国内外钢渣循环利用技术研究进展(2015.11)

国内外钢渣循环利用技术研究进展

一、概述

钢铁生产过程中都会产生高炉渣（矿渣）和钢渣。

高炉渣是高炉生产铁水时产出的一种废渣，出炉状态也是温度高达1400℃以上的液体，化学成分中CaO含量约30%-40%，SiO2含量约30%-40%，反应形成的矿物主要是低钙硅酸钙。目前，高炉渣已经得到很好的资源化利用。

钢渣是转炉炼钢产生的一种废渣，出炉状态温度高达1400℃以上的液体，化学成分CaO含量约40%-60%，SiO2含量约13%-20%。主要矿物相是硅酸三钙、硅酸二钙、钙铁橄榄石、游离氧化钙、游离氧化镁等。冷却处理后的钢渣中含有大量的结晶粗大、结构致密的游离氧化钙和游离氧化镁，这些游离氧化钙（f-CaO）和游离氧化镁（f-MgO）遇水后会在很长时间内持续水化并发生体积膨胀，导致钢渣利用时的长期安定性极差，严重制约了钢渣的安全利用。目前，我国钢渣的主要应用方向是生产钢渣粉、钢铁渣复合粉。

2014年我国粗钢产量8.2亿吨，按照钢渣的产量是粗钢产量的10%-15%核算，2014年我国钢渣产量约为0.82-1.2亿吨。目前约有70%的钢渣处于堆存和填埋状态。如果能循环利用这些钢渣，不仅能回收大量的有价金属，而且能减轻环境负担。

二、我国钢渣循环利用现状

1、钢渣一次处理工艺利用现状

常规的钢渣一次处理方法主要有热焖分解法、机械破碎法。其中，热焖分解法包括热焖法、热泼法及浅盘法，这类处理工艺的原理是在高温条件下利用钢渣中的氧化钙、氧化镁等碱性氧化物与水反应形成氢氧化物，由体积的膨胀破碎来达到粒化钢渣的目的。机械破碎法，顾名思义，是通过机械外力作用对流动状态的钢渣进行冲击，使其破碎。机械破碎法包括水淬法、风淬法、滚筒法及钢渣风淬粒化法。

冶金工业信息标准研究院冶金咨询中心统计国内129家大中型钢铁企业的钢渣一次处理数据，见图1。

图1 钢渣一次处理法的分类统计

由图可知，采用热焖法的有59家，占比达到45.73%；采用热泼法的改进处理工艺“热泼焖渣法”的共有51家，比例达到39.53%；居第三位的是宝钢工程的滚筒钢渣处理法，占比为7.75%。值得一提的是，宝钢滚筒钢渣处理法虽然在国内占有率较低，但因其具有处理速度快、环保效果好等优点，已在韩国浦项制铁、印度JSW、中国台湾中龙和巴西CSP钢厂得到应用。

2、钢渣二次处理工艺利用现状

二次处理工艺包括水洗精铁粉工艺技术、精铁球磨制提纯工艺、渣钢铁回收工艺（含破碎、磁选及筛分技术）及高纯大块渣钢铁加工提纯工艺等。较早期的钢渣二次处理工艺主要为简单的破碎和筛分，目前都已升级为多级破碎、多级筛分和多级磁选，如梅钢为3破7选5筛分、太钢为2破3选5筛分等，都是为了能充分回收钢渣中的金属以及使尾渣得到充分利用。但是随着处理工序的增加，设备投资、厂房投资以及日常维护人工都要成倍增加，因此，破碎、筛分及磁选还应该根据一次钢渣处理的情况来调整。

钢渣的细碎设备如惯性圆锥破碎机，制粉设备如柔性立式磨机、圆锥磨、卧式磨和辊压磨等应用比较广泛。机械法处理后的钢渣粒度都比较细小，因此其在二次处理时则可以减少破碎、筛分和磁选的设备投资。从整体来看，国内钢渣二次处理工序各有特色，需要结合钢渣一次处理工序的整体价值优势来判断其优劣。

