冶鋼集團礦渣回收綜合再利用的思考*

施　靜，許會軍，張榮江，肖　春，張培豪

(1 貴州省六盤水職業技術學院工業系，貴州　六盤水　553003；2 貴州省六盤水環業冶金渣開發有限公司，貴州　六盤水　553003)

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冶鋼集團礦渣回收綜合再利用的思考*

施靜1，許會軍1，張榮江1，肖春1，張培豪2

(1 貴州省六盤水職業技術學院工業系，貴州六盤水553003；2 貴州省六盤水環業冶金渣開發有限公司，貴州六盤水553003)

循環經濟是一種以資源的高效利用和循環利用為核心,以“減量化、再利用、再循環”為原則,以低消耗、低排放、高效率為基本特征,符合可持續發展理念的經濟增長模式。本文以冶鋼集團對重礦渣的處理和利用為例,說明冶鋼集團重礦渣的特點、及終產廢物的利用,嘗試性地從循環經濟學角度對重礦渣的資源化策略提出了新的建議,并對其可行性、開發利用策略進行了初步探討。

鋼渣；環境保護；循環經濟；處理與利用

礦渣作為一種工業廢料隨著社會的不斷進步，工業生產的不斷發展，其排出量也越來越多，我國的幾大鋼鐵廠每天都將吐出成千上萬噸高爐重礦渣，它不僅占用大量的土地用來堆放，而且還污染環境，如不加以利用，又是一種資源上的浪費[1]。重礦渣是高爐冶煉生鐵過程中產生的熱熔礦渣，在空氣中中自然冷卻或經過熱潑形成的一種具有一定強度的石質材料。據了解，20世紀50年代生產至今已產生了1000多萬噸的重礦渣[2-3]，而且每年還以50～100萬噸的排渣量增加。但重礦渣在自然條件下不能消解，而堆放這些礦渣不但占用大量的土地，而且重礦渣里含有硫化物、氮氧化物，汞、砷、鉻、鎘、鉛等化學物對周圍的河流、水源、植被、土壤等造成危害，因此大量堆積的重礦渣的成為我國乃至我市環境污染的重大問題。根據六盤水市市情，隨著城市的發展，每年需要消耗大量的碎石、砂，過度的開發破壞了自然植被，造成水土流失。因此，將重礦渣進行綜合再利用，是保護環境、節約能源、減少廢料的堆放必經之路，是我市可持續發展戰略的重要內容。

1　重礦渣化學組分分析

重礦渣因產地不同，化學組成也各不相同，主要取決于礦石的成分及生產生鐵的種類[4]。貴州省六盤水市首鋼水城鋼鐵(集團)有限責任，公司是貴州高爐重礦渣的主要排放企業，長期以來水鋼重礦渣一直被作為工業廢渣排放，造成大量堆積。如果不進行綜合利用，不僅擠占有限的土地資源，還會污染周圍環境。因此抽取水鋼集團重礦渣樣品，參照GB/T176-2008《水泥化學分析方法》進行分析。重礦渣的成分見表1。

表1　重礦渣成分分析

重礦渣主要含有SiO2，Al2O3，CaO，其中SiO2是微酸性氧化物，含量較高，占31.40%，形成低活性的低鈣礦物，使礦渣活性降低；酸性氧化物Al2O3，是礦渣中較好的活性成份，含量占15.57%，在礦渣中形成鋁酸鹽、鋁酸鈣等礦物，由熔融狀態經水淬后形成玻璃體；堿性氧化物CaO是礦渣的主要成分，含量占38.70%，是決定礦渣活性的主要因素，其含量越高，礦渣的潛在活性越高。

