永鋼鋼渣工藝礦物學及其綜合利用技術★

江飛飛 馬 劍

(江蘇科技大學(張家港)船舶與建筑工程學院，江蘇 張家港 215600)

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·綠色環保·建筑節能·

永鋼鋼渣工藝礦物學及其綜合利用技術★

江飛飛 馬 劍

(江蘇科技大學(張家港)船舶與建筑工程學院，江蘇 張家港 215600)

介紹了永鋼集團經灑水降溫處理后轉爐鋼渣的工藝礦物學特性，利用XRF，XRD，SEM微觀測試技術，研究了鋼渣的成分組成、含量及顆粒形狀。歸納總結了鋼渣的內外循環綜合利用技術，并針對存在的問題提出了未來鋼渣處理的研究重點。

鋼渣，工藝礦物學，轉爐，綜合利用

1 概述

“十二五”期間，在高速經濟發展的推動下，我國粗鋼產量由2010年的6.3億t發展到2015年的8億t[1]，但也伴隨產生了大量鋼渣廢棄物，其質量約為鋼材的12%～14%。由此推斷，去年我國鋼渣產生量達到1.1億t。舊渣無法消耗，新渣卻還在不斷增加，嚴重制約了我國鋼鐵產業的可持續發展，并且污染環境，給人類的生存帶來了極大的威脅。因此，如何有效的利用這些鋼渣，使之既能帶來經濟效益，又能起到保護環境的作用，是當前可持續發展的重要議題。本文利用XRF,XRD,SEM微觀測試技術，研究了永鋼轉爐鋼渣的成分組成和含量，并介紹了鋼渣綜合利用新技術。

2 鋼渣處理現狀

永鋼集團是集燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼于一體的大型鋼鐵企業。2013年，煉鐵、煉鋼、軋材的年生產量分別達到726萬t,732萬t和782萬t，每年為國家生產大量優質鋼材的同時，也產生了近200萬t的鋼渣。近些年，由于鋼鐵行業“零”排放政策的推行，各大鋼企積極開發鋼渣利用新技術。目前，鋼渣的利用按照用途大致可分為內循環和外循環，內循環是指鋼鐵企業內部回爐使用，作為煉鋼的返回料和燒結礦的原料；外循環主要是指用于農業和建材行業等領域。

3 工藝礦物學特性

鋼渣的主要成分為：CaO,SiO2,FeO,Al2O3,MgO等，不同鋼廠由于鐵礦石以及生產工藝的不同，產生的鋼渣外觀形態和成分差別也較大[2]。本文通過XRF,XRD,SEM微觀測試技術，研究了沙鋼鋼渣的主要物相組成及具體含量。

3.1 鋼渣化學成分

利用美國Thermo Electron公司的ADVANT’XP型X射線熒光光譜儀(X-ray fluorescence spectrometer, XRF)測其化學成分，主要化學成分(質量分數)如表1所示。

表1 鋼渣化學成分 %

3.2 鋼渣XRD分析

利用日本RIGAKU公司的SMARTLAB(3)型X-射線衍射儀分析了鋼渣的礦物組成，如圖1所示，鋼渣的主要礦物組成為C3S,C2S,C2F和RO，并還有少量Ca(OH)2,f-CaO和方鎂石等。

3.3 鋼渣SEM分析

由圖2可知，鋼渣主要由大小不同的粒狀顆粒和少量不規則團聚體組成，部分小顆粒附著在大顆粒表面，還有小顆粒聚集在一起形成大的顆粒。顆粒的棱角比較明顯，整體疏松多孔，具有較大的比表面積，級配大顆粒(20μm左右)和小顆粒(4μm以下)較多。

4 鋼渣綜合利用技術研究

鋼渣主要來自金屬爐料中Si,Mn,P等元素的氧化物，被浸蝕、剝落的爐襯材料，以及為調整爐渣性質而向爐內加入的造渣材料(如石灰、螢石、白云石等)。沙鋼集團的鋼渣綜合利用大致分為內部循環和外部循環，內部循環指鋼渣在鋼鐵企業內部利用，作為燒結礦的原料和煉鋼的返回料；外部循環指用于建材、農業等領域。

4.1 鋼渣的內部循環利用

由于具有可觀的經濟效益，鋼渣在鋼鐵企業內部循環一直廣受重視。鋼渣含有鈣、鐵、錳、鎂的氧化物和一些稀有元素，且鈣、鎂均以固溶體形式存在，可替代溶劑，減少石灰石、白云石、菱鎂礦的消耗；同時由于鋼渣本身是熟料，可作為燒結礦的增強劑，內含的鐵酸鈣對燒結礦有一定的改善作用。

目前幾大產鋼大國都采取了將鋼渣返爐做溶劑的生產工藝，美國所占比例約為56%，德國約為24%，日本約為20%。但鋼渣的成分波動較大，燒結配礦時要求鋼渣各種氧化物成分波動不大于±2%，粒度要求小于3mm，對破碎和篩分要求較高；同時，多次返爐燒結會造成P等有害元素的富集。正是由于這些不利因素，雖然目前沙鋼也將產生的中低品位鋼渣用于燒結生產，但摻入量僅為10%左右，圖3為永鋼鋼渣處理工藝圖。

