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）

1 現階段我國冶金行業固體廢棄物的利用情況分析

1.1 我國冶金工業的固體廢棄物生產量和利用率分析

現階段，冶金工業的固體廢棄物中包含了多種廢料，在廢料當中含量最多的大概是以下幾種：即尾礦渣、冶煉渣、塵泥渣等。冶金工業中的鋼鐵生產是工業固體廢渣的產生大戶，因此對于鋼鐵行業的固體廢渣處理就是其重中之重。

官方統計數據顯示，我國目前的工業固體廢渣總量大約維持在12億t，其對于公共土地的侵占大約在7×107m2。造成了嚴重的公共土地資源浪費，并且每年都持續增長。對于冶金工程的固體廢棄物利用率來說，其平均利用率不到一半。在我國的諸多冶金制造工廠中，不乏一部分理念較為先進的冶金制造廠商已經對固體廢渣的處理有了自己的經驗和方法。在大型的冶金生產企業當中，許多鋼鐵企業學習了外國的先進技術、引進了國外較為先進的固體廢物處理設備，但這對于資金雄厚的大型企業來講是可行的，對于小微冶金企業，在自身經濟實力并未達形成一定規模時，可能并無法承擔高昂的固體廢物處理經費的支出。

1.2 國外冶金工業的鋼渣綜合利用情況分析

查閱相關資料發現，在國外發達國家中，工業種類齊全且工業實力較強的國家，其在二十世紀的初期就已經開始了工業固體廢物的處理辦法研究。有一點不同的是，在此時期的冶金工業固體廢物的處理方法還是偏向于簡單可實施的，即填海或用來進行公路的填筑。時間后移到二十世紀的六七十年代，國外發達國家中對于鋼渣的處理與利用等方面的技術在長時間和技術積累之下，得到了長足的進展。在此時期，國外工業強國都開始了工業固體廢物處理技術的井噴式上升。在這一時期，大部分的工業強國都將鋼渣再利用的重點放在了水泥的制備、冶金需要的各種輔料和化肥的制作上。

2 鋼渣回收再利用環節存在的問題分析

對于冶金工業生產過程中產生的固體鋼渣來講，其主要成分和成分之間的比例波動比較大，因此在利用時需要考慮各種成分的純度、比例等。比如，將含有氧化鈣的鋼渣用于工程中時，可能會因為其含量不達標而造成工程的破壞，比如將工程機器卡死、卡壞等。鋼渣中含有的碳化物、鐵化物等容易將鋼渣的脆性降低到無法使用的程度，因此在生產利用過程中倘若利用此種鋼渣會造成成本高、費時費力、效率低下的后果。再有，對于生產孔性吸附劑的過程中，如果使用不合格的鋼渣，會造成吸附劑的孔性遭到破壞或者不利影響，導致吸附劑的質量嚴重下降。

3 對于冶金工業固體廢物的再利用途徑與方法

3.1 通過磁選擇工藝和方法回收利用廢鐵

冶金工業固體鋼渣經過破碎篩選、分離磁選等措施之后，可以將固體廢物中的鋼渣選出來九成以上，在固體廢物中篩選出來的鋼渣含鐵量大于一半。其主要流程為：

鋼渣經過篩選進入雙層振動篩，在此過程中大塊的鋼渣無法立即進入下一模塊中，因此將會重新進入擊碎機中擊碎，再重新進入循環。篩選出來的鋼渣再進入雙層振動篩，在此模塊中，不同部分的鋼渣會分別進入不同的磁選機，之后再進入破碎機破碎，經過多次磁選之后進入雙層振動篩，如此往復，直到符合標準的鋼渣和規格渣排出。

3.2 作為冶金原料進行回收再利用

冶金工業固體廢物中的鋼渣，可以再次作為冶金工業流程的原料來進行煉鐵燒結、煉鐵高爐的溶劑和煉鋼的返回渣。在平時的冶金工業流程中，大部分的燒結溶劑、高爐溶劑等溶劑都是用CaO來進行的，這部分溶劑中大部分都含有四成到五成的氧化鈣、氧化錳、氧化鎂的混合固體。在冶金固體廢物中，大約每噸鋼渣可以產出700kg的石灰石。將鋼渣重新用作冶金原料當中，能夠顯著減少各種成本的消耗。鋼渣在鋼爐中的穩定物相能夠大幅改善煉鋼高爐的使用狀況及運行效率。

3.3 作為建筑工程原料進行回收利用

在大部分的鋼渣當中，有許多成分和建筑使用的水泥是相類似的，其中的硅酸鈣系、鐵鋁酸鹽系礦物質能在建筑材料中發揮相對穩定的作用。也正是擁有以上成分，鋼渣也具備水泥特有的水硬膠凝特性。此外，鋼渣的物料密度相對較高，其在用作建筑材料時的穩定性較強。物料的強度和粗糙程度也相對符合建筑用料的標準和規范，具有耐磨耐劃、耐冷耐熱、耐火耐水的特性。再者，鋼渣與公路鋪設瀝青的結合程度非常高，在混入了鋼渣的瀝青當中，瀝青的各項指標都會有一定程度的上升，因此，鋼渣能夠用作各種熟料的添加、鋼渣磚頭以及鐵路軌道的裝填當中。

