钢渣处理工艺及综合利用分析

韩先会

摘要：在新时期，如何更好地调节工业经济发展、金属资源开采以及环境保护之间的关系，已经成为冶金工业亟待思考的问题。而综合利用理念的出现，为广大冶金企业开辟了一道现代化、可持续化发展道路，在面对钢渣等固体废物时，可以通过相关技术来实现其再利用，从而减少其对环境的危害。

关键词：钢渣;处理工艺;综合利用

引言

我国钢铁行业是环保意识觉醒较早的工业行业，环保工作一直走在工业领域的前列。从七十年代至今，钢铁行业的绿色发展历经了冶炼伴生产品处理、节能降耗和全面绿色化发展等3个阶段。钢铁工业绿色发展谋求的目标是资源的综合利用、短缺资源的代用、二次资源的利用，减缓资源的耗用;通过节能、节材、可再生资源和绿色能源的利用达到节能的目的。同时，减少废料和污染物的产生和排放，促进工业产品在生产、消费过程中与环境相容，降低整个工业活动对人类和环境的风险。

1.钢渣的主要构成及加工利用方法

转炉钢渣主要由CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5和f-CaO、f-MgO等组成，主要矿物相为硅酸二钙、硅酸三钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙、游离氧化钙（f-CaO）、RO（R代表镁、铁、锰的氧化物，即FeO、MgO、MnO形成的固熔体）等。因此，钢渣除铁后的尾渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）胶凝材料，也具有水化活性，是建材资源，具有较大的开发利用价值。另外，钢渣中含有8%～12%的铁资源（这里包含金属铁和可回收的铁氧化物，下同），将钢渣中的铁资源进行分离、富集，可实现钢渣的资源化和高附加值利用。2019年，我国的钢产量接近10亿t，钢渣中的金属铁约1000万t，因此钢渣加工回收铁是钢渣资源综合利用的关键内容。目前关于废物钢渣加工利用的方法主要有内循环运用（分选回收、烧结矿溶剂、炼铁溶剂等）、建筑运用（铺路材料、水泥等）、农业运用（肥料）等。所以，在综合利用视角下，相关企业还需依照以上加工利用方法来落实废物钢渣的处理工作，从而实现其循环与再利用的目标。

2.钢渣处理工艺

2.1钢渣热焖工艺

钢渣热闷工艺的反应机理包括物理变化和化学反应，受化学反应膨胀应力、相变应力以及收缩应力的共同作用，钢渣粉化，游离氧化钙大幅度降低，实现钢渣分离。1）增加渣罐数量，延长液态渣在渣罐当中的冷凝时间达到6h以上，基本保证倒罐时罐内全部为固态渣或有一定黏度的钢渣。2）重点关注翻渣过程，对存在液态渣较多的罐次，至少翻渣3次以上。每次翻渣做到深翻，大塊渣子用耙子打开，确保块状渣子小于400mm。延长两罐之间的翻罐时间，使钢渣充分降温。3）翻渣过程中有打不开的大块或钢块要清理出来，以免大块在渣子上方形成保护伞影响透水。4）对各闷渣坑的气动阀门进行了改进，闷渣过程中根据蒸汽情况及时调节气动阀门的开度，保证两个排气孔有蒸汽冒出，使闷渣坑内部始终处于正压状态，确保闷渣效果。5）水系统增加了冷却塔，大大降低了喷淋水的温度，较少了闷渣打水时间。6）焖渣打水时间控制在8～10h，前1h根据蒸汽量适当调整水量，之后按60m3/t打水，使钢渣充分与水结合，减少了钢渣板结，总用水量控制在400m3。

