淺析鋼鐵工業(yè)固體廢物資源化綜合利用

趙新宇

（黑龍江省環(huán)境保護科學研究院 黑龍江哈爾濱150056）

經(jīng)過多年的科學實驗和大量的實踐證明，鋼鐵工業(yè)固體廢物可實現(xiàn)減量化、資源比和高價值綜合利用。目前，鋼鐵渣主要利用途徑在建筑材料上，特別是水泥行業(yè)，鋼鐵渣粉需求員前景非常廣泛。

1 高爐渣的處理工藝

高爐渣是高爐冶煉過程中，由礦石中的脈石、燃料中小的灰分和溶劑(一般是石灰石)中的非揮發(fā)組分形成的固體廢棄物。按冶煉生鐵種類的不同，可分為鍛造生鐵渣、煉鋼生鐵渣、特種生鐵治和煉合全鋼生鐵渣4種。

高爐渣的主要化學成分是CaO、SiO2，AL2O3和MgO，其總量一般占90%以上；次要成分是少量的MnO、TiO2、S、Na2O和K2O。高爐渣警官緩慢冷卻后可生成鈣黃長石（2CaO.SiO2.Al2O3）、硅酸二鈣（2CaOSiO2）、鎂方柱石（2CaO.MgO.2SiO2）、鈣鎂橄欖石（CaO.MgO.SiO2）等的固熔體和玻璃體的礦物。

高爐渣的產(chǎn)生數(shù)量與礦石品位有關(guān)。目前我國冶煉1噸生鐵約排出高爐渣0.6~0.8t。日、美等國約0.27~0.3t。我國目前一年大約排2100萬t高爐渣，美、日各排2700萬t。最初各國的高爐渣都是花費巨額資金設(shè)置堆渣場。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，目前已有各種加工處理方法，將高爐渣加工成可資利用的材料。

我國通常是把高爐渣加工成水淬渣、礦渣碎石、膨脹礦渣和膨脹礦渣珠等形式加以利用。

1.1 水淬工藝

水淬工藝是我國高爐渣在利用之前加工處理的主要方法。目前我國有90%的高爐渣采用水淬工藝處理成粒狀水渣，主要用于水泥等建材行業(yè)。

水淬工藝主要采用的方法是池式水淬法和爐前水淬法。池式水淬法是利用渣罐將接取的熔融渣送至水淬池進行急劇冷卻的方法。這種方法要有渣罐、渣車和鐵路運輸線等設(shè)施，投資多，而且熔渣遇水急冷時，隨同蒸汽產(chǎn)生大量硫化氫和渣棉散入環(huán)境，污染大氣。

爐前水淬法是在爐臺前設(shè)置4%坡度的沖渣溝，以10倍的水在爐渣出爐后址行沖淬，然后積入沉渣池。這種工藝簡單，節(jié)省設(shè)備，我國目前鋼鐵企業(yè)都采用此法，其缺點是在高爐前產(chǎn)生大量蒸汽污染環(huán)境，沖渣溝占地面積較大，沖渣水末實行閉路循環(huán)。造成水耗和電耗高。

近年來，日本與英國研究采用了脫水塔水淬法。此法是在爐錢設(shè)置沖渣罐，用砂泵將渣水混合物打入脫水塔，脫水后的水渣立即裝車外運，脫出的水可回收再用。這種方法的優(yōu)點是占地面積小，水渣含水率低，但是砂漿易磨損。德國等國采用滴濾池法，將渣沖入底部帶有篩孔的沉渣池，立即脫水。這種方法較脫水塔構(gòu)造稍簡單，但池底需經(jīng)常反沖維護，投入的建筑材料多。

1.2 礦渣碎石工藝

礦渣碎石是高爐熔渣在指定的渣坑或渣場自然冷卻或淋水冷卻形成較為致密的礦渣后，再經(jīng)過挖掘、破碎、磁選和篩分所得到的一種碎石材料。此法工藝簡單，生產(chǎn)方便。可以采用爐前熱潑，節(jié)省了拋渣費用。也可把爐渣裝渣運到渣場熱潑。

1.3 膨脹礦渣和膨脹礦渣珠生產(chǎn)工藝

膨脹礦渣是適量冷卻水急冷高爐熔渣而形成的一種多孔輕質(zhì)礦渣。

膨脹渣珠的形成過程是熱熔礦渣進入流槽后經(jīng)噴水急冷，又經(jīng)告訴旋轉(zhuǎn)的滾筒擊碎、拋甩繼續(xù)冷卻，在這一過程中熔渣進行膨脹，并冷卻成珠。

高爐熔融渣制成膨脹礦渣的方法，有坑式法、池式法、流槽法、塹坑法、滾爐法、翻轉(zhuǎn)盤法和離心機法等多種生產(chǎn)方法。生產(chǎn)過程是利用直徑為1m，長3m左右的葉片滾筒，將熔融的礦渣打散拋向空中，在適量水和渣本身的氣體和表面張力作用下，凝固成內(nèi)含微孔、表陽光滑、人小不等的膨珠。自然形成級配的膨珠是良好的輕混凝土骨科，也可替代水渣作水泥混合構(gòu)料。該種方法較生產(chǎn)熱潑礦渣周轉(zhuǎn)快，也無需進行破碎，工藝簡單；較生產(chǎn)水渣節(jié)省水、投資省、排出的硫化氫和廢水極少、對環(huán)境影響小等優(yōu)點較多。膨珠還是空心砌塊的優(yōu)質(zhì)原材料、也是良好的筑路材料。

