冶金废固钢渣综合利用研究

石建红 广东华欣环保科技有限公司

我国是钢铁产量大国，固体废物钢渣产量也十分巨大。对固体废物钢渣中的铁、硅、钙、镁以及锰、铝、磷等的氧化物等进行处理，实现有效利用，在“双碳”目标下，是一件利国利民的大事，意义十分重大。本文分析了钢渣的主要成分、钢渣的处理方法，探讨了对冶金工业固体废物钢渣综合利用的有效途径，为工业固体废物利用提供有益借鉴。

1 冶金工业废物钢渣概况

钢铁工业是典型的能源、资源密集型工业。在钢铁生产中，需要消耗大量的水、煤、铁矿石，以及其它矿物质，还需要消耗大量的电力等能源，通过物理、化学反应，冶炼出有用的钢铁，同时产生大量固体废弃物，以及气体和液体废弃物。这些废弃物中的气体和液体可以通过现代处理技术，得到净化和二次利用，不会对环境造成重大影响。而固体废弃物由于数量庞大、成分复杂，必须要通过一定的技术处理，防止污染环境，同时实现变废为宝。

1.1 钢渣主要成分

钢渣是炼铁冶炼的副产品，主要由各种氧化物组成，有的还有其他相关的化合物和单质。由于冶炼方法的不同，钢渣的形态与成分也存在一定差异。有的地区因地质原因，还会存在一些别的物质，比如含硅、锰、铬等元素的化合物或单质。

1.2 钢渣的主要来源

钢渣成分复杂，主要来自铁矿石中原有的元素，在受高温、高热等环境的影响，而产生的氧化物，比如二氧化硅、二氧化锰、五氧化二磷、四氧化三铁等。同时，还有冶炼过程中添加的一些辅助材料、高温炉中的掉落的耐火材料，以及不慎带入的泥沙等杂质。

1.3 钢渣排渣目的

钢渣进行排渣处理的主要目的是通过技术手段，将钢中多余的有害物质予以剔除。同时，熔渣处于钢液的表面，可以保护钢液不会被其它有害物质侵蚀、不会将有益成分因高温等条件被减少，或者被过度氧化。

2 钢渣的处理与利用

2.1 钢渣的处理方法

钢渣的研究与利用缘起于冶炼技术的不断提升，但由于钢渣的成分会随着矿物的产地不同、冶炼条件不同等都会有较大的波动，这些都直接影响了钢渣的应用。

钢渣的有效利用是从20世纪70年代开始，率先从西方发达国家开始兴起，随后，世界各国都在研究如何更加高效地利用钢渣造福社会。根据钢铁协会统计数据显示，2020年我国钢渣的利用率已经达99.09%。

钢渣作为钢铁冶炼的副产品，成分复杂，需要通过一定手段变废为宝，否则，如果得不到及时有效的处理，将会占用大量土地资源，还会对环境造成严重污染。

为此，世界各钢铁大国都采取了较为科学的钢渣处理措施，取得了良好的效果。

通常情况下，多数是采用热泼法，通过降温冷却、破碎、分拣、回收利用等工序，使利钢渣得到有效处理和综合利用。

2.2 钢渣的利用

以前钢渣经简单破碎磁选回收废钢后，由于尾渣体积稳定性不佳、钢渣粉早期活性低、易磨性不佳等原因影响了其在水泥、混凝土中使用，主要用于工程回填或直接堆存、抛弃。近年来，随着技术水平的不断提升，特别是化学工程、冶炼技术水平的不断提升，钢渣综合利用成为一种热门行业，有的甚至是供不应求。通过推广应用钢渣热焖、滚筒渣等处理工艺，实现渣铁分离、游离氧化钙的消解，解决钢渣不安定性（易膨胀性）问题，有利于钢渣下一步的破碎磁选、尾渣的深度利用。

据不完全统计，钢铁企业自建的钢渣高效处理及破碎磁选处理能力达5100万t以上。处理后的钢渣采用“破碎-筛分-磁选-磁选后废钢回收”处理，废钢的回收率可达到85%以上。

钢渣被分离后根据成分不同往往会作为不同的原料，比如：有的将其用作烧制水泥等的辅助原料;有的将其用在混凝土建筑工地，提高其工程性能;有的则直接用作建筑工程填充料，比如公路、铁路等的路基填充料。总之，钢渣的用途越来越广泛，废弃的问题已经基本不存在。

2.3 钢渣的主要用途

钢渣根据成分的不同，可以用于不同的场所、场地。美国因其钢渣的成分特殊且冶炼工艺先进，将钢渣作为一种炼铁添加剂使用，除去硅和磷外，其它物质基本得到了有效利用，完成循环利用，也提高了冶炼的质量，降低了生产成本，但也存在一定的焦比增加、冶炼效率变低等潜在风险。

