冶金渣资源化利用的现状

冶金渣资源化利用的现状

我国冶金行业一直都是工业种类中的重要行业。一直以来，由于原料与产品市价是行业效益的主导因素，导致大多数企业对优化行业管理不重视，使社会成本急剧增加，尤其对社会资源、环保以及能源发展而言。目前，国家大力倡导发展低碳经济、节能环保经济以及循环经济，行业规模巨大的冶金行业以及其冶金渣的资源化利用成为关注焦点。

1 冶金渣的定义以及分类

1.1 冶金渣定义

在冶金工业生产中，把各种金属矿石当作原料来冶炼或者是把粗金属加工制作成金属产品，在该过程中产生的炉渣被称为冶金渣。按我国行业管理分类，冶金渣可划分为钢铁渣、有色金属渣以及铁合金渣。而钢铁渣包括炼铁渣与炼钢渣两类[1-4]。

1.2 冶金渣分类

（1）炼铁渣。炼钢生铁渣、锰铁渣、铸造生铁渣、化铁炉渣、硅锰铁渣等都是属于炼铁渣的范畴。普通高炉渣来源于高炉冶炼生铁中所产生的由焦炭灰分、矿石脉石以及助熔剂等相互作用形成的主要成分为硅酸钙和硅铝酸钙的物质。

（2）炼钢渣。炼钢渣的主要分类有三种，分别为炼钢钢渣、钒钛钢渣、不锈钢钢渣等。炼钢钢渣来源于钢铁生产时，转炉、精炼炉以及电炉在熔炼时所产生的由造渣材料以及炉料杂质等溶化而成的以氧化物为主的物质成分，时而还伴有少量硫化物、碳化物以及氟化物的成分。

（3）铁合金渣铁。铁合金在冶炼生产过程中形成的工业废渣被称之为铁合金渣。

（4）有色金属渣。有色金属在冶炼过程形成的各种金属渣都被称之为有色冶金废渣。

（5）其它冶金废料。冶金固体废物、污泥以及废金属都是属于其他冶金废料范畴。对其它冶金废料展开研究，目的是为了提高冶金渣资源化的有效利用率，其生产出的冶金渣衍生品也是整个冶金渣体系的重要研究组成。

2 浅谈我国冶金渣资源化利用现状

我国对于冶金渣资源化已经做了很多研究，其主要利用现状总结如下。

2.1 用于生产矿渣水泥

高炉水渣主要用来生产矿渣水泥。CaO和SiO2是高炉水渣的化学成分，在总量中占到70%到80%。钙铝黄长石、镁黄长石、硅酸二钙、

钙长石等矿相形成受到水冷条件的抑制，从而形成了玻璃体矿相结构并且具备潜在水硬胶凝的性能，在水泥熟料、石膏石灰等激发剂作用下，这些矿相能产生水硬胶凝性能并具有相应强度，从而得出，水渣可作为水泥生产的良好原料。现阶段，利用高炉水渣生产的矿渣水泥包括以下几类：

（1）矿渣硅酸盐水泥。该水泥主要把颗粒状的高炉水渣、硅酸盐水泥熟料、石膏这三者通过混合磨细，最终生产出水硬性胶凝材料。由高炉水渣制造的水泥牌号通常超过400号，但该水泥早期存在强度较低的问题。

（2）石膏矿渣水泥。该水泥是由大约80%质量分数的高炉水渣，配上约15%质量分数的石膏以及少许石灰或者硅酸盐水泥熟料，经过混合磨细，最终产生的水硬性胶凝材料。该水泥具有成本低、抗渗透性强以及良好的抗硫酸盐侵蚀等特征，因此它在混凝土水工建筑物以及各类预制砌块中普遍适用。

（3）石灰矿渣水泥。按照一定的比例把颗粒状的干燥高炉渣、消石灰、生石灰和约含5%质量分数的天然石膏混合磨细，最终形成的水硬性胶凝材料。通常用到各种蒸汽养护的混凝土预制品、水地路面等无筋混凝土之中，此外在工业与民用的建筑砂浆中也同样适用。

