利用鋼渣生產透水磚項目的研究

司民峰，鄭明明

我國目前累計堆存尾礦600 億噸以上，年產出量達到了16億噸，而尾礦綜合利用率僅為18.9%，絕大多數尾礦尚未被綜合利用。在礦冶領域里，世界上工業發達國家已把無廢料礦山作為礦山的開發目標，把尾礦綜合利用的程度作為衡量一個國家科技水平和經濟發達程度的標志。我國的尾礦綜合利用研究起步較晚，近幾年發展迅速。國家科技部“十三五”科技支撐計劃中“綠色建筑及建筑工業化方向”中專門列出“工業及城市大宗固廢制備綠色建材關鍵技術研究與應用”項目來解決尾礦的綜合利用問題

河北燕山鋼鐵集團有限公司每年因主業生產產生鋼渣（1400t/d 棒磨機選后鋼渣）和長石尾礦（1000t/d），鋼鐵冶煉過程中產生的大量鋼渣的堆存造成了廠內土地資源的巨大占用，而且堆放部位存在無法綠植等嚴重環境問題。

《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》中明確要求：產生工業固體廢物的單位應當建立健全工業固體廢物產生、收集、貯存、運輸、利用、處置全過程的污染環境防治責任制度，建立工業固體廢物管理臺賬。國務院工業和信息化主管部門應當會同國務院有關部門組織研究開發、推廣減少工業固體廢物產生量和降低工業固體廢物危害性的生產工藝和設備，公布限期淘汰產生嚴重污染環境的工業固體廢物的落后生產工藝、設備的名錄。因此，如果不對尾礦進行有效的利用，不僅給企業帶來沉重的負擔，給生態環保帶來巨大的壓力，而且也給尾礦堆場附近的居民生活及安全帶來了隱患。

以棒磨機選后鋼渣和長石尾礦為主要原料，將其制成具有綠色生態環保意義的透水磚，項目的實施將會為企業帶來一定的經濟效益和顯著的社會效益。

1 能耗分析

本項目主要能源品種有：天然氣、電力和水等。達產后實現年營業收入13200.00 萬元，全年各類能源消耗總量為11794.08tce。

能耗指標：達到設計生產能力后，實現年產120 萬m2透水磚的生產能力，萬元產值綜合能耗指標為0.893tce，單位產品綜合能耗指標為8.935kgce/m2。

各種能源的年需要量及能耗指標見表1。

表1 各種能源的年需要量及能耗指標

2 原料分析

2.1 礦物組成與化學成分

長石尾礦和棒磨尾渣是經磁選工藝后產生的殘渣，長石尾礦主要礦物組成是斜長石、石英為主，并含有10%的云母；棒磨尾渣主要礦物組成為斜硅鈣石、方鐵礦、黑鈣鐵礦、石灰、藍晶石和硅線石等。其主要礦物成分見表2 和表3，主要化學成分見表3。

表2 長石尾礦的主要礦物成分（wt%）

表3 棒磨尾渣的主要礦物成分（wt%）

表4 長石尾礦和棒磨尾渣的主要化學成分（wt%）

由上表可以看出，長石尾礦是硅質長石類原料，含鐵量為1.54%，稍高；堿金屬氧化物含量達5%，較高，是一種很好的熔劑類原料；棒磨尾渣化學成分中鐵、鈦含量達到20.56%，有害成分很高。氧化鈣和氧化鎂含量高達46.78%，接近碳酸鈣中氧化鈣的含量；且氧化硅和氧化鋁含量低，限制了配方中的加入量，需要加入其它原料進行調整。

對以上兩種尾礦來說，長石尾礦是一種很好的熔劑性原料，其加入量可在18%。

棒磨尾渣作為透水磚的主要原料—骨料，加入量可在70%。棒磨尾渣和長石尾礦兩者總用量可達88%。

2.2 放射性

采用FYFS-2002E 型全自動低本底多通道γ 能譜儀進行測試，測試結果如表5 所示。

表5 尾礦的放射性

根據GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》，內照系數IRa ≤1.0，外照系數Ir ≤1.3 的材料為A 類裝飾材料，A 類裝飾材料使用范圍不受限制。這兩種材料的內外照指數均小于規定值，因此用長石尾礦和棒磨尾渣燒制的陶瓷制品，其放射性遠低于陶瓷磚的標準值，達到A 類裝飾材料的要求。

