安钢钢铁渣循环利用方案探讨

马忠民 翟国营 刘三军

(安阳钢铁股份有限公司)

安钢钢铁渣循环利用方案探讨

马忠民 翟国营 刘三军

(安阳钢铁股份有限公司)

介绍了安钢及国内钢铁渣的处理工艺和利用现状，对国内钢铁渣的循环利用技术发展方向进行了对比分析，提出了安钢钢铁渣高价值循环利用工艺路线及实施方案。

钢渣热闷 水渣微粉 钢渣微粉 循环利用

0 前言

钢铁渣是钢铁制造过程中产生数量最多的固体废弃物，也是钢铁企业可开发利用的宝贵资源。对于一个铁、钢产能平衡的钢铁联合企业，每生产1 t钢将产生约350 kg的高炉渣和150 kg的钢渣，如此大量的钢铁渣若不能得到及时有效的处理和利用，不但造成巨大的资源浪费，还会产生环境污染，甚至威胁到钢铁主体的生产顺行。因此，开拓钢铁渣利用渠道，实现钢铁渣的无害化、高价值、全循环利用，已成为钢铁企业发展循环经济、谋求可持续发展的重要内容。

1 安钢钢铁渣利用现状

1.1 资源状况

安钢已具备年产1000万 t钢的生产能力，产能充分发挥后，每年将产生约350万 t高炉水渣和150万 t转炉钢渣。

1.2 钢铁渣处理工艺

目前，安钢的大高炉采用 INBA渣处理工艺直接在炉前生产水淬渣；小高炉采用离线渣处理工艺，其中液态渣倒入水渣池生产水淬渣，固态渣倒入干渣场喷水冷却，然后进行破碎、筛分生产出不同粒度的重矿渣。安钢的转炉钢渣采用离线热泼处理工艺，现有三个钢渣处理跨和两条钢渣加工生产线，热态钢渣运至渣跨堆放、打水、闷渣约七天后，再倒运至加工生产线进行破碎、筛分、磁选，分选出废钢、磁选渣、钢渣块、钢渣面等产品。

1.3 钢铁渣利用现状

安钢的高炉水淬渣全部作为初级原料售给周边水泥厂，高炉重矿渣作为路基垫层或基础回填材料售向社会。从钢渣中分选出的废钢作为钢铁料返回炼钢使用；磁选渣由于含铁品位较低，难以实现内循环利用，直接售向社会，其主要用途是作为进一步选铁的原料；钢渣块、钢渣面主要作为回填材料售向社会。

1.4 存在的问题

1)钢铁渣的处理工艺落后。小高炉仍采用比较原始的渣处理工艺，生产效率低，处理场地大，作业现场环境恶劣；生产的渣池水淬渣质量差，重矿渣价值低廉，影响高炉渣的深度开发利用。

钢渣热泼工艺的处理周期长，处理能力小，渣场利用率低，现有的三个钢渣跨不能满足1000万 t钢的渣处理需要。热泼钢渣的粉化效果差，渣铁分离不彻底，增加了后续加工难度；尾渣中游离氧化钙含量高，限制了钢渣的利用范围。

2)钢渣中的铁资源回收利用率低。安钢的转炉钢渣全铁含量在12％～16％之间，受钢渣处理工艺的制约，目前，只能回收利用渣中的大块废钢，全铁回收利用量仅为5％，铁资源回收率不足50％，而国内先进工艺的铁资源回收率已达到90％左右，相比之下，安钢钢渣中的铁资源流失严重。

3)钢铁渣的利用价值低廉。高炉水渣作为一种初级原料售给水泥厂，价格较低，与先进企业相比，每吨水渣的价值损失在 80元以上；高炉重矿渣和钢渣作为路基垫层或回填材料使用，其利用价值更低。

4)存在产生二次污染环境的隐患。安钢外销的钢渣并没有全部形成终端消费，部分钢渣成为个体户的选铁原料，选铁后的尾渣如果被随意丢弃，将产生二次排放，可能会对排放区域的土质和水系产生二次污染。

