鋼鐵工業固體廢棄物綜合利用產業化發展路徑探索

王秀秀，曹惠明

（1.山東省冶金設計院股份有限公司；2.山東省環境監測中心，濟南 250101）

近年來，隨著我國經濟的不斷發展，工業發展進程不斷加快，但工業發展也帶來巨大的環境問題。大量的鋼鐵工業在發展中不斷產生固體廢棄物，不但浪費資源、污染環境，而且使生態遭到嚴重破壞，因此改善我國鋼鐵工業的廢棄物產生狀況迫在眉睫。

1 鋼鐵廢棄物概述

我國鋼鐵工業的廢棄物主要體現在冶金固體方面，主要包括礦山開采時所產生的礦山廢石，選取礦石后所剩的尾礦，冶煉時所產生的廢渣、粉塵、污泥等。

近年來，我國在世界鋼鐵業發展中取得了顯著成果，我國鋼鐵業產量居世界首位，2005年，我國僅鋼鐵產量就已超過4億t，占世界總產量的50%，尤其在2008年時，鋼鐵產量已達發展巔峰，其產量更是達到5.3億。但是，鋼鐵工業也帶來了嚴重的環境問題，巨大的鋼鐵產量帶來了數量龐大的廢棄物。2005年鋼渣就已達7 000萬t，礦渣達1.55億t，2008年，我國工業固體廢棄物產生量已高達190 127萬t，相較去年增長8%。

從生產角度來看，工業固體廢棄物其實是一種資源，可以作為原料，加強對固體廢棄物的利用有助于貫徹落實可持續發展戰略。我國鋼鐵工業雖然通過多年努力已取得了顯著成果，但是對于工業固體廢棄物的綜合利用率還是不高，通過對廢棄物進行有效研究，我國鋼鐵工業固體廢棄物綜合利用取得了新的發展[1]。

2 鋼鐵工業固體廢棄物資源的綜合利用

2.1 綜合利用礦業廢石和尾礦

礦山為鋼鐵工業生產提供所需的生產原料。礦物開采必須遵循相關開采制度和規范要求，如果未達開采要求，將會導致礦山產生巨大數目的固體廢棄物，礦山廢石在礦物開采中占比較大。調查發現，在工業固體廢棄物中，我國礦山固體廢棄物占比極大，若是未能及時處理礦山固體廢棄物，將會引發一系列安全問題，導致生態環境遭到破壞。因此，推進礦場廢石和尾礦的資源化工作至關重要。

2.1.1 有價金屬回收

礦中含有多種金屬元素，如金、銀、鐵、鉛、銅、鎵、鋅等。有價金屬回收利用是礦山固體廢棄物資源化的重要途徑之一，人們要將有價值的各種金屬提煉出來。盡管這些有價金屬品位較低，回收成本較高，常規選取冶煉方法難以回收，但尾礦數量巨大，其含有的金屬量也較大，提煉就具有很大的價值。若是能采用新型、高效的提取方法，就能進行良好的規模處理，加工低品位的礦石和尾砂，這樣就能提高有價金屬的回收率，降低金屬資源處理成本，同時也能實現經濟、環保的協調統一。高梯度磁選機是鐵礦尾礦在提取時主要采用的處理工具，在回收赤鐵礦時應按照弱強磁選、重選和浮選的程序進行回收。不僅要回收鐵精礦，還要將其他有用成分進行回收，如銀、銅等。有效回收礦山廢棄物中的有價金屬，能提高資源利用率。

2.1.2 環境材料生產

加強對尾礦的利用能生產出具有環境保護功能的材料，如治理大氣環境污染所需的吸收劑、吸附劑、催化劑等，控制水污染所需的吸附劑、沉淀劑、殺菌消毒材料及填埋固體廢棄物場中所需的防滲材料等。人們要觀察礦物發生的變化情況，然后對其分析研究，應將礦物的組分、結構及凈化性能關系作為研究重點，拓展礦物環境功能性材料的應用范圍，從而提高尾礦綜合利用水平。

