钢铁企业含铁废弃物资源化利用的探讨

李景云

钢铁业是资源消耗大户和污染排放大户，我国铁矿资源十分紧缺，大量依赖进口，而钢铁生产过程中产生大量含铁废弃物没有得到充分利用和消解，在社会上大量堆存，一方面造成较重的环境污染，另一方面没有使资源达到有效利用，造成资源的浪费。因此，有必要研究钢铁企业含铁废弃物的资源化利用问题，以实现对钢铁生产短缺资源的代用、降低钢铁生产成本，促进钢铁企业循环经济发展。

一、钢铁生产过程中产生的含铁废弃物

钢铁生产过程中伴随着大量的固体废弃物产生，一般每生产1吨钢，就要产生大约300kg-500kg的固体废弃物。按照冶金工业废弃物特点，钢铁生产产生的固体废弃物分含铁类和非含铁类，其中含铁类固体废弃物主要有钢渣、含铁尘泥、氧化铁皮、含酸再生氧化铁红等；非含铁类固体废弃物主要有高炉矿渣(水渣)、高炉干渣、焦油渣、焦炉除尘灰、废弃耐火材料、工业垃圾(含建筑垃圾)等。钢铁生产过程中固体废弃物产生路径见图1。

钢渣是在炼钢过程中排出的熔渣,是炼钢过程中的副产物，钢渣产生率为粗钢的10%-15%。钢渣主要来源于金属炉料中的硅、锰、磷和少量的铁氧化等形成的氧化物,及调节炉渣的性能所加入的造渣剂如石灰石、白云石、萤石、硅石等。目前我国采用的炼钢方法主要有转炉和电炉炼钢，其中80%为转炉炼钢，转炉渣是钢渣的主要组成部分。

氧化铁皮是在高温轧制过程中轧件遇水急剧冷却后钢材表面剥落下来的氧化物，氧化铁皮总含铁量在70%以上，氧化铁皮约占钢材的2%左右。氧化铁皮一般分三个层次，最外一层为Fe2O3，约占整个氧化铁皮厚度的10%，具有细腻有光泽、松脆、易脱落的特点,并且有缓阻内部继续氧化的作用；第二层是Fe3O4，约占全部厚度的50%；与金属本体相连的第三层是FeO，约占氧化铁皮厚度的40%。

酸再生氧化铁红是冷轧前使用盐酸对热轧钢板酸洗, 酸洗废液再生获得的副产物氧化铁红(Fe2O3)，其产生量为钢产量的0.3%。

含铁尘泥是钢铁生产过程中所排烟尘通过干法除尘、湿法除尘处理后收集的固体废物，主要包括：高炉瓦斯灰（泥）、烧结除尘灰、炼钢尘泥等。我国高炉高炉瓦斯灰（泥）产生量为15kg/t -50kg/t，瓦斯灰、瓦斯泥各占50%，高炉瓦斯灰（泥）总含铁量为30%左右。每生产1 吨烧结矿，产生20kg-40kg烧结除尘灰，烧结除尘灰的总铁含量为50%左右。炼钢尘泥又分转炉尘泥和电炉尘泥，转炉尘泥含铁量较高，总铁量在70%左右；电炉尘泥含铁30%左右。转炉尘泥是转炉烟气净化后所产生的浓黑泥浆,呈胶体状，含铁高, 80%的细度小于40um，其产生量为每生产1吨钢产生20kg转炉尘泥，其成分主要由氧化铁组成，氧化铁含量为70%-95%,其余的5%-30%由氧化物杂质组成，主要为氧化钙和其它金属氧化物（主要为氧化锌）。

