冶钢集团矿渣回收综合再利用的思考*

施　静，许会军，张荣江，肖　春，张培豪

(1 贵州省六盘水职业技术学院工业系，贵州　六盘水　553003；2 贵州省六盘水环业冶金渣开发有限公司，贵州　六盘水　553003)



冶钢集团矿渣回收综合再利用的思考*

施静1，许会军1，张荣江1，肖春1，张培豪2

(1 贵州省六盘水职业技术学院工业系，贵州六盘水553003；2 贵州省六盘水环业冶金渣开发有限公司，贵州六盘水553003)

循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心,以“减量化、再利用、再循环”为原则,以低消耗、低排放、高效率为基本特征,符合可持续发展理念的经济增长模式。本文以冶钢集团对重矿渣的处理和利用为例,说明冶钢集团重矿渣的特点、及终产废物的利用,尝试性地从循环经济学角度对重矿渣的资源化策略提出了新的建议,并对其可行性、开发利用策略进行了初步探讨。

钢渣；环境保护；循环经济；处理与利用

矿渣作为一种工业废料随着社会的不断进步，工业生产的不断发展，其排出量也越来越多，我国的几大钢铁厂每天都将吐出成千上万吨高炉重矿渣，它不仅占用大量的土地用来堆放，而且还污染环境，如不加以利用，又是一种资源上的浪费[1]。重矿渣是高炉冶炼生铁过程中产生的热熔矿渣，在空气中中自然冷却或经过热泼形成的一种具有一定强度的石质材料。据了解，20世纪50年代生产至今已产生了1000多万吨的重矿渣[2-3]，而且每年还以50～100万吨的排渣量增加。但重矿渣在自然条件下不能消解，而堆放这些矿渣不但占用大量的土地，而且重矿渣里含有硫化物、氮氧化物，汞、砷、铬、镉、铅等化学物对周围的河流、水源、植被、土壤等造成危害，因此大量堆积的重矿渣的成为我国乃至我市环境污染的重大问题。根据六盘水市市情，随着城市的发展，每年需要消耗大量的碎石、砂，过度的开发破坏了自然植被，造成水土流失。因此，将重矿渣进行综合再利用，是保护环境、节约能源、减少废料的堆放必经之路，是我市可持续发展战略的重要内容。

1　重矿渣化学组分分析

重矿渣因产地不同，化学组成也各不相同，主要取决于矿石的成分及生产生铁的种类[4]。贵州省六盘水市首钢水城钢铁(集团)有限责任，公司是贵州高炉重矿渣的主要排放企业，长期以来水钢重矿渣一直被作为工业废渣排放，造成大量堆积。如果不进行综合利用，不仅挤占有限的土地资源，还会污染周围环境。因此抽取水钢集团重矿渣样品，参照GB/T176-2008《水泥化学分析方法》进行分析。重矿渣的成分见表1。

表1　重矿渣成分分析

重矿渣主要含有SiO2，Al2O3，CaO，其中SiO2是微酸性氧化物，含量较高，占31.40%，形成低活性的低钙矿物，使矿渣活性降低；酸性氧化物Al2O3，是矿渣中较好的活性成份，含量占15.57%，在矿渣中形成铝酸盐、铝酸钙等矿物，由熔融状态经水淬后形成玻璃体；碱性氧化物CaO是矿渣的主要成分，含量占38.70%，是决定矿渣活性的主要因素，其含量越高，矿渣的潜在活性越高。

2　重矿渣的综合利用

位于贵州省六盘水市的首钢水城钢铁(集团)有限责任公司,是贵州高炉重矿的主要排放企业,长期以来水钢重矿渣一直被作为工业废渣排放,造成大量堆积。而利用高炉重矿渣可以替代天然砂石做骨料配制混凝土已有研究[5]。随着六盘水市市情的发展，市政工程的扩建，我市每年需要消耗大量的碎石、砂、混凝土等建筑材料，因此，大量堆积的重矿渣受到重视，并且对重矿渣用于混凝土材料进行相关测试。

