李全 周慶華 徐忠民 劉成 馬杰

（昆明鋼鐵控股有限公司  云南  昆明）

摘  要：我國鋼鐵冶金渣產生量較大，受利用技術、投資費用和深加工成本等因素的影響，鋼渣的綜合利用效率不高，目前大部分鋼鐵企業仍采用熱潑工藝回收有價金屬和向外處置利用的方式，與國家環境保護要求的工業固體廢物“零排放”還有很大差距，鋼渣處理工藝及資源化利用水平迫切需要提高。昆鋼多年來一直致力于鋼渣處理工藝技術的研究和應用。本文簡要介紹了昆鋼鋼渣資源化利用和在水泥、混凝土中應用的研究情況。通過熱悶及尾渣處理，鋼渣中的金屬有效回收，尾渣的穩定性得到保證，可應用在水泥和混凝土中。建議關注環境保護政策的變化對鋼鐵企業產生的影響，正視鋼渣資源化利用問題，采用先進的處理技術提高利用效率，降低成本，保持企業的核心競爭力。

關鍵詞：鋼尾渣；透水磚；鋼渣粉；摻和料；零排放

1 前言

鋼渣是煉鋼產生的工業固體廢物，主要來自煉鋼時加入的石灰石、白云石和鐵礦石等冶煉熔劑,調整鋼材性質而加入的造渣材料,以及高溫下融化成的兩個互不熔解的液相爐料中分離出來的雜質等，其產生量一般為粗鋼產量的12%-20%。鋼鐵行業生產過程中所產生的鋼渣是目前利用效率最差的大宗固廢之一，報表顯示綜合利用率接近100%，其實運出廠的綜合利用情況鋼企并不了解。當前時期，國家正大力推進固體廢物循環利用，“無廢城市”的興起以及工業固體廢物資源綜合利用示范基地的建設，明確要求嚴格控制增量，逐步解決工業固體廢物歷史遺留問題，推動大宗固體廢棄物由“低效、低值、分散利用”向“高效、高值、規模利用”轉變，帶動資源綜合利用水平的全面提升。這就要求各鋼鐵企業把研究工業固體廢物產品開發、利用技術研究作為重點內容，積極推動高爐渣、鋼渣等固體廢物的深度研究、分級利用、優質優用和規模化利用，全面實現工業固體廢物“零排放”，解決鋼鐵行業的高資源、高能耗的現狀，因此，深度研發工業固體廢物循環利用是新時代企業發展需要正視的和高度重視的課題。

近幾年，各鋼鐵企業主要研究的是使鋼渣盡量磨成細粉，金屬與渣分離，降低鋼渣中的游離氧化鈣（f-CaO），消除鋼渣的不穩定性，盡可能多地回收鋼渣中的有價金屬，提高鋼渣的綜合利用率，但對紅態鋼渣進行處理到鋼渣粉在水泥混凝土中應用的研究尚不夠系統和深入，因此，加強這方面的研究顯得十分必要，可靠的鋼渣處理利用工藝和生產出有市場需求、達到國家標準的鋼尾渣產品，短流程、低成本、高效率、高環保的鋼渣綜合利用途徑，是實現鋼渣“零排放”的關鍵。

2 昆鋼轉爐鋼渣綜合利用情況

昆鋼有四個鋼鐵生產基地，目前主要有2座120t/a、8座50t/a的轉爐，2019年鋼渣產生量約110萬t左右，主要采用熱潑法和熱悶法兩種工藝進行處理，通過鋼渣磁選工藝處理回收鋼渣、水洗粒鐵、磁選鋼渣粉等含鐵原料返生產利用，廠內平均綜合利用率為35.55%。磁選后的鋼尾渣部分供再生資源公司用于制作透水磚產品，在廠區、市政道路鋪設和工程中使用，利用率占鋼尾渣總量的4.29%；其余部分處置給附近有資質的企業進行利用。

2.1  轉爐鋼渣成分分析

鋼渣礦物組成主要是硅酸三鈣（C₃S）、硅酸二鈣（C₂S）、鐵鋁酸鹽（C₂AF）和少量的方鎂石（MgO）以及游離氧化鈣，鋼渣的化學成分主要有CaO、SiO₂、Fe₂O₃、MgO等，此外還有少量Al₂O₃、MnO、P₂O₅等，鋼渣的成分復雜多變，不同鋼廠，采用煉鋼工藝不同，原料來源不同，鋼渣的礦物、化學成分含量存在差異，即使同一鋼廠，不同工藝的鋼渣也存在細微差異，見表1。