二、含铁固体废弃物资源化利用现状

1.钢渣资源化利用现状

欧洲、美国和日本在钢渣利用方面起步早,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，其钢渣利用率大大高于我国。国外钢渣利用的主要产品有回收废钢铁(包括铁精粉)、高炉或烧结熔剂。磁选后的尾渣主要用于筑路、土建及土壤肥料等。美国钢渣有效利用率超过98%，三分之二的钢渣在钢铁公司内部循环使用，代替石灰作熔剂，返回高炉或烧结炉内做为炉料，其余主要用于筑路，美国的8条主要铁路均用钢渣作铁路道渣。日本的钢渣有效利用率1996 年已达95%，主要用于铺路、水泥熟料、农肥及利用钢渣中石灰等有效成分改善封闭性海域的海底水质和底质，有利于珊瑚礁生长。德国钢渣利用率达98%以上,其中30%配入烧结和高炉再利用，50%用于土建，18%用于农肥。

目前我国大多数钢铁企业对钢渣资源的综合利用主要是对钢渣进行破碎、磁选和精加工后回收含铁品味高的渣钢，选取后的尾渣大量堆积或外卖处理，不仅占用大量的土地，还对储存场地周围环境造成恶劣影响。由于国内对钢渣综合利用率的统计口径没有明确规定，大部分企业将尾渣出售也作为其综合利用部分，因此很多企业统计的钢渣综合利用率都在90%以上，甚至100%。实际我国钢渣真正的利用率较低，2010年钢渣产生总量约8147万吨, 实际利用了1710万吨，综合利用率仅为21%。其利用途径及所占比重为：用于水泥和混凝土中的钢渣粉5.14%；用于钢渣硅酸盐水泥等钢渣系列水泥品种28.58%；用于钢渣砖1.00%；用于钢渣道路材料、回填材料60.27%。2011年钢渣综合利用率有所提高，达到28%。2006-2011年我国钢渣产生及利用情况见表1。

表1 2006-2010年我国钢渣产生及利用情况统计表 万吨，%

我国钢渣利用率低的主要问题在于：

（1） 钢渣的碱度过高，钢渣中含有游离氧化钙和游离氧化镁，遇水化反应生成氢氧化钙和氢氧化镁体积膨胀，用其生产建材和用作道路材料会造成开裂破坏现象。因此，钢渣直接作建筑材料不是最佳途径。另外，钢渣不易磨，直接用于水泥生产会降低生产能力，且水泥细度难以保证，影响水泥质量。

（2）钢渣在钢铁企业内部回用作烧结熔剂和高炉炼铁熔剂存在脱磷困难的问题。钢渣的循环，必然使铁水的磷含量不断提高，给下一步的炼钢增加负担，要求炼钢工序消耗更多的石灰以满足脱磷，会产生更多的渣量，所以从工艺全盘考虑不一定是合理的。另外，高炉的冶炼实践表明，入炉品位降低1%，焦比升高2%，产量降低3%，钢渣的铁含量仅为10%-15%，钢渣的配入必然大大降低高炉入炉料品位。因此，钢渣用作冶炼熔剂具有局限性。

2.氧化铁皮资源化利用现状

目前我国钢铁企业氧化铁皮得到了全部利用，主要用作烧结原料和炼钢冷却剂。此外，还有部分用于深加工，用氧化铁皮生产粉末冶金用铁粉、永磁材料；用氧化铁皮替代钢屑冶炼硅铁合金；用氧化铁皮生产应用于化工行业的铁红颜料等。酸再生氧化铁红主要用于生产软磁材料和永磁材料。

3.含铁尘泥资源化利用现状

由于钢铁生产过程中产生的含铁尘泥成分复杂、粒度细小、水分含量波动大灯原因，使得粉尘的利用较为困难，目前我国钢铁企业含铁尘泥虽然得到了全部利用，但大多数钢铁企业对含铁尘泥的利用层次较低，主要将含铁尘泥作为烧结配料回用、用于生产炼钢造渣剂或直接外销供水泥厂以及中、小钢铁厂作水泥生产和炼铁烧结原料。主要有:

