国内外钢渣资源化利用现状及发展趋势

宋 赞

钢渣是炼钢过程中的副产品，其产量为粗钢产量的10%-20%。2018年我国粗钢产量9.28亿吨，产钢渣1.21亿吨。国外发达国家在钢渣利用方面已达到排用平衡；而国内钢渣相对利用率只有约25%，使用量有限（主要以回收金属铁做为烧结和高炉熔剂，做为炼钢添加料等钢厂内部循环利用方式为主）。目前约有70%的钢渣处于堆存和填埋状态，存在占用大量土地、环境污染、资源浪费等问题。

进入“十三五”，国家发展改革委和工业和信息化部把冶金渣，特别是转炉钢渣、电炉钢渣的综合利用作为重点，并对大宗固体废物的开发利用所涉及的新工程项目给予资金支持，评选各种示范企业和工业园区建设，产业政策也都在向钢渣开发利用行业倾斜。特别是2019年1月9日，国家发展改革委和工业和信息化部联合下发《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知》，吹响了推进冶金渣深度处理、高效利用的号角。

国外钢渣利用的研究开展比较早，为实现不同炼钢工艺钢渣利用最大化，国外钢铁企业和下游制造商紧密合作，拓展了多种类钢渣使用领域。其中日本钢渣有效利用率在95%以上，欧洲钢渣利用率也在90%以上，本文对日本、欧洲和国内钢渣的利用情况进行汇总分析，希望对我国的钢渣利用有指导和借鉴作用。

1.日本钢渣资源化利用情况

日本钢渣大部分是粉碎后磁选回收废钢，剩余尾渣几乎全部用于水泥、道路工程、混凝土骨料和土建材料等方面，其中，路基材料使用量达到了钢渣总量的30%。

1.1 复合路基料的开发

由于钢渣水硬性和单轴抗压强度都较小，不能直接作为上层路基料使用，因此，开发了将钢渣与混凝土再生料结合的复合路基料。通过运用混凝土再生料未反应水泥的再硬化特性，混凝土再生料的碱性刺激导致渣潜在水硬性早期显现，而实现钢渣混合物性值稳定。日本北九州市土建工程材料，按混凝土再生料45%、钢渣30%和高炉渣25%的比例配合，开发了具有与常规HMS25同等性质的复合路基料。

1.2 修复海域环境

钢渣中含有CaO，利用钢渣固化作用，可将封闭性海域营养富化的磷元素变成磷灰石，从而增强海域的强度。钢渣中含有大量海藻生长所需的二价铁(FeO)和SiO2，可将钢渣作为在营养贫化海域制造海藻场的基质材料和肥料。

钢渣可用来抑制富营养物的产生，改善海域水质和水底状况。钢渣呈碱性并含有铁，具有抑制沉积在封闭型海域中淤泥状水底的硫化物还原为硫化氢的功能。同时，还抑制硫化氢造成的氧消耗，防止海底缺氧。JFE钢铁公司、新日铁住金等钢铁企业已经采用了此法改善日本近海。

利用钢渣造人工礁由JFE钢铁公司成功开发，将钢渣粉碎回收部分废钢铁后，通过喷吹CO2与尾渣中CaO反应形成CaCO3带孔块状物，将其沉入近海海底，海藻类附在带孔渔礁上生长，有利于改善海洋生态环境，该法现已在日本近海推广。

1.3 制造肥料

新日铁住金公司生产的炉渣供给肥料厂作为钙肥、磷酸肥及含铁的特殊肥料的原料，将炉渣肥料应用于农业生产既提高了产量又改良了土壤。因为钢渣除含有钙、镁、硅酸、氧化铁、锰、硼等多种元素，还含有能立刻显示出效果的碱性成分钙和缓慢生效的碱性成分磷酸钙，与普通肥料相比，具有持续改良酸性土壤的效果。

2.欧洲钢渣资源化利用情况

欧洲的钢渣资源化利用目前重点在建筑和建材行业，在水泥、混凝土、路面和建材制品中的广泛应用是发展方向。钢渣在德国的利用情况最具代表性。在德国，减少废弃堆放的钢渣量是钢铁工业发展目标之一，有关企业、科研机构都在积极开发钢渣深度加工和质量控制技术，研究拓宽钢渣的应用领域。

2.1 建筑材料应用

钢渣作为建筑材料广泛应用于土木工程、水利工程及铁路工程等，安定性是应用领域最重要的指标。对于安定性好的钢渣，德国采用超慢冷却，获取了直径为100mm-500mm的粒度，满足了水利工程所需的粗粒径。

