鋼渣是煉鋼過程中的副產(chǎn)品，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外煉鋼水平，其產(chǎn)量為粗鋼產(chǎn)量的10%~15%，2014年全球粗鋼總產(chǎn)量為16.6億噸，鋼渣總產(chǎn)生量為2億噸左右。迄今為止，人們已開發(fā)出了近40種有關(guān)鋼渣綜合利用的方法，但到目前尚未找到大規(guī)模資源化利用鋼渣資源的有效途徑，鋼渣實(shí)現(xiàn)“零排放”是世界鋼鐵行業(yè)的難題。

國(guó)外鋼渣利用的研究開展的比較早，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家鋼渣利用已達(dá)到排用平衡；而國(guó)內(nèi)鋼渣相對(duì)利用率低，還是以回收廢鋼、磁選鐵精粉、用作熔劑等鋼廠內(nèi)部循環(huán)利用方式為主，使用量有限，目前約有70%的鋼渣處于堆存和填埋狀態(tài)，存在環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等問題。

鋼渣的主要化學(xué)成分是由CaO、SiO2、FeO、Fe2O3、MgO、Al2O3、MnO、P2O5和f-CaO（游離CaO）等氧化物。由于處理方法和分選方法不同，鋼渣的成分、性能會(huì)有很大的差別，影響鋼渣的利用途徑。在鋼渣利用過程中產(chǎn)生的一些問題未能得到有效解決，制約了鋼渣的大規(guī)模應(yīng)用。

首先是鋼渣的穩(wěn)定性不良。鋼渣形成的溫度高、時(shí)間短，渣中含有游離氧化鈣和游離氧化鎂，遇水水化反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氧化鎂，體積膨脹；鋼渣中的C2S（硅酸二鈣）是一種多晶礦物，在鋼渣冷卻過程中，其晶型由β型向γ型轉(zhuǎn)變，使體積增大。將其應(yīng)用于道路、建材等行業(yè)，會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

其次是鋼渣的密度大。鋼渣的密度為3.5t/m3左右，是普通建材的1.2~1.4倍，這決定了鋼渣用于建筑工程中，其運(yùn)輸、使用時(shí)的能耗要增加10%左右。

再其次是鋼渣中金屬鐵含量高。鋼渣中金屬鐵的存在，一方面增加了鋼渣的磨礦難度，造成粗大顆粒存在；另一方面，在使用過程中易出現(xiàn)鐵銹現(xiàn)象。這也限制了尾渣在建筑、建材方面的利用。

最后是鋼渣成分波動(dòng)大。鋼渣成分的復(fù)雜性和波動(dòng)性，造成其使用難度增大。

基于以上原因，鋼渣在很多方面的利用受限，利用率低。

目前，鋼渣處理工藝有冷棄法、盤潑水冷法、熱潑法、水淬法、風(fēng)淬法、熱悶法、滾筒法和加壓蒸汽陳化法等。其中，冷棄法陳化時(shí)間長(zhǎng)，處理后的鋼渣塊度大，不利于鋼渣的利用和加工；盤潑水冷法處理成本高，工藝復(fù)雜，污染腐蝕大；水淬、風(fēng)淬法易發(fā)生爆炸，對(duì)鋼渣的流動(dòng)性要求高，存在操作環(huán)境惡劣等缺陷。這些方法未能在國(guó)內(nèi)外大規(guī)模推廣。目前，國(guó)內(nèi)外鋼渣處理常用的方法是熱潑法、滾筒法、熱悶法和加壓蒸汽陳化法。其中，加壓蒸汽陳化法是國(guó)外利用較多的處理工藝。

熱潑法。該工藝將熱熔鋼渣倒入渣罐后，用車輛運(yùn)到鋼渣熱潑車間，利用吊車將渣罐的液態(tài)渣分層潑倒在渣床上（或渣坑內(nèi)），噴淋適量的水，使高溫爐渣急冷碎裂并加速冷卻，然后用裝載機(jī)、電鏟等設(shè)備進(jìn)行挖掘裝車，再運(yùn)至棄渣場(chǎng)。需要加工利用的，則運(yùn)至鋼渣處理車間進(jìn)行粉碎、篩分、磁選等工藝處理。

雖然熱潑法占地面積大，處理后的鋼渣穩(wěn)定性不好，尾渣需陳化后才能再利用，但此工藝技術(shù)成熟、生產(chǎn)線流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、設(shè)備投資較少、安全可靠，經(jīng)破碎、篩分、磁選出鋼粒、精礦粉和熔劑能達(dá)到鋼渣量的50%左右。從鋼鐵企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益分析，該工藝投資少，安全易操作，企業(yè)采用較多。

滾筒法。該工藝是由俄羅斯研制，寶鋼購(gòu)買了該項(xiàng)專利技術(shù)，建成了世界上第一臺(tái)滾筒法處理液態(tài)鋼渣的工業(yè)化裝置。該工藝將鋼渣倒入渣罐后，由吊車吊至滾筒前，順著溜槽將高溫熔渣倒入筒體，滾筒邊旋轉(zhuǎn)邊向桶內(nèi)急速噴水使尾渣冷卻，尾渣落下后被筒內(nèi)鋼球擠壓破碎，然后隨水從筒下部出口流出滾筒。

