国内外钢铁企业固体废弃物资源利用及技术新进展
2006-08-02 00:00 来源： 我的钢铁
钢铁联合企业生产过程中产生的固体废弃物主要有铁渣、钢渣、尘泥（包括除尘灰、氧化铁皮）、粉煤灰及废耐火材料、垃圾等。固体废弃物量大、面广，如对其进行资源化利用不仅可获得好的效益，同时也解决了环保难题。我国钢铁企业经几十年的努力，在这方面已取得了很好效果，废弃固体物的利用率都已达到80%以上，但基本上还停留在简单的、低附加值利用水平。为提高固体废弃物利用率和提高其利用价值，近年来国内外都在不断进行这方面的探索和研究，并已取得了新进展，为固体废弃物的利用开辟了新途径。
本文就国内外钢铁企业部分固体废弃物资源化利用技术的新进展作一介绍，希望在开展这方面工作时能有所借鉴。
一．传统固体废弃物的处理技术和综合利用
（一）高炉渣
国外发达国家对高炉渣的利用已达到100%，我国除个别企业由于原矿中含有特殊元素不能全部利用外，普通高炉渣的利用率也都达到95%以上。采用水淬工艺处理高炉渣是高炉渣最为普遍的处理技术并沿用至今。对于部分高炉重矿渣的处理，主要采用冷却、破碎、磁选、筛分，最后加工成碎石的处理工艺。高炉渣的主要用途有：生产矿渣水泥、矿渣砖、混凝土制品、替代普通砂和碎石用于工程建设、生产膨胀矿渣作轻质混凝土制品和防火隔热材料、生产具有保温和隔音等性能的矿渣棉。
（二）钢渣
目前钢渣以选铁利用最为普遍，因此对钢渣的处理主要围绕破碎、磁选进行工艺设施的配套。为减轻破碎压力，采用热泼、风碎、水淬等方式先对熔融状态热钢渣进行尽可能的碎化处理并进行粗磁选（可选出大块渣钢），再通过1~3次机械破碎和磁选，选出渣钢返回利用。
在钢渣处理方面，我国先后引进日本、俄罗斯、德国、美国等国家不同处理工艺及装备，都取得了良好效果。
钢渣尾渣利用主要有以下几个方面：用于道路材料（但使用前须作陈化处理）、生产钢渣水泥（这方面我国已处于领先，但需进一步解决钢渣加工的经济性）、钢渣用于农肥与土壤改良剂（国外较多）、烧结配料（由于使用中带来烧结矿品位的降低和P、S的富集，目前使用已减少）。
（三）粉煤灰
粉煤灰传统综合利用技术主要有：粉煤灰硅酸盐水泥、混凝土掺和料、粉煤灰砖、粉煤灰陶粒等。
（四）含铁尘泥
在钢铁生产过程中，烧结、炼铁、炼钢和轧钢等均会产生含铁尘泥，尘泥含铁一般在TFe 30％~70％，均可采用各种方式加以利用。主要用于：烧结配料、金属化球团直接入高炉冶炼（提高了铁品位，而且在球团制作过程中可消除尘泥中的铅、锌等，国外采用较为多）、炼钢冷却剂或脱磷剂等使用（替代矿石）。
二、钢铁企业固体废弃物资源利用及技术新进展
（一）高炉渣
1、高炉渣微粉技术。
通常的高炉渣粉掺入水泥中使用，对水泥强度会有一定影响。实践证明当矿渣粉细度在400m2/kg以上时（俗称为微粉），在水泥中掺入20％～30％的渣粉，不但不降低水泥强度，而且还会改善水泥性能，目前国外工业发达国家已普遍推广高炉水渣微粉技术。我国也已建成20多条微粉生产线。但生产矿渣水泥其关键的处理技术是粉磨设备的选择，从生产效率和能耗指标考虑，以进口立式磨机为佳。
2、碱矿渣水泥和碱矿渣混凝土。
