歐盟鋼鐵工業(yè)固廢處理技術(shù)研究

李勝

摘 要：歐盟為了促進(jìn)物料回收、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，業(yè)內(nèi)一直在開發(fā)相關(guān)技術(shù)用以處理這些固廢。筆者通過調(diào)查歐盟鋼鐵工業(yè)處理的發(fā)展、現(xiàn)狀，重點(diǎn)關(guān)注了正在研究和尚未投產(chǎn)的技術(shù)，如現(xiàn)有的粉塵、爐渣和污泥等大型固廢殘?jiān)幚砉に嚒Ｎ恼轮攸c(diǎn)介紹了歐盟地區(qū)OxyCup豎爐、綜合DK回收路線及Befesa Waelz軋制管式爐工藝等現(xiàn)有的先進(jìn)處理工藝，進(jìn)一步對(duì)比分析了現(xiàn)有的殘?jiān)虖U處理工藝，并對(duì)歐盟鋼鐵工業(yè)固廢處理技術(shù)進(jìn)行研究，從而為我國(guó)的工業(yè)固廢處理提出建設(shè)性的意見。

關(guān)鍵詞：歐盟;鋼鐵工業(yè);固廢;處理

中圖分類號(hào)：X757 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）10-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.019

歐盟在近十年的快速發(fā)展中，無論是技術(shù)還是結(jié)構(gòu)調(diào)整，都取得了很好的發(fā)展。尤其是在鋼鐵工業(yè)方面，該領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展以循環(huán)經(jīng)濟(jì)為核心，各個(gè)方面對(duì)鋼鐵行業(yè)都非常重要，在歐盟范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)中，確定生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)品或廢棄物的狀態(tài)和處理方式。在廢棄物中含有碳，這便意味著若將其用作原材料，則可以減少生產(chǎn)中的碳排放，擴(kuò)大歐盟對(duì)廢棄物的回收利用。因此，減少對(duì)原材料和能源等一次資源的需求迫在眉睫，該類舉動(dòng)將為鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)節(jié)省更多的經(jīng)濟(jì)成本。為了創(chuàng)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)，歐盟鋼鐵業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注了相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展[1]。

1 鋼鐵工業(yè)

1.1早期歷程

工業(yè)革命使得鋼鐵行業(yè)能夠得到可觀的發(fā)展，在兩次世界大戰(zhàn)期間，很多軍工行業(yè)都需要用到鋼鐵，因此該行業(yè)引發(fā)了很大的需求量，并有了高速發(fā)展。在二戰(zhàn)結(jié)束后，經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇使得鋼鐵行業(yè)又迎來了一次機(jī)會(huì)。

1.2 資源稟賦較弱，開啟行業(yè)自律

地區(qū)由于大型焦煤和鐵礦山資源的缺乏，導(dǎo)致鋼鐵行業(yè)的原材料大部分由進(jìn)口來滿足需要，使得整體行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力有所下降。面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，鋼鐵廠便共同聯(lián)合，以提高鋼鐵業(yè)在世界上的競(jìng)爭(zhēng)力。

1.3 需求決定方向，迎來結(jié)構(gòu)性機(jī)會(huì)

在經(jīng)濟(jì)引擎逐步切換的背景下，鋼鐵產(chǎn)品的需求量也隨著各區(qū)域GDP的變化而改變。在總量上，消費(fèi)開始逐步減少，因此使得該行業(yè)不得不通過創(chuàng)新來提高自己的研發(fā)能力，并維持自己的競(jìng)爭(zhēng)力，從而在高端產(chǎn)品上占有一席之地[2]。

