浅析钢渣资源综合利用技术的应用前景

2011-10-26济南鲍德炉料有限公司技术中心山东济南250109

中国科技信息 2011年10期

关键词：钢渣利用率

高伟济南鲍德炉料有限公司技术中心，山东济南 250109

浅析钢渣资源综合利用技术的应用前景

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综述当前钢渣处理技术及应用的主要情况，提出钢铁渣利用技术发展的趋势，大力发展钢渣外循环利用技术是钢铁业实现循环经济的必由之路。

钢渣；处理技术；综合利用

钢渣是冶金行业的工业废渣，2010年中国粗钢产量6.27亿吨，而钢渣作为钢冶炼过程中的伴生物，其产量约占粗钢产量的12%～15%。随着自然资源不断减少，如何将钢渣这一“固体废弃物”巨大资源变废为宝，也成为制约钢铁工业发展的瓶颈问题。

1 国内外钢渣综合利用情况

许多国家对工业废料利用有详尽的法律法规，并且有相关的监督机制包括冶金渣的综合利用等。下表一是国际钢铁协会在1994年发布的关于部分国家钢渣利用率情况，从当中就可以看出这些国家对钢渣的综合利用起步较早，而且已经达到了较高水平。

表一部分国家钢渣利用率及产率情况

我国钢渣利用起步较晚，而且利用率较低。而且发展极不平衡，东部相比中部以及西部利用率要高。沿海地区包括上海、江浙、山东地区的利用率要高于内陆地区。

表二1995年以来我国钢渣产生及利用率情况

从表二中可以看出粗钢产量从2004年开始飞速增长，但是钢渣利用率却成反向趋势急速下降。随着2006年国家产业结构的调整，粗钢产量增加更趋于理性。从2009年开始受国家宏观经济以及产业结构的调整，粗钢产量将会稳定低速增长。与之相对应的，钢渣产量增速也慢慢稳定。随着循环经济政策优势的逐步显现，钢渣综合利用率也将慢慢回升，实现钢渣资源循环利用经济任重而道远。

2 钢渣处理技术简介

2.1 钢渣预处理技术

国内钢渣预处理工艺技术主要有热泼法、热焖法、水淬、风淬、滚筒法。不同工艺比较如表四所示。

结论：1)钢渣热焖法、风淬粒化法、滚筒法等几种钢渣处理工艺，可以取代传统的投资大、占地多、污染严重、处理效果差的热泼法、浅盘热泼法、水淬法等，有广泛的推广价值。

2）从流程短、占地少的角度出发，可以选择风淬法或滚筒法。

3）热焖渣法从实用性、处理能力以及效果上来看，得到了较多数钢厂的青睐。

2.2 钢渣处理深加工技术

钢渣处理深加工工艺主要有：破碎-筛分-磁选工艺、破碎-湿磨磁选工艺、钢渣自磨、半自磨-干磁选处理工艺、钢渣粉超细粉磨工艺。济钢于2009年9月投产建设了钢渣水选、自磨生产线，在钢渣处理深加工方面走在了同行业前列。

水选技术：磁选后小于20mm的磁性渣粉，采用湿法磨矿实现单质铁、铁的化合物与渣体的单体离解，应用筛分、磁选手段控制粒钢、磁性渣粉与尾渣的选别，选别后的产品经过分级、脱水及水处理工序，达到生产的洁净环保化目的；最终实现粒钢品位≥90%，铁精粉品位≥65%，尾渣品位≤16%，金属铁回收率为72.98%，成品水分≤15%，水循环利用率＞94%。

表四国内主要钢渣处理技术比较

自磨技术：磁选后渣钢(20～400mm)采用“缩径”与“围堰”技术，增加自磨机填充率，实现渣钢表面渣的自主剥离，达到洁净渣钢的要求，应用了筛分与电磁分离技术，实现洁净渣钢的同时为水选用磁性渣粉提供良好的原料。渣钢自磨线产出的清洁渣钢品位≥90%，产尾渣品位≥40%，无粉尘外排，符合环境要求。

3 钢渣综合利用技术

3.1 钢渣物理性能、化学成分及矿物组成

钢渣的外观形态随着成分和冷却条件的不同而不同。碱性低的钢渣气孔多，重量呈黑色光泽；碱性高的钢渣呈灰黑色，结构较密实。在高温熔融状态下，进行水淬钢渣成粒状，自然冷却的钢渣成粒状或块状。

主要矿物组成：Ca2SiO3和CaSiO2，体积比占50%；[Ca（VTiO7）]体积比占30%；RO相体积比占30%；金属铁相体积比占5%。

钢渣中许多成分与水泥等建筑材料相近，而且可以回收一定数量的铁，因此作为可循环利用资源有广阔的发展前景。

3.1 用作冶金原料

3.1.1 做烧结熔剂：烧结矿配入适量钢渣后，不仅可以回收钢渣中的钢、氧化铁、氧化镁、氧化锰、稀有元素（V、Nb）等有益成分，而且成了烧结矿的增强剂，显著提高了烧结矿的质量和产量，并使转股指数和结块率提高，风化率降低，成品率提升。

