我國煉鋼固廢利用現狀與發展趨勢

郝 陽 彭 鋒 李晉巖 周園園 李 曉 繆 駿

黨中央、國務院歷來高度重視固廢資源利用工作，把資源綜合利用作為經濟和社會發展中的一項長遠戰略方針和重大技術經濟政策。特別是黨的十八大以來，將資源綜合利用作為發展循環經濟的重要內涵納入生態文明建設，推動各項工作取得了長足進步。整體來看，我國煉鋼固廢產量增長較快，以內部循環和堆存為主，有效的綜合利用和應用相對較少，產品附加值不高，綜合利用率較低。未來，在鋼鐵工業高質量發展的驅動下，綠色發展將成為鋼鐵企業發展的本質要求，煉鋼固廢的綜合利用水平也將會快速提高。

一、我國鋼鐵工業現狀

由于煉鋼固廢的產量與粗鋼產量呈正相關，所以我國粗鋼產量是影響煉鋼固廢產生量的直接因素。目前，我國煉鋼生產呈現三個特征：一是粗鋼產量快速增長。1996年突破1億噸，2019年達到9.96億噸，年均增速達10.5%；二是由于我國廢鋼資源的短缺，電爐短流程的發展速度比長流程明顯緩慢，2011年以來電爐鋼比長期處于10%以下；三是我國粗鋼產量分布相對集中，且集中在東部地區，僅河北、江蘇、山東、遼寧四省產量占比就達到全國產量一半以上。我國粗鋼產量的特點決定了煉鋼固廢也具有相似特點：產量大且增長速度快；以轉爐煉鋼固廢為主；產出量分布相對集中（以東部沿海地區為主）。

二、我國煉鋼固廢現狀

轉爐煉鋼是以鐵水和廢鋼為主要原料，輔以造渣劑（石灰、螢石、白云石、合成造渣劑）、鐵合金、冷卻劑、增碳劑等，并從爐頂吹入純氧進行熔煉。電爐煉鋼則是以電力為主要能源，簡化了燒結、高爐等前道工序，相比于轉爐，可進行全廢鋼冶煉，也可加入部分鐵水，生產流程明顯縮短。煉鋼工序主要包括鐵水預處理、轉爐/電爐熔煉、精煉和連鑄等，經過冶煉將鋼水中的硅、硫、磷、碳、錳和氧等元素進行脫除，然后在精煉爐中進一步去除雜質，并進行成分和溫度的調整，最終經過連鑄后形成鋼坯，每道工序都會產生化學成分、物理性質不同的固廢。

（一）煉鋼固廢的分類

煉鋼過程中產生的主要固廢包括：鋼渣、塵泥、氧化鐵皮、廢鋼、廢氣耐材及工業垃圾等，噸鋼產生量約160噸，全國年產生量約1.6億噸。其中鋼渣和塵泥總占比接近90%，為最主要的煉鋼固廢（見圖1）。相對于轉爐煉鋼，電爐煉鋼在熔煉環節由于使用廢鋼作為主要原料，固廢在化學成分上有一定區別。目前，煉鋼固廢的利用途徑包括廠內循環、廠外循環和堆存。一般的含鐵固廢如鋼渣、塵泥、廢鋼、氧化鐵皮在進行簡單處理后作為原料返回燒結、煉鋼等工序；其他如尾渣、廢氣耐材、工業垃圾等低價值固廢會外賣、堆存或由廠家回收。目前這部分固廢的綜合利用率較低，僅部分企業能生產其他產品，存在大量堆存的情況。

圖1 我國主要煉鋼固廢占比情況

（二）煉鋼主要固廢的綜合利用情況

1. 鋼渣綜合利用情況

鋼渣主要來源于金屬爐料中各元素被氧化后生成的氧化物及硫化物、被侵蝕的爐襯及爐襯材料、金屬爐料帶入的雜質以及為調整鋼渣性質所加入的造渣材料，如活性石灰、白云石、螢石等。鋼渣中富含Ca、Si、Fe、Mg、A1等有價元素，并蘊含大量熱能，是鋼鐵企業主要的固廢資源。在實際生產過程中，鋼渣不僅包括轉爐渣和電爐渣，也包括鐵水預處理渣、精煉渣和鑄余渣等，每生產1噸粗鋼，產生鋼渣約130噸（見圖2）。

目前我國鋼渣綜合利用情況：

（1）鋼渣利用率低，大量堆存已成隱患。2018年，我國鋼渣產生量達1.21億噸，綜合利用率僅為45%左右，美國、日本、德國等發達國家的鋼渣利用率接近100%。從20世紀90年代初到2018年末，我國鋼渣尾渣累計堆存量超18億噸，占地20多萬畝。大量的鋼渣堆存不僅浪費資源、占用土地，而且造成嚴重的環境污染和安全隱患。高效利用鋼渣，是中國鋼鐵工業實現高質量發展必須要面對的問題。

