發布時間：2021-07-16所屬分類：免費文獻瀏覽：1次
摘 要： 環境工程
《國內外鋼渣處理與資源化利用技術發展現狀綜述》論文發表期刊：《環境工程》；發表周期：2021年01期
《國內外鋼渣處理與資源化利用技術發展現狀綜述》論文作者信息：吳躍東( 1992－) ，男，博士，主要從事冶金固廢研究。
摘要：我國每年有超過1億1的鋼渣副產品產出，但目前國內鋼渣綜合利用率低，僅為30%左右，與發達國家之間差距較大，尤其是在道路建設和鋼鐵企業內循環利用方面。針對鋼渣安定性以及尾渣資源化利用問題，對國內外現有鋼渣預處理技術以及綜合利用技術進行了論述。而國內新一代鋼渣輥壓破碎-余熱有壓熱悶技術，實現了鋼渣處理的裝備化、環境友好化和高效化，是處于世界先進水平的工藝，基本克服國內外多種傳統技術存在的適用性小、安定性差以及污染等問題。同時，建議應開發高附加值、低排放的新型綜合利用技術，改變利用技術單一的現狀;對鋼渣進行深度的基礎研究，力爭解決鋼渣的低膨脹性問題，改變鋼渣無法在結構混凝土中應用的現狀。
關鍵詞：鋼渣;處理;現狀;資源利用
Abstract: In China, steel slag is produced with a output higher than 100 million ton per year. Whereas, the resource utilization rate of steel slag is at a low level of about 30%, which is far lower than the developer countries, especially in the road construction and internal recvcling field. Facing the problem of stability and resource utilization, steel slag treatment and utilization technologies at home and abroad were discussed in this paper. The new technology-self-slaking high pressure technology, is a leading process and almost overcome nearly all the defects presented in the traditional processes, such as low feasibility, low stability, and high pollution. Furthermore, we should develop more new comprehensive utilization technology with high added value and low emission, in order to solve the problem of low expansion of steel slag, and promote the utilization of steel slag in structural concrete.
Kevwords: steel slag; treatment; situation; resource utilization
作為全球鋼鐵生產大國，我國2018年粗鋼產量高達9.28億t，每噸鋼產出的同時，亦伴隨約150 kg的鋼渣以副產品的形式產出四。然而，我國國內鋼渣的綜合資源利用率仍處于較低水平，不僅占用大量工業用地，還會對大氣、土壤、水環境等造成極大壓力。為了解決這種現狀，我國的環保法規對工業“三廢”的排放和治理越來越嚴，2018年實行的《環境保護稅法》規定對治煉渣開征25元/的環保稅。鋼鐵企業不能隨便外排廢渣，將促使鋼鐵企業認真考慮鋼渣的穩定化處理和資源化利用工作口。
為探索高效益、零排放鋼渣處理方式，本文對相關統計與研發工作進行梳理，介紹了目前國內外對于鋼渣處理、管理及利用現狀，并進行深入探討和展望。以期為實現鋼渣的資源化利用，確保資源利用過程中的環境友好性，有效解決鋼渣大規模堆積的重大問題，實現工業發展的可持續性提供數據支撐。