5)对主体工艺的生产顺行存在威胁。安钢的钢铁渣利用渠道单一，受自身价值的影响，销售区域仅限于周边市场，而安钢自身又没有足够大的缓冲渣场，社会消费量的不均衡将直接影响到渣的外排，进而威胁到主体工艺的生产顺行。

2 国内钢铁渣的利用状况及发展趋势

2.1 高炉渣的处理与利用

国内高炉普遍采用炉前水淬工艺生产高炉水渣，由于高炉水渣具有潜在的水硬性，可以用于生产矿渣水泥，这也是过去国内高炉水渣的主要利用方法。上世纪90年代，国内研究机构发现，高炉水渣磨细到一定程度后可以作为配置高性能混凝土的掺合料，从而开辟了我国高炉水渣高价值利用的新途径。2000年12月，国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046-2000)颁布实施，为水渣微粉的产业化应用提供了技术支撑；近年来，辊式大立磨的成功应用使水渣的粉磨成本大幅降低，为水渣微粉的大规模、产业化推广提供了装备支撑。最近几年，在技术标准和高性能粉磨装备的推动下，国内掀起了水渣微粉生产线的建设高潮，宝钢、武钢、鞍钢、唐钢、济钢、莱钢等众多钢铁企业相继建成了50余条水渣微粉生产线，部分企业的水渣微粉化比例已达到 70％以上。截止2008年，全国高炉水渣微粉的总产能已由2000年的120万 t飞速提高到6000万 t，高炉水渣的微粉化利用已成为我国高炉水渣高价值循环利用的主要方向。

2.2 转炉钢渣的处理与利用

2.2.1 国内的钢渣处理工艺

1)钢渣热泼工艺。钢渣热泼工艺是国内应用最普遍的、一种比较原始的热态钢渣处理工艺，该工艺存在占地面积大、处理周期长、钢渣质量差、生产作业环境恶劣等诸多问题，正逐步被淘汰。

2)钢渣风碎工艺。钢渣风碎工艺是马钢研发的一种液态钢渣处理技术，生产的风碎钢渣可以代替黄砂用于建筑业。该工艺尚处于研发完善阶段，还不具备大面积推广的条件，目前只有马钢在使用。

3)滚筒法钢渣处理工艺。该工艺是宝钢自主研发的一种新型液态钢渣处理工艺，具有占地小、处理效率高、渣铁分离较彻底、尾渣颗粒小、铁资源回收率高等优点，可以实现熔渣不落地、快速清洁完成处理过程，是典型的节能环保型短流程渣处理工艺[1]。该工艺适合在炼钢渣跨在线布置，是处理高温液态钢渣的理想工艺。目前，该工艺已被宝钢广泛使用，并开始在国内推广。

4)钢渣热闷处理工艺。钢渣热闷处理工艺是中国京冶开发的具有自主知识产权的一种新型热态钢渣处理工艺，具有生产效率高、占地小、渣铁分离彻底、尾渣利用途径广、钢渣处理率高、节能环保等优点[1]。该工艺适合离线布置，是处理热态钢渣的理想工艺，也是传统热泼工艺的最佳替代技术。该技术与钢渣微粉技术的结合已被国家确定为先进污染防治示范技术。近年来，钢渣热闷工艺在国内得到了迅速推广，已建成了数十条处理线。

2.2.2 国内钢渣处理工艺的发展趋势

总体看来，未来国内钢渣的处理将形成滚筒法和热闷法两条主流工艺路线，滚筒法将主要用于处理高温液态钢渣，而热闷法则主要用于处理热态钢渣。

2.2.3 国内钢渣的加工工艺

目前，国内普遍采用破碎、筛分、磁选工艺对钢渣进行加工，回收其中的铁资源，并将尾渣加工到一定程度以满足后续使用要求。近年来，国内钢渣加工工艺的主要发展成果是低品位磁选钢渣提纯工艺的成功应用，该工艺可以将磁选钢渣的全铁品位提高到60％左右，提纯后的磁选粉可直接作为烧结原料进行再利用；这项技术与钢渣热闷技术的有效结合，能够将钢渣中的铁资源回收率提高到90％以上。目前，该技术已在部分企业推广应用。