3.1.2 做高炉或化铁炉熔剂：钢渣中的CaO、M gO作为熔剂可以节省大量的石灰石以及白云石资源，而且不需要经过碳酸盐分解过程，节省了大量的热能。使用证明对铁水温度、铁水含硫量、熔化率、炉渣碱度及流动性无明显影响，证明在技术上是可行的。

3.2 做建筑材料

3.2.1 生产水泥或混凝土材料：中高碱度的钢渣因含有C2S和C3S等胶凝性矿物，不仅可以直接粉磨生产钢渣水泥，而且也可作为活性混合材在水泥生产中作添加剂使用。研究证明，在混凝土搅拌中掺加一定比例的钢渣微粉取代部分水泥，可以提高其结构的致密度和力学强度。宝冶钢渣公司在研究钢渣方面做了大量的实践证明，钢渣微粉稳定可靠，掺加钢渣微粉使混凝土的抗冻性能大幅度提高，当钢渣微粉掺加量达到10%时，其抗折强度比普通基准混凝土提高3 0%，脆度系数降低30%，耐磨性能提高30%以上。

3.2.2 钢渣可做砖、砌块以及建材产品原料：钢渣掺量可以达到50%左右，产品强度高于黏土砖和粉煤灰砖，体积密度和吸水率与黏土砖相似，生产技术节省成本、降低能耗，具有显著的环境效益和社会效益。需要注意的是钢渣砖容重较大，而且要控制好f-CaO含量和碱量。

3.2.3 制造微晶玻璃：济钢鲍德炉料公司通过调整各种氧化物的配比，不添加任何晶核剂，经配料、熔化、水淬、晶化制备出钢渣微晶玻璃，其主晶相为硅灰石、次晶相为透辉石，晶化后的制品为浅绿色，表面光滑，经SEM和x射线衍射分析得知微晶玻璃内部晶体硅灰石为粒状和短柱状，晶体发育良好，界限比较清晰，且抗压强度可以达到400多兆帕。此技术为钢渣的应用开辟了新的道路。

3.3 道路施工和回填领域

钢渣碎石的硬度和颗粒形状都很好地符合道路施工要求，其性能好、强度高、自然级配好是良好的筑路回填材料。钢渣用于道路的基层、垫层以及面层，一般还需在钢渣中加入粉煤灰和水泥或石灰作为激发剂，然后压实称为道路的稳定基层。

钢渣作为回填材料近几年来得到广泛应用，作为2008年奥运会三大主要比赛场馆的北京国家体育馆在施工过程中就使用了大量的钢渣作为回填材料。

3.4 农业方面

含磷高的钢渣可以生产钙镁磷肥、钢渣磷肥，不仅施用于酸性土壤效果良好，而且在缺磷碱性土壤中施用也可增产，并且干、旱两用。

硅是水稻生长需求量最大的元素，含SiO2＞15%的钢渣磨到60目以下可作为硅肥，用作水稻生产。一般每亩施用100K g，增产10%左右。

此外，CaO、M gO含量高的钢渣磨细后，可作为酸性土壤改良剂，并且利用钢渣中的P以及微量元素，用于农业生产中，可增强农作物的抗病虫害能力。

4 钢渣综合利用前景展望

我国钢渣利用如要分为内循环与外循环。内循环主要是指通过破碎、自磨工艺将回收的废铁重新回炉，这部分约占钢渣资源的10%，更是主要的收入来源。外循环是指将钢渣尾渣应用于冶金炉料以及建材、水泥、道路工程、农业生产当中，增加附加值产品，提高收益。随着液态钢渣处理技术的不断提升，其钢渣资源综合利用循环经济在国民经济发展当中的比重越来越大。但是由于钢渣中含有游离的氧化钙（f-C aO）其稳定性差会造成道路及建材制品的开裂，成为制约我国钢渣利用率的关键问题。

钢渣利用未来发展的前景应加强以下几个方面研究：（1）进一步加强钢渣物性的研究，为探讨其利用途径找到突破点。（2）加强钢渣处理技术的研究，提高钢渣品位，利用钢渣中的钙、铁、镁、锰等有益成分，推广钢渣作冶炼（烧结、高炉、炼铁）溶剂的应用技术。（3）开发高性能高钢渣水泥，解决其膨胀性，增强其早期强度。（4）加强钢渣在废水吸附处理方面的应用研究。（5）解决钢渣转及砌块的比重问题，扩大应用范围。（6）继续向钢渣高附加值领域进行研究，学习国外先进的钢渣利用经验，对钢渣进行分级、分类处理，使其成为真正商品化的二级原料资源。（7）以标准化推广钢渣系列产品。