钢渣处理及资源化利用技术现状与展望

钢渣处理及资源化利用技术现状与展望

梁韶元

华欣环保科技有限公司512123

摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，在钢铁工业中，钢渣处理是非常重要的内容。钢渣处理过程产尘量大、产尘点多、烟尘湿度大，超低排放改造难度大，是钢铁工业超低排放改造的重要环节。本文首先分析钢渣基层标准体系现状，其次探讨钢渣资源化利用技术，最后就相关思考与展望进行研究，为相同或相似工序提供借鉴与参考。

关键词：钢渣；资源化；利用

引言

钢渣是炼钢环节产生的一类大宗碱性工业固废，随着粗钢产量的快速增长，作为炼钢工艺副产物的钢渣的产生量也逐年递增。2018年，我国钢渣产生量达1.21亿吨，综合利用率仅为30％左右。钢渣的堆存不仅占用大量的土地，还会对空气、土壤和水源造成严重的污染。资源化利用这一工业固废是钢铁行业实现绿色、低碳发展亟待解决的问题。建设期按当时最为严格的特排标准进行设计和建设，运营期针对无组织排放进行了多次专项改造，钢渣处理中心全工序通过了超低排放评估审核。

1钢渣基层标准体系现状

国内开展钢渣在道路基层的标准制定工作可追溯到20世纪90年代，CJJ35—1990《钢渣石灰类道路基层施工及验收规范》从原材料、混合料设计、现场施工工艺、质量控制与验收标准等方面规定了钢渣石灰作为道路基层、底基层的要求。YBJ230—1991《钢渣混合料路面基层施工技术规程》提出了钢渣在水泥、水泥粉煤灰、石灰粉煤灰（以下简称二灰）稳定混合料的技术要求，进一步拓展了钢渣在道路基层的应用范围。由于钢渣来源渠道多、理化性质复杂，为了明确钢渣在道路基层的技术要求，CJJ35—1990在平炉和转炉钢渣的基础上增加了电炉钢渣，提出了钢渣粉化率、最大粒径以及压碎值等指标的技术要求与试验方法。截至2021年底，道路钢渣基层标准体系已基本形成，涵盖了沥青混合料、水泥混凝土、无机结合料等原材料技术要求、混合料设计、设计参数、质量控制、施工工艺及验收标准等内容。

2钢渣资源化利用技术

2.1钢渣用作建材及道路材料

钢渣含有C2S、C3S等具有一定胶凝活性的矿物组分，与硅酸盐水泥熟料类似。钢渣加入一定比例的石膏及其它，经球磨到达一定比表面积可生产钢渣水泥，或者直接将钢渣粉磨微粉作为混凝土掺合料或者水泥熟料替代。钢渣耐磨性高，经预处理后，用作道路垫层和基层，其强度、抗弯沉等性能较天然石材有优势。钢渣与普通碎石相比，耐低温开裂特性较好，可用于道路工程回填。钢渣具有导电性能，用作铁路道岔不干扰铁路系统电讯工作。钢渣具有较好的力学性能，可以用作混凝土集料，应用于沥青混凝土、混凝土路面等。

2.2水泥稳定钢渣碎石

水泥稳定碎石材料板体性好，力学性能优异，已成为我国高等级公路主要的基层类型。诸多研究人员利用钢渣替代碎石，研究水泥稳定钢渣碎石的混合料设计（水泥剂量、钢渣掺量及级配类型）和路用性能（力学性能、收缩性、抗冲刷性能及疲劳性能）。

2.3破碎分选无组织排放改造

针对钢渣深加工皮带转运过程产生的扬尘，通过强化落料点密封，有效控制了扬尘区域。针对钢渣在皮带切换过程“落料”导致的无组织扬尘问题，通过优化皮带机头部和尾部收尘形式和风量，对产生的扬尘进行有效收集，解决了钢渣“落料”导致的无组织排放问题。针对钢渣转运过程因皮带震动和钢渣间挤压导致产生的扬尘，通过强化上料机、破碎机、振动筛、磁选机区域密封，并配以收尘装置，有效解决了钢渣破碎分选过程所产生的无组织排放问题。

2.4水泥粉煤灰稳定钢渣碎石

粉煤灰可与水泥或钢渣水化产物的Ca（OH）2发生火山灰反应。与水泥稳定基层材料相比，水泥粉煤灰钢渣或粉煤灰钢渣碎石基层材料的力学强度虽略有降低，但是其干缩小、水化热值低、抗裂性能好，粉煤灰的火山灰反应可在一定程度上抑制钢渣的体积膨胀性。值得关注的是，单纯粉煤灰缓解钢渣体积膨胀的效果有限，工程实践表明：钢渣陈化时间短，路面会出现鼓包、裂缝；针对活性f-CaO含量过高，应综合采取延长钢渣陈化时间、设置膨胀缝、配合比中预留一定空隙率，掺加其它材料改善钢渣体积稳定性等措施。

