钢渣综合利用的方法

钢渣的综合利用钢渣是在转炉、电炉或精炼炉熔炼过程中产生的由炉料杂质、造渣材料等熔化形成的以氧化物为主、有时还含有少量氟化物、硫化物及渣钢渣粒的冶炼废物，发生量约占钢铁企业固废总量的25%。

近年来，我国钢铁业发展迅猛，粗钢产量年均增长22.4%，2010年1～9月已达4.75亿t计，由此产生近1亿t的钢渣。

钢渣中富含Ca、Si、Fe、Mg、A1等有价元素，蕴含大量热能，是一种宝贵的次生资源，而有效处理和利用钢渣，不仅有利于节能降耗和温室气体减排，还是钢铁企业实现可持续发展和循环经济的必由之路。

1钢渣的种类与来源冶金企业生产工艺的各异导致渣的种类也不尽相同，特别是化学成分和物理性能存在巨大差异。

鞍钢长流程生产工艺所产生的渣，大体上分为脱硫渣、转炉炼钢渣、连铸渣和精炼渣等：①脱硫渣。

转炉炼钢前进行铁水预处理，在脱硫站脱硫扒渣，炉渣碱度较高。

一般，因脱硫渣的硫过高而须脱硫处理，否则，其冶金用途不大。

②转炉钢渣。

鞍钢日产5000t左右的转炉钢渣，占钢厂渣总量的60%以上，是一种利用范围较广和使用价值最高的钢渣。

③连铸渣。

鞍钢采用全流程的连铸生产工艺，连铸过程中的保护渣成分在使用前后变化不大，理论上可循环使用。

但现实中因连铸保护渣随二冷水流走并与其它杂质混杂，且含较多难以回收的氟，故大部分堆放在渣场，目前利用率偏低，其应用问题还有待于进一步研究。

④精炼渣。

鞍钢采用炉外精炼等措施冶炼高纯净度的钢水，精炼过程产生大量副渣，其除含高碱度的碱性氧化物外，还有非常高的三氧化二铝和非常低的金属铁量，适合制造水泥和耐火材料。

同时，国外已开展对精炼渣深人利用的研究，如日本己对LF炉的顶渣利用课题立项，开展了热渣循环利用的研究。

2钢渣的基本物性2.1钢渣的物理性质钢渣呈黑色，外观像结块的水泥熟料，其中夹带部分铁粒，硬度大，密度为1700~2000kg/m3。

钢渣组成来源于铁水与废钢中所含铝硅锰等元素氧化后形成的氧化物；金属料带入的泥砂；加入的造渣剂，如石灰、萤石等；作氧化剂或冷却剂使用的铁矿石、烧结矿、氧化铁皮等；被侵蚀的炉衬材料和炉材料；脱氧用合金的脱氧产物和熔渣的脱硫产物等。

2.2钢渣的化学性质钢渣的主要化学成分有：CaO，SiO2，FeO，Al2O3，MgO等，成分组成基本稳定。

钢渣的主要矿物组成为橄榄石(FeO·SiO2)，硅酸二钙(2CaO·SiO2)，硅酸三钙(3CaO·SiO2)，铁酸二钙(2CaO·Fe2O3)和f-CaO等。

3钢渣的处理与加工工艺钢渣成分复杂、流动性差别大、性能不稳定、处理技术发展缓慢，主要为热态处理和冷态加工两个环节。

前者是指高温熔渣处理成常温固态渣的过程，侧重于钢渣快速、清洁的处理；后者是指固态渣经破碎、磁选等工序，加工成不同粒度、不同金属含量的尾渣、渣粉、渣钢的过程，侧重于钢渣的资源化利用。

在实际生产中，两个环节区分并不明显，一般采取适当的组合工艺，如对流动性较好的液态钢渣，采取“风淬/滚筒+磁选”工艺；流动性较差的采取“热焖/水淬+破碎+磁选”工艺。

3.1钢渣的热态处理热态钢渣的处理工艺应考虑的原则：（1）安全可靠，处理能力大；（2）渣和金属分离度高，利于金属回收；（3）可有效消解f-CaO，满足尾渣利用要求；（4）工艺简单，经济性好，无二次污染。