（2）政策法規正逐步加嚴。2018年1月1日起施行的《中華人民共和國環境保護稅法》明確規定：鋼渣屬于固體廢物稅目，稅額為25元/噸，對露天堆存的鋼渣雨季所造成的鋼渣滲濾液征收300元/噸的環保稅，鋼渣將成為未來工業固廢處置重點關注的方向。2019年1月，國家發改委和工信部聯合印發的《關于推進大宗固體廢棄物綜合利用產業集聚發展的通知》重點任務中明確提出：積極推動鋼渣及尾渣深度研究、分級利用、優質優用和規模化利用；推廣技術先進、能耗低、耗渣量大、附加值高的產品，全面實現鋼渣“零排放”。除此之外，《鋼鐵工業污染防治技術政策》（2013年第31號）《鋼鐵工業發展循環經濟環境保護導則》（HJ 465—2009）《鋼鐵行業（煉鋼）清潔生產評價指標體系》等政策標準也對鋼渣利用提出了要求。

（3）標準、技術相對成熟，但尚未大規模應用。在標準化方面，我國冶金固廢領域已經建立了相對完善的標準體系架構，尤其在鋼渣綜合利用產品方面，除了在道路領域有鋼渣標準研究，在其他領域也制定了相應的應用標準，如水泥混凝土、工程回填等領域。我國在轉爐鋼渣綜合利用標準化方面已經走在了世界前列，基本能夠滿足當前的生產需要。但電爐鋼渣利用標準仍有欠缺。目前，我國已開發了有關鋼渣綜合利用的近40種方法，獲得了很多成果，許多技術也趨于成熟。例如，鋼渣用于道路和水利工程，用于制備水泥和混凝土等，但仍沒有大規模資源化利用鋼渣的實例。鋼渣還是以廢鋼回收、磁選鐵精粉用作熔劑等鋼廠內部循環利用為主，即使用于水泥生產，摻加比例也只有5%-7%。

圖2 鋼渣的產生、處理及綜合利用途徑

當前，我國鋼渣深度綜合利用面臨以下困難：一是磨細能耗大。鋼渣雖具有與硅酸鹽水泥熟料類似的化學組成，但受其形成過程的影響，鋼渣的化學成分、礦物組成波動大，尤其是其中大量的鐵和含鐵元素的化合物，磨細能耗大、活性低。二是體積不穩定。鋼渣中f-CaO和f-MgO含量高，在常溫下易與水（或水蒸氣）發生緩慢反應，導致體積分別膨脹97.8%、148%，陳化時間不足，用于建材行業容易造成構筑物開裂，甚至整體建筑的損壞，制約了大規模的工程應用。三是雜質含量高，影響直接回用。鋼渣中較高的硫、磷含量，影響了大宗冶煉回用。四是高溫熔渣直接利用技術較少。熔渣熱焓高、顯熱資源豐富。缺乏成熟的顯熱回收技術和設備，導致處理工藝后移，增加了冷態鋼渣的處理成本和難度，其中安定性問題也是影響鋼渣綜合利用的關鍵。整體而言，目前我國鋼渣實際的綜合利用僅僅處于起步階段，與發達國家的利用水平差距不小。

2. 煉鋼含鐵塵泥綜合利用情況

含鐵塵泥是指鋼鐵生產過程中使用煙塵處理系統對煉鋼過程產生的高溫煙塵進行處理時產生的廢棄物。轉爐煉鋼系統產生的塵泥含鐵量較高（60%左右），而電爐煉鋼系統的塵泥含鐵量比較低（30%左右）。據統計，約2%的原材料在煉鋼的過程中會轉化為煉鋼塵泥。在煉鋼的過程中每生產1噸鋼大約產生20-25噸的塵泥，其中含有豐富的礦物，包括Fe、C等，FeO的占比在80%以上，其余由氧化鎂等金屬的氧化物組成。

目前，我國煉鋼塵泥的綜合利用方式主要是企業內部利用。一是與其他干粉及燒結返礦等按比例配料、混合，作為燒結原料繼續使用；二是由于富含Fe，可經金屬化球團后，返回到回轉窯還原焙燒；三是由于富含Ca，可代替生石灰，作為煉鋼造渣劑使用（但在投放比例一般不超過3%-5%，否則會對燒結礦質量以及燒結除塵產生不利影響）。另外，煉鋼塵泥也可以通過磁選富集、除雜改性等手段得到多種粉末冶金制品。還可以作為原料生產氧化鐵紅、還原鐵粉、氯化鐵、聚合硫酸鐵等高附加值產品。