表1  轉爐鋼渣的主要化學成分分析（%）

2.2  昆鋼轉爐鋼渣綜合利用情況

昆鋼除新區生產基地采用鋼渣熱悶工藝外，其他三個生產基地均采用熱潑工藝處理鋼渣。2012年7月，新區40萬t/a鋼渣余熱自解熱悶及磁選加工生產線投產，將300-1600℃的轉爐固態或熔融鋼渣傾翻至熱悶池內，先經機械攪拌和人工打水使其初步冷卻固化破碎，并進行均熱醒渣處理后，再蓋上熱悶蓋進行間歇階段式自動打水噴霧悶渣，充分利用鋼渣自身的余熱將水汽化，產生飽和水蒸汽，促使鋼渣中f-CaO和f-MgO消解體積膨化而粉化，實現渣和鋼的有效分離，經過磁選加工生產線處理回收有價金屬進行利用。熱悶后鋼渣f-CaO含量由4.46%降至2.96%，f-MgO含量由0.027%降至0.013%，熱悶前后鋼渣化學成分變化見表2。

表2  熱悶前后鋼渣化學成分對比（%）

鋼渣利用方式首先進行廠內循環利用，熱悶鋼渣和熱潑鋼渣經磁選分類后，鐵塊返回轉爐使用，磁選粉作為燒結配料進行利用，其余產生的尾渣加工成微粉，可作為水泥或混凝土摻和料，處置給有資質企業進行回收利用。

3  轉爐鋼尾渣綜合利用發展方向

隨著新修訂的《固廢法》實施和以后《環保稅法》對固體廢物環保稅的開征，以及《工業固體廢物資源綜合利用評價管理暫行辦法》要求工業固體廢物資源綜合利用需由第三方評價，工信部門審核符合產品利用目錄方可，加之生態環境主管部門督察監管的日益嚴格，如接受鋼尾渣的企業貯存利用不能滿足國家和地方環境保護標準的要求，產廢單位將面臨延伸追責和環保稅按產生量計稅的風險。需要鋼鐵企業加強鋼尾渣綜合利用的研究，及時消除內部處置方式單一、匱乏，外部處置渠道變窄后雙向擠壓產生的不利因素，解決鋼尾渣處置制約鋼鐵生產的瓶頸問題。

3.1  實施減量化原則，減少固體廢物產生量

“減量化、資源化、無害化”三R原則是固體廢物污染防治的根本途徑和治本之策，這其中最為根本的是實施減量化。因此，鋼鐵企業應改進工藝技術，強化管理操作，開展清潔生產，努力降低消耗，提高資源利用率，采取綜合措施，高度重視少渣煉鋼技術的推廣應用，從源頭減少總渣量。

3.2  實施資源化原則，提高固體廢物綜合利用

廢物是放錯了地方的資源，應對固體廢物進行資源化利用。在資源日益匱乏的今天，鋼鐵企業產生的固體廢物處理應立足于本廠內綜合利用，一方面可以縮短固體廢物處理流程，避免產生二次污染；另一方面可以部分替代鐵礦石作為冶煉原料，緩解鐵礦石的高價對生產的影響，有效降低生產成本。

3.3  開展深加工處理，提高綜合利用價值

鋼鐵企業固體廢物除了立足于鋼鐵企業自身循環利用外，更重要的是向深加工方向發展，比如將高爐水渣和鋼渣制成礦渣微粉和鋼渣粉。高爐水渣是屬于硅酸鹽質材料，具有潛在的水硬膠凝性能；鋼渣的主要礦物成分為硅酸三鈣和硅酸二鈣，其水化硬化過程和水化產物與硅酸鹽水泥熟料相似。根據水渣、鋼渣具有的水硬膠凝特性，將水渣和鋼渣加工磨細制成礦渣微粉和鋼渣粉，可等量取代10% ～ 30% 的水泥配制混凝土，這不僅提高水渣和鋼渣的綜合利用的附加值，而且是實現水渣、鋼渣零排放的有效途徑。有關水渣和鋼渣制粉的技術和要求，國家已制定《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》、《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》等多項國家標準。

4  昆鋼轉爐鋼尾渣的綜合利用及研究

鋼渣深加工處理和綜合利用一直是昆鋼關注的課題。多年來，幾代人堅持不懈地開展對鋼尾渣資源化利用研究和開發利用工作，為鋼尾渣的綜合利用奠定了基礎。鋼渣微粉作為水泥和混凝土的摻合料有著廣大的市場，是一種安全的利用方向，但由于受多方面因素的影響，目前昆鋼鋼渣實際利用率與先進同行業相比還有很大差距，昆鋼在擁有鋼鐵、水泥和混凝土生產線的基礎上，不斷開展鋼尾渣資源化利用協同研究和推廣應用。

