鋼渣處理工藝及綜合利用分析

韓先會

摘要：在新時期，如何更好地調節(jié)工業(yè)經濟發(fā)展、金屬資源開采以及環(huán)境保護之間的關系，已經成為冶金工業(yè)亟待思考的問題。而綜合利用理念的出現，為廣大冶金企業(yè)開辟了一道現代化、可持續(xù)化發(fā)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(huán)境的危害。

關鍵詞：鋼渣;處理工藝;綜合利用

引言

我國鋼鐵行業(yè)是環(huán)保意識覺醒較早的工業(yè)行業(yè)，環(huán)保工作一直走在工業(yè)領域的前列。從七十年代至今，鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展歷經了冶煉伴生產品處理、節(jié)能降耗和全面綠色化發(fā)展等3個階段。鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展謀求的目標是資源的綜合利用、短缺資源的代用、二次資源的利用，減緩資源的耗用;通過節(jié)能、節(jié)材、可再生資源和綠色能源的利用達到節(jié)能的目的。同時，減少廢料和污染物的產生和排放，促進工業(yè)產品在生產、消費過程中與環(huán)境相容，降低整個工業(yè)活動對人類和環(huán)境的風險。

1.鋼渣的主要構成及加工利用方法

轉爐鋼渣主要由CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5和f-CaO、f-MgO等組成，主要礦物相為硅酸二鈣、硅酸三鈣、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇輝石、鐵鋁酸鈣、游離氧化鈣（f-CaO）、RO（R代表鎂、鐵、錳的氧化物，即FeO、MgO、MnO形成的固熔體）等。因此，鋼渣除鐵后的尾渣中含有與硅酸鹽水泥熟料相似的硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）膠凝材料，也具有水化活性，是建材資源，具有較大的開發(fā)利用價值。另外，鋼渣中含有8%～12%的鐵資源（這里包含金屬鐵和可回收的鐵氧化物，下同），將鋼渣中的鐵資源進行分離、富集，可實現鋼渣的資源化和高附加值利用。2019年，我國的鋼產量接近10億t，鋼渣中的金屬鐵約1000萬t，因此鋼渣加工回收鐵是鋼渣資源綜合利用的關鍵內容。目前關于廢物鋼渣加工利用的方法主要有內循環(huán)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(yè)運用（肥料）等。所以，在綜合利用視角下，相關企業(yè)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(huán)與再利用的目標。

2.鋼渣處理工藝

2.1鋼渣熱燜工藝

鋼渣熱悶工藝的反應機理包括物理變化和化學反應，受化學反應膨脹應力、相變應力以及收縮應力的共同作用，鋼渣粉化，游離氧化鈣大幅度降低，實現鋼渣分離。1）增加渣罐數量，延長液態(tài)渣在渣罐當中的冷凝時間達到6h以上，基本保證倒罐時罐內全部為固態(tài)渣或有一定黏度的鋼渣。2）重點關注翻渣過程，對存在液態(tài)渣較多的罐次，至少翻渣3次以上。每次翻渣做到深翻，大塊渣子用耙子打開，確保塊狀渣子小于400mm。延長兩罐之間的翻罐時間，使鋼渣充分降溫。3）翻渣過程中有打不開的大塊或鋼塊要清理出來，以免大塊在渣子上方形成保護傘影響透水。4）對各悶渣坑的氣動閥門進行了改進，悶渣過程中根據蒸汽情況及時調節(jié)氣動閥門的開度，保證兩個排氣孔有蒸汽冒出，使悶渣坑內部始終處于正壓狀態(tài)，確保悶渣效果。5）水系統(tǒng)增加了冷卻塔，大大降低了噴淋水的溫度，較少了悶渣打水時間。6）燜渣打水時間控制在8～10h，前1h根據蒸汽量適當調整水量，之后按60m3/t打水，使鋼渣充分與水結合，減少了鋼渣板結，總用水量控制在400m3。

2.2鋼渣二次處理加工工藝

鋼渣二次處理的主要目的是實現鋼渣中的渣、鐵分離，從而提高鋼渣處理產物的附加值。采用簡單破碎、磁選工藝可以將鋼渣進行初步處理，但生產出的渣鋼品位仍然較低、產品附加值不高，其原因是由于渣、鋼分離較為困難，導致選出的物料磁性物料品位較低，需要進行磨制再加工，從而將品位較低的渣鋼經過分離、磁選成為品位較高的粒鋼、礦粉磁選粉并同時產生含鐵品位較低的尾渣。針對渣鋼品位低的問題，中冶建筑研究總院有限公司研發(fā)采用棒磨機對渣鋼進行破碎、剝離和提純。具體過程是：經熱悶后的鋼渣，待鋼渣初步晾曬，經過中轉堆場的晾曬后，用裝載機將熱悶后的鋼渣上至地坪篩或振動給料篩上，>150mm的鋼渣落至鋼渣槽，<150mm的鋼渣轉送至皮帶機，經皮帶機運至加工線進行加工處理，皮帶上方通過除鐵器選出<150mm的鋼渣。鋼渣經皮帶機進入粒徑規(guī)格尺寸為8mm的振動篩進行篩分，篩上>8mm的鋼渣經過皮帶機、給料機等設備進入1～3號棒磨機進行解離，經棒磨機排出的物料分別進入3臺粒徑規(guī)格尺寸為8mm的振動篩進行篩分，篩上>8mm的鋼渣經過除鐵器磁選出8～150mm鋼渣，其余部分循環(huán)進入棒磨機，篩下<8mm鋼渣進入雙輥磁選機磁選，磁性部分進入0～8mm磁選粉倉或進入磁選粉堆棚儲存，非磁性部分進入0～8mm尾渣倉或進入尾渣堆棚儲存，尾渣倉下方設置輸送皮帶轉運至鋼渣粉生產線的轉運站。經過該工藝生產出了鐵品位>85%渣鋼，可直接返回煉鋼，產生的磁選粉鐵品位>40%，可直接返回燒結使用。另外，尾渣中金屬鐵含量<2%，自有氧化鈣含量<3%，滿足后續(xù)利用要求。

3.鋼渣的綜合利用方向

3.1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(yōu)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。

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。利用鋼渣、再生骨料等對透水混凝土進行了研究，發(fā)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。

結束語

在新時期，冶金工業(yè)在發(fā)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(huán)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(yè)發(fā)展中亟待處理的問題。隨著綜合利用技術的不斷發(fā)展，冶金工業(yè)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(yè)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(yè)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(yè)的可持續(xù)化發(fā)展，為我國工業(yè)的現代化發(fā)展奠基。

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