乌克兰在高炉渣细粉内加入渣量5%~6%的碱金属（钠和钾）化合物而获得的碱矿渣胶凝材料可以制作达到52.5#标号的水泥。利用碱矿渣水泥制成的混凝土强度高、混合料流动性好、硬化速度快、水化热低、抗渗性极好、抗冻性高、抗侵蚀性和护筋性优良。成为新型较理想的建筑材料。
3、用高炉渣生产硅肥。
日本、韩国、东南亚等国家把水渣磨细（0.147mm~0.175mm），利用高炉渣中含有的SiO2和CaO并添入适量的硅元素活化剂搅拌混合成硅肥，在农业上的推广应用进行了富有成效的研究开发。
4、日本钢管公司将细粒化高炉渣覆盖在海边海床上以隔绝海边富集的胶质泥沙。由于高炉渣含有硅酸盐，可促进海水中硅藻的繁殖，防止赤潮发生。这项应用技术为大量消化高炉渣开辟了一条新途径。
（二）钢渣
1、钢渣处理工艺新动态
由俄罗斯研制的滚筒钢渣处理工艺可直接获得砂和碎石状钢渣及废钢。该技术宝钢已在三期工程中应用并有所改进。滚筒法处理钢渣有以下优点：
(1) 渣处理工艺流程短，炉渣处理时间短，生产能力高；
(2) 处理后的转炉渣粒度均匀，品质稳定，游离氧化钙小于4％，符合国家建材标准，经处理后的炉渣可直接应用；
(3) 渣、钢分离良好，回收的废钢的金属化大于90％，不必经粒铁回收处理；
(4) 渣的处理在容器内进行，改善渣处理对环境的污染，排放的蒸汽经管道排出厂房，含尘量小于100mg/m3。
该工艺特别适用于大型转炉（300吨）的钢渣处理。
2、钢渣处理过程中的热能回收利用新动态
（1）钢渣滚筒法热能回收的新设想
俄罗斯利用采用滚筒法处理钢渣的可集中排放，进行显热回收开发。钢渣经渣罐进入滚筒，在滚筒内生成的蒸汽混合气体温度为90～170℃，可直接用于生活设施或将其加热至600℃用于发电，经测试，热利用系数可达到50％。
（2）钢渣风淬法热能回收新工艺
俄罗斯乌拉尔钢铁研究院曾为查布罗什钢铁厂研制了一套附有热能回收的风淬钢渣处理工艺。将液态钢渣倾倒过程中与空气流接触产生的辐射热通过专用设置收集后作为热水、蒸汽和热空气回收利用。
（3）日本钢渣陈化处理与资源化利用新动向
采用自然陈化法消除钢渣中的fCaO，占地面积大，时间长。为缩短陈化时间，日本开发了温水陈化、蒸汽陈化和蒸汽加压陈化法。现已在日本许多钢铁公司建有蒸汽陈化钢渣设施。大大缩短了陈化时间，
3、钢渣尾渣高价值利用的方向
我国的研究人员在总结国内外钢渣应用理论与实践的基础上，经过多年对钢渣的研究应用后得出：用钢渣微粉和高炉渣微粉制成的钢铁渣“双掺粉”可克服单掺矿渣粉的混凝土易碳化及液相PH值降低的缺点，可成为混凝土的最佳掺合料，是钢铁渣高价值利用的重要途径。
4、凝石原料
利用钢渣粉作为凝石原料为大量使用钢渣开辟了新途径，详见（五）部分。
（三）粉煤灰
生态化利用粉煤灰制备超细Al2O3粉体，为粉煤灰的高价值利用开辟了一条新的途径。
粉煤灰中Al2O3含量达30%，该技术采用矿物改性活化粉煤灰中Al2O3，消除阻止C2S晶相转变的干扰因素，实现了粉煤灰活化烧结料100％的自粉化，自粉化料平均粒径小于1μm，有利于用碳酸钠溶液从活化粉煤灰中以NaAlO2形式提取铝组分,从而制备高纯超细Al(0H)3粉体Al2O3粉体，提取率大于70％。
（四）含铁尘泥