4.2 鋼渣的外部循環利用

鋼渣內含有一定活性的C2S，C3S，具有一定的膠凝性，且還有較高的鈣、硅及多種微量元素，可用于建材、農業、化學等領域。

4.2.1 鋼渣用于建材行業

鋼渣在建材行業的用途主要有：水泥原料、礦物摻合料、地基回填、骨料替代和鋪筑道路等。鋼渣中含有C2S，C3S等礦物，加水后能夠水化，具有一定的膠凝活性，在一定程度上能替代水泥使用。已有研究表明：鋼渣加入混凝土后具有耐磨、耐腐蝕、低水化熱和后期強度高等優點。但鋼渣易磨性較差，不同鋼廠或同一鋼廠不同批次的鋼渣成分波動較大，且f-CaO有安定性的問題，由于以上因素的制約，鋼渣水泥在實際工程應用效果并不明顯。

4.2.2 鋼渣用于化學領域

鋼渣中含有一定量的SiO2和MgO，能夠作為摻合料燒制成陶瓷材料和微晶玻璃，具有強度高、硬度大和耐磨性強等優點。張全鵬,劉立強等利用鋼渣和赤泥兩種費料復摻，在不加助溶劑的情況下制備出了微晶玻璃，力學性能和化學穩定性良好，當摻入50%的鋼渣時，微晶玻璃的抗折強度為162MPa，顯微硬度為840MPa[3]。

4.2.3 鋼渣用于農業

鋼渣中含有大量的鈣、硅、鐵、鎂和少量的P,Mn,Cu,Zn等元素,能制成肥料提供農作物生長所需的各種營養元素。同時鋼渣顆粒較細，比表面積較大，能作為酸性土壤改良劑。姜永利等以土壤重金屬原位固定技術為基礎，確定了土壤的污染程度，并用鋼渣、石灰和普鈣三者單摻及復摻使用，研究了其抑制鋼渣吸收重金屬的效果，結果表明：通過添加鋼渣等進行土壤改良，土壤從偏酸性提高至中性，從有利于降低土壤重金屬的活性，減少了甘蔗對重金屬的吸收；并且促使土壤的氮磷含量均有所提高，在一定程度上增高了土壤肥力[4]。

5 結語

目前國內對鋼渣的資源再利用越來越重視，且取得了一定的研究成果，提高了資源利用率的同時又保護了環境。但由于鋼渣自身物理化學特性，其在各行各業的使用仍存在大量的問題。因此有必要進一步對鋼渣進行深入研究，集中解決以下幾個問題：

1)鋼渣的成分波動較大，應對鋼渣種類進行分類，科學合理分類使用；

2)相比水泥或粉煤灰等其他摻合料，鋼渣的比重較大，同等體積的摻鋼渣混凝土比普通混凝土的質量大很多，對地基的要求較大，增加了建筑成本；

3)鋼渣中含有大量的游離CaO和MgO，能引發混凝土安定性的問題[5]；

4)利用鋼渣的膨脹特性研制摻鋼渣微膨脹混凝土，補償混凝土的自收縮；

5)隨著鋼渣存量的持續增加，有必要開發鋼渣使用的新領域。

[1] 關于印發鋼鐵工業調整升級規劃(2016—2020年)的通知[Z].

[2] 王愛華.鋼渣的綜合利用研究[J].中國資源綜合利用,2009(12):8-9.

[3] 張全鵬,劉立強.鋼渣—赤泥微晶玻璃的制備及性能[J].材料科學與工程學報,2013,31(6):896-900.

[4] 姜永利.個舊尾礦庫復墾農田植物固化修復研究[D].昆明：昆明理工大學,2012.

[5] 王 博.鋼渣中游離氧化鈣、游離氧化鎂的測定及其安定性研究[D].北京：北京化工大學,2010.

TheslagprocessmineralogyandcomprehensiveutilizationtechniqueofYonggangcorporation★

JiangFeifeiMaJian

(SchoolofNavalArchitectureandCivilEngineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology(Zhangjiagang),Zhangjiagang215600,China)

Introduce the corporation’s process mineralogy of steel making slag which is treated by watering for temperature reduction. By means of using microcosmic testing techniques, such as XRF, XRD and SEM, the composition, content and particle shape of the slag were researched. The circulation and reutilization of the slag and the comprehensive utilization of external loop current situation were also summarize. Meanwhile, the researches focused on slag treatment in the future were proposed in the end.

steel slag, process mineralogy, converter, comprehensive utilization

1009-6825(2017)12-0184-02

2017-02-16★：張家港市科技局2015年軟科學計劃項目(編號：ZKR1503)

江飛飛(1989- )，男，在讀博士

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