2　重礦渣的綜合利用

位于貴州省六盤水市的首鋼水城鋼鐵(集團)有限責任公司,是貴州高爐重礦的主要排放企業,長期以來水鋼重礦渣一直被作為工業廢渣排放,造成大量堆積。而利用高爐重礦渣可以替代天然砂石做骨料配制混凝土已有研究[5]。隨著六盤水市市情的發展，市政工程的擴建，我市每年需要消耗大量的碎石、砂、混凝土等建筑材料，因此，大量堆積的重礦渣受到重視，并且對重礦渣用于混凝土材料進行相關測試。

2.1混凝土利用

在混凝土中摻加適量的礦物微粉及其他物料，不僅具有較好的經濟效益,而且還能夠改善混凝土的工作性能、力學性能和耐久性。常用的礦物摻合料主要有粒化高爐礦渣、粉煤灰和硅灰，關于這些礦物摻合料對混凝土性能的改善，國內外的專家學者已作過大量的研究。 貴州六盤水市的首鋼水城鋼鐵礦渣是一種含鈣及硅量高、活性較高的酸性礦渣，對該類渣混凝土性能的研究中,目前還沒有一種高價值綜合利用的有效途經。

研究工作初步研究了礦渣摻量對混凝土結合能力的影響表2與表3數據說明改變水及水泥含量，抗壓強度由28天抗壓強度為28.9 MPa增加到30.0 MPa；表4與表5數據添加重礦渣石并增加其含量，抗壓強度為28天抗壓強度為28.9 MPa增加到30.9 MPa。

測試依據為JGJ98-2000《砌筑砂漿配合比設計規程》，設計強度等級M10，試配強度8.7 MPa，稠度30～50 mm。原材料含水泥(P·O 42.5)，水，骨料為重礦渣砂。每立方米中材料的用量為重量比，增加水泥及水的含量，測試抗壓強度為28天抗壓強度為25.6 MPa增加到30.0 MPa。

表2　砂漿配合比

表3　砂漿配合比

測試依據為JGJ55-2000《普通混凝土配合比設計規程》，增加原料重礦渣石并增加其含量，設計強度等級C20，試配強度28.2 MPa，坍落度35～50 mm。原材料含水泥(P·O 42.5)，水，骨料為重礦渣石粒徑5～31.5 mm以及重礦渣砂。每立方米中材料的用量為重量比，抗壓強度為28天抗壓強度為28.9 MPa 增加為30.9 MPa。

表4　混凝土配合比

表5　混凝土配合比

2.2沙石、磚的利用

隨著市場的發展，六盤水相關企業引入礦渣免燒磚技術，在礦渣中加入一定量的水泥等膠凝材料及外加劑，經過攪拌成型和蒸汽養護制成的磚[6]。生產出礦渣免燒磚其強度可較佳，可使用于普通房屋建筑和地下建筑，也可用于生產人行道板磚、草坪磚、路面磚、路沿石、廣場磚、護坡磚。礦渣作砂子,是礦渣經過烘干、粉磨后還可以代替砂子，在建筑工程中得到應用[7-8]。并且，貴州省六盤水市是產煤及用煤量較大的地方，粉煤灰是火力發電廠和大型企業鍋爐燃燒煤粉后產生的一種工業廢料，它的堆積占據很大的土地面積，因此，我們的研究工作下一步是探索重礦渣與粉煤灰的綜合利用。

2.3礦棉的利用

礦棉及其制品質輕、耐久、不燃、不腐、不受蟲蛀等，是優良的隔熱保溫、吸聲材料。由硅酸鹽熔融物制得的棉花狀短纖維，包括礦渣棉、巖棉、玻璃棉和陶瓷纖維等，我國一般只指礦渣棉和巖棉。最早從夏威夷火山口得到的礦棉，稱為“法爾的頭發”。以冶金礦渣或粉煤灰為主要原料者稱礦渣棉。礦棉與粘合劑再經成型、干燥、固化等工序可制成各種礦棉制品，本文所指的是礦渣棉。