美国、德国、日本等对含铁尘泥已在采用生产直接还原铁或再将其还原成铁锭的方式而加以利用。我国宝钢也已开始采用生产球团的方式进行利用。
工艺过程为：首先将含铁尘泥通过碾磨机、混合机、造球机制作成生球团，然后通过回转底式炉制成直接还原铁，作为炼钢原料进行利用，还可再将直接还原铁再通过电炉还原成铁锭进行利用（适用于不锈钢类），含铁尘泥通过回转底式炉时可消除尘泥中的锌等有害元素。采用这一技术生产过程中产生的尘泥可全部得到利用。美国的RedSmelt是其典型工艺技术，已在美国运行了25年，并由EPA选为炉尘处理最有效的工厂。
（五）关于凝石技术
凝石技术是一项在理论体系、制造工艺和应用领域上全面突破，具有自主知识产权的专利技术，为清华大学国土资源中心联合多个单位的科技攻关成果，现已达到工业化推广应用阶段。利用凝石技术可以生产凝石材料：基于微晶二元化理论，采用“一磨”工艺，将高温固体废弃物转化为微晶化物料，依照岩石矿物的成岩原理，补充相应的配体材料（成岩剂）混合制成高性能、低成本的水硬胶凝材料，其综合实验数据已优于传统水泥性能要求，但缺少时间的验证，我们应以关注。凝石作为新型建筑材料具有以下优点：
1、用途更加广泛。
凝石不仅可作为传统水泥的代用品，而且比水泥具有更广泛的用途。凝石材料在使用中，克服了水泥只能固结洁净砂石的缺点，凝石材料由于其胶凝硬化机理的不同，而对各种砂石、黏土、淤泥均可固结。凝石材料还具有很好的耐腐蚀性。
2、可大量使用冶金固体废弃物
凝石生产不需要开采矿石，原料为工业固体废弃物，包括各种尾矿渣、冶金渣和锅炉粉煤灰等。其使用量可达95％左右，这为大量工业固体废弃物实现资源化利用创造了条件。
3、节约能源、保护环境
与通常的水泥生产相比，凝石生产不需要煅烧，为“一磨”工艺，比水泥生产“两磨一烧”工艺节约能源，保护环境。
4、凝石生产线投资是水泥的三分之一，而生产成本仅为水泥的三分之二。
本文就国内外钢铁企业部分固体废弃物资源化利用技术的新进展作一介绍，希望在开展这方面工作时能有所借鉴。
一．传统固体废弃物的处理技术和综合利用
（一）高炉渣
国外发达国家对高炉渣的利用已达到100%，我国除个别企业由于原矿中含有特殊元素不能全部利用外，普通高炉渣的利用率也都达到95%以上。采用水淬工艺处理高炉渣是高炉渣最为普遍的处理技术并沿用至今。对于部分高炉重矿渣的处理，主要采用冷却、破碎、磁选、筛分，最后加工成碎石的处理工艺。高炉渣的主要用途有：生产矿渣水泥、矿渣砖、混凝土制品、替代普通砂和碎石用于工程建设、生产膨胀矿渣作轻质混凝土制品和防火隔热材料、生产具有保温和隔音等性能的矿渣棉。
（二）钢渣
目前钢渣以选铁利用最为普遍，因此对钢渣的处理主要围绕破碎、磁选进行工艺设施的配套。为减轻破碎压力，采用热泼、风碎、水淬等方式先对熔融状态热钢渣进行尽可能的碎化处理并进行粗磁选（可选出大块渣钢），再通过1~3次机械破碎和磁选，选出渣钢返回利用。
在钢渣处理方面，我国先后引进日本、俄罗斯、德国、美国等国家不同处理工艺及装备，都取得了良好效果。