2.5钢渣高温改质促进钙铁元素分相赋存及协同利用

针对钢渣Ｃａ２＋浸出率低及铁氧化物回收效果不理想的问题，本研究首次提出了高温改质－间接碳酸化的钙铁元素液－固相分离及协同利用工艺。通过高温改质使钙元素富集于高浸出反应活性的含钙硅酸盐矿物中，铁元素存在于结构稳定的富铁矿物尖晶石相或Ｒ０相中；通过醋酸浸出反应，硅酸盐矿物溶于液相释放Ｃａ２＋，富铁矿物稳定存在于浸渣中，由此实现了钢渣中钙元素的高效浸出及铁元素的高品位富集。通过高温改质－间接碳酸化工艺可更好地实现钢渣的消纳、Ｃ０２的减排和铁素资源的利用，具有较好的环保效益和社会效益。

2.6破碎分选无组织排放改造

针对钢渣深加工皮带转运过程产生的扬尘，通过强化落料点密封（如图1所示），有效控制了扬尘区域。针对钢渣在皮带切换过程“落料”导致的无组织扬尘问题，通过优化皮带机头部和尾部收尘形式和风量（如图2所示），对产生的扬尘进行有效收集，解决了钢渣“落料”导致的无组织排放问题。针对钢渣转运过程因皮带震动和钢渣间挤压导致产生的扬尘，通过强化上料机、破碎机、振动筛、磁选机区域密封，并配以收尘装置，有效解决了钢渣破碎分选过程所产生的无组织排放问题。

图 4 强化后的处理线皮带系统密封

图 5 优化后的处理线皮带系统收尘

3思考与展望

近年来，钢铁企业在国家高质量发展战略引领下，结合超低排放改造、创建A级企业等环保政策要求，在钢渣处理过程环保水平提升以及钢渣资源化利用方面均取得显著进步。需重点在三个方面开展技术研究工作，从而进一步提升马钢在钢渣处理及利用方面的技术能力和水平。（1）结合国内外技术发展趋势，在自主研发钢渣风碎处理技术基础上，进一步开发钢渣显热回收技术，重点解决显热回收过程中钢渣粒化效果和处理节奏，以保证热态钢渣处理过程满足炼钢排渣节奏要求，同时结合实际设计回收余热的利用途径，从而为节能降碳挖掘潜力。此外在设计钢渣显热回收技术路径的同时，应结合钢渣资源化利用途径综合考虑。（2）钢渣除了含有大量显热之外，其化学组成中也含有大量的Fe、Ca、Mg等有价值元素，占比约80%，钢渣返回烧结循环利用的主要障碍是P的富集问题。解决P富集问题，主要措施包括：一是源头分类，针对不同P含量的钢渣分类处理。如电炉钢渣P含量较低应全部返烧结利用；南区和北区因铁水P含量不一样，铁钢比设计也不一样，目前是将北区钢渣返回南区烧结利用，从整体上形成一个开路，避免了P的富集；风碎处理钢渣和热闷处理钢渣P含量也不一样，前者P含量高于后者，因此应该将热闷处理后尾渣破碎到合适粒度返回烧结利用更合理。二是开展钢渣脱P技术研究，降低钢渣中的P含量，从而提高钢渣返回烧结利用比例，同时也可以回收P资源。（3）钢渣在外部利用，主要是建材水泥领域，存在问题是钢渣含有f-CaO，钢渣用量超过一定比例后会引起体积膨胀。解决钢渣f-CaO问题主要有两种途径，一是源头改性，通过添加剂的加入使钢渣f-CaO在高温下与之结合成稳定的化合物；二是通过陈化消解，使粒化后的钢渣f-CaO通过反应变成CaCO3或者Ca（OH）2，实现稳定化处理。

结语

综上所述，钢渣处理工序无组织排放治理是超低排放改造的重点和难点。通过对湛江中冶环保运营管理有限公司开展钢渣处理工序无组织排放治理的思考与实践，为相同或相似工序开展无组织排放改造提供参考。在钢渣处理工序无组织排放治理上，要以问题为导向，持续开展技术创新，同时强化日常监管，才能确保超低排放改造成果常态化保持。

参考文献

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