2.1混凝土利用

在混凝土中掺加适量的矿物微粉及其他物料，不仅具有较好的经济效益,而且还能够改善混凝土的工作性能、力学性能和耐久性。常用的矿物掺合料主要有粒化高炉矿渣、粉煤灰和硅灰，关于这些矿物掺合料对混凝土性能的改善，国内外的专家学者已作过大量的研究。 贵州六盘水市的首钢水城钢铁矿渣是一种含钙及硅量高、活性较高的酸性矿渣，对该类渣混凝土性能的研究中,目前还没有一种高价值综合利用的有效途经。

研究工作初步研究了矿渣掺量对混凝土结合能力的影响表2与表3数据说明改变水及水泥含量，抗压强度由28天抗压强度为28.9 MPa增加到30.0 MPa；表4与表5数据添加重矿渣石并增加其含量，抗压强度为28天抗压强度为28.9 MPa增加到30.9 MPa。

测试依据为JGJ98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》，设计强度等级M10，试配强度8.7 MPa，稠度30～50 mm。原材料含水泥(P·O 42.5)，水，骨料为重矿渣砂。每立方米中材料的用量为重量比，增加水泥及水的含量，测试抗压强度为28天抗压强度为25.6 MPa增加到30.0 MPa。

表2　砂浆配合比

表3　砂浆配合比

测试依据为JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》，增加原料重矿渣石并增加其含量，设计强度等级C20，试配强度28.2 MPa，坍落度35～50 mm。原材料含水泥(P·O 42.5)，水，骨料为重矿渣石粒径5～31.5 mm以及重矿渣砂。每立方米中材料的用量为重量比，抗压强度为28天抗压强度为28.9 MPa 增加为30.9 MPa。

表4　混凝土配合比

表5　混凝土配合比

2.2沙石、砖的利用

随着市场的发展，六盘水相关企业引入矿渣免烧砖技术，在矿渣中加入一定量的水泥等胶凝材料及外加剂，经过搅拌成型和蒸汽养护制成的砖[6]。生产出矿渣免烧砖其强度可较佳，可使用于普通房屋建筑和地下建筑，也可用于生产人行道板砖、草坪砖、路面砖、路沿石、广场砖、护坡砖。矿渣作砂子,是矿渣经过烘干、粉磨后还可以代替砂子，在建筑工程中得到应用[7-8]。并且，贵州省六盘水市是产煤及用煤量较大的地方，粉煤灰是火力发电厂和大型企业锅炉燃烧煤粉后产生的一种工业废料，它的堆积占据很大的土地面积，因此，我们的研究工作下一步是探索重矿渣与粉煤灰的综合利用。

2.3矿棉的利用

矿棉及其制品质轻、耐久、不燃、不腐、不受虫蛀等，是优良的隔热保温、吸声材料。由硅酸盐熔融物制得的棉花状短纤维，包括矿渣棉、岩棉、玻璃棉和陶瓷纤维等，我国一般只指矿渣棉和岩棉。最早从夏威夷火山口得到的矿棉，称为“法尔的头发”。以冶金矿渣或粉煤灰为主要原料者称矿渣棉。矿棉与粘合剂再经成型、干燥、固化等工序可制成各种矿棉制品，本文所指的是矿渣棉。

矿棉是以矿渣为主要原料,在熔化炉中熔化后获得熔融物,经进一步加工得到的一种白色棉状矿物纤维,具有质轻、保温、隔声等性能[9-11]。矿棉与聚苯乙烯泡沫塑料对比，聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为基料，加入发泡剂等辅助材料,经加热发泡而成的轻质材料。它具有质轻、导热系数小、吸水率低、耐水、耐老化、耐低温、易加工、价廉质优等优点。