2.2 把冶金渣用作冶金返回原料

转炉渣利用价值相当高，可实现冶金返回原料的利用。现阶段，通过转炉渣研发的冶金原料有以下3类。

（1）烧结矿熔剂。把转炉渣含有的CaO成分作为烧结熔剂来使用，可代替部分石灰石。把适量转炉渣加入烧结矿中能够促进烧结造球，使烧结速度提升。此外，存在于转炉渣中的FeO和Fe通过氧化作用放出热量，使钙以及镁碳酸盐在分解过程中所需热量得到补偿，有效减少烧结矿的相关燃料耗损。

（2）化铁炉或高炉熔剂。转炉渣可直接当作化铁炉或高炉熔剂来使用，这样不仅使石灰石以及白云石用量降低，还能节省热能。可是，由于目前白云石以及石灰石在高炉中使用越来越少，甚至有些企业高炉已经不再使用，因而转炉渣在高炉的替代作用也被限制了。

（3）作炼钢返回渣。在下一炉的冶炼中把转炉终渣作初渣使用，有利于加快冶炼初期的成渣速度，使初期渣侵蚀炉衬的程度降低；在现阶段使用溅渣护炉工艺中，大量转炉渣被消耗后，可以使耐火材料的耗损大大降低。

2.3 冶金渣用作道路和建筑材料

冶金渣有着与天然岩石相似的物理属性，因而冶金渣被广泛用于道路与建筑方面，比如建设公路、机场以及地基工程等。

（1）矿渣砖。高炉水渣与适量的水泥胶凝材料，在搅拌、定型以及蒸汽养护等之后形成的建筑用砖被成为矿渣砖，它在普通的房屋建筑以及地下建筑中广泛使用，实质上就是使用高炉水渣替换部分沙石。

（2）矿渣混凝土。把高炉水渣作为原材料，配适当的激发剂，一同混合放入轮碾机并加水碾磨，最后同骨料混合形成的产物被称为矿渣混凝土。在小型混凝土预制件生产中特别适合使用矿渣混凝土，但是对于施工浇筑现场不宜使用。

（3）地基用碎石。因为冶金渣拥有与天然岩石大体相同的强度，所以冶金渣碎石颗粒的强度能够满足地基工程对强度的需求。除此以外，由于密度大、耐磨性好、表面粗糙、能与沥青结合牢靠等众多优点，使冶金渣在铁路路基施工、公路路基施工、工程回填等方面应用广泛。值得注意的是，当转炉渣在筑路以及回填料过程中，应该对其进行陈化，预防渣中的自由氧化钙由于水化发生体积膨胀。

2.4 用作生产农用肥料和土壤改良剂

CaO、SiO2是冶金渣的主要成分，且还富含多种复合矿物元素以及含有微量元素，这些元素可促进农作物生长。因而，合理利用冶金渣中有助农作物生长的成分，制作出农用肥料以及土壤改良剂。

（1）生产磷肥。转炉吹炼未进行炉外脱磷处理的铁水，将会得到含P2O5成分较高的炉渣。该炉渣具有相应的肥力，尤其适用于缺少磷元素的碱性土壤。

（2）生产硅肥。水稻生长需要大量的硅元素，而SiO2在转炉渣含量高达15%。因此把转炉渣磨细，细度低于0.246mm，就可以当作硅肥在农作物中使用。

（3）酸性土壤改良剂。CaO以及MgO在转炉渣具有含很高的含量。因而，把转炉渣经过磨细处理之后，可用于改良酸性土壤，成为一种有效的酸性土壤改良剂。

3 冶金渣资源化利用未来发展趋势分析

（1）激发冶金渣活性。冶金渣的资源化利用在过去也比较成功，且利用率最高、用量最高的是在生产水泥方面。然而，水泥生产过程中，因为较低的冶金渣附加值导致了冶金渣所呈现的活性比较低。基于这一点，如果想要提高冶金渣的附加值利用，最关键的问题在于把冶金渣的活性激发出来，使其活性达到硅酸盐水泥活性。在以往的研究里，主要采用的方法是调控添加物使其化学组成发生改变以此激发冶金渣活性。现阶段冶金渣活性的激发主要采用机械手段，使冶金渣的水硬胶凝性能提升。通过在机械作用下冶金渣的颗粒粒度降低，使其比表面积提高，实现新生颗粒内能以及表面能的增加，这就是机械激发活性的原理；与此同时，新生颗粒的晶体结构与表面发生了物理、化学性质的变化，随之加大了水跟冶金渣中矿物表面的接触面积，从而使出现在矿物与水两者之间的水化反应速度提升。