礦棉是以礦渣為主要原料,在熔化爐中熔化后獲得熔融物,經進一步加工得到的一種白色棉狀礦物纖維,具有質輕、保溫、隔聲等性能[9-11]。礦棉與聚苯乙烯泡沫塑料對比，聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯樹脂為基料，加入發泡劑等輔助材料,經加熱發泡而成的輕質材料。它具有質輕、導熱系數小、吸水率低、耐水、耐老化、耐低溫、易加工、價廉質優等優點。

隨著國家對節能環保要求的重視，礦棉這一保溫元老又在新的行業發揮重大的作用。在目前如火如荼的建筑保溫中，礦棉的應用也是炙手可熱，尤其是近幾年以聚苯乙烯發泡板保溫模式的火災時有發生，建筑保溫行業對于保溫材料的選擇一直很重視。礦棉由于保溫效果可以又具有很好的不可燃性，在建筑保溫行業中的使用越來越多，這就給實現礦棉生產的可行性提供了依據。在建筑節能中，礦棉的施工主要是兩大類，一類是干掛，一類是粘貼，干掛主要是配套建筑外墻外掛玻璃幕墻、石材幕墻等，在龍骨中作填充保溫材料。粘貼，是效仿聚苯乙烯板材的施工，由于礦棉板自重比聚苯乙烯板要重并且內部強度稍差，在施工中有必須要使用鍍鋅網做保護，并且要使用保溫釘固定，對于自重較大的礦棉產品，還要考慮施工工序，避免自重過大導致的形變。

近幾年來，礦棉由于保溫效果好且具有很好的不可燃性，在建筑保溫行業中的使用將越來越廣泛。而礦渣棉開發的關鍵在于催化劑的開發。在相關研究工作[12-15]的基礎上，我們提出新思想，希望探索新型、經濟的催化劑便于合成高效能的礦渣棉。然而，該項技術在六盤水市還在起步階段，沒有自己成熟的技術，因此，需要加大力度進行探索，使得礦渣得到更加綠色環保、經濟的利用。

3　結　語

礦渣是一種工業廢棄物,但若能合理利用,它也是一種優質的“二次資源”[16]。對礦渣的充分利用，是變廢為寶的思路。雖然我國目前對礦渣的利用率還比較低，且目前的利用中還存在一些問題[17]，如在利用礦渣制備無機膠凝材料時，如果養護不當，可能出現“泛堿”等問題。但隨著人們對礦渣多種應用的研究越來越深入，礦渣的應用一定會越來越廣，最終實現經濟、環保和社會效益的和諧統一。

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[6]張則崗,王強. 鋼鐵廠工業廢棄物的綜合利用[J]. 新疆鋼鐵, 2002, 84(4):19-21.

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Utilization of Steel-slag in Daye Steel Group*

SHI Jing1, XU Hui-jun1, ZHANG Rong-jiang1, XIAO Chun1, ZHANG Pei-hao2

(1 Department of industrial, Liupanshui Vocational and Technical College, Guizhou Liupanshui 553003;2MetallurgicalSlagIndustryDevelopmentCo.,Ltd.,GuizhouLiupanshui553003,China)

Circular economy is a kind of efficient utilization of resources and recycling as the core, with "reduction, reuse, recycle" principle, with low consumption, low emissions, high efficiency for basic characteristic, conforms to the concept of sustainable development mode of economic growth. Based on metallurgical steel group, taking the processing and use of heavy slag as an example, the characteristics of metallurgical steel group’s heavy slag were explained, and waste utilization was eventually produced, a new proposal of tentatively heavy slag utilization strategy from the angle of circular economics was put forward, and its feasibility, development and utilization strategy were carried on the preliminary discussion.

steel-slag; environmental protection; recycle economy; disposal and utilization

貴州省六盤水市配煤煉焦重點實驗室(編號：52020-2014-1-05-03)。

施靜(1987-)，女，講師，從事催化劑制備及應用的研究。

TF09

A

1001-9677(2016)09-0016-03