2 煉鋼渣的處理工藝

鋼渣是煉鋼過程中的副產(chǎn)物。鋼渣按冶煉方法可以分為平爐鋼渣(初期渣、出鋼渣，精煉渣，澆鋼余渣)、轉(zhuǎn)爐鋼渣和電爐鋼渣（氧化渣、還原渣）。

鋼冶煉過程中，每生產(chǎn)1t鋼，要排出0.15~0.25t鋼渣，鋼渣的產(chǎn)生量約為鋼量的20%左右。我國目前每年排鋼渣約900萬t，美國1700萬t以上，全世界約1~1.5億t。

鋼渣的構(gòu)成中轉(zhuǎn)爐渣所占比例較大，占87.5%，電爐渣僅占12.5%。轉(zhuǎn)爐鋼渣的預處理主要有水淬法、熱悶法、熱潑法及自然風化法等，經(jīng)以上方法預處理后，再經(jīng)過磁選回收廢鋼后，可用生產(chǎn)建材制品、鋼鐵冶煉的溶劑或原料等，廣泛地應(yīng)用在各相關(guān)領(lǐng)域。

由于煉鋼設(shè)備、工藝布置、造渣方式、鋼渣物化性能的多樣性及其多種利用途徑，決定了鋼渣處理工藝上的多樣化。

2.1 熱潑碎石工藝

熱潑碎石是將熔融鋼渣用渣罐送到潑渣場，按每層厚度為大約30cm的厚度傾倒。為了不讓渣結(jié)成大塊，當?shù)雇暌粚愉撛?，噴以適量水，待其冷凝后再倒第二層。為了控制鋼渣的強度和結(jié)晶情況，每層潑倒的時間間隔約7h。這樣，下面的冷渣受成15cm粒徑的碎塊，易于進一步破碎加工。另外，底層冷渣受上層熱渣影響，發(fā)生“退火”作用，性質(zhì)變脆，所以易于破碎加工。之后，經(jīng)過破碎、篩分、磁選等工序，選出廢鋼后，不同成分和規(guī)格的鋼渣，可供各種用途利用。

2.2 轉(zhuǎn)爐鋼渣盤式水淬法

轉(zhuǎn)爐鋼渣由于堿度低、黏度大和夾鋼多等原因，在水淬過程中，如果渣與水的比例不當，有可能發(fā)生爆炸，威脅生產(chǎn)安全。所以，一般處理高爐、電爐渣的水淬方法，往往不能適應(yīng)轉(zhuǎn)爐渣。

轉(zhuǎn)爐鋼渣可采用盤式水淬法(又稱淺盤水淬法)。其工藝過程是：先用渣罐接取熔融鋼渣運到距轉(zhuǎn)爐約200m的水淬間，水淬間配置有水淬盤；用吊車將渣倒在水淬盤上，使渣層厚度保持在100mm左右；隨即在渣層上淋水，使鋼渣凝固并破碎；待其顏色由紅變?yōu)榛液冢囟燃s為500℃）時，再用吊車傾翻渣盤，將渣倒在運渣車上，同時淋水使渣繼續(xù)冷卻；待渣溫降到200℃后，運到車間外的水池繼續(xù)泡渣，使渣碎化。每爐鋼渣的處理周期為40min左右。處理后渣的大部分為30mm以下的碎塊和碎粒，有利于廢鋼的回收及利用。此法具有設(shè)備簡單，周轉(zhuǎn)快，操作環(huán)境好，節(jié)省勞動力等有點。

2.3 轉(zhuǎn)爐鋼渣滾筒水淬法

此法是在水池邊安裝直徑為1~1.5m，轉(zhuǎn)速為200r~300r/min的滾筒。將熔渣以每分鐘1~2t的流量倒置滾筒上。在滾筒的離心力和噴淋水的雙重作用下，熔融渣被分散、冷卻成細小顆粒，落入水池。渣粒度在5mm以下，易回收廢鋼和加以利用。這種方法適用于處理流動性較好的大型轉(zhuǎn)爐的鋼渣。

2.4 煉鋼渣的綜合利用

由于鋼渣成分復雜，且各種成分含量的變化幅度較大，過去鋼渣的利用率一直不高。目前，我國鋼渣利用率約80%。美國的利用率最高，在20世紀70年代達到了排用平衡。

2.4.1 鋼渣礦渣水泥。主要原料是鋼渣、高爐水渣、石膏和水泥熟料。目前生產(chǎn)的礦渣水泥有兩種。一種是用石膏作激發(fā)劑，其配比為鋼渣40%~50%，高爐水渣40%~50%，石膏8%~12%，生產(chǎn)標號達300~400號的水泥。另一種以熟料和石膏作復合激發(fā)劑，其配比為鋼渣35%~40%，高爐渣35%~45%，石膏3%~5%，水泥熟料10%~15%，生產(chǎn)水泥標號達400號以上。

2.4.2 白鋼渣水泥。以電爐還原渣為主要原料，摻入適量經(jīng)700~800℃煅燒的石膏，經(jīng)混合磨細制成的一種新型膠原材料。

2.4.3 氧化渣由于其穩(wěn)定性較轉(zhuǎn)爐鋼渣好，現(xiàn)已應(yīng)用在路基材料中或返回燒結(jié)利用。

2.4.4 堿性煉鐵爐的鋼渣經(jīng)水淬后渣中鋼形成小粒，可經(jīng)磁選回收。選余渣再制磷肥和水泥。鋼渣磷肥含磷及多種微量元素，適用于酸性土壤，能改良土壤，又可作飲料添加劑，其有效五氧化二磷為14%~18%。

2.4.5 鋼渣返回燒結(jié)礦或直接匯高爐代石灰石作助熔劑。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼鐵工業(yè)固體廢物資源化綜合利用率會越來越高，對于環(huán)境的危害也會越來越小。