冶金工業(yè)固體廢物鋼渣的綜合利用探討

劉 芳

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，濟(jì)南 250101）

鋼渣是冶金工業(yè)產(chǎn)生的重要固體廢物，其主要成分為鐵（Fe）、硅（Si）、鋁（Al）、鎂（Mg）、鈣（Ca）等化學(xué)元素的氧化物，這類氧化物在固體廢物中的含量超過(guò)78%。經(jīng)過(guò)冶金化工行業(yè)科研人員的試驗(yàn)與實(shí)踐，冶金工業(yè)中的固體廢物逐步實(shí)現(xiàn)了綜合利用。

1 我國(guó)冶金工業(yè)固體廢物鋼渣的現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年，我國(guó)鋼鐵行業(yè)的粗鋼產(chǎn)量為5.5億t，生鐵的產(chǎn)量為4.8億t，各類鋼鐵合金的產(chǎn)量為1 500萬(wàn)t。在粗鋼、生鐵、鋼鐵合金的生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地產(chǎn)生大量固體廢物。2009年，我國(guó)鋼鐵行業(yè)的固體廢物利用率如表1所示，鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的附帶衍生物的利用率如表2所示。

表1 鋼鐵行業(yè)的固體廢物利用率

表2 鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的附帶衍生物利用率

由表1可知，我國(guó)2009年鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的固體廢物總量為25.5萬(wàn)t，綜合利用率為52.5%，鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生總固體廢物總量為67萬(wàn)t，綜合利用率為67%。

2 固體廢物及鋼渣概要

2.1 鋼渣的主要來(lái)源

在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，鋼渣主要產(chǎn)生于金屬原礦熔煉過(guò)程。在熔煉過(guò)程中，金屬原礦中的各類金屬與非金屬元素被氧化生成金屬氧化物、非金屬氧化物。為了改善鋼渣特性，人們會(huì)加入石灰石、鐵礦石、硅石以及螢石等材料。由此可知，鋼渣是鋼鐵冶煉生產(chǎn)的附帶產(chǎn)物[1]。

2.2 鋼渣的主要組成

鋼渣是冶金工業(yè)的副產(chǎn)物，其主要成分有氧化鈣、氧化硅、氧化鋁、氧化亞鐵、氧化鐵、氧化鎂、氧化錳、五氧化二磷以及游離氧化鈣，有時(shí)還會(huì)有五氧化二釩、二氧化鈦等氧化物。鋼渣中的氧化物成分有較大的變數(shù)，人們需要根據(jù)鋼渣成分和各種物質(zhì)含量來(lái)綜合利用鋼渣。

2.3 鋼渣的加工方法

鋼渣一般需要二次加工以后才能進(jìn)行應(yīng)用，普遍的加工方式一般為將鋼渣破碎、分揀挑選以及陳化堆存，如圖1所示。

圖1 鋼渣加工工藝流程

2.3.1 破碎

在鋼渣破碎環(huán)節(jié)，一般選用顎式破碎機(jī)進(jìn)行鋼渣的破碎。

2.3.2 分揀挑選

分揀挑選包含常見(jiàn)的篩選、磁選。其中，篩選的主要應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在根據(jù)鋼渣顆粒的大小來(lái)按照一定規(guī)格區(qū)分，磁選的主要應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)為將鋼渣中的廢渣進(jìn)行剔除。

2.3.3 陳化堆存

鋼渣中會(huì)存在游離氧化鈣，而將游離氧化鈣消除的最好方式就是將鋼渣陳化堆存，使得游離氧化鈣進(jìn)一步消除，鋼渣性能趨于穩(wěn)定，以便下一步的處理與應(yīng)用。

2.4 其他固體廢物

2.4.1 含鐵塵泥和氧化鐵皮

含鐵塵泥主要是指在燒結(jié)原礦、冶煉鐵、冶煉鋼等部分工序中產(chǎn)生的塵灰與污泥。氧化鐵皮則主要產(chǎn)生于連鑄、軋鋼等生產(chǎn)過(guò)程。

2.4.2 煉焦固體廢物

煉焦固體廢物主要是在鋼鐵冶煉焦化生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)的副產(chǎn)物，諸如煤塵、焦油渣、瀝青渣、生化污泥等。

2.4.3 焦油渣

在鋼鐵冶煉產(chǎn)業(yè)，煤氣凈化設(shè)備中產(chǎn)生的焦油渣是由焦油、氨水煤塵以及游離碳組成的固體混合物，水分含量為7.5%～15.5%，具有微毒性與可燃性。

2.4.4 瀝青渣

瀝青渣產(chǎn)生于鋼鐵冶煉過(guò)程硫氨工藝段的蒸氨塔中，其物理性質(zhì)與瀝青類似，主要成分為各種烴類化合物和少量的碳粉顆粒物，具有微毒性與可燃性。

2.4.5 生化污泥

焦化生產(chǎn)中，含有酚氰等化合物的廢水采用生化處理法進(jìn)行處理，會(huì)周期性排出生化污泥。其一般含有重金屬離子、有機(jī)物、細(xì)菌等。

