關(guān)于日本鋼鐵爐渣的回收再利用

羅　曄　何琴琴　袁宇峰　季正明

(1.武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院，湖北 武漢　430080；

2.無錫中檢信安物聯(lián)網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)有限公司，江蘇 無錫　214135)

關(guān)于日本鋼鐵爐渣的回收再利用

羅曄1何琴琴1袁宇峰1季正明2

(1.武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院，湖北 武漢430080；

2.無錫中檢信安物聯(lián)網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)有限公司，江蘇 無錫214135)

【摘要】鋼鐵爐渣具有環(huán)保節(jié)能的特性，可以減少對(duì)環(huán)境的損害，因而被認(rèn)作是一種可回收再利用的材料，按照其特有的性質(zhì)，可用于許多領(lǐng)域，例如水泥、混凝土骨料、地基改良材、道路、肥料和石棉等。本文簡(jiǎn)要介紹了日本鋼鐵爐渣回收再利用情況。

【關(guān)鍵詞】日本；鋼鐵爐渣；回收；再利用；近況

日本在1991年的《促進(jìn)再生資源利用的相關(guān)法律》(回收法)中將鋼鐵爐渣認(rèn)定為副產(chǎn)物；2000年《促進(jìn)資源有效利用的相關(guān)法律》將其重新指定為“鋼鐵工業(yè)中的一種新型資源”。另外《廢棄物及清掃的相關(guān)法律》(廢棄物處理法)特別指出，鋼鐵爐渣作為有用資源使用的時(shí)候，不能算作是廢棄物。目前日本鋼鐵爐渣總量中僅有1%尚不能回收利用，符合所謂的“廢棄物”標(biāo)準(zhǔn)，而約99%的鋼鐵爐渣已經(jīng)被稱作“鋼鐵爐渣產(chǎn)品”，在社會(huì)上廣泛應(yīng)用。

1鋼鐵爐渣的概況

1.1　高爐渣

從高爐中取出的高爐渣處于1500℃的熔融狀態(tài)，根據(jù)冷卻方式的不同，可分為水淬渣和緩冷渣，前者用加壓水噴射后急速冷卻，后者倒入冷卻料場(chǎng)后在空氣中緩慢冷卻。水淬渣呈粒狀，同時(shí)還含有結(jié)晶水，主要作為硅酸鹽水泥原料或者混凝土混合材料使用；緩冷渣是結(jié)晶質(zhì)，主要用于道路路基、土木填料等骨料的替代材料。緩冷渣還具有水硬性，與水反應(yīng)后固化，其強(qiáng)度隨時(shí)間而提高，因而可以像砂石一樣作為路基材料，同時(shí)不會(huì)發(fā)生堿骨料反應(yīng)，可以像不含粘土或有機(jī)雜質(zhì)的天然骨料一樣作為混凝土粗骨料使用。水淬渣與緩冷渣一樣，也具有水硬性，不會(huì)發(fā)生堿骨料反應(yīng)。

2013年日本的生鐵產(chǎn)量為8380.8萬t，同比增長(zhǎng)2.2%。高爐渣產(chǎn)生量為2527.1萬t，同比增長(zhǎng)2.6%，除了土木以外，在水泥混凝土和道路等方面的用量均有所增加，因而外銷量為2535.7萬t，增長(zhǎng)了1.0%，外銷與鋼鐵企業(yè)內(nèi)部使用的回收利用總量為2587.1萬t，同比減少了0.1%。從用途類別來看，水泥原料比重高達(dá)72.1%，比重正在逐步提高，這主要是由于高爐渣具有耐久性、經(jīng)濟(jì)性，以及高強(qiáng)度，同時(shí)還抑制了重金屬污染物Cr6+的析出[1]。

1.2　煉鋼爐渣

與高爐緩冷渣的處理方式相同，轉(zhuǎn)爐渣在冷卻料場(chǎng)上由空冷或水冷進(jìn)行緩冷處理之后，按照不同的用途進(jìn)行加工再利用。電爐渣是在廢鋼熔解精煉的過程中產(chǎn)生的，氧化精煉產(chǎn)生的是氧化渣，還原精煉產(chǎn)生的是還原渣。上世紀(jì)八十年代，在同一個(gè)電爐內(nèi)進(jìn)行的是雙聯(lián)精煉，很難對(duì)雙爐渣進(jìn)行分離。此后日本國(guó)內(nèi)廣泛引入了鋼包精煉爐，可以分開進(jìn)行雙聯(lián)精煉工藝，從而使得分離雙爐渣也成為了可能。