2.2.4 国内钢渣的利用现状及发展趋势

钢渣在高温下生成了硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸钙、橄榄石等矿物，是水泥和建筑材料的优良原料。传统的钢渣处理工艺难以充分消解钢渣中的游离氧化钙和游离氧化镁，钢渣的体积稳定性差，容易发生体积膨胀，用钢渣修筑的道路、回填的基础、生产的建材制品都会产生不同程度的开裂破坏，而钢渣热闷技术从根本上解决了钢渣的体积膨胀问题，为钢渣在建材行业的广泛使用创造了条件，国内已有部分企业开始用热闷钢渣生产环保建材产品。目前，我国钢渣的利用仍处于回填场地、生产路面砖、修筑低等级道路等初级利用阶段，整体利用水平较低。

近年来，国内研究机构发现磨细的钢渣粉是一种性能优良的水泥和混凝土掺合料，能够大幅提高混凝土的强度和寿命，并发现用钢渣微粉与矿渣微粉按一定比例混合后所配置的双掺复合粉是高性能混凝土的最佳掺合料[2]，这些研究成果的取得为我国钢渣的高价值循环利用指明了方向。2007年，《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》(GB-T20491-2006)国家标准发布实施，为钢渣粉的产业化生产和综合利用提供了技术依据；2008年，我国将钢渣热闷与钢渣微粉化利用技术合并列入国家重点推广的先进污染防治技术名录，并给予财政支持。在技术标准和产业政策的双重推动下，可以预见，钢渣的微粉化利用必将成为未来我国钢渣高价值利用的主要工艺路线。

3 安钢钢铁渣循环利用工艺选择

3.1 高炉渣的处理与利用

安钢应抓住“铁前补齐”的机会，彻底淘汰渣池水淬及重矿渣生产工艺，将高炉渣全部转化成高质量的炉前水淬渣。同时，应加快推进水渣的微粉化利用步伐，提高水渣的利用价值，培育企业新的竞争优势。

3.2 钢渣的处理与利用

3.2.1 钢渣处理工艺的选择

采用离线方式集中处理钢渣是安钢的现实条件，到达渣场的钢渣以固态热渣为主，同时含有少量液态钢渣，基于这种条件，安钢应选择热闷法改造现有的渣处理工艺。钢渣热闷改造后，安钢渣处理所存在的问题将得到有效解决。

1)钢渣处理周期将由原来的七天缩短到22 h左右，处理效率大幅提高，节省土地资源，拓展了安钢的后续发展空间。据测算，采用热闷工艺处理180万 t钢渣仅需现有场地的三分之二，足以满足1200万 t钢的生产需要，解决了安钢发展的后顾之忧。

2)钢渣粉化效果好，渣铁分离较彻底，可以减少钢渣的后续加工量，并提高铁资源的回收率，解决了安钢铁资源流失严重的问题。3)钢渣中的游离氧化钙能控制在2％以下，符合建材对体积稳定性的要求，有利于对钢渣进行深度开发利用，解决了钢渣的后期利用问题。

4)可以大幅改善现场作业环境，解决了环境污染问题。

3.2.2 钢渣加工及利用工艺的选择

要充分发挥钢渣热闷工艺的效益，安钢必须对现有的钢渣加工线进行改造。一方面，提高钢渣加工能力，满足炼钢产能发挥的生产需要；另一方面，改进破碎、筛分、磁选工艺，增设提纯设备，将磁选粉的全铁品位提高到60％左右，实现磁选粉在烧结的再利用，并为尾渣利用价值的深度开发创造条件。

4 安钢钢铁渣循环利用项目规划

4.1 钢渣热闷改造项目

考虑将来炼钢产能的充分发挥及渣处理场地的节约利用，安钢应实施钢渣热闷改造，建设一条具备年处理150万 t转炉钢渣的热闷生产线，同时配套建设集破碎、筛分、磁选、提纯于一体的钢渣加工生产线。

4.2 水渣微粉项目

将来，安钢每年的水渣产生量将达到350万 t，考虑水渣的多渠道利用，参考国内先进企业的实践，安钢应建设两条120万 t的水渣微粉生产线，形成年产240万 t水渣微粉的生产能力，使安钢的水渣微粉化比例接近 70％，步入国内先进行列。

