《院長(zhǎng)論壇》為一檔解析行業(yè)技術(shù)，前瞻行業(yè)發(fā)展的行業(yè)分析類欄目，所有刊發(fā)文章均為啟迪桑德各研究院院長(zhǎng)及專家供稿，以自身多年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析交流，以期以一己之力助力環(huán)保產(chǎn)業(yè)，以拋磚引玉之心，共謀技術(shù)發(fā)展。
固廢處置與利用為公司深耕領(lǐng)域，25年來始終積極探索，不倦鉆研。本期內(nèi)容將于此領(lǐng)域常規(guī)市政固廢基礎(chǔ)之上，繼續(xù)探討工業(yè)固廢，即鋼渣的資源化利用預(yù)處理工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，內(nèi)容豐富，干貨滿滿！
前 言
鋼渣是鋼鐵廠煉鋼過程產(chǎn)生一種典型的大宗工業(yè)固體廢物，根據(jù)目前國內(nèi)外煉鋼水平，其產(chǎn)量約為粗鋼產(chǎn)量的10%-15%[1]。在我國，2016年全國粗鋼產(chǎn)量超過8億噸，鋼渣產(chǎn)生量約為9000萬噸[2]，鋼渣累積總量近10億噸[3]，但其綜合利用率僅為22%[4]，這與工信部早在“十二五”規(guī)劃中就要求達(dá)到75%的綜合利用指標(biāo)、與部分發(fā)達(dá)國家在95%以上的綜合利用率相去甚遠(yuǎn)。
盡管研究人員已經(jīng)開發(fā)出了近40種有關(guān)鋼渣綜合利用的方法，但到目前尚未找到大規(guī)模資源化利用鋼渣的有效途徑，在國內(nèi)還是以回收廢鋼、磁選鐵精粉等鋼廠內(nèi)部循環(huán)利用為主，使用量有限，目前約有70%的鋼渣處于堆存和填埋狀態(tài)[1]。放置的鋼渣不僅浪費(fèi)了資源，嚴(yán)重占用了有限的土地，還會(huì)引起土壤、表層水和地下水污染等諸多環(huán)境問題，因此開發(fā)利用鋼渣十分迫切。
另外，于2018年1月1日起施行的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)稅法》明確規(guī)定，鋼渣屬于固體廢物稅目，稅額為25元/噸，同時(shí)，對(duì)露天堆存的鋼渣在雨季所造成的鋼渣滲濾液征收300元/噸的環(huán)保稅，這也引發(fā)了鋼渣處置成為現(xiàn)階段固廢處置的重點(diǎn)。
鋼渣資源化的可能性和途徑
鋼渣的資源屬性即成分決定了其可能的用途。鋼渣的主要成分為硅酸三鈣(C₃S)、硅酸二鈣(C₂S)、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇輝石、鐵酸二鈣、RO相（鐵、鎂、錳的氧化物）、游離氧化鈣（f-CaO）和游離氧化鎂（f-MgO）等，同時(shí)還含有10%左右的廢鋼資源。
鋼渣中含有CaO、Fe、MnO、MgO、Fe₂O₃等成分，可以作為鋼鐵燒結(jié)中的增強(qiáng)劑；含有一定數(shù)量的鐵酸鈣，能夠改善燒結(jié)礦的強(qiáng)度；轉(zhuǎn)爐渣中的鎂、鈣以固溶體形式存在，能夠代替部分菱鎂石、白云石、石灰石等熔劑。
鋼渣中含有10%左右的廢鋼資源，經(jīng)過破碎篩分磁選等處理后，可以分選出不同粒級(jí)的渣鋼和磁選粉，渣鋼可以返回?zé)掍?，磁選粉返回?zé)Y(jié)。
鋼渣中含有C₂S和C₃S，和硅酸鹽水泥熟料相同，是生產(chǎn)水泥的良好原料，也可以應(yīng)用于混凝土摻合料、干混砂漿等建材中。
鋼渣的主要成分包含CaO、Al₂O₃、SiO₂和MgO等，與傳統(tǒng)的建筑原料黏土、石英和長(zhǎng)石等天然礦物相似，可以制備陶瓷、微晶玻璃以及巖棉等。
鋼渣碎石的顆粒形狀、硬度和耐磨性都很適合道路材料的要求，可以用于道路的基層、面層及墊層，還可以用作工程回填。
鋼渣由于含有大量的堿性氧化物而顯堿性，因而可被用來通過化學(xué)反應(yīng)等作用處理廢水中的污染物，可被用來脫除煙氣中SO₂等酸性氣體。
鋼渣含有相當(dāng)數(shù)量的Si元素和Fe元素，經(jīng)處理可以聚合成具有良好性能的絮凝材料，在廢水處理中使用。
鋼渣中含有較高的Si、Mn、P及各種微量元素，可提供農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的營養(yǎng)元素，同時(shí)鋼渣中富含的CaO還能緩慢中和及改良土壤，因此可以做農(nóng)田肥料使用。
預(yù)處理的必要性
我國目前仍以長(zhǎng)流程轉(zhuǎn)爐煉鋼方式為主，占比90%左右，因此提高鋼渣利用率主要關(guān)注轉(zhuǎn)爐鋼渣的處置利用。結(jié)合國外鋼渣處置發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和我國的國情，建材化利用是規(guī)?；{鋼渣的主要途徑。然而，建材化利用面臨著以下問題：
