鋼鐵中的固廢在水泥行業中的應用及研究

馮 璐鐘春貴孫 曉梁 波張煜衫劉世鋒

（1.西安建筑科技大學華清學院，陜西西安710043；2.西安建筑科技大學冶金工程學院，陜西西安710055）

隨著鋼鐵行業的快速發展，為了有效提升鋼鐵企業的市場競爭力，促進鋼鐵企業的資源化最大化利用、鋼鐵行業的工藝以及產品升級發展的同時，促進鋼鐵行業的固體廢棄物的資源化利用，已經成為鋼鐵行業發展的趨勢。針對鋼鐵行業固體廢棄物的資源化利用，需要加大理論化研究和產業化發展，已經成為鋼鐵行業需要攻克的問題。針對鋼鐵行業產生的固體廢棄物，一部分通過鋼鐵工藝進行循環利用，但是鋼鐵企業所產生的脫硫石膏、高爐渣和鋼渣等很難通過鋼鐵企業內部消化，需要其他行業協同處理，從而達到鋼鐵行業固體廢棄物的資源化利用。

鋼鐵工業不僅消耗大量的資源和能源，還要排放大量的廢棄物。鋼鐵行業產生的大量固體廢棄物可作為原料有效地用于水泥行業，主要原因是鋼鐵企業產生的固體廢棄物的化學成分和物相與水泥原料相似，并且水泥生產工藝有利于處理鋼鐵行業產生的固體廢棄物內危險固體廢棄物的處理和利用。

1 水泥原料的要求

水泥原料的成分和性能直接影響配料、粉磨、鍛燒和熟料的質量，終而也影響水泥的品質。生產硅酸鹽水泥的主要原料是石灰質原料（主要提供氧化鈣）和粘土質原料（主要提供氧化硅和氧化鋁，也提供部分氧化鐵）。我國粘土原料及煤炭灰粉中一般含氧化鋁較高，而含氧化鐵不足，因此，需要加入鐵質校正原料。當粘土中氧化硅或氧化鋁含量偏低時，可加入硅質或鋁質校正原料。

因而作為制造水泥原料的鋼鐵固體廢棄物，應滿足化學成分必須滿足配料的要求，以能制得成分合適的熟料；有害雜質的含量應盡量少，以利于工藝操作和水泥的質量。并且應具有良好的工藝性能，如易磨性、易燒性、熱穩定性、易混合性、濕法生產時料漿的可泵性、半干法生產的成球性等。

2 鋼鐵廠固廢在水泥行業中的應用

2.1 脫硫石膏

脫硫石膏是鋼鐵行業處理排放的S-O氣體所產生的固體廢棄物。脫硫石膏的主要成分是五水硫酸鈣，脫硫石膏與鋁酸鈣可進行有效反應，形成鈣礬石晶體，該晶體可以覆蓋在水泥原料的表面，從而阻礙水泥與水的隔離和延緩水化反應的進行，脫硫石膏作為水泥的緩凝劑，減緩水泥凝固的快速成型。一般脫硫石膏作為水泥的原料加入量不超過5%，脫硫石膏作為水泥原料可以促進硅酸鈣鹽的水化，提升水泥的早期強度以及平衡各齡期強度。脫硫石膏內除了含有的五水硫酸鈣以外，還含有少量碳酸鈣和鉀、鈉等鹽類。這些成分可以作為水泥的原料，碳酸鈣和鉀、鈉等鹽類混入水泥原料中，可以提升混凝土的活性和作為水泥的激發劑。

2.2 高爐渣

高爐渣是鋼鐵行業在生產鐵水過程中所產生的固體廢棄物。高爐渣在冷卻過程主要是通過水淬法進行冷卻降溫，高爐渣主要是鐵礦石內的脈石和加入的石灰形成的硅酸鈣鹽復合物。高爐渣通過研磨達到微粉級別，可以直接作為水泥的原料和提升水泥的強度。一般高爐渣作為水泥原料加入量在20%～30%之間，目前，高爐渣作為原料形成的礦渣水泥的工藝技術已經很成熟。

高爐渣可作為礦渣水泥原料，主要是高爐渣內所含有的硅酸鈣系成分是可作為水泥的激發劑，可顯示水硬膠凝性能，對水泥的強度有一定影響。

2.3 鋼渣

鋼渣主要是鋼鐵行業煉鋼過程中產生的固體廢棄物，鋼渣主要是煉鋼過程為了去除鋼液內的夾雜物所配置的堿性渣，主要成分是硅酸鈣鹽、磷酸鈣鹽和鋁酸鹽等。一般鋼鐵行業針對于鋼渣會進行磁選，將鋼渣內含有的鐵和鐵氧化物選擇出來，最終需要處理的是含有少量鐵的鋼化尾渣。由于鋼化尾渣內含有少量的鐵，因此，鋼化尾渣的硬度比較高，很難研磨，并且鋼化尾渣內含有游離氧化鈣成分，導致鋼化尾渣的穩定性差，造成鋼化尾渣不能廣泛應用。鋼渣與水泥原料成分相似，因此，鋼渣用于水泥原料中的礦化劑。由于鋼化尾渣內游離氧化鈣的存在，致使鋼渣作為水泥原料的利用率不能超過5%。鋼渣含有硅酸鈣鹽的成分，因此，具有高硬度。目前，有部分企業將鋼渣作為路基材料，但是，大面積循環利用鋼渣并將其作為水泥原料，還需要理論和科學技術的發展和創新。

3 總結

鋼鐵行業中生產的固體廢棄物的確是有待開發和高效利用的另一種新型“資源”。但它們具有的劣勢和缺點也是不可忽視的。但是，脫硫石膏內含有一定水分，脫硫石膏作為水泥原料在運輸過程易于結塊和堵塞設備，因此，脫硫石膏內含有的過多水分會影響水泥的生產，脫硫石膏含有適量的水分可以防止揚塵和促進其他原料的混合。鋼渣內含有的游離氧化鈣導致不能提升作為水泥原料的配比，并且由于冶煉鋼種的不同，造成不同工藝形成的鋼渣的成分也有區別。水泥原料的顆粒度要求很高，而鋼渣的硬度很高，導致鋼渣研磨過程的設備要求高和設備損壞嚴重。有部分企業將高爐瓦斯灰或高爐瓦斯泥作為水泥原料，由于高爐瓦斯灰內含有少量易揮發的金屬，造成水泥在回轉窯燒結過程易于結圈，損壞設備和無法有效回收揮發金屬。綜上所述，能夠合理利用不同的鋼鐵行業固廢，有效處理并利用是仍需思考的問題。