（1）作为含铁原料和熔剂返回烧结生产，其方式主要有泥饼与其它含铁粉尘配料混合法、管道输送OG 泥喷浆法和加工成冷固球团法等。在鞍钢、宝钢、马钢等企业已有应用。

（2）配加在竖炉球团中，配加转炉污泥后，可降低膨润土消耗量，提高球团矿品位，改善球团矿的冶金性能，还可使球团矿更适合高炉冶炼的要求，降低球团矿的工序消耗。在济钢、唐钢、津西铁厂等企业已有应用。

（3）作为炼钢造渣剂的原料，采用转炉污泥球团造渣，化渣快、除磷效果好、喷溅少、金属收得率增加。

国内对含铁尘泥的高附加值利用还处于实验室研究以及半工业化阶段，转炉尘泥除用于烧结配料外，可通过磁选富集、除杂改性等手段得到多种粉末冶金制品，还可以作为原料生产氧化铁红、还原铁粉、氯化铁等。

三、国内主要钢铁企业提高含铁废弃物资源化利用的做法

1.宝钢液态钢渣采取环保性能较好的滚筒法处理工艺

宝钢液态钢渣采取具有自主知识产权的“渣不落地”的滚筒法处理工艺，该工艺1998年首次进行工业化应用。其处理流程主要是将液态钢渣自转炉倒入渣罐，经渣罐车运输至渣处理场，用吊车将渣罐顺着溜槽将高温熔渣倒入滚筒，滚筒边旋转边向筒内急速喷淋完成，液态钢渣在滚筒内同时完成冷却、固化、破碎及钢渣分离，经板式输送机排除到渣场。滚筒法处理具有生产流程短、占地少、粉尘少、环保性能好、渣粒性能稳定的特点。宝钢已开始实施全面技术输出和工业化生产战略，在宝钢集团内的宁钢、八钢投运滚筒法钢渣处理技术。宝钢不断完善和优化滚筒处理法，2010年1月，宝钢研制成功世界首套新一代滚筒渣处理装置，在宝钢股份炼钢厂二炼钢单元投运，此渣处理装置在进渣口、环保排放、倾翻方式、渣不落地、一体化磁选等方面有了显著进步。

2.宝钢钢渣资源化利用途径

宝钢钢渣资源化主要有两部分组成：30%作为烧结熔剂返回炼铁和成渣剂返回炼钢。剩下的尾渣进行研发利用产业化。

（1）返烧结、炼钢利用

宝钢从1996年开始将烧结矿中配入粒度小于5mm的钢渣代替溶剂返烧结利用，烧结矿中配入钢渣，不仅可回收利用钢渣中精矿粉、氧化铁(TFeO)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锰(MnO)等有益成分，而且可作为烧结矿的“增强剂”，显著提高烧结矿的质量和产量；钢渣代替石灰石作为高炉溶剂，既可利用渣中的有益成分，节省熔剂(石灰石、白云石、萤石)消耗，又可改善高炉渣的流动性，增加铁的还原产量。目前宝钢烧结矿中钢渣的掺量为1.2%左右，平均粒径达到1.3 mm左右，2010年实现了钢渣返烧结35万吨。

宝钢开发了转炉脱磷脱碳的双联法工艺，即在转炉内进行铁水脱磷处理，出半钢后再进行脱碳处理，可以稳定地生产磷含量低于80×10-6 的超低磷钢，双联法工艺使脱碳炉的钢渣磷比较低，因而可以返回转炉利用。

目前，宝钢已经成功进行了转炉D渣、铸余渣及脱碳炉的钢渣返回转炉利用，将钢渣返回转炉利用，可以有效促进转炉冶炼过程的前期化渣，降低副原料的消耗，达到降本增效的目的。

（2） 宝钢钢渣尾渣利用产业化主要项目

宝钢钢渣尾渣主要利用在建筑用料方面，25%的尾渣用于水泥生料，并开发钢渣干粉砂浆、钢渣透水混凝土、钢渣彩砖、钢渣扭工字体、钢渣植草砖、井字砖等产品。利用钢渣硬度高、棱角多的特性，开发钢渣除锈磨料。随着宝钢环境经营战略的确立，宝钢还研发了海工混凝土、钢渣大理石等系列产品。