鋼渣與水泥經過一定比例的混合，能夠產生各種強度的鋼渣水泥，此類水泥包括硅酸水泥、鋼渣白水泥等。研磨較為細微的鋼渣，其余高爐中的水閘或者粉煤灰在激發劑的作用下，經過一系列工藝過程可以成為專門的建筑用磚頭，在民用領域的修墻加瓦、房屋修繕、街道路面鋪設、街道外墻構筑、水泥電線石柱、排水溝渠等方面的建設都有相當寬泛的應用場景。在市政工程當中，鋼渣的應用也很廣泛，如可以進行工程回填、填海造陸等，但是應用起來有一定的限制，即需要其進行完全消解，因此應用技術難度相對較為復雜。

3.4 作為農業生產原料進行回收利用

在鋼渣當中，大量有利于農作物生產的元素蘊含在其中，包括磷酸化物、硅化物、鈣化物、鎂化物等。其中的不同元素能夠在不同方面對農作物的生產起到不同的作用，因此鋼渣就可以被用來進行磷肥、硅肥、改良劑等農業生產廢料的制作。

在諸多廢料的生產當中，磷肥是用途最為廣泛的肥料。在托馬斯煉鋼過程中會產生一定的堿性爐渣，將這些爐渣進行細細研磨便可以得到磷酸鈣、硅酸鈣的固體溶劑，還會含有一定的鎂鐵錳等微量元素，可以用作土地施肥的各種基礎肥料和改善酸性土壤的pH。經過查閱相關資料得知，南京鋼鐵生產的鋼渣含磷肥料在江浙地區進行土壤施肥實驗，將P2O5以每畝地十斤的用量進行施肥，可以發現其對于該地區的水稻有明顯的促進效用。

在鋼渣的利用途中，硅肥的制作也是重要的一環。鋼渣硅肥含植物能吸收，能起到很好的作用，主要應用于水稻、小麥、玉米等喜硅作物中，尤其對硅最為敏感。在遼寧省稻草土類中進行了試驗研究，結果表明，該方法可改善稻米的生長發育，提高稻米產量1-2成；與此同時，湖北丘陵黃土、黃紅土水稻田中施用堿鋼渣，試驗表明，鋼渣有不同程度的增產效果，鋼渣均可達到3.0%～17.6%。鋼渣中高硫高錳酸鉀對酸性土壤有一定的改善作用，對鈣、鎂有一定的促進作用。在浙江省土壤中，土壤酸化程度較高，碳鋼渣作為基礎肥料明顯增多。以煤、菠菜、大豆為主糧作物，產量較高，均超過三成。鋼渣中硅、磷等有效成分可以直接作為農肥使用外，鈣、鎂、磷還可以與氧化鈣、氧化鎂配合使用，在一定程度上提高了收率。

3.5 作為生產生活用水處理進行回收利用

經過對鋼渣的分析來看，其不管從哪個方面來看，都具有較強的水處理能力。其中，其在處理含有重金屬離子的工業生產廢水、廢棄物的滲出液、各種有機溶劑滲透的水、無機鹽非金屬廢水等方面的處理都具有一定的效果。鋼渣從其結構來看，其多孔蓬松的性質決定了其吸附性能較為優異，在進行完畢吸附工作后，能夠輕松地讓廢渣與處理水分離，在經過鋼渣處理后的水性質較為穩定，且工藝流程非常簡單，成本較低，經濟適用性較高。

鋼渣的來源非常廣泛且易得，在處理含有雜質的廢水時可以通過過濾效用將廢水中的各種雜質進行吸附、過濾，而后通過其自身含有的活基團對細微的污染物質進行一定程度的去除。經過調查研究現實，在各類工業廢水當中，處于酸性且含有鉻離子的廢水經過鋼渣的初步處理，其中鉻離子的去除率接近100%，經過此步驟處理的鉻廢水能夠初步達到排放的標準。鋼渣在對含有銅離子的廢水進行處理時，其含有的銅離子被去除率也能達到和鉻離子相同的效率，同下，對于鎳離子的去除率也非常高。這三種重金屬通常都是廢水中較為常見的離子，因此在對廢水進行處理時能夠極大減少在此步驟上所花費的資金和成本。

此外，經過調查研究顯示，鋼渣對于廢水的處理當中不僅對金屬離子廢水有高效的凈化作用，其對于含有有機溶劑的廢水同樣有較高的處理效能。如，其在對含有有機染料的工業廢水進行處理時，對結晶紫、亞甲基類染料廢水、堿性類的品紅廢水、翠藍染料廢水等各項有機廢水的凈化率都能達到九成以上。另有，其在對含有磷、砷、氟等非金屬毒性物質廢水的凈化率也能達到相當高的程度，對于磷、砷的去除率能夠達到97%以上，對于氟的去除率能夠接近八成。

4 結束語

在我國的冶金生產工業當中，鋼渣的綜合利用效能能夠為我國綠色生產、環保生產、碳中和、碳達峰等保駕護航，目前已經被各大生產企業重視起來。冶金工業固體廢物鋼渣的綜合利用能夠解決堆積的占地問題，從而緩解其造成的環境污染問題。鑒于此，我國的各大科研院所應該繼續貫徹落實國家開展綜合利用的各種方針和政策，在國家的統一指導下進行高效率、全面化、多維度的實施和落實，盡量實際鋼渣的廢物重用，讓工業固體廢物重新為社會經濟發展貢獻力量。