2.1.3 建材生產

礦石建材生產主要包括三方面，一是生產磚塊，二是生產玻璃，三是生產水泥的替代品凝石。

其一，因尾礦種類繁多，廢物產生大，人們可以用尾礦代替黏土來生產免燒磚、蒸壓磚、飾面磚、鋪路磚等。各項性能測試表明，其各項指標均能達到國家標準要求，其制作成本比黏土制磚還要低，同時能將廢棄物有效利用，減少環境污染，提高土地資源的利用率，保護耕地。

其二，加強對尾礦、礦山廢石等固體廢料利用，能為微晶玻璃提供主要生產原料，同時實現其較高的附加價值。鋼材的良好替代材料之一就是微晶玻璃，它被廣泛應用于工業生產中。鐵礦尾礦含有很多鈣、鎂、鐵的氧化物，因此在冶煉、玻化時容易發生鑄石化現象，這就需要工作人員選取合適的熔制工藝，從而制作出高級飾面玻璃。飾面玻璃具有有一定優勢，其不僅理化性能好，還能提高尾礦的利用率，使其保持在70%～80%。研究表明，鐵礦尾礦可以用于微晶玻璃生產，能進一步改善微晶玻璃的理化性能。山東某微晶玻璃廠通過對尾礦砂的利用，研發出一種能夠保溫、隔音、隔熱的微晶玻璃復合板。目前，我國已有很多企業利用尾礦砂來生產微晶玻璃晶板材，從經濟發展角度來看，其具有十分廣闊的市場前景。從環境環保角度來看，它是將固體廢棄物資源化利用的良好途徑。

其三，鐵礦尾礦含有較高量的二氧化硅，它能代替黏土生產水泥熟料，降低能耗和成本，提高產量。大地成巖原理分析發現，采用新型的巖石礦物學和地球化學理論進行膠凝材料分子設計，聚合尾礦、粉煤灰以及冶金廢渣等，能生成凝石，凝石是一種類似于天然巖石的綠色膠凝材料。凝石可在某些場合代替水泥。相較水泥，凝石更具耐腐蝕性，其密度、強度、生產成本和清潔生產等方面都具有突出的特點，制作工藝簡單，還能為環境治理提供良好的發展方向，緩解目前嚴重的資源危機和能源短缺問題，為其開辟良好的發展道路。

2.1.4 化肥和農藥生產

尾礦可以用于生產化肥和農藥。部分尾礦因尾砂中含有部分微量元素，如植物所需的氮、磷、鉀等，它所含的成分適宜，能對其進行直接加工，然后將這些微量元素制成土壤改良所需的肥料或改良劑，同時改善土壤結構，提高它的透水性、透氣性等。鐵尾礦含有少數的磁鐵礦，磁鐵礦通過磁化，將氮磷鉀參入其中就可制出磁化復合肥。另外，還能將尾礦礦砂進行有效利用，將其通過加工處理制作出農業生產所需的殺蟲劑。這樣既能促進作物增產，又能保護生態環境。

2.2 爐渣的綜合利用

歐美發達國家對高爐渣的利用水平整體比我國高，能將高爐渣全部利用。水淬工藝是提煉高爐渣內金屬元素時最常使用的一種處理技術。它主要用于生產礦渣水泥、混凝土制品、礦渣磚、碎石和替代普通砂，其一般用于工程建設。其中，膨脹礦渣可以作為防火隔熱材料，或用于制作輕質混凝土制品，生產出的礦渣棉具有隔音和保溫等性能。

2.2.1 生產爐渣水泥

要想將高爐渣變成水渣，就必須在高爐渣生產前對其進行加工處理，水渣在各種熟料和催化劑的作用下，能改善其水硬膠凝性能。人們可以以水渣為原料制作水泥，根據礦渣成分不同，水泥類型也不同，有石灰礦渣水泥、礦渣硅酸鹽水泥和石膏礦渣水泥等。通常，都將爐渣制成粉末摻入水泥中，以改善水泥的物理性能。