該工藝優(yōu)點(diǎn)是鋼渣粒度細(xì)小，廢鋼與渣分離完全，游離氧化鈣含量低，爐渣不需陳化便可直接利用，自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜、維修難度大、運(yùn)行費(fèi)用較高、推廣難度大，目前寶鋼和酒鋼正在采用此方法。

熱悶法。該工藝將熱熔鋼渣用吊車將渣傾倒在熱悶池或熱悶罐中，壓蓋密封后適量間歇噴水冷卻，利用池內(nèi)渣的余熱產(chǎn)生大量飽和蒸汽，與鋼渣中不穩(wěn)定的f-CaO、f-MgO（游離MgO）發(fā)生水化等反應(yīng)，加上C2S等冷卻過程中體積增大，使得鋼渣自解粉化，同時(shí)渣鋼分離。處理完后用挖掘機(jī)或抓斗從池內(nèi)挖出外運(yùn)。熱悶法分悶罐法和熱悶池法。其中，悶罐法處理效率和機(jī)械化水平低，目前采用此法的較少；熱悶池法應(yīng)用較多。此工藝的優(yōu)點(diǎn)在于鋼渣熱悶工藝適應(yīng)性強(qiáng)，液態(tài)、半固態(tài)都能處理，處理后渣鐵分離好、渣性能穩(wěn)、粒度小，便于后續(xù)綜合利用。

加壓蒸汽陳化法。該工藝是由日本住友金屬工業(yè)公司研發(fā)，為了提高鋼渣陳化效率，將鋼渣置于封閉容器中，飽和蒸汽溫度升高，加壓蒸汽陳化水化反應(yīng)速度比敞開式堆場(chǎng)蒸汽陳化速度提高24倍，在0.5MPa下穩(wěn)態(tài)陳化時(shí)間僅為2小時(shí)。該工藝占地面積小，可以完全自動(dòng)化，使勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，同時(shí)鋼渣穩(wěn)定性高，粒度較小且均勻。

國(guó)外鋼渣利用的研究開展的比較早，世界著名的幾個(gè)產(chǎn)鋼大國(guó)鋼渣的主要利用途徑是選鐵、做水泥原料、筑路材料、市政工程材料、肥料、土壤調(diào)節(jié)劑，一部分鋼渣返高爐、燒結(jié)作熔劑等，各國(guó)鋼渣的綜合利用發(fā)展并不平衡。

日本鋼渣資源化利用情況。日本鋼渣大部分粉碎后磁選回收廢鋼，剩余尾渣幾乎全部被用于水泥、道路工程、混凝土骨料和土建材料等方面。同時(shí)，日本鋼渣在改善海洋環(huán)境方面開發(fā)了一些新工藝———利用鋼渣修復(fù)海域環(huán)境。鋼渣中含有大量的海藻生長(zhǎng)所需的2價(jià)鐵(FeO)和SiO2，可將鋼渣作為在營(yíng)養(yǎng)貧化海域制造海藻場(chǎng)的基質(zhì)材料和肥料。同時(shí)，鋼渣中含有CaO，將導(dǎo)致封閉性海域營(yíng)養(yǎng)富化的磷元素變成磷灰石進(jìn)行固化；鋼渣呈堿性并含有鐵，具有抑制沉積在疏浚凹地和海底的硫化物還原為硫化氫的功能。因此，鋼渣可用來抑制富營(yíng)養(yǎng)物的產(chǎn)生，改善海底質(zhì)量。住友金屬、新日鐵等鋼鐵企業(yè)正在采用此法改善日本鄰海。利用鋼渣造人工礁由JFE鋼鐵公司成功開發(fā)，該公司將鋼渣粉碎回收部分廢鋼鐵后，通過噴吹CO2與尾渣中CaO反應(yīng)形成CaCO3塊狀物且?guī)Э?，將其沉入近海的海底，海藻類附在帶孔漁礁上生長(zhǎng)，有利于改善海洋生態(tài)環(huán)境，該法現(xiàn)已在日本海岸的近海推廣。

德國(guó)鋼渣資源化利用情況。德國(guó)鋼渣利用率較高，可以替代土木工程、道路工程、水利工程和鐵路工程技術(shù)的礦質(zhì)材料，也可以用作農(nóng)肥以及配入燒結(jié)和高爐進(jìn)行再利用。德國(guó)鋼渣處理主要有熱潑法堆存和其它特殊處理法，對(duì)于安定性好的鋼渣采用超慢冷卻，獲取到直徑為100mm~500mm的粒度，滿足水利工程所需的粗粒徑。