其他欧美国家通常将处理后的钢渣暂存半年左右，有利于其各类性状相对稳定后再作为建设施工材料使用。其良好的性能被广泛应用于各类道路施工中，被加工成骨料，作为路基的重要组成原料，这种道路具有建设成本低、工程性能好、维护保养成本低等优点。由于钢渣中富含多种农作物生长所需的营养成分及微量元素，欧洲一些国家也有将钢渣加工成肥料，应用于酸性土壤，有利于改善土壤环境，增加植物营养。同时，钢渣作为固体废弃物，也通常被用作平整土地的重要原料，被用于填海造地；有的还被用作生产建筑材料如砖、瓦、砌块等。

我国和日、德等国也会将钢渣作为生产水泥辅助配料，有的作为熟料水泥的配料，有的将其作为水泥生料来使用，既可以使钢渣得到充分利用，同时又可以有效节约资源，最大限度地发挥钢渣的效用。

3 钢渣综合利用的路径

钢渣作为炼钢的废弃物，一直是钢铁企业必须认真面对的问题。据中国废钢铁应用协会统计的数据显示，“十三五”期间，我国钢铁企业平均废钢比为18.8%，我国每年产生的钢渣超过4亿t。

根据“十四五”规划，2025年钢铁渣的综合利用率要达到85%，其中高炉渣的综合利用率达到95%，钢渣的综合利用率达到60%，钢铁资源化利用任重而道远。这些钢渣如果得不到有效的处理，既会占用大量土地，也会污染环境，因此，必须要高度重视钢渣的综合利用，实现钢渣变废为宝。

3.1 作为冶炼原料

由于钢渣中富含铁，可以通过技术手段，比如磁选后可以回收各类废钢，并作为冶炼的原料，进一步节约了成本、提高了资源利用率。

对于含铁量较高的钢渣，通常进行进一步的筛选，回收后作为冶炼钢铁的原粮；对于含钙较高的钢渣可以替代部分石灰石作为相关配料，提高烧结质量和速度；对于含镁、铬较高的钢渣可以作为助熔剂，提高提高冶炼效率，节约冶炼成本，从而可以有效降低出渣量。

3.2 道路工程辅料

3.2.1 用于水泥及混凝土掺合料

钢渣含有大量钙铁铝等化合物，这些物质是现代水泥生产的必须原料，而且具有良好的性能，因此，钢渣可以作为生产水泥的辅助配料，应用于生产熟料水泥，同时可以作为相关的掺合物，增强水泥的抗压、耐腐、防冻及刚度等性能。这些也都有效降低了水泥的生产成本，提升了性能，又有效减少了渣量，达到了双赢的目标。

3.2.2 替代碎石和细骨料

钢渣由于含有钢铁及钙硅铝等，具有良好的导电性，强度、硬度、稳定性等物理特性良好，因此较普通碎石而言具有更好的性能，比如可以耐高低温、粘合性能好、渗排水性能强等，可以作为各种道路如铁路、公路、机场等的道渣材料，以及坑塘的填充物等，已经在实践中被广泛应用，既解决了钢渣数量多的问题，又为各类基础设施建设提供了很好的原材料。

3.3 作为新型建筑材料

钢渣所含物质众多，性能独特，可以经细磨后，与其它物质混合制作新型混凝土，这种新型混凝土细粉颗粒小、表面积大，稳定性高、胶凝性强，因此，具有良好的抗渗、抗折、抗疲劳等特性，可以用于一些特殊场所的建设。

特别是充分利用钢渣微粉与高炉矿粉相互间的激发性，通过添加适当的混合剂，可以进一步优化颗粒间的结构，从而制造出性能各异的新型建筑材料，满足特殊环境的需求，比如应用于海洋工程、人防工程、坑道工程、海岛工程、水利工程等。

由于钢渣中普遍存在钙镁氧化物，可以与二氧化碳发生碳化反应，从而在较短的时间内迅速得到硬化，一方面，由于与二氧化碳反应而减少了二氧化碳的排放量；另一方面，通过利用碳化反应，使得新型建筑材料的性能进一步得到优化和提升，实现了“双碳”双提升。

4 结语

在“双碳”目标下，综合利用好钢渣意义十分重大。本文分析了钢渣的主要成分、钢渣的处理方法，探讨了对冶金工业固体废物钢渣综合利用的有效途径。下一步，要重点在推广应用钢渣热焖、高效破碎磁选等处理技术，科学高效利用好钢渣，真正做到变废为宝，为实现“碳达峰、碳中和”作出贡献。