鋼鐵渣資源開發(fā)利用現(xiàn)狀和發(fā)展途徑初探
目前，我國(guó)鋼鐵渣資源量約有3億噸，每年新產(chǎn)生8400萬噸鋼鐵渣，其中鋼渣約2900萬噸、高爐渣約5500萬噸。在高爐渣中金屬鐵含量以0.5%計(jì)算，鋼渣中鐵含量平均以5%計(jì)算，堆置的鋼鐵渣中約有700余萬噸金屬鐵未回收，每年新產(chǎn)生的鋼鐵渣中仍有172.5萬噸金屬鐵隨渣排出。因此，如何合理開發(fā)和利用鋼鐵渣資源中回收的金屬鐵，如何利用鋼鐵渣資源中的固體廢棄物，是我國(guó)冶金工作者多年來一直研究的課題，也是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)和環(huán)境友好型社會(huì)應(yīng)著重解決的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。在鋼鐵渣資源的開發(fā)利用上如何自主創(chuàng)新，解決工藝技術(shù)難題，研究其發(fā)展途徑應(yīng)成為冶金行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問題。
鋼鐵渣資源開發(fā)利用現(xiàn)狀與面臨的問題
1、鋼鐵渣資源開發(fā)利用現(xiàn)狀。
鋼鐵渣粉將是水泥行業(yè)節(jié)能降耗、降低成本的寶貴材料。2002年，我國(guó)水泥產(chǎn)量約7億噸，如果水泥中摻加20%鋼鐵渣，可節(jié)約20%的熟料，每年可節(jié)約 1200萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。按目前水泥總量為7000萬噸，若80%用于生產(chǎn)渣粉，則年產(chǎn)渣粉量為5600萬噸，在水泥中摻入量?jī)H為11%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足水泥行業(yè)對(duì)水泥混合料的要求。按2020年水泥行業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)要求，水泥產(chǎn)量將達(dá)到10億噸，水泥混合料摻加量提高到60%左右。這樣，優(yōu)質(zhì)的鋼鐵渣粉將成為水泥行業(yè)寶貴的摻合料。
用冶金廢渣制備新材料，也是一種發(fā)展潮流。以鋼鐵工業(yè)的高爐礦渣和鋼渣為主要原料，是構(gòu)成玻璃和陶瓷的重要成分。目前這一工藝技術(shù)成為集新材料研制、廢渣利用、環(huán)境保護(hù)于一體的課題。有的研究者已用廢渣制備納米微晶陶瓷，使納米陶瓷額制備成本大大降低，工藝過程簡(jiǎn)化。
目前我國(guó)鋼渣主要用于以下幾個(gè)方面：
一是用于冶金原料。在燒結(jié)礦中配入5%～15%粒度小于8mm的鋼渣代替熔劑，不僅可回收利用渣中鋼粒、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、氧化錳、稀有元素等有益成分，而且可作為燒結(jié)礦的增強(qiáng)劑，顯著提高燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量。鋼渣代替石灰石作為高爐或化鐵爐的熔劑，即可利用渣中有益成分，節(jié)省熔劑（石灰石、白云石、螢石）消耗，又可改善高爐渣或化鐵爐渣的流動(dòng)性，增加鐵的產(chǎn)量。有的文獻(xiàn)記載，轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)，每噸鋼使用高堿度的返回鋼渣25公斤左右，配合使用白云石，可以使煉鋼成渣早，減少初期渣對(duì)爐襯的侵蝕，有利于提高爐齡，降低耐火材料消耗，還可以富集和提取渣中稀有元素。
二是用于建筑材料。鋼渣在鐵路、公路、工程回填、修筑堤壩、填海造地等工程中使用，國(guó)內(nèi)外均有相當(dāng)廣泛的實(shí)踐。鋼渣的性能好、強(qiáng)度高、自然級(jí)配好，是良好的建筑石材。同時(shí)，鋼渣的化學(xué)成分與水泥類似，可以作為無熟料或少熟料水泥的原料，也可作為水泥熟料的配料。
三是用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。鋼渣是一種以鈣、硅為主，含多種養(yǎng)分的、具有速效又有后勁的復(fù)合礦物質(zhì)肥料。除硅、鈣外，鋼渣中尚含有微量的鋅、錳、鐵、銅等元素，對(duì)作物生長(zhǎng)起一定的促進(jìn)作用。有些鋼渣含磷較高，可生產(chǎn)鈣鎂磷肥和鋼渣磷肥。
鐵渣分為水渣和重礦渣，水渣用作水泥和礦渣磚原料，重礦渣經(jīng)磁選加工后用作混凝土骨料、筑路等。
2、所面臨的問題
目前，鋼鐵渣開發(fā)利用所面臨的突出問題是：
一是鋼尾渣產(chǎn)品除少部分用作燒結(jié)礦生產(chǎn)、筑路和工程回填外，大部分無銷路，造成大量積壓，長(zhǎng)期發(fā)展下去勢(shì)必要增加占地、污染環(huán)境。
