淺析鋼鐵工業固體廢棄物資源利用技術的應用

司金鳳

（山東工業職業學院冶金工程系，山東 淄博256414）

1 前 言

鋼鐵企業的迅猛發展造成了嚴重的環境污染與固體廢棄物排放，2019年我國鋼鐵企業固體廢棄物排放量達31.5 億t，這些廢棄物不僅占用大量用地，惡化環境，還會造成礦產資源浪費，因此，加快對鋼鐵工業固體廢棄物的減容、減量、無害化利用已刻不容緩。

2 高爐渣資源化利用技術現狀

2.1 高爐渣在污水處理中的應用

高爐渣粒度小、孔隙度高、比表面積大、表面活性強，且高爐渣中含有大量堿性氧化物（CaO、MgO等），能與磷酸根、硫化物發生反應，形成沉淀，深度凈化污水。高爐渣在污水處理時，不僅能去除硫、磷，對液體中的重金屬離子、有機物、懸浮物等也具有過濾、絮凝能力，可用于凈化工業廢水。

劉鳴達等人分析了水淬高爐渣對污水中磷的吸附及影響因素，并進行熱力學特性分析，模擬出3種不同的爐渣的最大吸磷量為3.3、2.5、5.0 mg/g，為后續研究提供理論基礎。劉晶等以高爐渣為濾料進行砂濾器除磷實驗，發現當高爐渣粒度為1.0～2.0 mm、濾料速度1～2.5 mm/min時，可脫除85%磷和90%懸浮物。王湖坤等人用高爐渣處理銅冶煉工業廢水，Cu（Ⅱ）脫除率96.91%。劉金亮以高爐渣為吸附劑，將高爐渣投放到重金屬離子含量為100 mg/L的模擬廢水中，發現廢水中Cu2+、Cd2+、Zn2+的脫除率均高于99%［1-4］。

2.2 高爐渣在煙氣處理中的應用

高爐渣含有較多的堿性氧化物，可與酸性物質SO2、NOX產生反應，同時本身疏松多孔的結構也有利于煙氣脫硫、脫硝反應的進行，因此我國大力發展高爐爐渣在煙氣處理中的研究與應用。

李偉等利用爐渣提取堿性氧化物混合溶液，在循環流化床鍋爐內進行濕法脫硫試驗，脫硫效率達到95.5%以上。徐迎東用高爐渣、粉煤灰為原料制備了混合鈣質脫硫劑，脫硫率達85.5%～94.6%。雷珊等對含鈦高爐渣進行酸浸，得到TiO2溶液，在經過水解、過濾、洗滌后，經高溫焙燒后制得TiO2載體，并在此基礎上制備了V2O5-WO3/TiO2催化劑，在250～450 ℃時的脫硝率78.9%。葉飛等人將高爐渣作為TiO2-Al2O3-SiO2載體，添加錳、鈰等活性組分，制成SCR催化劑。得到的15%Mn-Ce/Slag［2-7］催化劑在160～260 ℃時的脫硝率在80%以上［5-8］。

2.3 高爐渣在農業化肥中的應用

高爐渣含有大量硅、鈣、氮、鎂、鐵、鈦、硫等元素，可為植物提供營養元素，因此可對高爐渣進行加工處理，將有益元素轉換成容易被植物吸收的形式，將高爐渣制備成硅肥、氮肥、復合肥料。

安杰等人將高爐渣與泥炭配制成基質，對黃瓜無土育苗，幼苗長勢良好，莖部粗壯，根系發達，且使育苗期縮短。張悅等人用高爐渣、硫酸銨作肥料，在對其進行栽培實驗時發現該肥料可以提高甜菜畝產量22.03%。孟華棟等人用高爐渣制備緩釋氮肥，其氮質量分數可達41%。高爐渣生產的緩釋氮肥，初期水溶率達3.69%，7 d 水溶率7.02%，35 d水溶率35.33%，利用率高、損失少、肥效長［9-12］。

2.4 高爐渣在微晶玻璃制備中的應用

微晶玻璃既有良好機械強度與熱穩定性，還有優異的耐酸、堿、鹽腐蝕能力。此外，還有一種微晶泡沫玻璃，該材料以大量的玻璃相為基體，結合特殊的多孔和玻晶交織結構，具有隔熱、吸聲、耐腐蝕、防水、質輕強度高等優勢。微晶玻璃能更好地固定重金屬等有害成分，使之不滲漏到外部環境中，對于環保有重要意義。用高爐渣生產微晶玻璃，能降低生產成本，并利于冶金渣的再利用。

王海波［13］等人將高鈦高爐渣、粉煤灰、玻璃粉混合均勻后壓制成型，高溫燒結30 min后形成微晶泡沫玻璃，其吸水率2.17%，抗壓強度17.43 MPa，熱導率0.18 W/（m·K）。

田堅［14］分別利用緩冷、水淬兩種高鈦型高爐渣生產微晶泡沫玻璃。結果表明：緩冷高鈦型高爐渣制備的微晶玻璃保溫性能較差，降噪系數高，可用作輕質高強的吸聲材料；而水淬高鈦型高爐渣制備的微晶泡沫玻璃試樣降噪系數較低，導熱系數低，用作輕質高強的保溫隔熱材料前景廣闊。

