钢渣循环利用现状与展望

董福权 安宇坤 魏恒勇 周涛 马小茗 王健

摘要：钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，很多国家已经进行了钢渣综合利用研究，并取得一定进展。本文对钢渣循环利用技术进行总结，分析钢渣在建筑材料、土壤改良、高附加值应用等领域的循环利用途径，并探讨钢渣利用在今后发展中的趋势。

关键词：钢渣;循环利用

1前言

我国是钢铁大国，每年产生上亿吨的钢渣。钢渣的大量堆存、对环境造成污染的问题逐渐得到重视，目前已经在各个领域开展研究，经过“钢渣循环利用工艺”可以变废为宝，为钢铁工业绿色发展和国家循环经济提供支持。但我国钢渣综合利用率还比较低，特别是钢渣的安定性问题，严重影响其大宗利用，钢渣循环利用研究迫在眉睫。为了钢渣更加高效的综合利用，本文对现有的相关工作进行了总结，介绍了目前钢渣综合利用的现状，并进行对未来发展趋势的展望，为钢铁行业高效利用钢渣废弃物提供基础。

2钢渣预处理技术

钢渣的安定性较差，极大影响其使用，国外常采用蒸养法，将钢渣放置到压力罐中，利用高压蒸汽促进钢渣中的游离氧化钙和游离氧化镁反应，大大提高钢渣陈化速率，减少膨胀，提高安定性。我国早期预处理钢渣常用热泼法，但在提高钢渣安定性的同时，污染较大，在不断深入的研究后，开发出新的工艺方法如热闷法、风淬法等等[1]。钢渣辊压破碎-余热有压热闷技术利用钢厂余热，提高热闷压力，大大提高处理效率，并且能够达到环保、稳定、安定性高的需求，为后续钢渣的综合利用创造了便利条件。

3 钢渣利用途径

德国和日本较早开始研究钢渣的利用，并制定了一系列的标准[2]，通过多年研究，德国钢渣利用率能够达到九成，日本几乎可以全部利用，主要应用于路政、建材、土木工程、内循环等领域。在环境要求日益严格的背景下，为减轻钢渣对环境的影响，我国也大力开展鋼渣的综合利用研究，主要包括以下几个方面：

3.1路政工程

钢渣的耐磨性较高，同时因为含铁较高，具有较高的硬度，在经过预处理工艺后，安定性较好的情况下，可以作为路基材料。但由于其水化后强度较低，不宜作为上层路基材料，因此开发了将钢渣与水泥混凝土混合使用的复合路基材料，拓宽了钢渣大宗利用的途径。

3.2胶凝材料

对钢渣进行物相分析可知，钢渣中含有硅酸三钙、硅酸二钙等组分，具有一定的水硬性。由于钢渣的活性较低，可以采用物理激发和化学激发的方式，提高钢渣的水化硬度以提高其利用率。但需要注意的是，由于钢渣安定性较差，使用不合格钢渣的引发的工程事故较多，如构件结构开裂、墙面路面开裂等。

3.3内循环利用

钢渣中含有未除尽的铁约占十分之一，所有钢渣还能作为冶金原料，先经过磁选机将铁分选并进行回收再利用。由于钢渣中还含有硅、镁、钙、铝等组分，炼钢炼铁过程中还可将其作为烧结料，代替石灰石以节约成本，有利于烧结造球。

3.4制备微晶玻璃

目前国内外已经有多家企业实现利用钢渣生产微晶玻璃，也是国内外学者的重点研发方向[3]，可以充分利用钢渣中的有效成分如二氧化硅，与粉煤灰、赤泥、金尾矿等混合，制备性能优异的微晶玻璃。相比普通玻璃，微晶玻璃有更好的抗侵蚀性能、耐磨性能、抗热震性能、机械强度、化学稳定性等。

3.5制备土壤改良剂

钢渣微粉可利用与土壤修复，并且已经在多个国家试验成功[4]。钢渣中钙含量较高，可以作为土壤增钙剂，并且可以调节酸性土壤的pH值。利用钢渣中的二氧化硅及其他微量元素，可以有效改善土壤的各方面性能。

3.6制备多孔隔音材料

随着我国城市化发展，噪音污染也是目前的一大难题。利用钢渣制备无机纤维棉或发泡水泥等多孔吸声材料，很好的解决了有机物吸声材料高温易氧化分解、金属吸声材料成本过高的问题。

4钢渣应用存在的问题

4.1钢渣安定性控制

目前，钢渣主要用来作为水泥生产原料、路基材料以及替代骨料等，少部分用土壤改良，由于钢渣中游离氧化钙和游离氧化镁含量较高造成的安定性的问题，造成其无法大掺量利用于上述方向，需要解决钢渣中残留游离氧化钙和游离氧化镁引起钢渣膨胀和碱溶出现象[5，6]。

4.2钢渣余热回收利用

目前钢渣余热回收还没有实现全面工业化应用，钢渣余热回收存在瓶颈主要是因为钢渣所属的硅酸盐体系，当缓慢冷却熔渣时形成晶体相，快速冷却时形成非晶体相或玻璃相。另外，钢渣导热率相对较低，给回收熔渣余热带来了阻碍。随着绿色经济、循环经济的意识上升，钢渣余热回收利用也逐渐受到重视。

5结论

综上所述，虽然钢渣的利用途径较多，但如何大宗、无害化利用仍然是目前亟待解决的问题。在我国提出碳达峰、碳中和的背景下，钢铁行业绿色循环发展势在必行，所以对未来发展方向提出以下几点建议：

（1）深入开展提高钢渣安定性研究。建筑行业是大宗利用钢渣的一个重要途径，如能解决钢渣安定性不良的问题，广泛应用于建筑材料，尤其是结构混凝土中作为骨料或胶凝材料，将会极大加快钢渣的消耗。

（2）研究钢渣高附加值利用途径。目前钢渣的应用还停留在低附加值利用阶段，如能高效提取钢渣中的有价元素如锰、铬、钛等，不仅可以实现生态环境改善，还能提高钢铁行业利润，变废为宝。

（3）开展钢渣余热利用技术研究，在钢铁行业能源利用领域实现可持续发展。

现有钢渣处理技术仍存在局限性，如何完善工艺流程、加快钢渣综合利用是未来研究的重点。

参考文献

[1]高颖，王伟赫，陈萌，郭庆林，朱玉风.钢渣体积膨胀行为及改性方法研究进展[J].科学技术与工程，2021，21（33）：14040-14048.

[2]中国钢铁工业协会.钢铁行业2015-2025年绿色制造技术发展预测[C]，《钢铁行业2015-2025年技术发展预测报告》三业技术创新，2015（2）：1-7.

[3]高陟，任鑫明，马北越.钢渣高附加值利用研究现状[J].耐火与石灰，2021，46（04）：13-17.

[4]SorliniS.SanzeniA.，RondiL.Reuse of Steel Slag in Bituminous Paving Mixtures[J].Journal of Hazardous Materials，2012（209）：84-90.

[5]姚鑫，王俊刚.钢渣混凝土的研究综述[J].低温建筑技术，2021，43（08）：34-36+40.

[6]陈军召，殳哲君，刘喜华. 我国钢铁工业固废处理利用现状及展望[C]//中国环境科学学会2021年科学技术年会——环境工程技术创新与应用分会场论文集（四）.，2021：533-537.