3 產品的組成研究

3.1 原材料選型

根據長石尾礦和棒磨尾渣與透水磚組份的差異，結合項目所在地陶瓷原料的分布情況，選用長石尾礦、棒磨尾渣、粉煤灰、白云石等原料進行調配。

3.2 配方組成研究

以透水磚的樣品性能為基礎，優選出下列配方，并壓制成坯體進行實驗室燒成。其配方組成見表6。

表6 產品配方組成表

壓制成型的透水磚坯體，干燥收縮率為0.5%。放入試驗電爐中燒成。

3.3 最終控制工藝參數

粉料水分：5%。

粉料細度：10 目～40 目。

坯體入窯水分：3%。

燒成溫度：1170℃。

生產周期：5.5h。

3.4 產品性能

透水磚產品性能測試結果見表7。

表7 透水磚產品性能指標表

在配方中，以棒磨尾礦、廢瓷粉、長石顆粒為骨料，鋰尾礦和膨潤土為高溫粘結劑進行實驗，根據棒磨尾渣化學成分含鈣量高、礦物成分中有游離鈣的特點，在單體燒成時有粉化現象，因此在研制透水磚時，通過高溫熔劑包裹法制作透水磚，使包裹料同易粉化的棒磨尾渣充分反映，形成固溶體。可燒制出符合現行國家標準要求的透水磚，其使用范圍滿足A 類裝飾材料的要求.因此，利用棒磨尾渣和長石尾礦生產生態建筑陶瓷透水磚在技術上是可行的。

4 工藝流程

4.1 原料預處理

根據半工業中間試驗結果，產品配方組成為棒磨尾渣、長石尾礦、長石顆粒和膨潤土，外加粘結劑。棒磨尾渣和長石尾礦均利用燕鋼公司的工業固廢，長石顆粒、膨潤土和粘結劑直接外購商品原料。

受建設場地的限制，棒磨尾渣和長石尾礦在場外進行預均化，并分別過10 目篩進行分級處理，不同細度的物料分別堆放儲存，物料預均化周期為40 天～45 天。

4.2 原料粉碎

進場物料細度分10 目以上和10 目以下分別存放于原料庫。10 目以上的物料進粉碎系統細碎，10 目以下的物料直接近地面料倉待用。

原料粉碎采用顎式破碎機粗碎和高壓輥磨機粉碎系統。生產回收料首先經顎式破碎機粗碎再經皮帶運輸機輸送至加料斗，再進入高壓輥磨機粉碎系統。

地面料倉儲存的粗顆粒棒磨尾渣和長石尾礦分別直接進入高壓輥磨機粉碎系統。由輪式裝載機將物料加入到加料斗，再經皮帶運輸機和斗式提升機輸送至靜態選粉機，在靜態選粉機的入料口前段的皮帶機上裝有磁選機用以除鐵；除鐵后的物料進入靜態選粉機后分為雙支路分出，其中一大部分物料以靜態選粉機底流的形式進入高壓輥磨機稱重料倉，還有一部分物料直接被吸入動態選粉機；進入動態選粉機的物料分為三支路轉出，其中細度范圍分別控制在10 目～20 目、20 目～40 目和40 目以下的粉料分別直接經皮帶機輸送進入各自的儲料料倉，極細粒度的粉料經風機吸入袋式除塵器，較大粒度的物料經安裝有磁選機出鐵裝置的皮帶機輸送至高壓輥磨機稱重料倉。

匯聚在稱重料倉中的物料經高壓輥磨機層壓粉碎后被皮帶機輸送至斗提機中，通過斗提機將粉料提升至靜態選粉機除鐵區前段皮帶機上，并按上述流程進行循環分選與破碎制粉。

10 目以下的物料、長石顆粒和膨潤土直接由皮帶運輸機輸送至儲料料倉待用。

4.3 配料、混料

各種不同細度的合格粉料，由皮帶運輸機倒運到儲料倉內，在儲料倉內分類存放均化。

儲料倉內的不同粉料，由變頻流量秤稱量計量后，再由皮帶運輸機分別送至基料和面料配料料倉，

再分別經變頻流量秤稱量計量后，與粘結劑一起分別加入到基體層和面層混料機內，在傾斜式強力混合機內加水混合（粉料含水率4%～8%），在混料機內進行充分的攪拌混合。

基層料的混料時間為10min，面層料的混料時間為15min（含進、出料時間）。

4.4 成型、干燥和燒成

混合均勻的粉料采用YPT1500 型透水磚壓機壓制成型，成型布料采用二次布料，基料和面料依次進入模具，然后通過1500t 壓力機一次壓制成型，以保障產品的強度及結構的穩定。