随着国家对节能环保要求的重视，矿棉这一保温元老又在新的行业发挥重大的作用。在目前如火如荼的建筑保温中，矿棉的应用也是炙手可热，尤其是近几年以聚苯乙烯发泡板保温模式的火灾时有发生，建筑保温行业对于保温材料的选择一直很重视。矿棉由于保温效果可以又具有很好的不可燃性，在建筑保温行业中的使用越来越多，这就给实现矿棉生产的可行性提供了依据。在建筑节能中，矿棉的施工主要是两大类，一类是干挂，一类是粘贴，干挂主要是配套建筑外墙外挂玻璃幕墙、石材幕墙等，在龙骨中作填充保温材料。粘贴，是效仿聚苯乙烯板材的施工，由于矿棉板自重比聚苯乙烯板要重并且内部强度稍差，在施工中有必须要使用镀锌网做保护，并且要使用保温钉固定，对于自重较大的矿棉产品，还要考虑施工工序，避免自重过大导致的形变。

近几年来，矿棉由于保温效果好且具有很好的不可燃性，在建筑保温行业中的使用将越来越广泛。而矿渣棉开发的关键在于催化剂的开发。在相关研究工作[12-15]的基础上，我们提出新思想，希望探索新型、经济的催化剂便于合成高效能的矿渣棉。然而，该项技术在六盘水市还在起步阶段，没有自己成熟的技术，因此，需要加大力度进行探索，使得矿渣得到更加绿色环保、经济的利用。

3　结　语

矿渣是一种工业废弃物,但若能合理利用,它也是一种优质的“二次资源”[16]。对矿渣的充分利用，是变废为宝的思路。虽然我国目前对矿渣的利用率还比较低，且目前的利用中还存在一些问题[17]，如在利用矿渣制备无机胶凝材料时，如果养护不当，可能出现“泛碱”等问题。但随着人们对矿渣多种应用的研究越来越深入，矿渣的应用一定会越来越广，最终实现经济、环保和社会效益的和谐统一。

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[3]晏拥华, 陈彦翠. 水钢高炉重矿渣的应用研究[J]. 新型墙材, 2012(2):29-30.

[4]宋坚民. 探讨钢渣吸附二氧化碳的可行性[J]. 环境工程, 2010(8):214-215.

[5]王大刚. 粉煤灰混凝土技术经济性研究[J]. 建筑与结构设计, 2005(11):39-41.

[6]张则岗,王强. 钢铁厂工业废弃物的综合利用[J]. 新疆钢铁, 2002, 84(4):19-21.

[7]王旺兴,苏国臻. 利用重矿渣制造建筑用砂的研究[J]. 建材技术与应用, 2002(6):11-13.

[8]周志宏,陈勋,崔天生,等. 生产彩色混凝土瓦[J]. 彩瓦与路砖, 2003(6):42-43.

[9]毛艳丽,陈妍,王涿. 高炉渣制矿渣棉工艺及其产品应用[J]. 上海金属, 2014, 36(2): 50-51.

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[16]聂轶苗,牛福生,张锦瑞. 我国矿渣综合利用的现状[J]. 建材技术与应用, 2009(2):7-9.

[17]陈剑雄,肖斐,崔洪涛,等. 钛矿渣综合利用的研究[J]. 建筑石膏与胶凝材料, 2004(6):22-23.

Utilization of Steel-slag in Daye Steel Group*

SHI Jing1, XU Hui-jun1, ZHANG Rong-jiang1, XIAO Chun1, ZHANG Pei-hao2

(1 Department of industrial, Liupanshui Vocational and Technical College, Guizhou Liupanshui 553003;2MetallurgicalSlagIndustryDevelopmentCo.,Ltd.,GuizhouLiupanshui553003,China)

Circular economy is a kind of efficient utilization of resources and recycling as the core, with "reduction, reuse, recycle" principle, with low consumption, low emissions, high efficiency for basic characteristic, conforms to the concept of sustainable development mode of economic growth. Based on metallurgical steel group, taking the processing and use of heavy slag as an example, the characteristics of metallurgical steel group’s heavy slag were explained, and waste utilization was eventually produced, a new proposal of tentatively heavy slag utilization strategy from the angle of circular economics was put forward, and its feasibility, development and utilization strategy were carried on the preliminary discussion.

steel-slag; environmental protection; recycle economy; disposal and utilization

贵州省六盘水市配煤炼焦重点实验室(编号：52020-2014-1-05-03)。

施静(1987-)，女，讲师，从事催化剂制备及应用的研究。

TF09

A

1001-9677(2016)09-0016-03