2 鋼鐵固廢利用概況

2.1 我國(guó)鋼鐵工業(yè)固廢利用概況

隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)能不斷增加，環(huán)境保護(hù)問題引起了人們的重視，并得到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。鋼鐵工業(yè)是一種能源密集型工業(yè)，因此在鋼鐵生產(chǎn)過程中，大量資源被消耗，從而產(chǎn)生了很多固體廢棄物，這些物質(zhì)的產(chǎn)生勢(shì)必會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成一定的威脅。通過調(diào)查可以知道，這些固廢主要有高爐渣、鋼渣、環(huán)境塵泥、自備電廠粉煤灰等，并且這些產(chǎn)物的后期清理存在一些難度，無法實(shí)現(xiàn)綠色處理[3]。

目前，我國(guó)鋼鐵工業(yè)固廢的產(chǎn)生和利用主要呈以下特點(diǎn)：固廢產(chǎn)生量大;固廢品種多，成分復(fù)雜;規(guī)范化處置和資源化利用壓力較大。黨的十八大以來，我國(guó)深入實(shí)施污染防治計(jì)劃，推進(jìn)固廢管理進(jìn)程并邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。但我國(guó)固廢產(chǎn)生強(qiáng)度高，不僅污染了環(huán)境，還浪費(fèi)了資源。“十三五”以來，隨著生鐵產(chǎn)量的提高，大量固廢產(chǎn)生，2018年達(dá)到了2.7億噸。

2.2 歐盟固廢利用策略

鐵前工序固廢。目前，歐盟的大部分鋼鐵企業(yè)在進(jìn)行完燒結(jié)處理后，會(huì)產(chǎn)生一些粉塵，之后將返回到燒結(jié)機(jī)。而該過程產(chǎn)生的廢氣、灰塵則主要與水泥混合，經(jīng)過固定處理后進(jìn)行填埋處理。高爐污泥采用隔膜壓濾分離，一部分殘?jiān)趲綗Y(jié)機(jī)上回收，另一部分則進(jìn)行填埋。

煉鋼工序固廢。鋼包鐵水脫硫過程產(chǎn)生的爐渣分離為富鐵和貧鐵，通常在回收利用細(xì)顆粒粉塵或污泥時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些問題。

典型鋼鐵企業(yè)。奧鋼聯(lián)公司的資源利用程度在歐盟鋼鐵工業(yè)中最高，該廠根據(jù)操作要求決定產(chǎn)生殘?jiān)睦寐窂健?/p>

3 固廢處理工藝

3.1 歐盟鋼鐵工業(yè)殘?jiān)虖U的典型處理工藝

OxyCup豎爐。德國(guó)企業(yè)蒂森克虜伯與Küttner公司聯(lián)合開發(fā)了OxyCup工藝，用于熔融還原物料。為了碳磚的硬化，在冷粘結(jié)壓塊處理后，與其他還原材料一起裝入豎爐進(jìn)行反應(yīng)。爐頂煤氣采用洗滌器進(jìn)行處理，經(jīng)過團(tuán)聚體中的鋅和堿等成分揮發(fā)后，最終富集于濾餅中。

DK工藝。德國(guó)DK回收公司與Roheisen股份有限公司合作開發(fā)了DK工藝，該工藝在原材料上采用了粉塵、污泥和軋機(jī)氧化鐵皮，并進(jìn)行不同的預(yù)處理，生產(chǎn)不同等級(jí)的生鐵，DK工藝擁有2座高爐，其生產(chǎn)的生鐵塊出售給全球的鑄造廠。

Befesa Waelz工藝。全球知名企業(yè)Befesa Sociedad Anonima Unipersonal致力于鋼鐵和鍍鋅行業(yè)的副產(chǎn)品回收，以及鋁或含鋁殘?jiān)幕厥?。Befesa處理的改良后能耗更低，熔劑用量更少。