1鋼渣來源及性質
鋼渣主要來源于各個治煉過程中的造渣工藝，根據來源不同主要分為脫硫渣、轉爐渣和鑄余渣等。在治煉過程中，向液態鋼加入造渣劑與鋼中錳、碳、硅等元素反應形成鋼渣，實現鋼中雜質元素的脫除，并且防止鋼水在治煉過程中氧化，降低熱量損失。鋼渣的密度約3.5 g/cm"，具有較強的耐磨性，其成分波動較大，原材料、冶煉工藝及治煉鋼種都會對鋼渣具體成分具有影響，但主要成分為Si0，(11%~20%)、CaO(38%~48%)、Fe20，、Fe0.Al，0，Mgo，MnO，P20，等2國內外鋼渣利用與管理現狀
2.1 國外鋼渣利用現狀
世界各國對于鋼渣利用的現狀不同。為了國內鋼渣高效利用提供參考，統計了發達國家美國、日本及歐盟3個地區的利用情況，如表1所示-0。發達國家的鋼渣利用領域基本一致，主要集中在鋼渣內部消耗、道路、水泥、建筑、土木工程，尤其是鋼渣在道路方面和鋼廠內循環方面的使用;而在水泥和建筑領域，鋼渣的利用率還很低，這是由于兩者對于原材料性能的高要求�？傮w來說，發達國家的鋼渣利用普遍率較高，不存在鋼渣堆積引起的嚴重環境問題，其中日本的鋼渣利用率高達98.4%。
2.2 中國鋼渣利用與管理
圖1是我國鋼渣利用現狀0.1112可知：我國在道路利用及鋼鐵企業內循環方面的利用率較低，與表1中發達國家利用現狀存在較大差距，其中，鋼渣未得到有效利用的比例高達70%。按2018年粗鋼產量計算，我國2018年的鋼渣產出已遠遠超過1億噸，故鋼渣利用管理方面任務較重。
為提高鋼渣綜合利用率，減輕鋼渣堆積對環境造成的壓力，近年來中國相關政府部門及行業出臺了一系列政策與法規，涉及鋼渣的處理方式、儲存、應用以及強制性懲處措施等，列于表2中。從相關政策來看，整個鋼鐵行業在鋼渣處理與利用方面面臨著極大的壓力。一方面，政府部分強制性措施倒逼鋼鐵企業加強鋼渣處理，以大幅提高鋼渣利用率，減輕對環境造成的壓力;另一方面，目前鋼鐵企業可綜合利用的低成本方向較少，缺乏大規模處理鋼渣的新技術，鋼渣安定性問題難以解決。
3國內外鋼渣處理技術發展
安定性是鋼渣大規模應用的關鍵性限制問題。從20世紀80年代以來，國內外研究者在對鋼渣的安定化處理過程開展了深入的研究，并不斷應用于鋼鐵企業生產中。從鋼渣安定化預處理的機理看，鋼渣的處理技術主要分為兩類[3.1：熱悶自解法和機械破碎法。
3.1 國外鋼渣處理技術
在日本，鋼渣安定性處理的最常見方法是蒸汽陳化法。具體處理過程是鋼渣在露天條件下噴灑水，同時使用布料將鋼渣覆蓋，以達到將f-Ca0和f-Mgo完全消解的目的。一般來說，該方法的陳化周期約6
qt4.19。鑒于蒸汽陳化過程的周期較長，日本開發出一種熱悶罐蒸汽加速陳化方法，即將鋼渣放入壓力罐內通入蒸汽，在0.6 MPa左右壓力下進行有壓陳化;與常規蒸汽陳化相比，該方法的處理效率大幅提高。德國主要以箱式熱潑的方法處理鋼渣，即將熔融鋼渣放入箱罐內噴灑水，處理周期為5-7d，近些年德國企業開發出1種新型鋼渣處理方法：向熔融鋼渣中添加含有SO，的砂子和氧氣，將鋼渣中f-Ca0和f-
Mgo固化，實現鋼渣安定化處理[。目前，該方法已在德國杜伊斯堡鋼鐵企業成功應用。
加拿大、英國和印度則多采用熱潑法，具體過程是將熱態鋼渣直接傾倒在空地上，噴灑水冷卻，使鋼渣因急冷形成內應力而破碎。
3.2 中國鋼渣處理技術與應用熱潑法是我國較常見的鋼渣處理方法，但此方法污染物排放較大，對大氣、水等資源污染嚴重。鑒于我國環保壓力較大，一些處理效果較好且能實現低排放的鋼渣處理新工藝被研發出來，如滾筒法、風淬法和池式熱悶法[17-9。目前，這些新工藝在國內各大鋼鐵企業的具體應用情況及優缺點列于表3中。
由表3可知：我國過去鋼渣的處理工藝較為簡單，設備裝備化水平低，缺乏處理效率高，環境友好度高的處理工藝。近些年，為了提高裝備化水平、處理效率和安定化能力，國內開發了鋼渣輥壓破碎-余熱有壓熱悶技術。該處理工藝主要分為兩部分：熔融鋼渣前期打水輥壓破碎，實現了外力和冷卻應變力的雙重破碎;后期則在有壓條件下(0.2-0.4 MPa)進行熱悶處理。其詳細工藝流程如圖2所示。
與傳統池式熱悶技術相比，熱悶壓力提高了20倍以上，極大提高了鋼渣處理效率;輥壓破碎區和熱悶區均能保證密閉性，易進行煙塵處理，更加潔凈化;處理后鋼渣安定性問題基本解決。此外，該技術還實現了水蒸氣的熱能回收，為鋼渣顯熱回收提供條件[020，該技術在真正意義上實現了鋼渣處理工藝的裝備化、環境友好化、高效化、安定化，為后期鋼渣深加工制備高附加值產品創造了有益條件。
