中國鋼鐵渣處理和綜合利用技術淺析
近年來，我國鋼產量連續保持著20%左右的高增長速度。2006年，中國鋼產量達到了4.2億噸，已經連續11年居世界第一位。隨著鋼產量的迅速增長，鋼鐵企業產生的主要固體廢棄物———鋼鐵渣的總量也在急劇增加。對鋼鐵渣的回收利用已經成為影響鋼鐵生產與環境、社會和諧發展的重要因素之一。發展循環經濟是實現鋼鐵工業可持續發展的必由之路。循環經濟的本質是生態經濟，核心是資源的綜合利用，鋼鐵渣是一種潛在的資源，必須加以回收利用。對鋼鐵渣綜合利用水平高低的評價，應該以鋼鐵渣實現價值的高低為標準。這里的價值包括兩個概念：經濟價值和社會價值，兼顧二者是最理想的利用原則。
廢渣處理和利用技術頗具神奇效果
2005年，全國重點鋼鐵企業共產生鋼鐵渣1.08億噸。作為冶金工業的主要固體排放物，鋼鐵渣的產生量很大，其中高爐渣產生量為生鐵產量的25% ~50%，煉鋼渣的產生量為鋼產量的15%～20%。目前，鋼鐵渣的綜合利用方向主要有用于水泥、筑路材料及農業生產等幾個方面。按照利用階段分，鋼鐵渣綜合利用的技術主要有對熱態渣的預處理技術、對預處理渣的再加工技術、對尾渣的綜合利用技術等。
對熱態渣的預處理技術
熱態渣預處理的任務是把冶煉爐排出的熱熔渣處理成粒徑符合一定要求的常溫塊渣，為后步渣處理創造有利條件。按爐渣種類分，其處理技術分為高爐渣預處理技術和轉爐渣預處理技術兩類。
高爐渣預處理技術是指高爐煉鐵產生的熱態爐渣，主要采用水力沖渣方式處理，僅在事故應急處理時才采用干渣處理方式。水淬時，一種是爐渣直接水淬，一種是爐渣經機械破碎后，再進行水淬。其主要處理工藝有：底濾（OCP）法、拉薩（RASA）法、因巴（INBA）法、圖拉（TYNA）法、明特克（MTC）法等。從企業應用實踐來看，拉薩法因工藝復雜、設備較多、維護費用大等缺點，在新建大型高爐上已不再采用；圖拉法安全性能最高（渣中帶鐵達40%時，仍能正常工作）；明特克法具有國內自主知識產權并且投資與占地面積最小；因巴法投資費用最大，但是技術上最為成熟，實際應用的高爐亦較多。國內新建大中型高爐爐渣處理工藝一般多采用這幾種方法。
國內轉爐鋼渣預處理工藝較多，主要有熱悶法、水淬法、風淬法、熱潑或淺盤熱潑法以及滾筒法，各有其優缺點。風淬法、水淬法和滾筒法處理工藝對鋼渣的流動性要求較嚴，需要配備其它處理工藝，方能100%處理熱態鋼渣；熱潑法、淺盤法處理工藝簡單、處理能力大，但是在環保和鋼渣處理效果方面還需要改進；熱燜法處理兼顧了鋼渣性能和環保要求，但是在投資和處理能力方面還有待改進。從近年來的生產實際看，以滾筒法工藝為主，配以熱潑法或者淺盤法工藝對轉爐鋼渣進行預處理，在新建大型煉鋼廠的應用越來越普遍，逐漸成為發展趨勢之一。
對預處理渣的再加工技術
高爐水渣含鐵量低、易磨性好且粒度相對較小，可以作為尾渣直接利用，對預處理渣的加工處理主要是對鋼渣而言。預處理鋼渣的加工處理是為鋼渣綜合利用服務的，在選擇加工工藝時，就必須考慮到通過加工處理所得到的產品能否符合最終利用的要求。鋼渣加工因破碎原理不同，可分為機械破碎和自磨破碎兩種工藝。兩種工藝在我國都有應用的先例，但目前國內絕大部分鋼渣處理廠采用機械破碎工藝。根據寶鋼、鞍鋼、唐鋼等企業鋼渣處理的實踐，采用機械破碎工藝的生產線，技術裝備機械化、自動化及完整性程度較高，生產的產品可以滿足下一步鋼渣利用的要求。在對預處理鋼渣進行1～3次機械破碎和磁選后，選出的渣鐵可返回燒結、煉鐵系統或者煉鋼廠直接利用，剩余的尾渣再做進一步的綜合利用。
鋼鐵渣尾渣搖身變成有用資源
由于國內普遍采用濕法工藝處理高爐渣且鋼產量以轉爐鋼為主，因此高爐水渣和轉爐鋼渣是鋼鐵渣主要的綜合利用內容。根據高爐水渣和轉爐鋼渣物理化學性質的不同，對其尾渣的利用存在多種途徑。從國內和國外的實踐來看，鋼鐵渣尾渣可以廣泛應用在建材、施工、農業等領域。