1、鋼渣的穩(wěn)定性不良。鋼渣中的C₂S在鋼渣冷卻過程中，其晶型由β型向γ型轉(zhuǎn)變使體積增大。鋼渣中的f-CaO和f-MgO遇水發(fā)生水化反應(yīng)生成Ca(OH)₂和Mg(OH)₂，導(dǎo)致體積膨脹，若應(yīng)用于道路、建材等行業(yè)，會(huì)出現(xiàn)膨脹開裂現(xiàn)象；
2、鋼渣中金屬鐵含量高。金屬鐵的存在，造成磨礦難度和能耗的增加，對(duì)顆粒均勻性造成不利影響，另外，在使用過程中也較容易出現(xiàn)鐵銹現(xiàn)象；
3、受煉鋼工藝、鋼種特點(diǎn)、造渣制度等因素影響，鋼渣的成分復(fù)雜、波動(dòng)性大，造成其使用難度增大；
4、國內(nèi)在鋼渣分類（如脫硫渣、轉(zhuǎn)爐渣、鋼包渣）處理方面存在不足，是鋼渣利用率難以提高的關(guān)鍵因素之一；
5、鋼渣的密度大，壓實(shí)后堆密度超過3t/m³，是普通建材的1.2~1.4倍，導(dǎo)致鋼渣在運(yùn)輸和使用時(shí)的能耗要增加10%左右[1]。
上述問題中，最核心的是穩(wěn)定性和金屬鐵的回收問題。鋼渣應(yīng)用技術(shù)要求（GB/T32546—2016）中也明確提到：膠凝材料和骨料(集料)用鋼渣在使用前應(yīng)經(jīng)穩(wěn)定化和除鐵處理，其金屬鐵含量應(yīng)不大于2.0%(用于抹灰砂漿時(shí)其金屬鐵含量應(yīng)不大于1.0%)，且體積穩(wěn)定性合格。
為達(dá)到上述目的，通常采用兩次預(yù)處理法處理鋼渣：第一次處理主要為熱處理，使鋼渣穩(wěn)定化，第二次處理主要為破碎分級(jí)和最大限度的回收鐵。
鋼渣的一次處理
鋼渣的一次處理是把熱熔渣處理成粒徑符合一定要求的常溫塊渣，以有利于鋼渣的二次處理。目前國內(nèi)鋼渣一次處理主要工藝有：熱潑法、風(fēng)淬法、滾筒法、?；喎?、熱悶法等，其中熱潑法、滾筒法、熱悶法最為常用。表1綜合比較了各種工藝的特點(diǎn)。
冶金信息標(biāo)準(zhǔn)研究院曾統(tǒng)計(jì)過國內(nèi)129家大中型鋼企鋼渣一次處理數(shù)據(jù)，采用熱悶法的有59家，占比45.7%；采用熱潑法的改進(jìn)處理工藝“熱潑悶渣法”的有51家，占比39.5%；具第三位的是寶鋼的滾筒法，有10家，占比7.8%；采用水淬的1家，風(fēng)淬的2家，?；?家，其它4家。
鋼渣的一次處理各種工藝均有利弊，選擇何種處理工藝需要從鋼渣的特性以及終端利用方式、對(duì)處理后粒度的要求、項(xiàng)目的節(jié)能環(huán)保要求、項(xiàng)目投資大小等方面綜合考慮。例如，如果鋼渣的流動(dòng)性差，則不能使用滾筒法、風(fēng)淬法、水淬法和?；喎?，而盤潑法、熱潑法和熱悶法可以適用；如果從節(jié)能環(huán)保方面考慮，滾筒法和熱悶法較為適宜。
上篇完結(jié)，下篇待續(xù)。下篇將針對(duì)鋼渣的二次處理展開論述，對(duì)典型的工藝流程和設(shè)備、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行討論，還會(huì)對(duì)幾項(xiàng)新出現(xiàn)的技術(shù)進(jìn)行介紹。最后，對(duì)鋼渣資源化利用預(yù)處理工藝現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。敬請(qǐng)關(guān)注！
參考文獻(xiàn)
【1】趙福才,孔維明等.變廢為寶路漫漫[N].中國冶金報(bào),2015年2月5日第008版.
【2】史長(zhǎng)亮,尤培海等.鋼渣鐵礦物分選技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].礦產(chǎn)綜合利用,2016,5:1.
【3】肖敬斌,王延兵.永磁滾筒在鋼渣分選過程中的應(yīng)用與改進(jìn)[J].環(huán)境工程,2014,32(增):765.
【4】高本恒,郝以黨等.鋼渣綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].環(huán)境工程,2016,34(增):776.
【5】李冰,唐彪等.淺談鋼渣的綜合利用[J].建材與裝飾,2018,12:120.
原標(biāo)題:院長(zhǎng)論壇——鋼渣資源化利用預(yù)處理工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)(上)
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