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上期內(nèi)容主要討論了鋼渣資源化利用的現(xiàn)狀、可能性及途徑，預(yù)處理的必要性及鋼渣的一次處理工藝，本期內(nèi)容將繼續(xù)深入解析鋼渣的二次處理，并以專業(yè)視角進(jìn)行行業(yè)前瞻。

下 篇：鋼渣的二次處理

鋼渣經(jīng)一次處理后需要再進(jìn)行二次處理，以使鋼渣達(dá)到合適的粒度并回收其中鐵資源。目前回收尾渣中鐵及氧化物的方法主要包含三種：磁選、還原和氧化[6]。還原法是利用高溫下無機(jī)碳的還原作用將鋼渣中氧化亞鐵還原成單質(zhì)鐵，但整個過程需要較高溫度，同時會產(chǎn)生溫室氣體；氧化法是將鋼渣內(nèi)部的非磁性FeO轉(zhuǎn)化成磁性Fe₃O4的工藝，僅是新的研究方向，暫時無法工業(yè)化應(yīng)用[6]。也有鋼渣重選和浮選的技術(shù)，但磁選是主導(dǎo)工藝[2]。

鋼渣磁選生產(chǎn)線的產(chǎn)品主要是渣鋼和磁選粉，前者返回?zé)掍撚?，后者返回?zé)Y(jié)用，渣鋼又分為大塊渣鋼及粒鋼。渣鋼和磁選粉的粒級和品位是有要求的，但不同鋼廠的冶煉要求不同而有所區(qū)別，但設(shè)定的產(chǎn)品方案要求盡可能的選出鐵，盡可能的保證渣鋼和磁選粉的品位。目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)一般要求返回?zé)掍摰脑揟Fe大于80%，返回?zé)Y(jié)的磁選粉TFe大于40%。至于粒度要求，一般而言，渣鋼粒度大于30mm、顆粒鋼粒度5~30mm、精礦粉粒度不大于8mm，尾渣粒度小于10mm。尾渣也可進(jìn)一步深加工，如生產(chǎn)鋼渣粉等。

基于以磁選為主導(dǎo)選鐵手段的鋼渣二次處理工藝主要包括渣鋼鐵回收工藝、渣鋼提純工藝以及鐵精粉提純工藝等。風(fēng)淬法、水淬法、?；喎ê蜐L筒法處理后的鋼渣，由于粒度不大，一般經(jīng)脫水后直接磁選回收其中渣鋼，不再進(jìn)一步破碎或只做簡單破碎；熱悶法和熱潑法處理后的鋼渣，由于粒度較大，需進(jìn)行多級破碎、篩分和磁選。較早期的鋼渣二次處理工藝主要為簡單的破碎和篩分，目前都已升級為多級破碎、多級篩分和多級磁選，例如梅鋼升級為3破7選5篩分[7]，太鋼為2破6選3篩分等[8]。破碎、篩分及磁選應(yīng)該根據(jù)一次鋼渣處理的情況進(jìn)行靈活調(diào)整。

鋼渣處理工藝經(jīng)常設(shè)置磨制環(huán)節(jié)，例如文獻(xiàn)[9]和[10]中。這是因為鋼渣中的渣鋼分離是比較困難的，尤其對于細(xì)粒鋼渣，包裹有微細(xì)粒的金屬鐵或與金屬鐵連生的浮氏體及具有一定磁性的鐵酸鹽易進(jìn)入磁性分離物中[11，12]，導(dǎo)致磁性分離物中鐵品位的降低，因此對于細(xì)顆粒需要進(jìn)行磨制使其單體解離，盡可能地回收利用鋼渣中的金屬鐵。

例如，單純采用破碎機(jī)，即使把鋼渣破碎到5mm粒徑以下，也很難實現(xiàn)渣鋼有效分離，且選出的精礦粉品位一般低于45%。若在工藝中加入磨制工序，如自磨、棒磨或球磨，在相同粒徑條件下，通過合理的磁選過程，基本可以獲得TFe 80%以上的粒鋼、品位55%以上的精礦粉金屬鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%的尾渣。

渣鋼鐵回收技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。例如，某鋼廠處理熱悶后的鋼渣，年處理規(guī)模45萬噸，悶渣粉化率：10mm以下占65%，渣產(chǎn)品含水率：6~10%，水耗：每噸鋼渣0.4噸水，電耗2.35度/噸。熱悶后的鋼渣二次處理后產(chǎn)渣鋼2.5萬噸（銷售價格2500元/噸，單位成本751元/噸），富集磁粉2.8萬噸（銷售價格500元/噸，單位成本292元/噸），尾渣36萬噸（銷售價格13元/噸，單位成本292元/噸），含上鋼渣資源費和企業(yè)增值稅后，年效益高達(dá)3341萬元。