首先，用于生產水泥和混凝土是鋼鐵尾渣一大主要用途。鋼鐵渣中含有大量CaO、SiO2，其礦物成分中含有大量C2S、C3S，與硅酸鹽水泥熟料相似，因此鋼鐵渣尾渣磨細以后是生產水泥的一種優良原料。高爐水渣具有潛在的水硬膠凝性能，是優質的水泥原料，既可作水泥混合料使用，也可制成無熟料水泥。目前，高爐水渣已大量應用于水泥廠生產礦渣水泥或者磨細成礦渣粉做混凝土摻和料。高爐礦渣和硅酸鹽水泥熟料一起粉磨時，物料易磨性相差很大，水化時活性不能充分發揮出來。在實際生產時礦渣的最高摻量均小于40%，礦渣摻量再增加，水泥強度明顯下降。高爐礦渣的摻入量過多會降低水泥早期強度，因此水泥廠用高爐礦渣作混合材的數量有所減少，高爐礦渣的使用量受到了限制。轉爐鋼渣是煉鋼過程中的副產品，可以用于生產鋼渣水泥。鋼渣應用于水泥工業在我國已有30余年歷史，據不完全統計已生產使用鋼渣水泥5000萬噸，并大量應用于城市建筑、大型水庫、機場跑道、橋梁等工程。隨著綜合利用技術的不斷開發和深入研究，鋼渣應用于水泥工業的量也不斷增大，鋼渣水泥業在全國得到迅速的發展。全國現有50多家鋼渣水泥廠，產量達到300萬噸，并且還在不斷增長。
隨著工程建設的發展，對混凝土強度提出了更高的要求。為提高其強度，采用鋼鐵渣（高爐渣、鋼渣）微粉為摻入料已被認為是一項最具發展前景的措施之一。采用高爐礦渣粉作混凝土摻和料，有早期強度高、流動度增大、水化熱降低等優點，但同時存在混凝土液相堿度降低、抗碳化性能及耐磨性能降低、脆性加大等問題。用鋼渣粉作摻和料，可提高混凝土的耐磨性、抗碳化性，但混凝土的早期強度低，對混凝土的流動性影響不大。根據兩種渣粉的不同性質，選擇鋼鐵渣雙摻粉可克服單摻高爐礦渣粉的缺點，兩者性能取長補短，是一種很有前途的混凝土摻和料。
其次，用于生產凝石材料是鋼鐵尾渣的另一種用途。高爐水渣和轉爐鋼渣可以作為生產凝石材料的主料，這是鋼鐵渣尾渣大規模利用的又一重要途徑。國內柳鋼、唐鋼、通鋼等企業已經建成了凝石生產線，并取得了良好的經濟效益和社會效益。凝石材料生產技術是我國自行開發的，主體原料為鋼鐵渣、粉煤灰等單種或數種粉磨成的微粉，與普通水泥相比，其生產全過程只采用磨細、配料、混合工藝，不用煅燒、節省能源、不排放CO2、無粉塵，具有節能環保效果；“吃渣量大”，是大量使用鋼鐵渣尾渣最有效的方法之一；生產工藝簡單，成本僅為水泥熟料的三分之一。因此，凝石材料將為鋼鐵渣尾渣有效利用開辟廣闊前景。
再次，鋼鐵渣可用作磚、砌塊和建材制品的原料。磚、砌塊和建材制品中，鋼鐵渣的摻量在80%以上，產品強度、耐久性高于粘土磚和粉煤灰磚，具有如下優點：體積密度和吸水率與粘土磚相近；可生產免燒磚，節省能耗，降低成本，具有顯著的環境效益、經濟效益和社會效益。需要注意的是，必須控制好鋼鐵渣中的f- CaO含量和堿量。
由于鋼渣的抗壓性和耐磨性比高爐水渣要好，所以鋼渣在道路施工領域的應用比高爐水渣的利用廣。鋼渣應用于道路施工領域是多方面的，可用于道路的基層、墊面及面層。國內寶鋼、鞍鋼、武鋼、首鋼等已經用鋼渣鋪筑了大量道路。在國外，鋼渣用于筑路也是鋼渣綜合利用的一個主要途徑。有資料表明，美、日等20個國家已利用的鋼渣中有60％左右用于道路工程，其中俄羅斯90%以上的鋼渣應用于道路施工。此外，鋼鐵尾渣還可以應用在農業領域，如生產酸性土壤改良劑、硅肥、鋼渣磷肥。鋼鐵渣還可以用來生產一些用量相對不大，但是極具經濟價值的特殊用途產品，如生產礦渣棉、微晶玻璃等。
鋼鐵渣作為鋼鐵生產過程中的副產品，不僅不是廢棄物，而且是非常有價值的資源。通過選用合適的處理工藝和采用適當的綜合利用技術，從鋼鐵渣中可以回收大量鐵金屬，其尾渣可用于水泥工業、建材、道路施工、農業生產等各個領域，創造巨大的經濟效益和社會效益。
當前國家鼓勵發展循環經濟，號召節能降耗，鋼鐵渣綜合利用是最具代表性的節能、環保措施之一，也是鋼鐵工業實現健康、持續發展的一個重要保障，我們要大力推廣鋼鐵渣綜合利用技術，以實現鋼鐵渣資源的最優化利用。
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