3 固體廢物鋼渣的綜合利用

3.1 固體廢物鋼渣的綜合利用現(xiàn)狀

20世紀(jì)初，部分工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始研究固體廢物和鋼渣的利用方法，其主要用途為路基填筑與海洋填埋。20世紀(jì)70年代以后，經(jīng)過(guò)冶金工業(yè)研究人員的研究與實(shí)踐，鋼渣處理工藝得到進(jìn)一步改進(jìn)，綜合利用技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，將應(yīng)用途徑拓展到建筑材料水泥、冶金配料以及農(nóng)業(yè)化肥中。

3.2 固體廢物鋼渣中的廢鋼鐵回收

鋼渣的二次加工工藝是指將鋼渣破碎、分揀挑選以及陳化堆存，在分揀挑選后可以將其中92%的廢鋼進(jìn)行回收再利用，所回收的廢渣中鐵元素含量一般超過(guò)58%。分揀挑選一般運(yùn)用磁選工藝，如圖2所示。

圖2 鋼渣破碎后廢鐵渣磁選工藝流程

3.3 固體廢物鋼渣作為冶金原料的應(yīng)用

鋼鐵冶煉過(guò)程產(chǎn)生的鋼渣可以用作冶金原料，其主要價(jià)值體現(xiàn)在煉鐵時(shí)的燒結(jié)熔劑、高爐熔劑以及煉鋼過(guò)程中的返回渣等。高爐熔劑、煉鋼熔劑大多采用石灰石（CaO），鋼渣通常含有氧化鈣、氧化鎂、氧化錳、氧化鐵等成分。實(shí)踐證明，1 t鋼渣可以替代750～800 kg石灰石。鋼渣可以替代石灰石作為冶金原料，從而降低冶金燃料消耗、冶金生產(chǎn)成本，改善高爐運(yùn)行狀態(tài)。

3.4 固體廢物鋼渣作為建筑材料的應(yīng)用

鋼渣具有密度大、強(qiáng)度高、表面坑凹多、耐磨性強(qiáng)、與瀝青結(jié)合緊密等特點(diǎn)。因此，鋼渣可以用于制備少熟料或無(wú)熟料的水泥、鋼渣磚，或者用于道路路基、工程回填。

在水泥生產(chǎn)中，人們可以將鋼渣以一定比例摻入水泥熟料中，獲得鋼渣水泥、鋼渣硅酸鹽水泥、鋼渣白水泥等產(chǎn)品。很多工程可以用鋼渣作為主要原料，制備墻體、立柱、溝道等所需的建筑用磚。人們可以采用粉狀鋼渣或水淬鋼渣，添加一定比例的煤粉灰和激發(fā)劑加水進(jìn)行攪拌，經(jīng)過(guò)多道工序，制成建筑用磚[2]。

3.5 固體廢物鋼渣作為農(nóng)業(yè)化肥的應(yīng)用

鋼渣含有較多的磷、硅、鈣、鎂等金屬元素和非金屬元素，很多元素對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)有利。因此，鋼渣可以用于農(nóng)業(yè)肥料生產(chǎn)。

3.5.1 硅肥

硅元素可以促進(jìn)植物增產(chǎn)。鋼渣中具有很多可以被農(nóng)作物吸收的活性硅，人們可以以鋼渣為原料來(lái)生產(chǎn)鋼渣硅肥，其適用農(nóng)作物主要有小麥、水稻、玉米以及甘蔗等，其中水稻的應(yīng)用效果最為顯著。

3.5.2 磷肥

磷元素可以極大地促使農(nóng)作物生長(zhǎng)。鋼渣磷肥是堿性鋼渣經(jīng)過(guò)軋碎、研磨而制成的，其主要成分有Ca4（PO4）2、Ca2SiO4，還含有部分鎂、鐵、錳等金屬元素。對(duì)于酸性土壤來(lái)說(shuō)，鋼渣磷肥是一種極好的基肥，可以改良土壤，提高土壤肥力。

3.5.3 土壤改良劑

鋼渣中含有較多的氧化鈣和氧化鎂，人們可以將鋼渣制備成土壤改良劑來(lái)改良酸性土壤，從而改善土壤性質(zhì)，補(bǔ)充鈣元素與鎂元素。

3.6 固體廢物鋼渣在廢水處理中的應(yīng)用

鋼渣是一種優(yōu)秀的吸附劑，在重金屬離子廢水、有機(jī)染料廢水等處理方面的應(yīng)用效果極其突出。它在固液分離方面表現(xiàn)出很好的性能，具有操作簡(jiǎn)單、物理性能穩(wěn)定、來(lái)源廣等特點(diǎn)，在廢水處理方面獨(dú)樹(shù)一幟。

鋼渣具有良好的過(guò)濾性和吸附性，可以用于處理廢水。鋼渣過(guò)濾性能突出，可以有效吸附廢水中的雜質(zhì)、溶解性有機(jī)物以及重金屬離子。鋼渣具有的良好活性，可以吸附污染物，減少?gòu)U水的污染物含量，簡(jiǎn)化廢水后續(xù)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

冶煉鋼鐵期間，冶金企業(yè)不可避免地會(huì)產(chǎn)生固體廢物以及鋼渣，將這些固體廢物進(jìn)行重新利用，不僅可以達(dá)到“以廢治廢”的目的，還直接或間接地降低了冶金工業(yè)鋼鐵冶煉的成本。因此，冶金企業(yè)要高度重視固體廢物的再利用，以降低工業(yè)成本為著力點(diǎn)，大力推進(jìn)鋼渣綜合利用，創(chuàng)造出更高、更好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。