成型之后的磚坯經過排磚機送到輥道窯燒成。

4.5 檢驗、包裝

燒成后的產品對其尺寸偏差、外觀質量（包括長度、寬度、厚度、對角線、平整度、粘皮、缺損、垂直度、直角度、裂紋、缺棱掉角、顏色、花紋）、強度等級和透水系數進行檢測；最終對產品進行綜合質量評定、分級，再經自動碼垛包裝后入庫。

5 污染控制措施

5.1 噪聲治理措施

風機、空壓機和各種破碎機等均選用低噪聲設備，并安裝消聲器或局部設立隔音吸聲裝置。為保證廠區內外噪聲水平達標，在設備選型時，選用輻射噪聲小、振動小的設備，同時使產生噪聲的設備遠離辦公和員工生活區。通過以上降噪措施使環境噪聲達到國家標準。

5.2 粉塵治理措施

5.2.1 原料卸料和倒運粉塵治理措施

原料庫內配套設置全覆蓋的自動噴淋抑塵設施，并在料庫出口設置有車輛自動洗輪機，防止泥土粘帶。

5.2.2 工藝粉塵治理措施

皮帶機轉運等在工作過程中存在一定數量的轉料接口，轉料過程中較易產生無組織形式的粉塵。在各轉料設備受料點和卸料點均設有密封罩，并經排塵口、風管連接引至室外袋式收塵器。廠區內物料運輸皮帶運輸機均采用封閉的皮帶通廊。

原料破碎系統、高壓粉磨機、料倉等處有粉塵產生，均設有脈沖噴吹袋式除塵器，除塵效率達99%以上；壓制成型過程中，有少量粉塵產生，在壓機及壓機料倉設有脈沖噴吹袋式除塵器，除塵效率達99%以上。

5.2.3 燒成窯爐燃燒廢氣治理措施

本項目燒成窯爐以高爐煤氣+天然氣為燃料，通過煙氣脫硫脫硝系統處理，其燃燒的廢氣中煙塵和NOX的排放量均達到《河北省陶瓷工業大氣污染物排放標準》（DB13/5214-2020）的要求。

以高爐煤氣為燃料燃燒的煙氣中，顆粒物濃度50mg/m3～100mg/m3，NOX濃度約為200mg/m3；以天然氣作為燃料的窯爐，煙氣中顆粒物濃度50mg/m3～100mg/m3，SO2濃度約為50mg/m3～300mg/m3，NOX濃度約為90mg/m3～250mg/m3。為確保顆粒物、SO2和NOX排放達標，本項目的煙氣脫硫脫硝擬采用窯尾廢氣脫硝+脫硫工藝。

脫硝采用SCR 技術是O2和催化劑存在的條件下，在120℃～300℃溫度窗口內，用還原劑NH3將煙氣中的NOx 還原為N2和H2O。經過脫硝處理的尾氣，再進入脫硫塔水洗脫硫后排放，排放口直徑約900 mm。

經過綜合治理后，其燃燒的廢氣中煙塵、SO2和NOX的排放濃度均達到現行河北省地方標準《河北省工業窯爐大氣污染物排放標準》（DB13/1640-2012）和《河北省陶瓷工業大氣污染物排放標準》（DB13/5214-2020）的要求，其出口含顆粒物濃度≤10mg/m3，SO2濃度≤30mg/m3，NOX 濃度≤100mg/m3。

