钢渣综合利用的途径

钢渣综合利用的途径

黄勇刚1　狄焕芬2　祝春水3

(1.中钢集团武汉安全环保研究院　武汉430081;　2.鞍钢集团新钢公司设备处　辽宁鞍山114001;

3.武汉理工大学资源与环境工程学院　武汉430070)

摘　要　介绍了钢渣的组成以及钢渣在钢铁冶炼、建材生产、环境工程、农业等方面综合利用的途径。 关键词　钢渣　利用　环境　废水

Approaches to Comprehensive U tilizing of Steel Slag

Huang Y onggang 1　Di Huan fen 2　Zhu Chunshui 3

(1.Wuhan Safety &Environmental Protection Research Institute ,SINOSTEE L Wuhan 430081)

Abstract In this paper ,the constitution of slag is briefly introduced and the approaches to com prehensive utilizing are described in aspects of steel smelting ,manu facture of architectural materials ,environmental engineering and agricultural production ,etc.K ey w ords steel slag utilizing environment waste water

钢渣是炼钢工程中排出的废渣,其排出量约占粗钢产量的15%～20%。1996年,我国的粗钢产量达1亿多t ,按吨钢产渣160kg 计,全年产渣量1600万t 。目前很多钢厂渣满为患,不仅占用宝贵的土地,同时污染环境,所以最佳出路是开发钢渣的综合利用,变废为宝。

国外钢渣利用的研究进行得比较早。美国在20世纪70年代初,钢渣的利用就已经达到了排用平衡。日本、法国的钢渣利用率也早已达到100%。我国起步较晚,到1999年,钢渣的利用率也仅为81%[1]

左右。因此,我国的钢渣利用还有很多工作要做,也有很多潜力可挖。

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钢渣的组分钢渣由钙、铁、镁、硅、铝、锰、磷等氧化物组成。其中钙、

铁、硅氧化物占绝大部分。各种成分的含量依炉型、钢种不同而异,有时相差悬殊。

钢渣的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、RO (R 代表镁、铁、锰的氧化物,即FeO 、MgO 、MnO 形成的固熔体)、游离石灰(fCaO )等。钢渣的矿物组成主要决定于其化学成分,特别与其碱度有关。炼钢过程中需要不断加入石灰,随着石灰加入量增加,渣的矿物组成随之变化。炼钢初期,渣的主要成分为钙镁橄榄石,其中的镁可被铁和锰所取代。当碱度提高时,钙镁橄榄石吸收氧化钙变成钙镁蔷薇辉石,同时放出RO 相。再进一步增加石灰含量,则生成硅酸二钙和硅酸三钙

[2]

。

可见,钢渣中的许多成分与水泥相同,而且它还含有一定量的铁可回收,还具有许多优异的物理化学性质,因而具有广阔的开发前景。

2

钢渣的利用在钢渣综合利用方面,我国已闯出了符合国情的技术路

子,即以大宗利用为主,兼顾多功能、高效能的利用,在取得环境效益和社会效益的同时,尽可能收到良好的经济效益。经过多年的反复实践,我国已把钢渣成功地用作烧结配料和冶炼熔剂,生产钢渣水泥,作筑路和回填工程材料,生产建材制品,作农肥和土壤改良剂等。

2.1　用作冶金原料2.1.1

作烧结熔剂转炉钢渣一般含40%～50%的CaO ,1t 钢渣相当于0.7～0.75t 石灰石。把钢渣加工成小于10mm 钢渣粉,便可代替部分石灰石作烧结配料用。配加量视矿石品位及含磷量而定,一般品位高、含磷低的精矿,可配加4%～8%。

烧结矿中适量配入钢渣后,不仅可以回收利用渣中钢粒、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰(MnO )、稀有元素(V 、Nb

……

)等有益成分,而且成了烧结矿的增强剂,显著地提高了烧结矿的质量和产量,并且使转鼓指数和结块率提高,风化率降低,成品率增加。再加上水淬钢渣疏松、粒度均匀,料层透气性好,有利于烧结造球及提高烧结速度。此外,由于钢渣中Fe 和FeO 的氧化放热,节省了钙、镁碳酸盐分解所需要的热量,使烧结矿燃耗降低[3]。

2.1.2

　作高炉或化铁炉熔剂

钢渣中含有10%～30%的Fe ,40%～60%的CaO ,2%左右的Mn ,将其作为炼铁熔剂,不仅可以回收钢渣中的Fe ,而且可以把CaO 、MgO 等作为助熔剂,从而节省大量石灰石、白云石资源。钢渣中的Ca 、Mg 等均以氧化物形式存在,不需要

4　B T onelli ,AK H O.Evaluating Disin fection Altematives.Proc T oronto

P ollution C ontrol Ass ociation.April ,1978

5　K H O ,P Bohm.UV disin fection of tertiary and sec Ondary effluents.

W ater P oll Res J Can ,1984,16

6　张辰,等.紫外消毒系统的设计.给水排水,2004(3)

(收稿日期2004-07-26)

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44・ 工业安全与环保

Industrial Safety and Environmental Protection

2005年第31卷第1期

January 2005

经过碳酸盐的分解过程,因而还可以节省大量热能[3]。

钢渣也可以作化铁炉熔剂代替石灰石及部分萤石。使用证明,其对铁水温度、铁水含硫量、熔化率、炉渣碱度及流动性均无明显影响,在技术上是可行的[2]。

2.1.3　回收废钢铁

钢渣中含有相当数量的铁,平均质量分数约为25%,其中金属铁约占10%[1]。经过手选和磁选,可回收各粒级的废钢,其中大部分含铁品位高的钢渣作炼钢、炼铁原料。从钢渣中回收废钢铁在全国各大钢厂早已应用,在此不再赘述。