3.2 歐盟正在開發(fā)的殘?jiān)虖U處理工藝

綜合INDUTECHR/EZINEX工藝概念。歐盟地區(qū)已經(jīng)開發(fā)了一些冶金殘?jiān)幚砑夹g(shù)，但部分技術(shù)未進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。Ferriere Nord工廠開展了由意大利比提尼提名的“綜合INDUTECH/EZINEX”工藝的中試試驗(yàn)，該試驗(yàn)主要是現(xiàn)場(chǎng)處理電爐粉塵。該工藝是一個(gè)采用氧化鋅材料的氯化物浸出的電積系統(tǒng)。

REDSMELTTM/REDIRON。Paul Wurth工程公司開發(fā)了REDSMELTTM和REDIRONTM兩大工藝，對(duì)高爐、轉(zhuǎn)爐和電爐的粉塵和污泥采用轉(zhuǎn)底爐（RHF）和熔化裝置進(jìn)行處理，最后直接還原為鐵。

4 歐盟地區(qū)鋼鐵殘?jiān)虖U處理研究項(xiàng)目的進(jìn)展

歐盟鋼鐵企業(yè)的資源利用程度很高，所以其將研究焦點(diǎn)放在改進(jìn)現(xiàn)有殘?jiān)幚砗屠梅绞?，并開創(chuàng)全新的理念上。為實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，各個(gè)企業(yè)致力于提高副產(chǎn)品的回收利用率，從而減少對(duì)原材料的需求，并逐步縮小填埋的規(guī)模，使得鋼鐵行業(yè)能夠可持續(xù)發(fā)展下去。

綜合來講，地區(qū)的高爐渣類型和我國(guó)的存在差異，這與兩個(gè)地方的生產(chǎn)流程有關(guān)，我國(guó)的高爐渣通常是用于生產(chǎn)水泥的水渣，企業(yè)生產(chǎn)的則為干渣，可以用于建筑領(lǐng)域、肥料等。長(zhǎng)久以來，歐盟以“零廢棄、無填埋”作為目標(biāo)，不斷發(fā)展，其精細(xì)化管理使得他們?cè)趶U渣統(tǒng)計(jì)上做得越來越精細(xì)。加之各類法規(guī)相輔相成，再配合可操作性強(qiáng)的評(píng)定流程，使得法規(guī)能夠?qū)嵤┑缴a(chǎn)中，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)固廢的循環(huán)利用。因此，歐盟出臺(tái)的一些政策及廢渣利用技術(shù)，非常值得我國(guó)學(xué)習(xí)和參考。政策制定的標(biāo)準(zhǔn)是鋼鐵渣能夠在生產(chǎn)中繼續(xù)循環(huán)利用的基礎(chǔ)，為其投入市場(chǎng)提供了有效保證，并且進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)固廢的利用。

5 我國(guó)鋼鐵工業(yè)固廢利用存在的問題及解決措施

5.1 我國(guó)鋼鐵工業(yè)固廢產(chǎn)生的特點(diǎn)

我國(guó)固廢的產(chǎn)生，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：產(chǎn)生量大;固廢種類較多，組成也比較復(fù)雜，在不同工序的生產(chǎn)中，鐵塵泥的成分不同，鋼的成分也有很大的差別。對(duì)于我國(guó)的工廠來說，在規(guī)范化處置方面存在一些壓力。

5.2 在固廢處理中存在的問題

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)對(duì)于固廢處理的重視程度較低，也缺乏一定的管理。在回收利用方面，人員權(quán)責(zé)不清晰，設(shè)備不齊全，底數(shù)不清;在固廢的利用、回收方面，以及技術(shù)能力、過程監(jiān)管等都需要有所提高。針對(duì)這些問題，我國(guó)制定了一些政策，比如固廢利用產(chǎn)品認(rèn)證和稅費(fèi)優(yōu)惠等。但是，這些政策在落地時(shí)出現(xiàn)了一些問題，比如企業(yè)的積極性不高、固廢利用產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也不理想等。