4尾渣資源化利用技術發展現狀在國內現有處理流程中，熔融鋼渣通過預處理后，經破碎、磁選、篩分得到渣鋼和一定粒度的尾渣。其中渣鋼基本直接回收循環利用于燒結流程;尾渣則根據應用領域的具體需求，制備成不同的性能材料。
4.1 傳統資源化利用技術
1)道路建設。
由于鋼渣擁有較高耐磨性和硬度，安定性較好的鋼渣可以路基材料的形式用于公路建設。在美國，近50%的鋼渣被用于公路行業;英國則使用98%鋼渣用作道路骨料。烏魯木齊市新建鋼渣瀝青混凝土試驗段，結果表明，該段滿足《公路工程質量檢驗評定標準》技術要求[2]，基于國內先進鋼渣預處理技術，鋼渣在道路方面的應用在技術上已趨于成熟。鋼鐵企業應多與公路協會以及相關單位交流，展示鋼渣在道路方面應用的優越性，加快拓展鋼渣的大規模應用。
2)生產鋼渣水泥和混凝土
由于存在C，S、C2S等成分，鋼渣的水硬凝膠性較好，是一種價格較為低廉的凝膠材料，可應用于水泥和混凝土的生產。由于鋼渣活性較低，通常需要通過活性激發技術增加鋼渣活性，較為常見的激發技術有物理激發、化學激發等。由于鋼渣存在安定性問題，鋼渣在混凝土領域的應用要極其謹慎，尤其是結構混凝土方面。目前，國內因為使用不合格鋼渣發生了許多建筑方面的安全性事件，如墻面、道路開裂等，以致于在結構混凝土圈內“談渣色變”。
3)生產微晶玻璃。
適當添加鋼渣粉，可制備性能更為優異的微晶玻璃。迄今為止，國內外有許多大型企業已工業化生產微晶玻璃。與普通玻璃相比，微晶玻璃的晶化過程可以被控制，可促進玻璃產品的耐磨、抗風化、抗熱震、耐腐蝕、強度等指標的提高。
4)燒結配加料。
由于鋼渣主要成分為Si02，MgO，Fe0，Fe，0，A120、Ca0等，適當添加鋼渣于燒結原料中，可以節省大量的石灰石和白云石，降低原料成本。由于鋼渣自身質量原因，國內鋼鐵企業在燒結料中的配加量相對較低，是相關研究亟需改善的利用方向之一。
4.2 新興資源化利用技術
1)土壤修復。
鋼渣堿度較高，含有一定 的Ca(OH2)和Mg(OH)，等堿性氧化物，使鋼渣具有與酸性土壤發生中和反應的特性，具有應用于土壤修復的工程潛力。
2)污水重金屬吸附。
由于多孔結構、較大比表面積、自由能高等特性，鋼渣能夠應用于環境污水中磷、銅、鎳、鎘、鉛和砷等元素的脫除。此外，相比其他材料，鋼渣密度較大，易從污水中分離。包勇超選用100目鋼渣粉末作為吸附劑進行水中重金屬的去除，發現鋼渣代替石灰時，不僅去除效果好，而且產生污泥量小，污泥含水率低，可以實現“以廢治廢”的目的。
3)co2捕集和存儲。
目前二氧化碳礦物碳酸化固定技術是鋼渣綜合利用新技術的研究熱點。鋼渣C02捕集主要分為兩種：干法固化CO2和浸出后固化CO2。鋼渣中存在大量的Ca0和Mgo等氧化物，利用鋼渣的碳酸化原理將CO2捕集并固定到鋼渣中。這項技術成本廉價，原料易獲取，易反應和工藝流程短。
5結論
綜上所述，我國目前在鋼渣綜合利用方面所面臨壓力較大，利用率僅為30%左右，與發達國家差距較大，尤其是在道路方面以及鋼鐵企業內循環方面。隨著時間的推移，鋼渣的堆積量會越來越大，亟需開發鋼渣的綜合利用技術以緩解環境壓力。筆者總結歸納出以下建議：
1)目前，新一代鋼渣有壓熱悶工藝適用性較廣，已有案例實現了鋼渣處理工藝的裝備化、環境友好化和高效化，基本解決了鋼渣的安定性問題，滿足國家現行對于冶金行業的環保要求，應加大推廣。
2)以國內現有技術，鋼渣經過安定化預處理后，其性能基本滿足道路使用水泥、鋼渣砌磚等要求，在技術和質量上已趨成熟，可以廣泛應用。然而，該綜合利用產品附加值較低，只能在鋼鐵企業較近的區域利用，無法承擔高昂的長距離交通運輸費。我國鋼鐵企業較為集中的地區，大量鋼渣依舊未能在道路建設等方向實現大規模利用，仍應開發高附加值、低排放的新型綜合利用技術。
3)盡管國內鋼渣安定性問題解決較好，但仍無法滿足混凝土領域的要求，尤其是在結構混凝土方面，鋼渣仍不可作為骨料使用于結構混凝土。針對現有問題，需要對鋼渣進行深度的基礎研究，解決其目前存在的低膨脹性問題。
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