2.2　用于建筑材料

2.2.1　生产水泥

生产水泥是许多尾矿、废渣重要的综合利用途径之一。由于钢渣中含有和水泥相类似的C3S、C2S及铁铝酸盐等活性矿物,具有水硬胶凝性,因此可作为生产无熟料水泥或少熟料水泥的原料,也可作水泥掺和料。

钢渣水泥具有水化热低、后期强度高、抗腐蚀、耐磨等特点,是理想的大坝水泥和道路水泥。

另外,电炉还原渣除含大量的C3S、C2S外,还具有很高的白度,与煅烧石膏和少量外加剂混合、研磨,即可生产325号白水泥。

2.2.2　替碎石和细骨料

钢渣碎石具有容重大、强度高、表面粗糙、稳定性好、耐磨和耐久性好、与沥青结合牢固等优点,因而广泛用于公路、铁路工程回填,在国内已经有许多成功的应用经验。

由于钢渣具有活性,能板结成大块,特别适于沼泽、海滩筑路造地。钢渣作公路碎石,用材量大并具有良好的渗水和排水性能,用于沥青混凝土路面,耐磨防滑。马峰高等级公路是京深高速公路在邯郸市马头镇的出口,全长27km。其中某段路基软土承载力低,压缩性高,强度小,变形大,且地处浅滞水区域,天然路基无法满足设计要求。施工方比较了5种方案,最终采取钢渣换土垫层处理方案。检验了100个检测点,结果全部符合设计要求[4]。南京钢铁集团进行了钢渣桩处理南钢江边一次料场堆取料机试验,也达到了设计目标[5]。

1997年12月在宝山杨行镇富杨路铺筑的一条长2422m,路幅宽14m的试验路,面层采用7cm厚的LH35粗粒式电炉钢渣混凝土沥青混合料和3cm厚的LH15细粒式电炉钢渣沥青混凝土二层式路面结构,该路段成为我国首条钢渣沥青混合料路面,经常有大型载重车和集装箱卡车出入。使用两年后,路面情况良好[6]。丁庆军等[7]研究了武钢集团冶金渣公司的钢渣作耐磨沥青混凝土路面集料的可行性。发现水稳定性、马歇尔稳定度实验、混合料膨胀率等指标均符合相关的规范标准,证明该厂的钢渣是一种可用于高等级公路的优良集料。

钢渣作铁路道渣,除了前述优点外,还具有导电性好、不会干扰铁路系统电讯工作的特点。

应该注意的是,由于钢渣中含有游离氧化钙(有时还含有氧化镁),与水或水汽接触时,氧化钙会迅速水化,其体积可增长8%,破坏钢渣体积稳定性;氧化镁膨胀慢,但同样具有破坏性。因此,钢渣应在自然条件下陈化半年至一年。

2.2.3　微晶玻璃

矿渣微晶玻璃自上世纪60年代问世以来,在许多国家得到了迅速发展,形成了规模化生产。程金树等[8]研究了以还原性钢渣为主要原料,添加其他辅助材料,利用表面成核析晶的烧结法研制出了色泽美观、花纹清晰的微晶玻璃花岗岩。张元志[9]利用钢渣、粉煤灰研制微晶玻璃,利用率达到75%,性能良好。陈惠君等[10]以钢渣和粉煤灰为主要原料,用熔融法研制出以钙、铁灰石为主晶相的微晶玻璃,其中钢渣、粉煤灰利用量达80%。

2.2.4　其它用途

除了上述利用方式外,钢渣还可与合成树脂表面层复合制造人造花岗石,生产免烧砖、铸造砂,作流态砂硬化剂、钢渣纤维材料、水泥膨胀剂等[1,11～15]。

2.3　在环境工程方面的应用

由于钢渣具有一定的碱性和较大的比表面积,因此可考虑用于吸附处理废水。郑礼胜等[16]进行了用钢渣处理含铬废水的研究,认为钢渣具有化学沉淀和吸附作用。对质量浓度在300mg/L以内的含铬废水,按铬/钢渣重量比为1/30投加钢渣进行处理,铬去除率达到99%。王士龙等[17]进行了用钢渣处理含锌废水的研究,发现对质量浓度在200mg/L 以内的含锌废水,按锌/钢渣重量比为1/30投加渣进行处理,锌去除率达98%以上,处理后的废水可达G B897888污水综合排放标准。钢渣还可用于处理含磷废水及含其他重金属废水。

此外,王献科等[18]以钢渣、废硫酸为原料,经过配料、酸溶、过滤、氧化、中和、水解和聚合等步骤,生产出了优质聚合硫酸铁。

2.4　在农业上的应用

含磷高的钢渣可以生产钙镁磷肥、钢渣磷肥,不仅施用于酸性土壤中效果良好,而且在缺磷碱性土壤中施用也可增产,并且水、旱两用。

硅是水稻生长需求量最大的元素,含S iO2>15%的钢渣磨细至60目以下,即可作硅肥,用于水稻生产,一般每亩施用100kg,增产10%左右。

此外,CaO、MgO含量高的钢渣磨细后,可作为酸性土壤改良剂,并且利用了钢渣中的P和各种微量元素,用于农业生产中,可增强农作物的抗病虫害的能力[19]。

3　结语

钢渣是一种“放错了地方的资源”。钢渣的综合利用无论对于钢铁厂本身,还是对国家、对社会都具有十分重要的意义。

渣山开发应以综合回收、综合利用为主,这样可以减少资源浪费。但在目前,在生产水泥,作冶金原料等消耗钢渣的数量十分有限的情况下,将钢渣作为筑路材料应该是比较好的选择。

为了提高我国钢渣的利用率,减少环境污染,有关部门应大力鼓励研究各种不排渣或少排渣的实用技术,开发钢渣

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