5.3 廢水治理措施

（1）各車間工段的生產廢水，均分別匯集于沉淀池中，采用沉淀法對廢水進行處理，經多級沉淀池處理后，上清液由泵提升循環再用，不外排。

（2）員工生活污水。員工生活污水量較少，其中糞便污水經化糞池處理后和職工其他生活污水一起排至燕鋼公司現有的污水處理廠進行統一處理。

5.4 固體廢棄物處置

廢產品和除塵器收集的粉塵，可以作為骨料加入到泥料中；沉淀池污泥可作原料加入坯體中，使廢物得以利用，做到清潔生產。

項目總定員140 人，員工生活垃圾年產生量為50.40t，經收集后委托當地環衛部門及時上門清運，不會對周圍環境造成影響。

5.5 主要污染物產生及預計排放量表

主要污染物產生及預計排放量見表8。

表8 主要污染物產生及預計排放量表

6 市場需求分析

6.1 透水磚市場需求分析

2015 年國務院辦公廳部署推進海綿城市建設工作以來，全國已有30 個城市被選定為海綿城市建設的試點城市。隨著地方相關政策高密度落地，試點項目穩步推進，“十三五”期間海綿城市萬億市場空間已經打開。

國務院辦公廳《關于推進海綿城市建設的指導意見》（國辦發〔2015〕75 號）指出，通過海綿城市建設，最大限度地減少城市開發建設對生態環境的影響，將70%的降雨就地消納和利用。到2020 年，城市建成區20%以上的面積達到目標要求；到2030年，城市建成區80%以上的面積達到目標要求。

如何做到將70%的降雨就地消納和利用？透水磚無疑成為海綿城市建設的一個關鍵有機體，也由此進入陶瓷企業視野。

相對于數千億龐大市場，全國透水磚20 幾條生產線才算剛剛開始，隨著海綿城市試點推進，以及日后的推廣普及，透水磚市場將迎來爆發期。因此，地方政府大力支持透水磚環保項目，企業看好其市場前景。

6.2 項目目標市場

首先，滿足河北省需求，同時重點可向北京、天津等國際化大都市、雄安新區及新疆、甘肅、青海、寧夏、內蒙、山西、東北各省市銷售。我國北方地區需求較南方迫切，正好突出本項目銷售的區域優勢。

其次，在國際上，與我國毗鄰的韓國、日本，受自然資源和環保要求的制約，建筑陶瓷產品基本依賴進口，其需求量也是巨大的。因此，可積極開拓國際市場，運用多種形式樹立本產品的國際形象，積極發展海外經銷商，到海外投資建立營銷中心、配銷中心，運用現代技術，開展在線貿易。

7 結語

河北燕山鋼鐵集團有限公司以實現長石尾礦和棒磨尾渣無害化、資源化利用，促進企業可持續發展為核心目標，充分響應國家發展循環經濟的相關政策，以技術創新和制度創新為動力，實施新型建材產業和其它產業聯動，共同實施循環經濟的發展模式，符合國家產業政策。對當地經濟和社會的發展，能夠起到明顯的帶動作用。經可研論證后，結論如下：

（1）項目符合國家有關節能、環保、廢棄物綜合利用的政策，利用長石尾礦和棒磨尾渣燒制生態建筑陶瓷，不僅可實現企業主業尾礦的無害化、資源化利用，而且促進了鋼鐵產業鏈的可持續發展，具有非常重要的現實意義。

（2）根據《產業結構調整指導目錄（2019 年本）》和《2017 年工業結構調整指導目錄》本項目不屬于限制類和淘汰類項目，項目利用尾礦渣進行生態建筑陶瓷生產，為國家鼓勵類，項目建設符合國家產業政策。

（3）透水磚建設海綿城市的關鍵材料，在本省和國內市場上均有廣闊的銷售空間，發展前景良好，市場潛力巨大。

（4）建廠地質條件優越，交通運輸便利，原材料來源豐富，供電、供水、供氣等基礎條件可已落實到位，具有較好的建設與外部協作條件。

（5）項目針對長石尾礦和棒磨尾渣的性能特點，參照國內成熟先進的生產工藝和裝備，融合企業自主研發的先進技術，制定的生產工藝技術方案合理可行，項目采用國內先進生產、節能與環保的技術及設備，可實現節能減排綠色環保。

綜上所述，本項目以實現長石尾礦和棒磨尾渣無害化、資源化利用，促進企業可持續發展為核心目標，符合國家有關節能、環保、工業廢棄物綜合利用政策，所確定的工藝技術方案合理可行，生產線建設的基礎條件具備，采用國內先進的生產、環保技術及設備，在生產過程中沒有形成再污染，可實現節能減排綠色環保。產品市場前景廣闊，項目經營安全度良好，有一定的盈利能力，項目實施可取得較好的社會經濟效益。