2.2钢渣二次处理加工工艺

钢渣二次处理的主要目的是实现钢渣中的渣、铁分离，从而提高钢渣处理产物的附加值。采用简单破碎、磁选工艺可以将钢渣进行初步处理，但生产出的渣钢品位仍然较低、产品附加值不高，其原因是由于渣、钢分离较为困难，导致选出的物料磁性物料品位较低，需要进行磨制再加工，从而将品位较低的渣钢经过分离、磁选成为品位较高的粒钢、矿粉磁选粉并同时产生含铁品位较低的尾渣。针对渣钢品位低的问题，中冶建筑研究总院有限公司研发采用棒磨机对渣钢进行破碎、剥离和提纯。具体过程是：经热闷后的钢渣，待钢渣初步晾晒，经过中转堆场的晾晒后，用装载机将热闷后的钢渣上至地坪筛或振动给料筛上，>150mm的钢渣落至钢渣槽，<150mm的钢渣转送至皮带机，经皮带机运至加工线进行加工处理，皮带上方通过除铁器选出<150mm的钢渣。钢渣经皮带机进入粒径规格尺寸为8mm的振动筛进行筛分，筛上>8mm的钢渣经过皮带机、给料机等设备进入1～3号棒磨机进行解离，经棒磨机排出的物料分别进入3台粒径规格尺寸为8mm的振动筛进行筛分，筛上>8mm的钢渣经过除铁器磁选出8～150mm钢渣，其余部分循环进入棒磨机，筛下<8mm钢渣进入双辊磁选机磁选，磁性部分进入0～8mm磁选粉仓或进入磁选粉堆棚储存，非磁性部分进入0～8mm尾渣仓或进入尾渣堆棚储存，尾渣仓下方设置输送皮带转运至钢渣粉生产线的转运站。经过该工艺生产出了铁品位>85%渣钢，可直接返回炼钢，产生的磁选粉铁品位>40%，可直接返回烧结使用。另外，尾渣中金属铁含量<2%，自有氧化钙含量<3%，满足后续利用要求。

3.钢渣的综合利用方向

3.1冶金流程方面的利用

钢渣里面含有诸多可利用元素，如铁元素、锰元素等，其中的游离氧化钙以及氧化镁含量也较多，是白云石等无法比拟的，而且部分成分还能够让高炉渣黏度降低，进一步优化冶金生产，所以，在综合利用视角下，将废物钢渣利用与冶金流程之中有着较高的可行性。首先，对废钢以及钢粒进行分选回收。在钢渣当中，通常有着10%左右的渣铁或者废钢，它们在经过破碎、筛选等技术处理之后，可实现高达90%的回收利用。其次，炼钢返回渣。转炉炼钢期间，需要大量地返回钢渣，将它们与白云石进行配合使用，可以有效降低炉衬侵蚀，让炼钢更早地成渣，而且还能够让耐火材料的消耗量得到极大程度降低。再者，高炉炼钢溶剂运用。高炉通常需要加入石灰来进行炼钢，这一过程中，可将钢渣粉作为溶剂，对其内部的氧化钙加以运用，同时依托其他一些成分来降低炼钢溶剂的使用量，进一步保证生产效益。需要注意的是，钢渣自身的成分波动性较强，所以要结合其具体情况来进行合理使用。此外，烧结溶剂方面的运用。进行烧结矿生产时，往往需要用到石灰石，通常转炉渣当中含有40%～50%左右的氧化钙，如果把钢渣粒径处理到10mm以下便可代替石灰石，然后当作烧结材料来运用，将其中的有益成分进行回收，同时使得烧结料层在透气性、有效性等方面得到进一步增强。与此同时，由于钢渣中是没有磷元素的，所以，它的运用也能够有效抑制烧结矿风化现象，实现强度与质量的提升。

3.2钢渣在建筑材料领域的应用

钢渣的主要化学成分与水泥相似，且具有强度高、密度大、耐磨性强等特征，可制作水泥和混凝土等建筑材料。如利用碳化钢渣生产钢渣砖、以钢渣为掺合料的新型混凝土等，不仅可以降低建筑材料的生产成本，而且对于水泥和混凝土的质量都有很大改善。利用钢渣、再生骨料等对透水混凝土进行了研究，发现在建筑再生骨料中掺入钢渣后，可降低胶凝材料的水化热，混凝土的后期强度、碳化深度、收缩率及氯离子渗透系数普遍提高。

结束语

在新时期，冶金工业在发展的同时，也要结合国家相关政策要求，兼顾资源综合利用以及环境保护等工作。钢渣等固体废物排放一直以来都是冶金工业发展中亟待处理的问题。随着综合利用技术的不断发展，冶金工业已经开启了固体废物的综合利用大门。然而，就现实情况而言，我国在冶金工业废物利用水平以及技术方面仍然有待进一步提升。对此，广大冶金企业有必要积极参与其中，不断通过固体废物的实践综合利用来实现行业的可持续化发展，为我国工业的现代化发展奠基。

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