此外，由于行業(yè)的特殊性，行業(yè)交叉性強(qiáng)、固廢利用的涉及面廣，因此漸漸形成了行業(yè)壁壘，導(dǎo)致上下游溝通出現(xiàn)不暢，甚至出現(xiàn)上游固廢利用技術(shù)與下游重復(fù)等。從某種意義上講，這也是資源浪費(fèi)，并大大降低了利用效率和效益。

5.3 主要應(yīng)對(duì)措施

提高自我認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)不足，不僅要繼續(xù)實(shí)施之前的政策，促進(jìn)政策落地，還要通過的支持，提高企業(yè)在固廢利用上的積極性。要推動(dòng)鋼鐵企業(yè)落實(shí)資源環(huán)境責(zé)任，權(quán)責(zé)清晰，構(gòu)建系統(tǒng)的管理機(jī)制，從而提高產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，并進(jìn)一步提高生態(tài)文明水平。

加強(qiáng)管理，細(xì)化相關(guān)的政策法規(guī)，加大企業(yè)固廢量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，并不斷完善體系，建立全程監(jiān)控的防控體系。

突出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使企業(yè)朝著高質(zhì)量的方向發(fā)展，全面覆蓋各個(gè)固廢管理環(huán)節(jié)，不斷培訓(xùn)和引導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行固廢管理利用。同時(shí)，加大資源的綜合利用率，充分發(fā)揮政策實(shí)施的增效作用，促進(jìn)我國(guó)鋼鐵行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，為我國(guó)的環(huán)境生態(tài)保護(hù)事業(yè)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

不斷鼓勵(lì)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，加大的投資，繼續(xù)推廣新技術(shù)、新產(chǎn)品，建立示范性項(xiàng)目。通過采用新技術(shù)，一方面可以提高能源利用率;另一方面可以減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)真正的清潔生產(chǎn)。

6 結(jié)語

在殘?jiān)虖U利用方面，歐盟地區(qū)的鋼鐵企業(yè)通過技術(shù)處理，回收再利用爐渣和污泥等。同時(shí)，歐盟正在全面開發(fā)創(chuàng)新型工藝。OxyCup工藝通過豎爐還原，回收燒結(jié)廠和高爐的鋅，最終產(chǎn)品為鑄鐵。該工藝可用于道路施工，無需巨大的財(cái)政投入，不過鐵水硫的含量較高。

DK工藝的特征與OxyCup工藝相同，但在生成廢物和融合性方面存在一定的差異。該項(xiàng)技術(shù)所產(chǎn)生的物料只有極少一部分需要進(jìn)行填埋處理。

Befesa Waelz工藝采用轉(zhuǎn)底窯爐，利用火法冶金工藝回收鋅，原料主要是焦炭、石灰石，最終產(chǎn)品為氧化鋅、爐渣。該技術(shù)有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品在生產(chǎn)出來后可以直接在市場(chǎng)上進(jìn)行銷售，投入使用。但停留在爐渣中，不能進(jìn)行再次回收。

綜上所述，在物料的靈活性上，DK工藝要比OxyCup和Waelz工藝好，因?yàn)槠溥M(jìn)料是粉塵和污泥的混合物;但從循環(huán)經(jīng)濟(jì)層面來看的話，Waelz工藝則不太被認(rèn)可，因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)的殘?jiān)幚砹繚M足不了生產(chǎn)需要，且產(chǎn)生的爐渣不能得到循環(huán)利用。某種程度上講，這也是對(duì)環(huán)境的污染，沒有更加綠色環(huán)保。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐志強(qiáng).我國(guó)固廢資源化的技術(shù)及創(chuàng)新發(fā)展分析[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2021（3）：19-21.

[2] 武華.歐盟鋼鐵工業(yè)固廢處理技術(shù)進(jìn)展[N].世界金屬導(dǎo)報(bào)，2021-01-05（B14）.

[3] 羅曄.歐盟鋼鐵工業(yè)殘?jiān)虖U處理工藝進(jìn)展[J].冶金經(jīng)濟(jì)與管理，2019（6）：29-34.