2005年宝钢建成钢渣特种混凝土中试生产线，建立了钢渣特种混凝土搅拌站。2007年，宝钢钢渣透水混凝土在上海市特奥会训练基地推广应用，该工程在人行道、景观路面、训练场坪、停车场等已铺筑钢渣透水混凝土15000多平方米，使用透水钢渣量2000多吨。该产品已应用于世博园区中心广场、A13广场、世博公园等重大地面工程，世博园区内60%以上的路面所用的混凝土和砖由宝钢钢渣制成。除世博园区外，该产品还在延安绿地景观道路、宝山顾村公园、水木年华社区等路面推广应用。

3.宝钢利用氧化铁红和氧化铁皮生产磁性材料

宝钢利用氧化铁皮的生产软磁性材料。1997年宝钢投资控股成立上海宝钢磁业有限公司，利用宝钢冷轧和热轧产生的氧化铁红（Fe2O3）和铁磷（Fe3O4）生产软磁铁氧体料粉和软磁铁氧体磁芯。宝磁目前主要有低功率损耗软磁铁氧体料粉系列产品与高磁导率软磁铁氧体料粉系列产品以及采用上述材料制成的各类磁芯，宝磁目前已成为全国最大的锰锌软磁铁氧体料粉生产单位，宝磁在国内软磁铁氧体料粉、软磁氧化铁红市场占据重要地位。

为了扩大氧化铁红综合利用产业产能，实现产品向中高端发展，2010年12月在江苏海宝工业园区成立宝钢磁业(江苏)有限公司，产品定位于高质量、高节能环保的软磁铁氧体料粉产品。

根据宝钢磁业战略发展规划,将形成以软磁产品和新能源材料为核心,年销售收入20亿元为目标,成为全球最具竞争力的电子材料和新能源材料生产服务供应商。

4.武钢利用氧化铁皮和酸再生铁红进行深加工

武钢在生产过程中产生的氧化铁皮主要有轧钢铁皮、炼钢污泥粗颗粒、连铸铁皮三大类，武钢将这三类氧化铁皮进行深加工，发展综合利用产业。轧钢铁皮主要用于生产还原铁粉、热压块、普通硬磁预烧料，炼钢粗颗粒用于生产90铁粉和烧结配矿，连铸铁皮主要用于烧结配矿和用作炼钢调温剂。武钢目前已具备年产还原铁块2万吨、年产粉末冶金用还原铁粉3.5万吨的生产能力。武钢利用轧钢氧化铁皮生产普通硬磁预烧料的生产线，产能7.5万吨（见表2）。武钢在酸洗过程中产生的酸再生氧化铁红主要用于生产高性能硬磁预烧料，目前有3条利用酸再生氧化铁红生产高性能硬磁预烧料的生产线，年产能1.8万吨。

四、提高钢铁企业含铁废弃物资源化利用的建议

1.强化含铁废弃物资源化利用意识，发展循环经济

表2 武钢2011年氧化铁皮年产量及主要利用情况 万吨

当前我国钢铁业存在资源短缺、能源消耗较高、环境污染较重的局面，无论是从社会层面还是从企业层面都要求钢铁企业加强废弃物的资源化利用。含铁废弃物是放错了的资源，钢铁企业要强化含铁废弃物资源化利用的意识，改变传统的“大量生产、大量消费、大量废弃”的增长模式，实现 “资源－产品－废弃物－再生资源”的反馈式循环发展模式。将钢渣磁选回收后的渣钢做炼钢、炼铁、烧结原料，将含铁尘泥做烧结和炼钢添加剂，实现厂内循环利用，通过“以废代矿”降低生产成本。将钢渣尾渣做水泥、建材和筑路材料，将氧化铁皮做化工产品及生产磁性材料，实现含铁废弃物的社会循环，最大限度地利用能源和原料，实现废弃物的“零排放”。从而以尽可能小的资源消耗和环境成本，获得尽可能大的经济效益和社会效益，使经济系统与自然生态系统的物质循环过程互相和谐，促进资源的永续利用。