2.5 高爐渣制備新型鋪路材料

在道路鋪建時采用高爐渣保水材料，道路降溫效果好，可長期抑制路面溫度上升，還有吸音降噪的效果。以高爐渣、拋光渣、煤矸石為主原料，配制黏結劑和造孔劑，生產環保透水磚，其防滑、抗寒、耐風化、透水性也有較大改善，對調節城市生態平衡等方面具有發展前景。

日本公司曾利用高爐爐渣與顏料、水泥等混合，鋪在路面上，形成強度高、透水性好的彩色路面。刁岳川［15］利用高爐渣、鋼渣為原料，配合使用黏結劑與光亮劑制備多彩磚，制造出來的多彩磚有高強度、高耐磨、高光澤度等特點，各性能指標均符合規定要求，發展前景廣闊。

3 鋼渣的資源化利用技術現狀

鋼渣性質與原料的選擇、生產參數、鋼種息息相關，導致鋼渣組分浮動較大。鋼渣強度高，硬度大，難以磨粉；爐渣的凝膠組分活性低；爐渣吸水性好，但會發生水解反應使體積膨脹，穩定性變差，從而導致鋼渣距離穩定可靠的應用還存在難度。我國鋼渣的用途包括：道路建設，占鋼渣利用量的40.2%；其次是工程回填料，占比32.3%；用于冶金生產的占比19.4%，用于水泥的占比6.5%，其他建材的占比1.6%。

3.1 鋼渣在道路工程中的應用

鋼渣的強度高、硬度大，并且具有很好的耐磨性和滲透性，用于鋪料可以增大道路的CBR 值，明顯減輕路面沉陷現象，而且鋼渣鋪路后，道路的抗凍解凍性能變好，路面的裂縫、坑槽、龜裂、車轍明顯減少，延長了道路的使用壽命。

目前，許多國家已經將鋼渣用于道路工程實踐中，如美國有90%的鋼渣用于道路建設，德國50%的鋼渣用于鋪路，英國將98%的鋼渣用于鋪路。我國從上世紀末對鋼渣用以道路建設開展探索，寶武集團利用滾筒法處理鋼渣，并將鋼渣骨料用于鋼渣瀝青道路上，經過大量檢測后發現，各項數據完全滿足瀝青道路的國家標準要求。2018年，八鋼將鋼渣作為水穩層和瀝青混凝土面層的主要材料，在“三供一業”項目實施中進行了規模化使用，具有施工簡單、造價低、質量好、路害少的優勢，為新疆境內的鋼渣綜合利用提供了范例。

3.2 鋼渣在建筑材料領域的應用

鋼渣的主要化學成分與水泥相似，且具有強度高、密度大、耐磨性強等特征，可制作水泥和混凝土等建筑材料。如利用碳化鋼渣生產鋼渣磚、以鋼渣為摻合料的新型混凝土等，不僅可以降低建筑材料的生產成本，而且對于水泥和混凝土的質量都有很大改善。

顏凡、鄭永超［16-17］等人利用鋼渣、再生骨料等對透水混凝土進行了研究，發現在建筑再生骨料中摻入鋼渣后，可降低膠凝材料的水化熱，混凝土的后期強度、碳化深度、收縮率及氯離子滲透系數普遍提高。

3.3 鋼渣在農業領域的應用

鋼渣堿度較高，將其與酸性土壤混合后可起到中和土壤酸堿度的作用，具有修復、改良土壤的能力，同時鋼渣本身含有的可溶性鎂和磷、硅等元素可以保持土壤成分的元素平衡，是農業上比較理想的土壤改良劑。除此之外，由于鋼渣中的化學成分與無機肥的成分相同，還有Fe、Mn、P等營養元素，因此也被用來生產硅肥、磷肥、硅鉀肥和微量元素肥料。

江西農業大學［18］通過3 a的田間定位試驗，將鋼渣配成的肥料與常規肥料對比培育大豆，發現加有鋼渣的肥料可以提高大豆彈珠莢數，單株粒數，且隨鋼渣用量增加，大豆3 a的產量平均增長7.89%，同時可顯著改善紅壤旱地土壤酸度、濕度和養分。王曉軍［19］等人則使用鋼渣硅肥在田間進行白菜種植試驗，發現鋼渣硅肥可降低白菜植株的染病率，白菜霜霉病感病率降低3.48%～7.54%，軟腐病感病率降低2.65%～6.13%，有效抑制土壤有害病菌。

4 結 語

隨著我國鋼鐵產量持續增長，鋼鐵固體廢棄物資源利用越來越受到重視。目前我國高爐渣由于自身特性的穩定性，其回收利用已超過90%；鋼渣由于其成分的不穩定性和自身特性的復雜性，利用率較低，僅達30%。我國還需進一步通過鋼鐵固廢資源化技術的開發和實踐，最大程度地回收資源、降低消耗，努力開發鋼鐵工業固體廢棄物生產綠色新流程。