4.1  昆鋼轉爐鋼尾渣生產透水磚的運用

2015年6月，昆鋼工業廢渣資源再生利用年產3000萬塊標磚生產線項目建成投產，年綜合利用轉爐鋼尾渣1.5萬t。采用鋼渣、水泥、粉煤灰等原料按一定配比壓制加工，生產的鋼渣標準磚、重型砌塊耐腐蝕，耐久性好，鋼渣透水路面磚強度在Cc30以上，透水系數（15℃）≥1.0×10^-2cm/s，具有耐磨、抗滑，具備吸附水體中重金屬元素及緩慢調節水體酸堿度的特性，產品質量經云南省建筑工程質量監督監測站檢驗合格，在辦公區域、小區、校園、廣場、城市道路建設中廣泛使用，為安寧市“文明城市”創建和海綿城市建設做出了積極的貢獻，也為鋼尾渣利用探索出一條綠色、循環、低碳發展的途徑。所用鋼尾渣均進行無害性檢測評價，見表3。

表3  鋼尾渣檢測評價表

4.2  昆鋼鋼渣粉在混凝土中的應用研究

昆鋼同時開展鋼尾渣資源化利用的研究，昆鋼嘉華、昆鋼鋼渣公司和混凝土公司將鋼尾渣經過預處理磨細成粉，以鋼渣粉部分代替礦渣粉，進行鋼渣礦粉摻合料應用研究。對加工的鋼渣粉進行膠凝材料化學性能、礦物組成、顆粒形貌等分析，根據《普通混凝土配合比設計規程》，參考周邊混凝土攪拌站配合比，進行C15、C20、C30、C40四個強度等級的混凝土實驗。采用《普通混凝土力學性能試驗方法標準》檢測試樣力學性能，分析鋼渣粉摻入對混凝土流動性、泌水性、塌落度、抗壓強度、劈裂抗拉強度、水化產物的影響。通過實驗可知，鋼渣粉作為活性摻和料可部分替代礦渣粉。

4.3  昆鋼鋼渣粉在水泥熟料煅燒中的應用研究

峨山公司將鋼尾渣作為配料進行水泥熟料煅燒試驗，分階段開展部分、100%替代銅渣試驗工作。采用Fe₂O₃含量在20%以上的鋼尾渣進行替代實驗，化學成分分析結果顯示MgO（7.5-8.5%）雖然偏高，但在替代銅渣配比不超4.0%的情況下，對熟料質量影響不大。從質量方面來看，使用鋼渣替代銅渣后，熟料質量與使用前變化不大，鋼渣適用于熟料煅燒配料；從設備方面來看，由于鋼渣易磨性較差，隨著配比的增加，磨輥磨盤磨損量加大，對磨機工況影響相對較大。

4.4  昆鋼鋼渣和高爐渣做水泥、混凝土摻和料的試驗研究

昆鋼開展鋼渣微粉制備及和高爐渣復合做水泥、混凝土摻和料的試驗，對貯存時間較長的鋼尾渣取樣分析測定化學成分，游離氧化鈣含量相對當期產生的鋼尾渣有下降，堿度也有所降低，見表4。

表4  鋼尾渣的主要化學成分分析（%）

對鋼尾渣進行粗加工，再次磁選回收有價金屬使鐵含量小于2%，進一步細磨進行化學分析，貯存期較長的鋼尾渣粉雖然安定性合格，但活性達不到技術要求，不能單獨摻入使用。因此，與高爐渣按1:1的比例配制加工復合微粉進行活性試驗，結果見表5。

表5：復合微粉的檢測報告

從表中可以看出，檢測結果除密度不合格需改進外，其余指標均達到《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》（GBT 20491-2017）標準。

5   結語

1）昆鋼鋼尾渣經深加工處理后，基本性能滿足制備鋼渣微粉需要，可作為水泥和混凝土的摻合料。

2）昆鋼鋼渣的主要礦物組成和化學成分與建筑材料很相近,可廣泛用于建材、水泥、混凝土、道路等領域,是非常理想的二次資源。

3）在前期試驗研究的基礎上，繼續開展從鋼渣產生到產品全過程利用的系統研究，構建從鋼鐵行業到建材行業的產業循環體系，探索一條技術可靠、低成本運行的新途徑，是實現產業鏈效益最大化，可持續發展的一個必然選擇。

4）從實驗研究成果到實際生產應用，還需要解決鋼尾渣深加工制備工藝選擇、開發拓展市場、利潤產生、綠色消費觀念倡導等關鍵問題，才能最終實現鋼尾渣資源化利用與產生社會效益的雙贏。

5）隨著國家環保政策的逐漸完善，以及工業固體廢物處置利用標準的不斷提高，具備領先工藝、設備、技術和豐富運營經驗的鋼鐵企業將占據優勢地位。

參考文獻

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