二是鐵渣的利用只局限于用作水泥的混合材、礦渣磚原料及混凝土骨料。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，由于水泥生產(chǎn)對(duì)水渣的需求量將逐漸減少。
三是鋼鐵渣處理工藝還比較落后，給鋼鐵渣的開發(fā)利用帶來許多困難。這是源頭治本的關(guān)鍵所在。
國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)鋼渣利用先進(jìn)工藝技術(shù)與特色
1、國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)鋼渣利用先進(jìn)工藝技術(shù)簡(jiǎn)介
（1）鋼渣熱悶粉化技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是在鋼渣溫度為600℃～800℃時(shí)，噴水形成過熱蒸汽和鋼渣中反應(yīng)生成Ca(OH)2和Mg(OH)2。隨著反應(yīng)的發(fā)生，其體積膨脹使鋼渣粉化，鋼和渣自然分離。該項(xiàng)技術(shù)適用于轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼鋼渣處理生產(chǎn)線及轉(zhuǎn)爐鋼渣和電爐鋼渣的高附加值利用。
該項(xiàng)技術(shù)在寶鋼集團(tuán)上鋼五廠、北臺(tái)、漣鋼等企業(yè)推廣應(yīng)用。20多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，該項(xiàng)技術(shù)是一項(xiàng)簡(jiǎn)單易行的技術(shù)。
（2）滾筒法處理液態(tài)鋼渣技術(shù)。該項(xiàng)目開發(fā)出了一套液態(tài)鋼渣處理工藝和設(shè)備成套技術(shù)，可取代目前投資大、占地多、污染重、處理效果差的熱潑法、箱潑法、風(fēng)淬法和水淬法等方法。通過該項(xiàng)目研究開發(fā)的滾筒處理設(shè)備，處理后的鋼渣穩(wěn)定性好，可直接回收利用，有效改善了渣處理過程中對(duì)環(huán)境的污染。該項(xiàng)目技術(shù)流程短，可節(jié)省大量投資。圍繞該技術(shù)，寶鋼已申報(bào)了滾筒法液渣處理裝置的有關(guān)專利技術(shù)。該項(xiàng)目形成的工藝技術(shù)和設(shè)備有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值，目前已在宣鋼得到應(yīng)用。
（3）鋼渣風(fēng)淬技術(shù)。該技術(shù)研究設(shè)計(jì)了新的鋼渣風(fēng)淬；b置。該裝置由氣體調(diào)控系統(tǒng)、；鳌⒅虚g包、支承及液壓傾翻機(jī)構(gòu)、主體除塵水幕、水池等設(shè)備組成。裝滿液渣的渣盆由行車吊放到傾翻支架上，將渣液逐漸傾倒入中間包后，依靠重力作用，經(jīng)出渣口從中間包、六渣槽流到；髑胺，被；鲀(nèi)噴出的高速氣流擊碎；再加上表面張力的作用，使擊碎的液渣滴收縮凝固成直徑為2mm左右的球形顆粒，撤落在水池中。為防止粉塵污染，水池上方設(shè)有除塵水幕。由于采用的；髟O(shè)計(jì)科學(xué)合理，不論是渣液還是鋼水，都能被粒化，并設(shè)置了擋墻，即使出現(xiàn)停電、斷氣等偶然情況，液渣也不會(huì)流進(jìn)水池，徹底消除了爆炸隱患。
該工藝具有安全可靠、工藝簡(jiǎn)單、投資少、處理能力大、一次；瘡氐、用水量少等特點(diǎn)，可節(jié)約能源，風(fēng)淬率達(dá)95％，渣粒直徑0mm～6mm，平均為 2mm。風(fēng)淬鋼渣是水泥熟料的理想代用品，也可做燒結(jié)原料、高爐熔劑等。冶煉前期的爐渣風(fēng)淬后，還可以作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用的磷肥。
（4）HK法鋼渣；到y(tǒng)。該技術(shù)是國(guó)內(nèi)有關(guān)單位開發(fā)的冶金爐渣粒化處理工藝技術(shù)，已獲國(guó)家專利，目前在本鋼使用。其特點(diǎn)是成品渣質(zhì)量好、安全性好、能源消耗少、；矢，環(huán)保及生產(chǎn)條件較好。
2、國(guó)內(nèi)幾家企業(yè)在鋼渣處理技術(shù)上的特色
寶鋼年產(chǎn)高爐水渣約270萬噸，其從日本引進(jìn)具有國(guó)際先進(jìn)水平的立磨礦渣微粉生產(chǎn)線，電耗低，且粉磨效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；寶鋼股份首創(chuàng)渣鋼、渣鐵回收利用新途徑——短流程回收處理技術(shù)，就是將由全鋼渣材料研制成的“格篩”，放置在鐵水和鋼水渣罐中，使倒入鐵水和鋼水渣罐中的渣鋼、渣鐵在沉積形成時(shí)，自動(dòng)分割成若干小塊，每小塊均符合轉(zhuǎn)爐入爐要求，經(jīng)過傾倒渣罐作業(yè)后，可直接將這些渣鋼、渣鐵塊運(yùn)送至煉鋼廢鋼堆場(chǎng)備用。運(yùn)用這一技術(shù)，不僅回收利用快，消除環(huán)境污染和安全隱患，而且減少切割過程中渣鋼、渣鐵的損耗，基地處理成本。