2013年日本的粗鋼產(chǎn)量為11150.3萬t，同比增長(zhǎng)3.9%，轉(zhuǎn)爐渣與電爐渣合計(jì)的煉鋼爐渣的產(chǎn)生量為1439.7萬t，同比增加4.6%，其中轉(zhuǎn)爐渣占77.2%，電爐渣為22.8%。從用途來看，除了加工用原料有所減少，在道路、土木和地基改良材等方面的外銷量為1144.4萬t，同比增長(zhǎng)21.7%，其中轉(zhuǎn)爐渣為903.7萬t，同比增長(zhǎng)30.9%，電爐渣為240.7萬t，同比減少3.6%；鋼鐵企業(yè)內(nèi)部使用量為411.3萬t，同比減少2.5%，回收利用總量為1555.6萬t，同比增長(zhǎng)14.2%[2]。

2鋼鐵爐渣的具體用途

2.1　水泥

鋼鐵爐渣最大的需求領(lǐng)域是水泥，目前高爐渣約60%作為水泥原料使用，被稱為高爐水泥。與普通水泥相比，高爐水泥可以保持長(zhǎng)期的強(qiáng)度，抑制堿骨料反應(yīng)，對(duì)于海水或化學(xué)物質(zhì)的耐久性高，可以減小氯離子Cl-對(duì)鋼筋的腐蝕，發(fā)熱速度小，對(duì)環(huán)境的負(fù)荷少。鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，高爐水泥主要用于護(hù)岸、堤壩構(gòu)造物，以及各種土木建筑地基工程。

2.2　混凝土骨料

鋼鐵爐渣骨料不含有有機(jī)雜質(zhì)、粘土和貝殼等影響混凝土耐久性的物質(zhì)，且電爐氧化爐渣骨料的絕干密度約為3.6g/cm3，比其他骨料高，適用于防輻射混凝土、重型混凝土等。近年來由于瀨戶內(nèi)海海砂開采限制日趨嚴(yán)格，海砂替代材料的需求日益高漲，爐渣骨料可以減少對(duì)天然資源的開發(fā)，還可以減少能源消耗。

2.3　地基改良材

用于改良地基的煉鋼爐渣顆粒表面粗糙，為棱角形狀，與天然的砂石非常類似，粒度在37.5～0.075mm的范圍，粒子密度為?3.3～3.6g/cm3，比天然石材大，單位體積質(zhì)量在濕潤(rùn)狀態(tài)下為21～23kN/m3。煉鋼爐渣溶出水的pH值較高，但由于受到海水的緩沖和稀釋作用，因此不會(huì)使得周邊海域pH值明顯上升，完全符合防止海洋污染和海上災(zāi)害相關(guān)法律所制定的判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.4　道路骨料

煉鋼爐渣的水硬性很高，主要作為路基材使用，其顆粒密度和硬度較高，因而具有優(yōu)良的耐磨性能，可作為瀝青混凝土專用骨料使用。另外，其抗剪切角、粒子密度和單位體積重量等指標(biāo)也很高，也可作為土木工程材料和地基改良材(振動(dòng)壓實(shí)砂樁材料)使用。

2.5　肥料

高爐渣含有CaO、SiO2、MgO等成分，因而可作為水稻的“硅酸鹽肥料”使用。煉鋼爐渣除了以上成分，還含有FeO、MgO、P2O5等成分，不僅適宜于水稻生長(zhǎng)，還可以用于培育旱田作物和牧草。另外，爐渣的堿性成分還可以有效改善土壤的酸性。

2.6　石棉

高爐渣在熔鐵爐或電爐中用1500～1600℃的高溫再次熔化，或者從高爐中流出，熔融狀態(tài)的爐渣在離心力的作用下會(huì)形成纖維狀的石棉，在集綿室內(nèi)進(jìn)行聚集，制成粒狀棉，加入粘合劑后固化，從而加工成不同規(guī)格的板狀或墊狀等成型品。