2.进行技术改造，从源头上解决影响钢渣资源化利用的因素

目前很多钢铁企业还在采用工艺落后、环境污染严重，处理后的钢渣稳定性差的渣山冷弃法液态钢渣处理工艺，使得尾渣中游离氧化钙和游离氧化镁含量较高，且渣场受场地条件的限制，不能在渣场完成陈化过程，不利于钢渣的资源化利用。

液态钢渣的处理工艺较多，主要有热泼法、浅盘水淬法、风淬法、水淬法、闷罐法、滚筒法、余热自解热闷处理技术等。各种方法各有优缺点，从钢渣资源利用角度考虑，滚筒水淬法处理后的钢渣消化较完全，结构稳定，以硅酸二钙与铁铝酸钙为主要矿物，利于直接资源化利用；风淬法处理后的钢渣结构稳定性较好，以硅酸二钙和铁酸钙为主要矿物，矿物粒度细小而均匀，对直接资源化利用也较有利。余热自解热焖处理工艺是近年发展起来的一种新型的钢渣处理技术，热焖后钢渣中的f-CaO不超过2%，具有较好的易磨性和稳定性，为钢渣后期开发利用打下坚实的基础。

因此，建议有条件的钢铁企业尽快对落后的钢渣处理工艺进行改造，采用环境污染小、便于钢渣尾渣利用的处理工艺，提高钢渣的处理率及尾渣的利用率。

3.开展含铁废弃物资源化利用研究，提高含铁废弃物利用新途径

目前我国对钢渣的资源化利用还存在体积不稳定、磷富集等问题，致使钢渣利用率较低，含铁尘泥资源化利用层次还较低，氧化铁皮资源化利用也还有待挖掘。因此，钢铁企业要加强含铁废弃物资源化利用研究，不断研究、完善钢渣尾渣在水泥、建材、筑路、农业生产及改善海洋水质方面的应用，研究钢渣微粉及高活性复合掺合料、凝石材料等新的利用途径，对脱硫渣铁生产铸铁件进行研究，完善脱硫渣铁生产铸铁件并进一步加工成汽车配件(如制动毂、差速器壳、球墨轮毂等)等产品技术。含铁尘泥开展高附加值利用的研究，如转底炉制备金属化球团、生产瓦斯泥粉煤灰砖、烟灰土缓凝剂、制备玻璃瓷、铁锰锌共沉淀粉料等产品。氧化铁皮研究用于直接还原铁和生产粉末冶金用还原铁粉等系列产品，研究利用热轧氧化铁皮和冷轧氧化铁红生产高附加值的磁性材料系列产品。

4.加强产品技术推广力度，将含铁废弃物发明专利转换成生产力

众多钢铁企业在含铁废弃物资源化利用上做了大量的研究工作，取得了多项专利，进行了中试及小规模生产，形成了含铁废弃物资源化综合利用新技术、新工艺成果，如武钢研发的钢渣沥青混凝土路面的混凝土骨料、钢渣道路基层材料、钢渣磨细粉、钢渣-矿渣双掺粉、道路用钢渣规格料、彩色地面砖瓦等一大批具有经济实用价值和推广价值的新技术和新产品。但是很多研发成果并没有转化为真正的生产力，产品推广力度不大、致使利用率不高，而且大部分还处于粗放型利用。建议将含铁废弃物资源化利用推广作为含铁废弃物资源化利用的工作重点，将专利产品化，形成稳定能力后加以推广，利用产品优势及国家在循环经济、节能减排等方面的产业政策，借助政府力量加以推广，成为钢铁企业新的经济增长点。