漣鋼鋼渣開發(fā)公司新建15萬噸超細(xì)粉生產(chǎn)線，其原料渣的粒度為0mm～5mm，采用70％的高爐渣和30％的轉(zhuǎn)爐渣。該超細(xì)粉產(chǎn)品是水泥和混凝土摻合料，可用于生產(chǎn)水泥，也可以用于水泥攪拌。其渣鋼生產(chǎn)處理線平均可回收固體金屬12％左右，其中鐵精粉占50％，其他的粒鐵、渣鋼、廢鋼等占50％；而剩下的 88％為渣，基本供水泥廠作為生產(chǎn)水泥的熟料。
攀鋼高爐渣是高鈦型高爐渣，相繼建成投產(chǎn)了礦渣碎石、礦渣砂、彩色路面磚、大砌塊等生產(chǎn)線。目前，攀鋼環(huán)業(yè)公司已初步具備年加工利用260萬噸高爐爐渣的能力，使攀鋼高爐渣達(dá)到排用平衡，已生產(chǎn)出10大系列20多個(gè)規(guī)格的建材產(chǎn)品。
目前，鞍鋼每年鋼渣產(chǎn)生量約130萬噸，全部采用棄渣法處理，用渣罐車排放到渣場(chǎng)（礦渣山）。鋼渣冷卻后，經(jīng)過磁選線加工，可回收15％左右的金屬物，全部用于煉鋼、煉鐵、燒結(jié)生產(chǎn)；85%屬于鋼尾渣。鋼尾渣一部分用于筑路和過程回填，少部分用于燒結(jié)礦生產(chǎn)。50％以上積存待開發(fā)。鐵渣年產(chǎn)量約400萬噸左右，水渣用作水泥和礦渣磚原料，重礦渣經(jīng)磁選加工后用作混凝土骨料、筑路等。鐵渣的產(chǎn)生量與輸出量基本產(chǎn)銷平衡。已開發(fā)出20多個(gè)品種的礦渣產(chǎn)品銷往省內(nèi)外。
2、積極尋求鋼尾渣的有效利用途徑。
先后組織多家單位開展了鋼尾渣磨細(xì)粉與水渣磨細(xì)粉按一定比例混合作水泥摻合材和混凝土的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)證明，鋼尾渣磨細(xì)粉與水渣磨細(xì)粉按一定比例混合作水泥摻合材和混凝土摻合料，生產(chǎn)出的水泥和混凝土具有更好的效果。具有改善混凝土耐磨性、韌性、抗摻性和提高后期強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。這對(duì)保證水泥質(zhì)量、降低水泥成本起到關(guān)鍵左右。因此，鋼渣粉與鐵渣粉雙摻用作水泥和混凝土原料是目前鋼尾渣開發(fā)利用的最有效途徑之一。
3、采取的應(yīng)對(duì)措施。
(1)改進(jìn)和完善了現(xiàn)有的鋼鐵渣處理工藝。為了降低鋼鐵生產(chǎn)工序成本，給鋼鐵渣的開發(fā)利用創(chuàng)造條件，在鋼鐵主體技術(shù)改造、新建鋼鐵生產(chǎn)線的同時(shí)改進(jìn)和完善現(xiàn)有的鋼鐵渣處理工藝。如鐵渣處理采用比較先進(jìn)的茵巴、輪巴工藝。
(2)以鋼鐵渣資源為基礎(chǔ)，大力發(fā)展建材產(chǎn)業(yè)。礦渣開發(fā)公司已引進(jìn)德國(guó)克虜伯公司制造的伯力鳩斯立式磨機(jī)和德國(guó)BMH公司的混合攪拌機(jī)，現(xiàn)投產(chǎn)建成年產(chǎn)60萬噸礦渣微粉生產(chǎn)線和45萬噸礦渣硅酸鹽水泥生產(chǎn)線。使得水渣處理能力大大提高，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
（3）投資主體多元化，已合資建成冀東水泥公司，推動(dòng)促進(jìn)鋼鐵渣資源的綜合利用。
綜上所述，是筆者對(duì)國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)鋼鐵渣資源利用情況的跟蹤、探討。按照鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)鋼鐵可持續(xù)發(fā)展的要求，在鋼鐵渣資源的利用上以“低開采、高利用、少排放”為重點(diǎn)，需要由傳統(tǒng)的線型經(jīng)濟(jì)模式轉(zhuǎn)變?yōu)檠h(huán)型經(jīng)濟(jì)模式，其關(guān)鍵在于用先進(jìn)的工藝技術(shù)裝備延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，這就需要廣大冶金工作者在鋼鐵渣資源的開發(fā)利用上不斷自主創(chuàng)新，解決工藝技術(shù)難題，向鋼鐵工業(yè)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。
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