美國(guó)鋼渣資源化利用情況。美國(guó)的鋼渣已達(dá)到排用平衡，37%用于路基工程，22%用于回填工程，22%用于瀝青混凝土集料，剩余鋼渣用于鋼鐵企業(yè)內(nèi)部循環(huán)利用、生產(chǎn)水泥和改善土壤的肥料。

英國(guó)鋼渣資源化利用情況。英國(guó)在鋼渣處理上，開發(fā)了干式成粒法工藝。鋼渣主要用于瀝青混凝土、大體積混凝土、柏油路骨架料、道路建筑材料。干式顆?？勺鳛樗嘌a(bǔ)充劑或填料。

其他國(guó)家利用情況。加拿大的鋼渣少部分配入燒結(jié)和高爐等再利用和道路建設(shè)，大部分用于就地堆積或者運(yùn)往其他地方進(jìn)行回填；土耳其等國(guó)也開始將鋼渣作為水泥摻合料進(jìn)行研究，但還未見大規(guī)模應(yīng)用的報(bào)道；南非土壤是酸性的，其鋼渣一部分做土壤改良劑，其它填埋、堆存；瑞典通過向熔融鋼渣中加入碳、硅和鋁質(zhì)材料對(duì)鋼渣進(jìn)行成分重構(gòu)后，回收渣中渣鋼尾渣用于水泥生產(chǎn)。

從國(guó)外鋼渣應(yīng)用情況可以看出，各國(guó)鋼渣的資源化利用目前著重放在建筑和建材行業(yè)，在水泥、混凝土、路面和建材制品中的利用是鋼渣利用的發(fā)展方向，市場(chǎng)前景廣闊。鋼鐵工業(yè)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家在鋼渣利用方面研究較深，投入較多，成果顯著，基本達(dá)到了鋼渣“零排放”。但其他國(guó)家大部分堆存，利用情況不理想。

目前，我國(guó)鋼渣的利用率還很低，約有70%的鋼渣處于堆存和填埋狀態(tài)。

國(guó)內(nèi)鋼渣以回收廢鋼、磁選鐵精粉、用作熔劑作為各鋼廠內(nèi)部循環(huán)利用的首選，但使用量有限。部分鋼鐵企業(yè)在鋼渣利用方面研究較多。目前國(guó)內(nèi)鋼渣中全鐵含量在20%左右，其中金屬鐵約占10%，通過破碎磁選回收各種粒度的廢鋼是大部分中小型鋼鐵企業(yè)利用鋼渣的主要手段，其余鋼渣則外賣或堆存渣場(chǎng)。此外，小粒度、含鐵量高的尾渣經(jīng)過進(jìn)一步破碎、球磨、干法或濕法磁選可獲得鐵精粉，含鐵量大于65%，可以直接用于燒結(jié)。鋼渣中含40%～50%的CaO、6%～10%的MgO等, 利用鋼渣中的殘鋼、氧化鐵、氧化鎂、氧化鈣、氧化錳等有益成分，可以作為煉鋼前期化渣劑、冷卻劑等；可以作為燒結(jié)礦的增強(qiáng)劑，因?yàn)槠浔旧硎鞘炝?，且含有一定?shù)量的鐵酸鈣，對(duì)燒結(jié)礦的強(qiáng)度有一定的改善作用。很多大中型鋼鐵企業(yè)均利用鋼渣做燒結(jié)礦熔劑，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

除了內(nèi)部循環(huán)利用，我國(guó)鋼渣外部循環(huán)利用主要是生產(chǎn)鋼渣微粉、用于公路材料、制磚、用作碳化鋼渣制建筑材料、制作微晶玻璃、處理廢水、改良土壤土質(zhì)、做特種型砂等。用于生產(chǎn)水泥、磚、混凝土摻和料、筑路材料是鋼渣資源化利用的發(fā)展方向，這方面不僅適用范圍廣，而且需求量大，能夠消化鋼渣的巨大產(chǎn)量。此外，我國(guó)是海洋大國(guó)，海岸線有1.8萬公里，近年來海洋環(huán)境污染較重，我國(guó)沿海鋼鐵企業(yè)分布較多，開發(fā)鋼渣新產(chǎn)品改善海洋環(huán)境成為我國(guó)鋼渣大規(guī)模利用的新方向。

當(dāng)前，我國(guó)要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模資源化合理利用鋼渣和“零排放”的目標(biāo)，當(dāng)務(wù)之急是要加大對(duì)鋼渣有效處理工藝的研究。比較目前鋼渣處理工藝，熱悶法和加壓蒸汽陳化法處理效果較好，渣鐵分離較徹底，穩(wěn)定性較好，但也存在一些問題，投資和運(yùn)行成本高，熱悶法易爆炸等。鋼渣處理的發(fā)展方向是：最大化的把渣鐵分離，需要鋼渣冷卻過程中粉化；去除鋼渣中的游離氧化鈣、氧化鎂，在處理過程中游離氧化鈣和氧化鎂與水或者其它物質(zhì)完全反應(yīng)。

(來源：中國(guó)冶金報(bào)）

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