院长论坛|钢渣资源化利用预处理工艺现状及发展趋势(上)

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固废处置与利用为公司深耕领域，25年来始终积极探索，不倦钻研。本期内容将于此领域常规市政固废基础之上，继续探讨工业固废，即钢渣的资源化利用预处理工艺现状及发展趋势，内容丰富，干货满满！

前 言

钢渣是钢铁厂炼钢过程产生一种典型的大宗工业固体废物，根据目前国内外炼钢水平，其产量约为粗钢产量的10%-15%[1]。在我国，2016年全国粗钢产量超过8亿吨，钢渣产生量约为9000万吨[2]，钢渣累积总量近10亿吨[3]，但其综合利用率仅为22%[4]，这与工信部早在“十二五”规划中就要求达到75%的综合利用指标、与部分发达国家在95%以上的综合利用率相去甚远。

尽管研究人员已经开发出了近40种有关钢渣综合利用的方法，但到目前尚未找到大规模资源化利用钢渣的有效途径，在国内还是以回收废钢、磁选铁精粉等钢厂内部循环利用为主，使用量有限，目前约有70%的钢渣处于堆存和填埋状态[1]。放置的钢渣不仅浪费了资源，严重占用了有限的土地，还会引起土壤、表层水和地下水污染等诸多环境问题，因此开发利用钢渣十分迫切。

另外，于2018年1月1日起施行的《中华人民共和国环境保护税法》明确规定，钢渣属于固体废物税目，税额为25元/吨，同时，对露天堆存的钢渣在雨季所造成的钢渣渗滤液征收300元/吨的环保税，这也引发了钢渣处置成为现阶段固废处置的重点。

钢渣资源化的可能性和途径

钢渣的资源属性即成分决定了其可能的用途。钢渣的主要成分为硅酸三钙(C₃S)、硅酸二钙(C₂S)、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、RO相（铁、镁、锰的氧化物）、游离氧化钙（f-CaO）和游离氧化镁（f-MgO）等，同时还含有10%左右的废钢资源。

钢渣中含有CaO、Fe、MnO、MgO、Fe₂O₃等成分，可以作为钢铁烧结中的增强剂；含有一定数量的铁酸钙，能够改善烧结矿的强度；转炉渣中的镁、钙以固溶体形式存在，能够代替部分菱镁石、白云石、石灰石等熔剂。

钢渣中含有10%左右的废钢资源，经过破碎筛分磁选等处理后，可以分选出不同粒级的渣钢和磁选粉，渣钢可以返回炼钢，磁选粉返回烧结。

钢渣中含有C₂S和C₃S，和硅酸盐水泥熟料相同，是生产水泥的良好原料，也可以应用于混凝土掺合料、干混砂浆等建材中。

钢渣的主要成分包含CaO、Al₂O₃、SiO₂和MgO等，与传统的建筑原料黏土、石英和长石等天然矿物相似，可以制备陶瓷、微晶玻璃以及岩棉等。

钢渣碎石的颗粒形状、硬度和耐磨性都很适合道路材料的要求，可以用于道路的基层、面层及垫层，还可以用作工程回填。

钢渣由于含有大量的碱性氧化物而显碱性，因而可被用来通过化学反应等作用处理废水中的污染物，可被用来脱除烟气中SO₂等酸性气体。

钢渣含有相当数量的Si元素和Fe元素，经处理可以聚合成具有良好性能的絮凝材料，在废水处理中使用。

钢渣中含有较高的Si、Mn、P及各种微量元素，可提供农作物生长所需的营养元素，同时钢渣中富含的CaO还能缓慢中和及改良土壤，因此可以做农田肥料使用。

预处理的必要性

我国目前仍以长流程转炉炼钢方式为主，占比90%左右，因此提高钢渣利用率主要关注转炉钢渣的处置利用。结合国外钢渣处置发展的经验和我国的国情，建材化利用是规模化消纳钢渣的主要途径。然而，建材化利用面临着以下问题：

1、钢渣的稳定性不良。钢渣中的C₂S在钢渣冷却过程中，其晶型由β型向γ型转变使体积增大。钢渣中的f-CaO和f-MgO遇水发生水化反应生成Ca(OH)₂和Mg(OH)₂，导致体积膨胀，若应用于道路、建材等行业，会出现膨胀开裂现象；

2、钢渣中金属铁含量高。金属铁的存在，造成磨矿难度和能耗的增加，对颗粒均匀性造成不利影响，另外，在使用过程中也较容易出现铁锈现象；

3、受炼钢工艺、钢种特点、造渣制度等因素影响，钢渣的成分复杂、波动性大，造成其使用难度增大；

4、国内在钢渣分类（如脱硫渣、转炉渣、钢包渣）处理方面存在不足，是钢渣利用率难以提高的关键因素之一；

5、钢渣的密度大，压实后堆密度超过3t/m^³，是普通建材的1.2~1.4倍，导致钢渣在运输和使用时的能耗要增加10%左右[1]。

上述问题中，最核心的是稳定性和金属铁的回收问题。钢渣应用技术要求（GB/T32546—2016）中也明确提到：胶凝材料和骨料(集料)用钢渣在使用前应经稳定化和除铁处理，其金属铁含量应不大于2.0%(用于抹灰砂浆时其金属铁含量应不大于1.0%)，且体积稳定性合格。

为达到上述目的，通常采用两次预处理法处理钢渣：第一次处理主要为热处理，使钢渣稳定化，第二次处理主要为破碎分级和最大限度的回收铁。

钢渣的一次处理

钢渣的一次处理是把热熔渣处理成粒径符合一定要求的常温块渣，以有利于钢渣的二次处理。目前国内钢渣一次处理主要工艺有：热泼法、风淬法、滚筒法、粒化轮法、热闷法等，其中热泼法、滚筒法、热闷法最为常用。表1综合比较了各种工艺的特点。

冶金信息标准研究院曾统计过国内129家大中型钢企钢渣一次处理数据，采用热闷法的有59家，占比45.7%；采用热泼法的改进处理工艺“热泼闷渣法”的有51家，占比39.5%；具第三位的是宝钢的滚筒法，有10家，占比7.8%；采用水淬的1家，风淬的2家，粒化的2家，其它4家。

钢渣的一次处理各种工艺均有利弊，选择何种处理工艺需要从钢渣的特性以及终端利用方式、对处理后粒度的要求、项目的节能环保要求、项目投资大小等方面综合考虑。例如，如果钢渣的流动性差，则不能使用滚筒法、风淬法、水淬法和粒化轮法，而盘泼法、热泼法和热闷法可以适用；如果从节能环保方面考虑，滚筒法和热闷法较为适宜。

上篇完结，下篇待续。下篇将针对钢渣的二次处理展开论述，对典型的工艺流程和设备、技术经济性等进行讨论，还会对几项新出现的技术进行介绍。最后，对钢渣资源化利用预处理工艺现状进行总结，对发展趋势进行展望。敬请关注！

参考文献

【1】赵福才,孔维明等.变废为宝路漫漫[N].中国冶金报,2015年2月5日第008版.

【2】史长亮,尤培海等.钢渣铁矿物分选技术现状及发展趋势[J].矿产综合利用,2016,5:1.

【3】肖敬斌,王延兵.永磁滚筒在钢渣分选过程中的应用与改进[J].环境工程,2014,32(增):765.

【4】高本恒,郝以党等.钢渣综合利用现状及发展趋势[J].环境工程,2016,34(增):776.

【5】李冰,唐彪等.浅谈钢渣的综合利用[J].建材与装饰,2018,12:120.