3、尾渣利用现状

目前，我国正在研究钢渣尾渣应用的领域有钢渣尾渣制备改性黏结剂、新型渣罐保护剂、钢渣填料-潜流湿地、焦煤中配入钢渣、酸改性钢渣处理、改性钢渣除藻、转炉钢渣制备陶瓷等。

钢渣尾渣的应用也是多样化。以热泼法为代表的杭钢，其钢渣处理企业哈斯科2014年的钢渣粉产量为19.5万吨，尾渣产量为31.5万吨，其中钢渣用作沥青100吨、路基料4.7万吨、配重砂1.3万吨，尾渣用于水泥混凝土20万吨，大块尾渣堆存5.5万吨。以热焖法为

代表的鞍钢矿渣公司，自2014年9月辊压机终粉磨钢渣粉生产线投产以来，先后进行了生产不同比表面积450-600m2/kg的钢渣粉工艺参数的优化，实现了台时产量达80t以上的平稳生产。用钢渣粉和矿渣粉进行钢铁渣粉生产，并将其成功应用在鞍钢的大型技改工程、冷轧厂高强连退工程和炼钢三工区改造工程等项目中，使用效果良好，均达到设计标准C30混凝土的强度要求。钢铁渣粉的使用比例占混凝土胶凝材料的15%-30%；同时将钢渣粉和矿渣粉应用在人工鱼礁工业化试验中，钢渣粉和矿渣粉的使用比例达到90%以上。钢渣粉及钢铁渣粉在水泥生产的应用中，可以配置高标号42.5级钢渣硅酸盐水泥。

4、“少渣冶炼”工艺应用

目前，国内转炉炼钢兴起了“少渣冶炼”工艺，它是第一炉留渣，第二炉脱磷期将含有二氧化硅、五氧化二磷等杂质的炉渣倒掉一部分，达到在脱碳期加少量原料重新造渣，冶炼终点留渣并固化，进行循环冶炼的一种工艺，能使渣中f-CaO达到充分利用。目前，国内实现此工艺最有代表性的企业是首钢迁钢，其全品种系列中采用“少渣冶炼”工艺的比例将近50%。

对比普通转炉冶炼工艺和“少渣冶炼”工艺的钢渣成分可以发现，采用普通冶炼的钢渣中f-CaO的含量达到5.7%；采用“少渣冶炼”工艺的钢渣中f-CaO的含量仅为2.1%。由此可见，采用“少渣冶炼”工艺对钢渣循环利用有促进作用。

5、钢渣利用途径

早先，国内钢渣主要用于加工生产钢渣水泥。但是，随着建筑工

程对高强度水泥的需求，钢渣矿渣水泥中钢渣的掺量逐渐减少。目前大多数钢渣矿渣水泥厂在生产中已不配加钢渣，而改产矿渣复合水泥。随着钢渣产量的增多，以及钢渣矿渣水泥中钢渣掺量的降低，开发钢渣新的大宗利用途径已势在必行。图2列举了钢渣的利用途径及相对价值。

图2 钢渣利用途径及相对价值

目前，国内外钢渣主要用作建筑石子或建筑物基础用集料等，这属于钢渣低附加值利用范畴。而将钢渣与水泥熟料、矿渣、石膏等混磨后制备钢渣矿渣水泥，或是将钢渣单独粉磨、将钢渣与矿渣共磨后制备混凝土掺合料，已成为钢渣高附加值利用的主要途径。

三、钢渣高附加值利用的重要途径

生产复合粉是实现钢渣高附加值利用的重要途径。

1、高活性复合掺合料已成为实现混凝土高性能的关键组分

高性能混凝土已经成为现代混凝土技术的发展趋势，混凝土耐久性问题日益受到重视。由于传统硅酸盐水泥水化时，形成了大量的强