幾個典型的二次處理工藝流程圖見下。

圖1中冶顎式破碎+棒磨流程圖[10]

圖2濟(jì)鋼顎式破碎+錐式破碎流程圖[13]

圖3首鋼顎式破碎機(jī)+圓錐破碎流程圖[14]

鋼渣的破碎、磁選篩分工藝流程是回收渣鋼的最基本流程，所用的破碎機(jī)包括顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)和雙輥破碎機(jī)等，磁選機(jī)包括跨帶式磁選機(jī)和電磁鐵式磁選機(jī)，篩分設(shè)備包括格柵、單層及雙層振動篩等。

延伸閱讀：

院長論壇|鋼渣資源化利用預(yù)處理工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(上)

其中幾個關(guān)鍵設(shè)備有：

1)破碎機(jī)

一般選用液壓顎式破碎機(jī)作為一級破碎設(shè)備。早在上世紀(jì)八十年代我國引進(jìn)了德國KHD公司的成套設(shè)備，其核心設(shè)備就包括帶有液壓保護(hù)的顎式破碎機(jī)，應(yīng)用于鞍鋼和首鋼。目前，其國產(chǎn)化設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用成熟，有二十多年的使用歷史[9]，完全可以取代國外進(jìn)口設(shè)備。此種破碎機(jī)的選型需要考慮物料的最大給料粒度、給料量和排料粒度等指標(biāo)綜合考慮。如果采用兩級顎式破碎機(jī)，一般一級進(jìn)料口尺寸用400mm×600mm，二級用250mm×400mm。

顎式破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)都具有破碎效率高、處理量大、損耗低、維護(hù)簡便的特點，不同的是圓錐破碎機(jī)一般用于中破或細(xì)破，破碎比較大，出料粒度更加均勻。圓錐破碎機(jī)選型時應(yīng)注意是否采用了液壓調(diào)整排料口以及設(shè)置自動保護(hù)系統(tǒng)，以便一旦有鐵件等不可破碎物進(jìn)入破碎腔時，可自動調(diào)節(jié)動錐將其排出。

2)磁選機(jī)

磁選機(jī)有電磁自卸式除鐵器、磁滾筒、單輥雙輥磁選機(jī)及帶磁機(jī)等，每種設(shè)備都有其適用的場合。由于帶磁機(jī)的磁場強(qiáng)度、帶速、懸掛高度及角度可方便調(diào)整，以適應(yīng)不同的粒徑、品位及含水率的鋼渣，因此成為鋼渣二次處理的核心磁選設(shè)備，其國產(chǎn)化亦已成熟。

3)棒磨機(jī)

棒磨機(jī)可以破碎剝離鋼渣，在磨礦過程中具有一定的選擇性磨碎作用，產(chǎn)品粒度均勻，過粉碎礦粒少，既可用于渣鋼的提純，也可用于鋼渣的破碎。用于渣鋼提純時可將粒級為10mm-80mm、TFe為50~60%的渣鋼的提純至TFe大于90%；用于鋼渣破碎時可將10mm-80mm的鋼渣破碎至10mm以下[9]。在應(yīng)用于上述兩種工藝時，棒磨機(jī)的型號及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如襯板、鋼棒）需要做相應(yīng)調(diào)整。

綜上，鋼渣經(jīng)過上述一次和二次處理，最后得到的尾渣粒度一般小于10mm，含金屬鐵含量在2%以下。若要制備鋼渣微粉（比表面積至少為400m²/kg），后續(xù)還需要經(jīng)過粉磨設(shè)備。目前，國內(nèi)外粉磨設(shè)備主要有管磨機(jī)、立磨、臥輥磨和擠壓磨等，高效節(jié)能的粉磨設(shè)備是國內(nèi)外設(shè)備廠家研究開發(fā)的重點。任何設(shè)備的產(chǎn)生都是針對某種物料的性質(zhì)和加工細(xì)度而設(shè)計的，一種設(shè)備不可能適應(yīng)硬度不同、易磨性不同和細(xì)度要求不同的物料的生產(chǎn)。鑒于篇幅所限，鋼渣磨細(xì)粉工藝和設(shè)備不在此文中論述。