德国莱歇（Loesche）公司在比利时沙勒罗瓦（Charleroi）开展钢渣处理项目，生产高性能新型建筑材料-碳化石/砖（Carbstone）。该项目用破碎机对钢渣进行预处理，随后使用改进的莱歇磨机对钢渣进行研磨，生产超细矿物添加料，同时回收高纯度金属。超细矿物添加料与水和添加剂混合搅拌成型，然后经高压蒸压碳化处理后得到建筑材料。

2.2 废水处理和填料处理应用

钢渣具有良好的过滤性能，对废水中的杂质颗粒、溶解性有机物和部分重金属具有良好的去除作用。钢渣因含有75%的碱性氧化物显碱性，同时钢渣经粉磨后表面积较大，决定了钢渣可以通过化学反应和吸附作用处理废水中的污染物。所以，钢渣应用在重金属离子废水、有机染料废水、无机非金属废水处理方面有很好的效果。

在欧洲，钢渣用作填料强化人工湿地脱氮除磷效果，小型垂直流人工湿地分别以钢渣和传统材料砾石作填料处理生活污水，见表1。用钢渣作填料处理的水质明显好于砾石，钢渣对磷元素的吸附效果尤其明显。

表1 钢渣和砾石填料的处理效果

3.国内钢渣资源化利用情况

3.1 钢渣的内部循环利用

3.1.1 回收金属铁。通过破碎磁选筛分工艺回收各种粒度的金属铁是大部分国内中小型钢铁企业利用钢渣的主要手段，其余钢渣则外卖或堆存渣场。

3.1.2 烧结熔剂。烧结矿中配加钢渣代替熔剂，不仅可回收钢渣中的残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分，而且可以提高烧结矿的质量。烧结矿中适量配入钢渣后，能使结块率提高，粉化率降低，成品率增加；再加上水淬钢渣疏松、粒度均匀、料层透气性好，也有利于烧结造球及提高烧结速度。此外，由于钢渣中Fe和FeO的氧化放热，节省了烧结矿中钙、镁碳酸盐分解所需要的热量，使烧结矿燃料消耗降低。高炉使用配入钢渣的烧结矿，尽管铁品位略有降低，炼铁渣量略有增加，但由于强度高，粒度组成有所改善，高炉操作顺行，焦比有所降低。我国首钢、马钢、太钢、沙钢唐钢、河钢邯钢等钢厂均利用钢渣做烧结矿熔剂。

3.1.3 高炉熔剂。国内一些钢铁企业将钢渣做熔剂应用于高炉冶炼，实践证明钢渣做高炉熔剂主要优点：1）回收利用了渣中大量的金属铁，减少了烧结矿和石灰石用量；2）太钢、美国内陆钢公司等企业的实践证实：钢渣中因含有较多的Mn和MnO，能使高炉的流动性和稳定性变好，不仅提高了料柱的透气性，还能使高炉的脱硫能力提高3%-4%；3）经济效益好。国内马钢、太钢等高炉大量应用转炉钢渣做熔剂，取得了良好的经济效益。

3.1.4 炼钢添加料。转炉炼钢使用含磷较低的高碱度返回钢渣并配合使用白云石，可以使炼钢成渣早，减少初期渣对炉衬的侵蚀，有利于提高炉龄，降低耐火材料消耗，同时可替代部分萤石。钢渣中含40%-50%的CaO、6%-10%的MgO等，利用钢渣中的残钢、氧化铁、氧化镁、氧化钙、氧化锰等有益成分，通过适当的工艺，合理地将钢渣返回转炉利用，可有效促进转炉冶炼过程的前期化渣，降低辅料的消耗，达到增加效益的目的，而且钢渣的返回利用不会对钢水质量发生负面影响。

3.2 钢渣的外部循环利用

3.2.1 钢渣微粉。钢渣微粉是钢渣经过加工、筛选、干燥后磨细并掺加适量的外加剂加工混合而成的产品。研究表明，在混凝土搅拌过程中掺加适量的钢渣微细粉取代部分水泥，可以提高其结构的致密度和力学强度，这一稳定可靠的性能已被上海宝冶钢渣公司在道路、场坪、制品等多方面广泛应用。而且掺钢渣微粉可使混凝土抗冻性能大幅提高，当钢渣微粉掺量质量分数为10%时，其抗折强度比普通基准混凝土提高约30%，脆度系数降低30%，耐磨性能提高13%以上。