3日本鋼鐵企業(yè)的創(chuàng)新實(shí)踐[3]

3.1　鋼鐵爐渣水合固化體

鋼鐵爐渣水合固化體是作為水泥混凝土的替代材料開發(fā)的。JFE公司西日本制鐵所倉(cāng)敷地區(qū)的護(hù)岸工程，以及新日鐵住金光畑制鐵所的護(hù)岸工程均采用了40萬t以上的鋼鐵爐渣水合固化體。

3.2　鋼鐵爐渣碳酸固化體

JFE公司將煉鋼爐渣按模板成形開發(fā)出名為“Marine block”的產(chǎn)品，爐渣中所含的CaO與工廠排放的CO2反應(yīng)后生成CaCO3，減少了CO2的排放，粒子間的相互結(jié)合而固化成塊。該材料的成分與貝殼和珊瑚相同，對(duì)于海底生物親和性很高，具有多孔結(jié)構(gòu)，便于海藻生長(zhǎng)，有助于修復(fù)海底生態(tài)環(huán)境。

3.3　鐵分供應(yīng)單元

為了修復(fù)沿海白化區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)，培育海洋森林及水產(chǎn)資源，提高漁民收入，新日鐵住金特別開發(fā)出這一名為“Beverly?series”的新型產(chǎn)品，將鋼鐵爐渣、廢木材與腐殖土等混合物密封裝袋后投入海中，為海底的海藻生長(zhǎng)提供了腐植酸鐵。

3.4　石炭灰與鋼鐵爐渣混合材料

神戶制鋼與新日鐵住金共同開發(fā)出名為“Ash stone”制造技術(shù)，將火力發(fā)電站產(chǎn)生的石炭灰與鋼鐵爐渣混合后進(jìn)行造粒固化，可以成為碎石的替代材料。這種混合型材料在2004年以后分別應(yīng)用于兵庫(kù)縣、神戶市和姫路市道路工程，每月使用量達(dá)到了4萬t以上，已被日本國(guó)土交通省新技術(shù)情報(bào)供應(yīng)系統(tǒng)收錄。

4展望

日本未來將從以下三個(gè)方面繼續(xù)有效利用鋼鐵爐渣：①鋼鐵爐渣的堿性在中性化過程中可以吸收CO2，這項(xiàng)技術(shù)可以作為未來防止地球變暖的對(duì)策之一；②鋼鐵爐渣中含有的鐵分和礦物質(zhì)可以修復(fù)海洋生態(tài)系統(tǒng)，而鋼鐵爐渣制成的人工石材還可用于海域的防災(zāi)治理；③將不同種類的鋼鐵爐渣進(jìn)行組合，或者將鋼鐵爐渣與其他材料組合能達(dá)到混合材料的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]鉄鋼スラグ統(tǒng)計(jì)年報(bào)(平成25年度実績(jī))[EB/OL].http：//www.slg.jp/statistics/report.html[2014-7-1].

[2]環(huán)境資材 鉄鋼スラグ[EB/OL].http：//www.slg.jp/publication/slag.html[2014-7-1].

引用文獻(xiàn)格式：羅曄等.關(guān)于日本鋼鐵爐渣的回收再利用[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40(1)：177-179.

On the Recycling of Iron and Steel Slag in Japan

LUO Ye1HE Qinqin1YUAN Yufeng1JI Zhengming2

(1.Research and Development Center of WISCO，Wuhan 430080，China；

2.CCIC-ISCCC IOT Testing Technology CO.，Ltd.，Wuxi 214135，China)

Abstract：The iron and steel slag is highly regarded as a recycled material that can reduce impacts on the environment due to its resource-conservation and energy-saving effects.The iron and steel slag can be applied in many fields according to its unique characteristics，such as cement，concrete aggregate，road，ground improvement，fertilizers and rock wool，etc.The recycling of iron and steel slag was briefly introduced in this paper.

Keywords：Japan；iron & steel slag；recovery；reuse；recent development

中圖分類號(hào)：X75

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-288X(2015)01-0177-02

作者簡(jiǎn)介：羅曄，碩士，工程師，研究方向?yàn)槿枕n鋼鐵冶金信息情報(bào)