钢渣尾渣利用主要有以下几个方面：用于道路材料（但使用前须作陈化处理）、生产钢渣水泥（这方面我国已处于领先，但需进一步解决钢渣加工的经济性）、钢渣用于农肥与土壤改良剂（国外较多）、烧结配料（由于使用中带来烧结矿品位的降低和P、S的富集，目前使用已减少）。
（三）粉煤灰
粉煤灰传统综合利用技术主要有：粉煤灰硅酸盐水泥、混凝土掺和料、粉煤灰砖、粉煤灰陶粒等。
（四）含铁尘泥
在钢铁生产过程中，烧结、炼铁、炼钢和轧钢等均会产生含铁尘泥，尘泥含铁一般在TFe 30％~70％，均可采用各种方式加以利用。主要用于：烧结配料、金属化球团直接入高炉冶炼（提高了铁品位，而且在球团制作过程中可消除尘泥中的铅、锌等，国外采用较为多）、炼钢冷却剂或脱磷剂等使用（替代矿石）。
二、钢铁企业固体废弃物资源利用及技术新进展
（一）高炉渣
1、高炉渣微粉技术。
通常的高炉渣粉掺入水泥中使用，对水泥强度会有一定影响。实践证明当矿渣粉细度在400m2/kg以上时（俗称为微粉），在水泥中掺入20％～30％的渣粉，不但不降低水泥强度，而且还会改善水泥性能，目前国外工业发达国家已普遍推广高炉水渣微粉技术。我国也已建成20多条微粉生产线。但生产矿渣水泥其关键的处理技术是粉磨设备的选择，从生产效率和能耗指标考虑，以进口立式磨机为佳。
2、碱矿渣水泥和碱矿渣混凝土。
乌克兰在高炉渣细粉内加入渣量5%~6%的碱金属（钠和钾）化合物而获得的碱矿渣胶凝材料可以制作达到52.5#标号的水泥。利用碱矿渣水泥制成的混凝土强度高、混合料流动性好、硬化速度快、水化热低、抗渗性极好、抗冻性高、抗侵蚀性和护筋性优良。成为新型较理想的建筑材料。
3、用高炉渣生产硅肥。
日本、韩国、东南亚等国家把水渣磨细（0.147mm~0.175mm），利用高炉渣中含有的SiO2和CaO并添入适量的硅元素活化剂搅拌混合成硅肥，在农业上的推广应用进行了富有成效的研究开发。
4、日本钢管公司将细粒化高炉渣覆盖在海边海床上以隔绝海边富集的胶质泥沙。由于高炉渣含有硅酸盐，可促进海水中硅藻的繁殖，防止赤潮发生。这项应用技术为大量消化高炉渣开辟了一条新途径。
（二）钢渣
1、钢渣处理工艺新动态
由俄罗斯研制的滚筒钢渣处理工艺可直接获得砂和碎石状钢渣及废钢。该技术宝钢已在三期工程中应用并有所改进。滚筒法处理钢渣有以下优点：
(1) 渣处理工艺流程短，炉渣处理时间短，生产能力高；
(2) 处理后的转炉渣粒度均匀，品质稳定，游离氧化钙小于4％，符合国家建材标准，经处理后的炉渣可直接应用；
(3) 渣、钢分离良好，回收的废钢的金属化大于90％，不必经粒铁回收处理；
(4) 渣的处理在容器内进行，改善渣处理对环境的污染，排放的蒸汽经管道排出厂房，含尘量小于100mg/m3。
该工艺特别适用于大型转炉（300吨）的钢渣处理。
2、钢渣处理过程中的热能回收利用新动态
（1）钢渣滚筒法热能回收的新设想
俄罗斯利用采用滚筒法处理钢渣的可集中排放，进行显热回收开发。钢渣经渣罐进入滚筒，在滚筒内生成的蒸汽混合气体温度为90～170℃，可直接用于生活设施或将其加热至600℃用于发电，经测试，热利用系数可达到50％。
（2）钢渣风淬法热能回收新工艺
俄罗斯乌拉尔钢铁研究院曾为查布罗什钢铁厂研制了一套附有热能回收的风淬钢渣处理工艺。将液态钢渣倾倒过程中与空气流接触产生的辐射热通过专用设置收集后作为热水、蒸汽和热空气回收利用。