3.2.2 道路工程或回填材料。钢渣因其容重大、强度高、硬度大、耐磨性能好等特性，被广泛应用于道路工程中。钢渣在铁路和公路路基、工程回填、修筑堤坝、填海造地等工程中使用，国内已有相当广泛的实践，例如北京国家体育馆在工程施工过程中就大量使用了钢渣作为回填材料，回填的钢渣全部来源于首钢炼钢过程中废弃多年的炼钢剩余渣。经过加工处理后的钢渣按照试验配比与少量水泥及其他辅料配制而成，其密度、含水率、放射性等各项技术指标均符合国家规范要求。国家体育馆建设工程使用大量钢渣作为回填材料的施工经验，为钢渣作为回填材料进行地基处理提供了宝贵的经验。

3.2.3 钢渣沥青混凝土。根据钢渣属于碱性集料、具有多孔的物理特征，通过特殊方式破碎，经过试验和优化与沥青的配比设计，研制出劈裂强度比高、残留稳定度大、抗车碾等物理性能好的钢渣沥青混凝土，试验结果表明，钢渣沥青混凝土具有良好的热稳定性、水稳定性和抗滑性能，对提高我国沥青路面的耐久性和降低工程造价发挥了极为重要的作用。此外，钢渣也可以用于沥青混凝土的骨料，以代替石质骨料，节省自然资源（石材），提高钢渣再生利用的经济价值。

3.2.4 农用肥料。钢渣中的钙、硅、磷等在冶炼过程中经过高温锻烧，其溶解度大大改善，容易被植物吸收，可用作有速效又有后劲的复合矿质肥料。目前，我国有钢渣磷肥和钙镁磷肥。衡量用作磷肥的钢渣质量，取决于有效P2O5含量，在炼钢过程中，提高有效P2O5的含量是提高钢渣磷肥质量的关键。马钢生产的钢渣磷肥不仅在酸性土壤施用效果好，在缺磷的碱性土壤上施用也可获得增产，不仅在水田施用效果好，在旱田肥效也有作用。

3.2.5 废水处理吸附剂

钢渣具有比表面积大、疏松多孔且在水溶液中易水解电离出Ca2+、Fe2+、OH-、羟基化基团SOH等性质，能很好地去除废水中重金属离子，且效率较高。国内曾有钢渣对铜、铅、铬、锌、砷等重金属离子和有机物吸附特征以及钢渣改性吸附性能的报道。

3.2.6 制备微晶玻璃等陶瓷产品。微晶玻璃由于具有机械强度高、耐磨损、耐腐蚀、电绝缘性优良、介电常数稳定、膨胀系数可调、热稳定和耐高温等特点，广泛应用于光学、电子、宇航、生物等高新技术领域作为结构材料和功能材料外，还可大量应用于工业和民用建筑作为装饰材料或防护材料。利用钢渣制备性能优良的微晶玻璃对于提高钢渣的利用率和附加值，减轻环境污染具有重要的意义。我国这方面研究起步较晚，但已经取得了较大的进展。据报道，湖南大学、武汉理工大、华中科技大学等已利用钢渣成功研制出性能优良的建筑微晶玻璃。

3.2.7 钢渣高附加值利用。钢渣的高附加值利用是近年来钢渣利用研究的热点。该类研究针对钢渣含有多种有价组分的特点，将其材料化，制备成具有特定功能的材料，如利用其制备锂离子电池阳极材料、制备水处理剂等。这类研究将有效拓展钢渣高附加值利用的途径，大大提升其利用的附加值。

4.结语

（1）从国外钢渣应用情况可知，钢渣资源化利用呈现多元化趋势，各国结合钢渣实际成分和性能等情况，开发了独具特色的钢渣产品。日本主要将钢渣应用于复合路基料、海洋领域、净化材料和工业化肥等，欧洲将钢渣应用在建筑材料、废水处理和填料处理等行业。

（2）在现行钢渣利用模式下，国内钢渣资源化技术的开发及应用取得了一定的成绩，在一定规模上实现了钢渣的有效利用。但是，总体而言，我国钢渣的利用率还不高，钢渣稳定可靠应用还存在制约因素。例如钢渣作冶金原料时，由于钢渣成分波动大，给生产控制带来一定的困难；钢渣作建筑材料时，由于钢渣的膨胀性，不能完全代替水泥；钢渣磷肥由于应用成本太高，难以推广；钢渣作废水处理吸附剂尚难投入实际工业应用；钢渣制备微晶玻璃还停留在研究阶段。

（3）随着钢铁工业绿色循环发展，钢渣应用领域也在不断调整。今后钢渣应用将更加突出高质量和绿色环保的特性，并向大宗量、多途径、高附加值利用方向发展。

参考文献略