4.3 钢渣微粉项目

150万 t的钢渣经过加工处理后，将产生约130万 t的尾渣，其中尾渣面大约有 80万 t。为充分开发钢渣的潜在价值，提高钢渣利用水平，安钢应以尾渣面为原料，建设两条40万 t的钢渣微粉生产线，形成年产 80万 t钢渣微粉的生产能力，使安钢的钢渣利用水平达到国内先进。

4.4 钢铁渣复合微粉项目

钢铁渣复合微粉是水渣微粉和钢渣微粉项目的功能延伸，也是进一步拓展钢铁渣利用渠道的一种新的技术方案，其依托主体是240万 t水渣微粉和80万 t钢渣微粉项目。安钢的钢铁渣微粉化利用项目应统筹规划，既要能够生产单一的水渣微粉和钢渣微粉，也要具备生产钢铁渣双掺复合粉的能力，从而进一步提高安钢微粉产品的市场竞争力。

5 规划的预期效果

5.1 形成四条钢渣利用工艺路线

转炉钢渣全部实现热闷处理，钢渣中的金属回收率达到90％左右，并形成四条钢渣利用工艺路线。①回收的废钢全部返回转炉使用。②回收的铁精粉全部返回烧结使用。③钢渣块直接用作建筑骨料。④钢渣面用于加工钢渣微粉。

5.2 形成三条钢铁渣高价值利用工艺路线

高炉渣和钢渣的微粉化利用比例达到 70％左右，并形成三条钢铁渣高价值利用工艺路线。①直接以矿渣微粉的形式利用。②直接以钢渣微粉的形式利用。③配置成钢铁渣双掺复合粉进行利用。

5.3 彻底实现钢铁渣的“零排放”

从钢铁渣中回收的含铁产品全部实现内循环利用，外销的钢渣块及钢渣微粉产品都是建筑工程的终端消费品，杜绝了二次加工产生二次排放的可能，彻底实现了钢铁渣的“零排放”。

6 结论

1)实施钢铁渣高价值循环利用是安钢发展循环经济的核心内容之一，也是安钢实现低碳发展，提高持久竞争力的重要举措。

2)钢铁渣循环利用的基本原则是：除去有害成份→回收铁资源→高附加值循环利用。

3)安钢的高炉渣要借助“铁前补齐”的机会，全部采用先进的炉前水淬工艺 (如 INBA)生产高质量的水淬渣。同时，安钢应尽早挤出建设用地，抓紧实施水渣微粉化利用工程，提高高炉渣的利用价值。

4)安钢的钢渣首先应采用热闷工艺除去有害成份，这也是解决钢渣处理能力不足、用地短缺问题，并支撑公司炼钢产能充分发挥的必然选择；其次要改造钢渣加工生产线，引入磁选渣提纯工艺，提高钢渣中铁资源回收率；最后要对钢渣进行微粉化深加工，提高钢渣利用价值。

5)安钢的高炉水渣和钢渣微粉化利用工程应建设在同一厂区内，并按照生产钢铁渣双掺复合粉的工艺要求统筹规划和布局，进一步提升安钢钢铁渣产品的利用价值及市场竞争力。

[1]王绍文、梁富智、王纪曾编著.固体废弃物资源化技术与应用，北京.冶金工业出版社，2003：350-357.

[2]杨景玲、朱桂林、孙树彬.我国钢铁渣资源化利用现状及发展趋势.冶金环境保护，2009(6)：26-31.

D ISCUSSION O F IRON SLAG C IRCULAT ION UT IL IZAT ION IN ANGANG

M a Zhongm in Zhai Guoying L iu San jun (Anyang Iron＆Steel Stock Co.，L td)

The paper introduced the steel iron slag’s p rocessing craft and utilization situation in Angang and dom estic steel enterp rises，contrastly analyzed the developm ent direction of circu lation utilization techno logy and p roposed the craft rou te and im p lem en tation p lan of high value circu lation utilization in Angang.

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＊联系人：马忠民，处长，高级工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司能源动力处；

2010—6—28