除了以上提到的鋼渣處理常規(guī)技術(shù)及其新發(fā)展，近年來也產(chǎn)生了一些全新的技術(shù)值得關(guān)注。例如，清華大學(xué)向蘭教授開發(fā)了一種基于納微米顆粒結(jié)構(gòu)與界面調(diào)控的固固分離技術(shù)[15]，采用了高選擇性化學(xué)藥劑，經(jīng)過浸泡、碾磨、磁選、多級沉降等步驟，溶解或軟化結(jié)晶顆粒之間的粘接物質(zhì)，實現(xiàn)不同成分結(jié)晶顆粒空間解離；這種高選擇性化學(xué)藥劑還會通過擇性改變某些結(jié)晶顆粒的表面特性來強(qiáng)化不同組分沉降性能差異，便于多級沉降完成分離，提高分離效率。與常規(guī)機(jī)械粉碎研磨相比，解離徹底，回收率更高，能耗大幅降低，適用于鋼鐵、冶金及化工行業(yè)所產(chǎn)生的固體廢渣的回收利用；山西大學(xué)廖洪強(qiáng)教授開發(fā)了一項專利技術(shù)[16]，采用全干法技術(shù)高效回收高溫鋼渣的余熱產(chǎn)生過熱蒸汽，回收金屬鐵資源之后，再利用超音速蒸汽粉碎技術(shù)，將鋼渣尾渣進(jìn)行超微粉化，制備耐磨顆粒料和超微粉體材料。所得的尾渣耐磨顆粒料可以制備人造彩砂產(chǎn)品，尾渣超微粉可以用于水泥和建筑材料、煙氣脫硫固碳劑、橡塑制品的功能填料以及金屬和建筑表面裝飾的功能涂料等，實現(xiàn)其高值化利用。其技術(shù)核心是高溫鋼渣余熱回收技術(shù)結(jié)合超音速蒸汽粉碎技術(shù)，具有全流程密閉干法加工，顯著的節(jié)能、節(jié)水和清潔生產(chǎn)特點，回收熱量和超微粉加工一體化，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)論及展望

1、通過破碎、磁選，回收各種粒度的廢鋼是我國大部分中小型鋼鐵企業(yè)利用鋼渣的主要手段，其主體工藝基本成熟，設(shè)備已經(jīng)全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，各企業(yè)亦能根據(jù)實際情況對工藝進(jìn)行靈活調(diào)整優(yōu)化，以滿足廢鋼回收率和尾渣品質(zhì)要求等關(guān)鍵指標(biāo)，其盈利水平一般較好；

2、我國鋼渣資源的利用方向包括鋼鐵企業(yè)的內(nèi)部循環(huán)和外部循環(huán)，后者主要是生產(chǎn)鋼渣微粉、用于公路材料、制磚、制微晶玻璃、制巖棉、處理廢水、改良土壤等。雖然鋼渣綜合利用的方法較多，但到目前尚未找到大規(guī)模資源化利用鋼渣資源的有效途徑，鋼渣“零排放”成為我國鋼鐵行業(yè)的難題，大量堆存的渣場，造成資源的浪費和環(huán)境的污染；

3、鋼渣的資源化利用應(yīng)以消納鋼渣的巨大產(chǎn)量為目的，借鑒國外經(jīng)驗，應(yīng)著重放在兩個方向：一是建筑和建材行業(yè)，在水泥、混凝土摻和料、路面和建材制品中的利用，這方面不僅適用范圍廣，而且需求量大，能夠消化鋼渣的巨大產(chǎn)量；二是鑒于我國擁有海岸線1.8萬公里，且沿海鋼企分布較多，開發(fā)鋼渣新產(chǎn)品以應(yīng)用并改善海洋環(huán)境成為我國鋼渣大規(guī)模利用的又一個方向；

4、我國要實現(xiàn)鋼渣的大規(guī)模資源化利用，從研究角度講，一方面要繼續(xù)加大對鋼渣有效處理工藝的研究，如渣鐵分離效果，鋼渣穩(wěn)定性，早期活性，尾渣粉磨能耗，以及降低投資和運(yùn)行成本等，即在現(xiàn)有技術(shù)上不斷研究優(yōu)化，不斷擴(kuò)大工業(yè)應(yīng)用規(guī)模，這將會是一個艱難而漫長的過程；另一方面，行業(yè)亟需一種具有開創(chuàng)性的全新技術(shù)出現(xiàn)，以快速破解鋼渣利用難題；

5、當(dāng)前主流的鋼渣處理工藝使鋼渣顯熱全部喪失，因此，開發(fā)鋼渣?；耐瑫r達(dá)到回收余熱的工藝和設(shè)備，是實現(xiàn)鋼渣高附加值利用和鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗的最佳途徑之一和未來發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)

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【16】廖洪強(qiáng).高溫鋼渣余熱回收及尾渣資源化利用技術(shù)開發(fā)[C].鋼鐵冶金固廢綜合處理利用技術(shù)交流會文集,寧波,2018:85.

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院長論壇|鋼渣資源化利用預(yù)處理工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(上)

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