電爐粉塵與轉爐粉塵相比鐵含量較低，但含有大量的金屬元素，如Zn、Pb、Al、Cr、Cd等，其中Zn含量最多，可達10%-20%。根據《國家危險廢物名錄》，電爐粉塵屬于含鉛危險廢物，需要進行無害化處置才可以開展資源化利用。電爐粉塵簡單地堆存會污染環境，也難以實現有價元素綜合回收利用（見表1）。

（三）煉鋼固廢綜合利用存在的主要問題

我國煉鋼固廢綜合利用缺少龍頭企業，產業化水平較低，未形成有效的價值鏈，主要存在以下問題：

1. 重視程度不夠

目前，大部分企業尚未形成循環經濟的發展理念，綠色發展尚未成為其本質要求，因而對于固廢的重視程度不夠，普遍存在固廢回收利用管理分散、歸 屬不清，固廢產生量計量、流向以及回收利用過程管理不完善等問題。可以學習韓國、日本的固廢精細化管理經驗。

表1 電爐含鋅粉塵主要處理技術

2. 法律體系不完善

近幾年我國相繼出臺了一系列循環經濟法律、法規，加強了對資源綜合利用的法律約束。但此體系尚不完善，還需繼續完善。

3. 技術研發和創新水平不足

目前，大多數企業對煉鋼固廢技術創新投入較少，相關技術研究不夠深入系統，存在固廢資源利用技術單一，產品附加值低，沒有形成固廢利用技術低成本高效率的循環。如目前鋼渣主要用于制作建材產品、工程回填和鋪路等建筑領域，沒有其他的高附加值利用技術，在下游建材市場有限和原料來源充足的情況下，我國西部地區的鋼渣基本處于堆存狀態，無法進行資源化利用。

4. 上下游未形成有效協同

鋼鐵工業固廢利用具有涉及面廣、行業交叉特性明顯等特點，與下游建材、有色、化工、農業等領域有明顯交叉。但上下游銜接不暢，不同行業間技術和資質壁壘影響下，會造成上游固廢利用與下游技術、產品和裝備標準重復、交叉甚至矛盾的情況，造成上游固廢利用產品不被下游認可的問題。

三、煉鋼固廢綜合利用發展趨勢

（一）我國鋼鐵工業發展趨勢

我國鋼鐵工業未來發展將呈現質量提升、技術升級、綠色發展、布局優化、產業延伸、流程演變、兼并重組等特點。從煉鋼工序的角度，主要呈現以下的趨勢：

1. 粗鋼產量減量發展

黨的十九大指出：中國經濟已由高速增長階段轉向高質量發展階段。我國鋼鐵工業也將由量變轉變為質變，高質量發展將成為發展的主線，粗鋼產量將進入到弧頂下降通道。預計到2025年，我國粗鋼產量將下降到8.3億噸左右。

2. 電爐鋼比例持續提高

隨著我國廢鋼積蓄量的不斷攀升以及“地條鋼”的徹底出清，可用于鋼鐵行業的廢鋼產出量將大幅上升，廢鋼應用成本將逐步下降。電爐短流程煉鋼相對于長流程在環保、能耗、碳排放、建設成本等方面具有明顯優勢。同時，工信部、國家發改委也將聯合印發引導電弧爐短流程煉鋼發展的指導意見，促進電爐鋼發展。初步估計，我國電爐鋼發展最早在2025年左右起步，比例達到20%左右，2030年左右將進入快速發展階段。

3. 綠色發展水平快速提升

隨著我國生態文明建設的不斷深化，鋼鐵工業環保、能耗相關的法規標準將更嚴格，綠色發展理念將逐步上升為鋼鐵企業發展的本質要求，低消耗、低污染、低排放的綠色制造將取得突破進展，鋼鐵行業節能、環保水平將向世界前列邁進。

（二）國外主要煉鋼固廢利用情況

相對來說，國外工業發展周期相對較長，循環經濟相關的法律法規較為完善，對產生的廢棄物的處理有嚴格的規定，同時先進的科學技術也對鋼渣的利用起到了至關重要的作用，鋼渣的綜合利用率顯著高于我國。目前美國鋼渣利用率超過98%，在鋼渣處理領域處于領先地位，其中高爐和燒結工序的有效利用率達到或超過了56%，約38%的鋼渣用于鋪路；日本主要在道路修建時將鋼渣作為路基材料使用，并開發了相應的技術，后來確認鋼渣經過處理后還可用于制作水泥和肥料，到1996年的年底，日本的鋼渣利用率已經達到了95%；德國在鋼渣利用方面的技術較為先進，先后作為路基材料、加固堤壩等材料應用，使用比例達95%以上。