3.2钢渣的冷态加工由于各个钢厂排渣设备配置不同、钢渣性质各异，钢渣的冷态加工多是粗碎、破碎、磁选、风选等单项工艺的组合，如鞍钢对热焖处理后的钢渣，先通过“三筛、二破、三磁选”粗选出40%的含铁物料，再经“球磨机湿磨、筛分分级、磁滑轮分选”的深度处理，选出品位大于90%、粒径1.5~100mm的精块铁，作为废钢原料用于转炉生产，而湿磨后、筛分分级出的渣浆，再用螺旋分级机重选、水选出铁品位为55%、粒径小于1.5mm的精铁粉用于烧结，其余尾渣用作建材原料。

莱钢的渣铁分离生产工艺可归纳为“三破七选四筛分”，使球磨料和尾渣质量大大提升，达到钢渣资源“吃干榨尽”和闭路循环。

白俄罗斯OP公司针对钢渣粉的精细风选工艺，可从粒度0~l0mm粒化钢渣中回收0.08mm以上金属颗粒（单纯采用磁选方法很难实现，因为钢渣中的细小非金属物料同样被磁铁吸附），分选后的尾渣粉用作水泥原料。

4钢渣的利用从赋存状态上，钢渣可分为固态渣和熔融渣，在综合利用方面，两者对比如表1所示。

表1 固态冷渣和液态冷渣的综合利用4.1 钢渣用作冶金原料钢渣返回冶金再用，包括返回烧结、返回高炉和返回炼钢。

由于钢渣作冶炼熔剂可以回收钢渣中Ca、Mg、Mn的氧化物和稀有元素等成分，能大量节约石灰石、萤石，降低焦比、提高利用系数、降低成本。

因此，世界几个产钢大国一直坚持钢渣返回作熔剂，而且占钢渣资源化的比重很大，美国把钢渣配入烧结和高炉等再利用，利用率大约为56%，德国约24%，日本约为19%。

(1)从钢渣中分选回收废钢和钢粒钢渣中一般含7%~10%的废钢，经破碎、磁选、筛选等分选技术可回收其中90%以上的废钢及部分磁性氧化物。

磁选出的渣钢，一般含铁在55%以上。

钢渣分选工艺，按破碎原理可分为机械破碎-磁选-和自磨-磁选两种。

①机械破碎-磁选工艺钢渣机械破碎-磁选工艺流程，它是回收渣钢最基本的工艺流程。

工艺中所用的破碎机包括颗式破碎机、圆锥式破碎机、反击式破碎机和双辊破碎机等。

磁选机包括吊挂式磁选机和电磁铁式磁选机。

筛子包括格筛、单层振动筛和双层振动筛等。

钢渣分选时，用皮带运输机和提升机，按不同要求把这凡种设备连接起来，组成二破三选-两筛、一破两级复合磁选、两破-三选一筛等工艺流程。

②钢渣自磨分选工艺钢渣自磨分选工艺是利用钢渣在旋转的自磨机内互相碰撞而破碎。

钢渣先经筛分、磁选、筛分，再进入自磨机自磨。

粒度小于自磨机周边出料孔径的钢渣自行漏出。

未能磨小漏出的渣钢，达到一定量时卸出。

自磨机破碎钢渣的过程，也是渣钢提纯的过程。

从自磨机取出的废钢，含铁量高达80%以上。

渣钢精加工可采用棒磨机，渣钢在旋转的棒磨机内，经过棍棒和大块钢的磨打，使渣与钢分离。

磁选后，可得到含铁90%以上的废钢。

也可联合使用棒磨机与投射式破碎机，大块渣钢用棒磨机处理，小块渣钢用投射式破碎机处理。

经预处理的<30Omm热泼钢渣与老渣山的陈渣经磁选机选出渣钢后进入一次振动筛筛分。

筛上块渣进入自磨机进行自磨，磨至小于60mm后由自磨机周边漏出，与一次筛下渣一起进入二次筛分。

二次筛分并磁选后使得到0~10mm、10~40mm、40~60mm规格渣。

自磨机内的渣钢待有一定数量后取出。

采用自磨工艺回收渣钢，工艺简单、占地面积小，一台自磨机可以代替几台机械破碎机。

对钢渣适应性强，不会有大块废钢损坏破碎机，操作安全。

破碎的规格渣无棱角，更适于做级配料使用。

钢渣中含有20%左右的FeO，并夹杂有金属Fe，钢渣破碎的粒度越细，回收的金属Fe越多。

国外较早开展从钢渣中回收废钢铁，例如：美国1970~1972年从钢渣中回收近350万t废钢。

我国已有不少厂家建立了处理钢渣生产线，例如：鞍钢采用无介质自磨及磁选的方法回收钢渣中的废钢量达8.0%，武钢达8.5%。

