綜合利用視角下冶金工業固體廢物鋼渣的處理

李亞東，徐 征，張漢平，張金梁，楊 妮

（1.昆明冶金高等專科學校冶金與礦業學院，云南昆明 650033；2.昆明市稀散及貴金屬資源綜合利用重點實驗室，云南昆明 650033；3.稀散及貴金屬二次資源綜合回收及深加工應用技術協同創新中心，云南昆明 650033；4.昆明冶金研究院有限公司，云南昆明 650031）

在新時期，如何更好地調節工業經濟發展、金屬資源開采以及環境保護之間的關系，已經成為冶金工業亟待思考的問題。而綜合利用理念的出現，為廣大冶金企業開辟了一道現代化、可持續化發展道路，在面對鋼渣等固體廢物時，可以通過相關技術來實現其再利用，從而減少其對環境的危害。

1 冶金工業固體廢物的危害

1.1 土壤污染

冶金工業的運轉會產生諸多固體冶煉廢渣，還有許多有毒物質。這些有毒物質，在接觸土壤之后，會對土壤產生巨大危害。如以硫酸法來生產鈦白粉就會產生大量的酸解固體廢渣，它們往往會被堆積處理，而在被雨雪淋溶之后，一些有毒的可溶成分會通過水分由地表滲入地下，使得土壤變得“有毒”，呈現出硬化、酸化、堿化現象，甚至會出現重金屬污染等情況，不但會對一些農作物產生毒害，而且也會對食用者帶來健康危害。

1.2 水域污染

冶金工業廢渣所具有的毒素，不但能經由土壤滲入到地下水當中，而且也會在風吹雨淋以及一些人為因素影響下滲入到地面水當中。例如，硫酸法鈦白粉生產所產的石膏渣、酸解渣等固體廢物會受到雨雪作用的影響，極容易流進附近的江河當中，進而使得水域水體遭受污染，造成水域當中的魚類或水生生物大量死亡，或者出現生長畸形、自帶毒素等現象，給人們飲食健康帶來諸多危害。

1.3 大氣污染

一些工業廢渣在堆放期間，會在水分以及溫度等條件的作用下分解出一些有毒氣體或物質，這也會對大氣產生巨大危害。首先，像一些煤系固體廢渣在堆積過程中會伴有一定的自燃風險，如果自燃情況發生嚴重的話，不但很難進行撲救，而且也會排放出SO2等有毒氣體，造成大氣污染。其次，一些固體廢渣在堆放期間會分散成一些微粒狀的灰塵，這些灰塵經過大風吹動，會擴散到大氣當中，不但會沾染在花果樹木、城市建筑之上，影響著農業發展和市容市貌，而且也會被人吸入體內，給人體健康帶來巨大危害。

2 鋼渣的來源與構成

2.1 鋼渣來源

鋼渣指的是冶金工業煉鋼期間所產生的熔渣。具體來說，它是由金屬爐料一些元素產生氧化反應之后而產生的物質，這些物質包括有金屬爐料雜質、被侵蝕的補爐材料和爐襯料、氧化物以及在調整鋼渣性質過程中所添加的一些螢石、硅石、石灰石、鐵礦石以及白云石等造渣材料。鋼渣屬于冶金工業煉鋼的必然固體廢物產物。

2.2 鋼渣構成

鋼渣的主要成分構成包括氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂、氧化亞鐵、氧化錳、游離氧化鈣以及五氧化二磷等元素，部分鋼渣中還含有五氧化二釩等。由于它的構成成分波動范圍較大，所以，在加工利用時，應當結合其物質元素含量以及成分類型來進行綜合處理。

3 鋼渣的加工利用方法

目前關于廢物鋼渣加工利用的方法主要有內循環運用（分選回收、燒結礦溶劑、煉鐵溶劑等）、建筑運用（鋪路材料、水泥等）、農業運用（肥料）等。所以，在綜合利用視角下，相關企業還需依照以上加工利用方法來落實廢物鋼渣的處理工作，從而實現其循環與再利用的目標。

4 鋼渣的綜合利用方向

4.1 冶金流程方面的利用

鋼渣里面含有諸多可利用元素，如鐵元素、錳元素等，其中的游離氧化鈣以及氧化鎂含量也較多，是白云石等無法比擬的，而且部分成分還能夠讓高爐渣黏度降低，進一步優化冶金生產，所以，在綜合利用視角下，將廢物鋼渣利用與冶金流程之中有著較高的可行性。首先，對廢鋼以及鋼粒進行分選回收。在鋼渣當中，通常有著10%左右的渣鐵或者廢鋼，它們在經過破碎、篩選等技術處理之后，可實現高達90%的回收利用。其次，煉鋼返回渣。轉爐煉鋼期間，需要大量地返回鋼渣，將它們與白云石進行配合使用，可以有效降低爐襯侵蝕，讓煉鋼更早地成渣，而且還能夠讓耐火材料的消耗量得到極大程度降低。再者，高爐煉鋼溶劑運用。高爐通常需要加入石灰來進行煉鋼，這一過程中，可將鋼渣粉作為溶劑，對其內部的氧化鈣加以運用，同時依托其他一些成分來降低煉鋼溶劑的使用量，進一步保證生產效益。需要注意的是，鋼渣自身的成分波動性較強，所以要結合其具體情況來進行合理使用。此外，燒結溶劑方面的運用。進行燒結礦生產時，往往需要用到石灰石，通常轉爐渣當中含有40%~50%左右的氧化鈣，如果把鋼渣粒徑處理到10mm以下便可代替石灰石，然后當作燒結材料來運用，將其中的有益成分進行回收，同時使得燒結料層在透氣性、有效性等方面得到進一步增強。與此同時，由于鋼渣中是沒有磷元素的，所以，它的運用也能夠有效抑制燒結礦風化現象，實現強度與質量的提升。