（三）我國煉鋼固廢利用發展趨勢

1. 煉鋼固廢綜合利用率逐步提高

近年來我國煉鋼固廢的利用率一直較低，隨著鋼鐵工業高質量發展的持續推進，綜合利用水平逐步提高是必然趨勢。一是我國鋼鐵工業進入減量化發展階段，煉鋼固廢總的產生量也會相應地減少；二是綠色發展理念逐步深入人心，循環經濟將成為企業發展的方向；三是我國資源綜合利用的相關法律法規逐漸完善，固廢產生及違規處理成本將大幅提高。

2. 區域間差異化發展

由于我國幅員遼闊，地區之間資源要素豐富程度、經濟發展水平具有較大差距，因而固廢綜合利用的方向也將有所不同。其中，中西部地區目前尚有大量未經處理的煉鋼固廢堆積，故如何通過加強管理消化存量、挖掘市場是主要發展方向；東部沿海發達地區，煉鋼固廢綜合利用具有一定的基礎，堆存量較少，故如何提高綜合利用產品附加值是主要方向。

3. 突破綜合利用技術，提高綜合利用產品附加值

目前，煉鋼固廢尤其是鋼渣未能得到有效利用，根本的原因是處理成本高，產品附加值低，未能形成良好的產業價值鏈。而先進的技術是提高綜合利用產品附加值的關鍵。

一是熔融渣直接利用技術。利用熔渣的高溫特性，在線進行“調質處理”，直接生產產品，將熔渣余熱回收和高附加值利用有機結合起來；采用合適的處理工藝對熱態熔渣調質預處理，除去硫、磷雜質之后，再重返冶煉，實現鋼渣梯級利用。熔融渣的直接利用是未來鋼渣利用的發展趨勢。

二是鋼渣穩定性工藝。深入研發推廣熱悶技術，尤其是有壓熱悶新技術，實現鋼渣中金屬鐵和尾渣的有效分離，進一步提高鋼渣的穩定性。

三是鋼渣的顯熱回收技術。鋼渣含有大量顯熱資源，以回收熱量前后熔渣的溫度分別以1400℃和400℃計算，每噸鋼渣可回收1.2GJ的顯熱，相當41kg標煤熱量。

四是固態鋼渣高效粉磨技術。針對不同硬度、易磨性和細度，高效節能的粉磨設備可以提高物料比表面積，促使其晶體結構及表面物化性質發生變化，使鋼渣活性能得以充分發揮。未來鋼渣尾渣大顆粒制備建筑骨料、小顆粒制備鋼渣微粉將是鋼渣大規模資源化利用的主流方向。

五是含鐵塵泥回收利用技術。目前，煉鋼塵泥主要的利用方式以燒結回用為主，但存在有害雜質富集、混配和貯運困難、能耗大及影響燒結礦質量等問題。開發煉鋼塵泥將是金屬回收和高附加值的利用技術的發展趨勢。

4. 電爐鋼渣及含鋅粉塵將成為發展重點

未來隨著我國電爐鋼占比的上升，電爐鋼渣及粉塵產量將大幅提高，成為主要的煉鋼固廢。目前，我國鋼渣利用的標準及技術主要是針對轉爐鋼渣，未來在電爐鋼產量增加，電爐鋼渣綜合利用的技術、標準、體系也將逐步完善，電爐粉塵的含鋅回收利用也將顯著提高。火法工藝處置高含鋅粉塵，可降低單位鋅產品產出的綜合能耗和成本，或成為含鋅電爐粉塵處置的重要方向。

5. 內部循環向外部大循環轉變

目前，煉鋼工序的大部分固廢在企業內部進行循環，但是由于部分企業回用水平不高，造成了大量固廢堆積或影響工序順行。未來固廢在內循環的基礎上，將通過與其他行業建立產業鏈進行處理，發揮產業協同發展的效應，進一步建立以固廢資源綜合利用為核心的新興產業，形成行業與社會的大循環。

6.煉鋼固廢實現精細化管理

煉鋼固廢產出節點多，成分性質復雜。如鋼渣分為轉爐鋼渣、精煉渣、鑄余渣、預處理渣，含鐵塵泥分為轉爐污泥、二次塵、精煉粉塵、卸料除塵灰等。目前，煉鋼固廢基本是混合堆放，直接變成了難以分選和利用的廢物。為實現煉鋼固廢的高效利用，有必要將固廢按照化學成分、物理性質和利用方向進行精細化分類管理，避免在回收環節降低其利用價值。

固廢的資源綜合利用是鋼鐵行業實現綠色發展的必然要求。建議鋼鐵企業應盡快提高對固廢治理及綜合利用的重視程度，主動出擊，盡早開展循環經濟診斷及規劃，提前布局，逐步提高企業固廢治理和綜合利用水平。