(2)作烧结矿原料和熔剂鞍钢的钢渣经破碎后送人钢渣加工中心进行磁选，磁选后的精矿粉送烧结厂重新烧结利用。

由于磁选粉的w(TFe)在44%-56%(品位较低)，在烧结生产中的配比不易过大，否则会降低烧结矿品位。

实验室和工业生产表明，烧结中配入5%-10%小于8mm的转炉钢渣代替熔剂使用，可利用渣中钢粒中氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分，显著改善烧结矿的宏观和微观结构，提高转鼓指数及结块率，同时降低风化率、提高成品率。

另外，转炉渣的铁和氧化铁的氧化放热可补偿钙、镁碳酸盐分解时所需热量，有利于降低烧结矿的燃料消耗。

尽管在烧结过程中添加钢渣可代替石灰石作熔剂，利于烧结顺行和降低成本，但由于钢渣中磷有所富集，配比不宜超过3%。

(3)为高炉和转炉炼钢熔剂低磷钢渣可作为高炉、化铁炉熔剂，利用其中的粒钢和氧化铁成分，同时还可改善高炉渣的流动性。

转炉钢渣另一重要用途是返回转炉继续利用，用其代替氧化钙和部分萤石也有较好效果。

此外，钢渣可起到钢水降温的作用，鞍钢炼钢厂应用此法取得较好效果；渣中铁又部分重新回到钢水中，转炉渣直接返回转炉炼钢；同时加人白云石可使炼钢成渣早、减少初期渣对炉衬的侵蚀，有利于提高炉龄、降低耐火材料消耗和节约生产成本。

高炉每加工100kg钢渣就可节约资金3-6元，经济效果明显。

4.2 钢渣处理废水张运徽用钢渣处理含Cr废水，在废水pH值为2.5~12、Cr3+浓度为0~350mg/L、按Cr与钢渣重量比为1/35投加钢渣进行处理，Cr去除率为99%，处理效果可以达到排放标准。

邓希雁等人用钢渣对废水中的P进行去除，当废水中P浓度为10mg/L、pH=7.50~7.60、钢渣用量为0.5g/100mL时，在1h内就可使残留液P浓度降低到0.1mg/L以下，去除率达到99%以上。

郑礼胜等人用钢渣处理含As废水，在废水pH=1.5~9.0、As(III)含量10~200mg/L、As(III)/钢渣为1/2000(质量比)的条件下，As的去除率达98%以上。

4.3 钢渣用于建筑材料(1)用于生产水泥碱度高、有很好的水硬性，如果熔融钢渣的碱度及其各氧化物之间的分子配比和冷却速度合理，常温下与水作用的主要矿物组成硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)和铁铝酸四钙(C4AF)能产生一定的强度。

早在70年代就已开始利用钢渣来生产水泥，由于钢渣的后期强度较高，配加部分水泥熟料，利用熟料早期强度高的优势，制成的钢渣水泥具有各龄期强度好、耐磨、抗渗等优点。

目前在豫北地区水泥厂采用，但钢渣掺量一般为15%左右。

(2)用于筑路材料钢渣碎石具有比重大、强度高、磨损率小、耐磨等特点。

国外40%的钢渣用来修筑公路，国内目前也正大力向筑路发展，建设部编制的“钢渣筑路规范”肯定了钢渣应用于筑路的研究工作和实际应用的可能性。

首钢应用0~50mm自然级配的渣粉(金属铁含量小于1%)与部分粉煤灰、石灰按80:6:14配比，生产钢渣拌合料作为道路基层材料。

与二灰砂粉砾拌合料或二灰碎石拌合料相比，钢渣拌合料的各项室内性能提高明显，试验路通车一年后的专家评议意见认为，在车流量大、路面经常通过40~60t大型钢坯车的重载条件下路面基本平整、无沉陷、无鼓包、达到了设计要求。

1997年，北京修建白颐路道路基层时，正式使用了此种钢渣拌合料。

(3)用于建材生产钢渣含FeO、CaO、SiO2等化合物，可作为生产砖、砌块等建材。

钢渣经过磨细和加入添加剂，可降低f-CaO的不安定性，适合作建筑材料。

如武钢利用水淬钢渣研制的钢渣砖所建的三层楼房已使用25年之久，证明钢渣砖质量可靠、性能稳定、强度高。