2.2.2 生成膨脹礦渣珠和膨脹礦渣

膨脹礦渣是一種多孔礦渣，其是通過對高爐渣的利用，采取適量冷卻水急劇制冷而形成的。其主要生產方法包括噴霧法、滾筒法、塹溝法、噴射法等。其主要用于混凝土輕骨料和防火隔熱材料，膨脹礦渣能制出一種輕質混凝土，它可于建筑的圍護結構，還能用于建筑承重結構。目前，國內外已研發出一種新的礦渣利用方式——生產膨珠。膨珠表面光滑、多孔，質地輕盈，生產時所需水量極少，硫化氫排放量較少，能減少對生態環境的破壞。膨珠要想成為混凝土骨料，必須保證自身完整。因膨珠本身具有吸水少、內孔隙封閉的特點，所以在干燥時混凝土產生的收縮也小，天然浮石等輕骨料和膨脹頁巖不能與之相比。直徑小于3 mm的膨珠，其用途與水渣用途相同，都能用作水泥摻合料，也能作為骨料或路基材料。膨脹礦渣和膨珠生產相較黏土陶粒、粉煤灰陶粒生產而言，其制作工藝簡單，制作成本也不高。

2.2.3 生產碎石

高爐渣在渣場或渣坑經過自然冷卻或淋水冷卻形成了一種致密的礦渣，即高爐礦渣碎石，它是經過多道工藝程序加工完成的一種石質碎石材料，其主要加工程序為挖掘、破碎、磁選和篩分。經過破碎處理后，碎石具有緩慢水硬性的特點，能作為混凝土的骨料。礦渣碎石所制的混凝土不僅具有其他普通混凝土具備的理化性能，還具有較強的隔熱性、耐久性和保溫性。我國一般用礦渣碎石代替天然石料，用于機場、公路、鐵路等工程建設。利用礦渣碎石作基料鋪設的瀝青路面，其不僅具有較好的耐磨性和防滑性，而且地面通透明亮。將它運用于鐵路道砟，能有效吸收列車運動時所發出的噪音。

3 鋼鐵企業固體廢棄物綜合利用的產業化發展路徑

3.1 建立有效的固體廢棄物回收利用體系

鋼鐵工業應建立統一的固體廢棄物回收和利用管理模式，嚴格監控和系統跟蹤各種鋼鐵工業固體廢棄物的產生、流轉及加工處理等環節，防止造成環境的二次污染，將固體廢棄物的綜合利用率提高。例如，馬鞍山鋼鐵股份有限公司以產業化發展、精細化管理、規范操作為主線，建立冶金固體廢棄物回收利用所配套的一體化體制機制，完善了固體廢棄物的各類綜合管理制度要求和標準[2]。

3.2 改進固體廢棄物的利用方式

鋼鐵工業產生的固體廢棄物種類較多，按照不同的成分，人們要合理規范固體廢棄物的利用途徑，同時改進利用工藝，避免固體廢棄物在利用過程中產生二次污染。例如，將傳統利用方式轉爐除塵污泥制成污泥球進行改進，將其轉變為以水力輸送的形式通過含水污泥直接泵送至燒結一次混合加濕機以噴漿形式加濕配料。經過改造后，固體廢棄物工藝只需要排泥、泵送、接收這三個工序就能輕松完成污泥的輸送與處理，這樣既省去了污泥脫水過程，也減少了泥餅造球后序加工處理所產生的二次污染問題，很大程度上減少了污泥再利用的成本，能確保企業取得良好的經濟效益和環境效益。

3.3 深入開展固體廢棄物處理工作

鋼鐵工業固體廢棄物既要立足于鋼鐵工業自身的循環利用，還要為鋼鐵主業生產提供多種類型的鐵素資源和冶金原料。鋼鐵工業固體廢棄物朝深加工方向發展是最為重要的，開發有市場發展前景和應用價值的產品，能提升工業固體廢棄物的綜合利用價值和產品的高附加值利用水平。

4 結論

加強對鋼鐵工業固體廢棄物的綜合利用，對我國鋼鐵工業發展具有重要意義。綜合利用鋼鐵工業固體廢棄物，可以助力我國對礦山石、高爐渣等資源的循環利用，這樣既提高了資源的再利用率，保護了環境，也促進了經濟效益和生態效益的提升。