（3）日本钢渣陈化处理与资源化利用新动向
采用自然陈化法消除钢渣中的fCaO，占地面积大，时间长。为缩短陈化时间，日本开发了温水陈化、蒸汽陈化和蒸汽加压陈化法。现已在日本许多钢铁公司建有蒸汽陈化钢渣设施。大大缩短了陈化时间，
3、钢渣尾渣高价值利用的方向
我国的研究人员在总结国内外钢渣应用理论与实践的基础上，经过多年对钢渣的研究应用后得出：用钢渣微粉和高炉渣微粉制成的钢铁渣“双掺粉”可克服单掺矿渣粉的混凝土易碳化及液相PH值降低的缺点，可成为混凝土的最佳掺合料，是钢铁渣高价值利用的重要途径。
4、凝石原料
利用钢渣粉作为凝石原料为大量使用钢渣开辟了新途径，详见（五）部分。
（三）粉煤灰
生态化利用粉煤灰制备超细Al2O3粉体，为粉煤灰的高价值利用开辟了一条新的途径。
粉煤灰中Al2O3含量达30%，该技术采用矿物改性活化粉煤灰中Al2O3，消除阻止C2S晶相转变的干扰因素，实现了粉煤灰活化烧结料100％的自粉化，自粉化料平均粒径小于1μm，有利于用碳酸钠溶液从活化粉煤灰中以NaAlO2形式提取铝组分,从而制备高纯超细Al(0H)3粉体Al2O3粉体，提取率大于70％。
（四）含铁尘泥
美国、德国、日本等对含铁尘泥已在采用生产直接还原铁或再将其还原成铁锭的方式而加以利用。我国宝钢也已开始采用生产球团的方式进行利用。
工艺过程为：首先将含铁尘泥通过碾磨机、混合机、造球机制作成生球团，然后通过回转底式炉制成直接还原铁，作为炼钢原料进行利用，还可再将直接还原铁再通过电炉还原成铁锭进行利用（适用于不锈钢类），含铁尘泥通过回转底式炉时可消除尘泥中的锌等有害元素。采用这一技术生产过程中产生的尘泥可全部得到利用。美国的RedSmelt是其典型工艺技术，已在美国运行了25年，并由EPA选为炉尘处理最有效的工厂。
（五）关于凝石技术
凝石技术是一项在理论体系、制造工艺和应用领域上全面突破，具有自主知识产权的专利技术，为清华大学国土资源中心联合多个单位的科技攻关成果，现已达到工业化推广应用阶段。利用凝石技术可以生产凝石材料：基于微晶二元化理论，采用“一磨”工艺，将高温固体废弃物转化为微晶化物料，依照岩石矿物的成岩原理，补充相应的配体材料（成岩剂）混合制成高性能、低成本的水硬胶凝材料，其综合实验数据已优于传统水泥性能要求，但缺少时间的验证，我们应以关注。凝石作为新型建筑材料具有以下优点：
1、用途更加广泛。
凝石不仅可作为传统水泥的代用品，而且比水泥具有更广泛的用途。凝石材料在使用中，克服了水泥只能固结洁净砂石的缺点，凝石材料由于其胶凝硬化机理的不同，而对各种砂石、黏土、淤泥均可固结。凝石材料还具有很好的耐腐蚀性。
2、可大量使用冶金固体废弃物
凝石生产不需要开采矿石，原料为工业固体废弃物，包括各种尾矿渣、冶金渣和锅炉粉煤灰等。其使用量可达95％左右，这为大量工业固体废弃物实现资源化利用创造了条件。
3、节约能源、保护环境
与通常的水泥生产相比，凝石生产不需要煅烧，为“一磨”工艺，比水泥生产“两磨一烧”工艺节约能源，保护环境。
4、凝石生产线投资是水泥的三分之一，而生产成本仅为水泥的三分之二。