4.2 建筑材料方面的利用

鋼渣等冶金工業固體廢物有著耐磨性強、密度大以及強度高等特點，而且其表面大多出呈不規則形狀，能夠與瀝青等物質進行緊密結合，所以，其在建筑材料方面也有著極為廣泛的二次利用前景。例如，可將鋼渣進行粉碎以及水淬處理，然后糅合一些粉煤灰、石膏、高爐水渣以及石灰等激發劑，再與水進行攪拌，在此基礎上進行壓制、輪碾以及蒸養處理之后便能夠制作成建筑用磚。同時，鋼渣也能夠被用于鋼渣重混凝土當中，這其中應當注重材料的選用。

（1）優化水泥選擇。水泥在鋼渣重混凝土的生產中屬于膠凝材料，用得比較多的是火山灰質、礦渣等硅酸鹽水泥。不同的品種擁有不同特點，應當結合建筑工程的特征、特質以及施工條件等情況進行合理選擇。

（2）優化砂子選擇。沙子可以分為粗砂、細砂、中砂以及特細砂等類型，通常在高強混凝土的制作中運用粗砂較多，而普通混凝土以及鋼渣重混凝土的制作則分別用到了中砂以及粗砂。

（3）優化鋼渣集料的選擇。通常來說，應選擇6~20mm的集料，同時保證其顆粒在0~0.8mm或者0~3mm。

（4）優化外加劑的選擇。外加劑包括有泵送劑、引氣減水劑等，要結合鋼渣重混凝土的工藝或者性能來科學選擇這些外加劑品種。通過以上舉措來實現對廢物鋼渣的有效運用。同時，鋼渣自身和瀝青之間的親和性較強，所以能夠和其他天然石料混合使用，這樣鋪設出來的道路將會有著較強的柔性，在抗凍、解凍性能方面比較出眾。

4.3 農業肥料方面的利用

冶金固體廢物鋼渣中并非只有有害物質，它其中也會含有一些有利于植物、農作物生長的元素。結合實際情況來看，在托馬斯方法冶煉金屬的過程中，會產生許多具有堿性性質的鋼渣，將他們進行磁選并把其中的廢鐵擇出來，然后對剩下的材料進行粉碎以及破碎處理，在輔以相應工藝的話，便能夠生產出來能夠用于農業種植的磷肥。在這種肥料中鐵元素以及鎂元素含量較高，它們能夠和一些具有酸性性質的土壤進行融合，進而實現其營養元素含量的進一步提升，讓一些農作物能夠更好地成長。與此同時，鋼渣也能夠制作成硅肥，在種植小麥或者玉米等農作之前，可采用化肥深施的方法來把鋼渣硅肥施入土壤深處，使他們能夠為小麥、玉米提供生長養料，進一步提高這些農作物的產量。此外，在鋼渣當中也蘊含著諸多能夠與酸性物質產生化學反應的元素，所以，在面對酸性程度較高的土壤時，可以利用一些鋼渣來充當中和劑，是這些土壤的酸堿性能夠趨于合理，在此基礎上再進行農作物種植，從而實現土地資源的有效利用和農作物增收的雙向目標。

4.4 污水凈化方面的利用

在廢物鋼渣之中還富有一些活性炭，由于它們的吸附能力較強，所以也可以被用到污水處理以及污水凈化中來。具體來說，可對鋼渣進行處理加工，將其中的廢鐵剔除，然后粉碎那些顆粒較大的鋼渣，然后將其當作污水過濾材料放置在相應的凈化管道內。期間，可以設置一定的吸附設施，讓污水從這些設施當中通過，從而將其中的一些有害物質或者雜質祛除，達成污水凈化的目的，使所排放的污水能夠與國家相關規定相符合，進一步減少其對環境的負面影響。與此同時，在處理那些有染料的廢水時，鋼渣所具備的吸附作用也能夠得到充分展現，在對其進行利用過程中，可以對它們進行碾磨以及粉碎處理，然后制作成一些吸附性強的污水處理材料，借此來實現對有染料廢水的凈化處理。通過此舉，不但能進一步提高冶金企業的經濟利潤，而且還能夠落實環保法治戰略，為企業的可持續化發展鋪路搭橋。

5 結束語

在新時期，冶金工業在發展的同時，也要結合國家相關政策要求，兼顧資源綜合利用以及環境保護等工作。鋼渣等固體廢物排放一直以來都是冶金工業發展中亟待處理的問題。隨著綜合利用技術的不斷發展，冶金工業已經開啟了固體廢物的綜合利用大門。然而，就現實情況而言，我國在冶金工業廢物利用水平以及技術方面仍然有待進一步提升。對此，廣大冶金企業有必要積極參與其中，不斷通過固體廢物的實踐綜合利用來實現行業的可持續化發展，為我國工業的現代化發展奠基。