the prim ary stage,w hich falls behind to the developed countries,and gains a large develop potential and sound investm ent environm ent.
w aste residue;developm ent;prospect;analysis
2014-02-28)
X757
A
1674-0912(2014)04-0022-06
閆啟平(1946-),男,湖北武漢人,高級工程師,中國廢鋼應用協會原秘書長。國產生鋼鐵渣3.5億t測算,可生產鋼鐵渣粉3億t左右,具有較大的節能與環保效益。