钢渣再利用前景好 部分技术问题尤待解决

杨慧明

电子信息领域

  • 2019-04-04
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我国是世界上最大的钢铁生产国,每年产生的钢渣数量巨大,不仅占用大量土地,还给环境带来严重污染,因此钢渣的回收利用一直是我国钢企的难题。目前钢渣种类多样,再生利用的途径多,我国钢渣利用率低,部分技术问题尤待解决。

  摘要:我国是世界上最大的钢铁生产国,每年产生的钢渣数量巨大,不仅占用大量土地,还给环境带来严重污染,因此钢渣的回收利用一直是我国钢企的难题。目前钢渣种类多样,再生利用的途径多,我国钢渣利用率低,部分技术问题尤待解决。

  钢渣主要产生于钢铁冶炼的过程,是炼钢时排出的由特定氧化物组成的固体废弃物,其中造渣材料是钢渣的主要来源。目前钢渣是钢铁工业中产生的数量最大的固废之一,同时也是再利用效果较差的大宗固废之一,其排量约为粗钢产量的12%-15%。2018年我国粗钢产量为9.28亿吨,产生钢渣超1亿吨,新增占用上万亩的土地。这些钢渣不仅占用的土地规模大,而且对环境造成了较严重的污染。

  钢渣种类多样 我国钢渣利用率低

  钢渣的主要化学成分为氧化硅、氧化钙、氧化铝以及氧化镁,此外还有部分氧化锰、氧化铁等氧化物,其主要成分与水泥熟料相似。钢渣的矿物组成主要有硅酸三钙、硅酸二钙、铁酸二钙和固溶体。钢渣种类的不同,其主要化学和矿物组成存在一定的差异,因此在对钢渣进行资源化处理时,需要预先分析其组成再选择合理的处理方式。

  我国钢铁企业众多,由于不同钢企使用的原料和炼钢方法不同,其产生的钢渣也存在差异。目前主要有三种钢渣的分类方法:根据冶炼的方法不同,可以将钢渣分为平炉钢渣、转炉钢渣以及电炉钢渣三种。平炉钢渣来源于平炉炼钢,其又可以细分为四种钢渣,分别为出钢渣、初期渣、精炼渣以及浇钢余渣;转炉钢渣来源于转炉炼钢;而电炉钢渣则来源于转炉炼钢,其又细分为氧化渣及还原渣两类。根据钢渣碱度的不同,又可以将钢渣分为低、中、高三种碱度。钢渣主要成分中碱性氧化物与酸性氧化物的比值叫做碱度值,碱度值小于1.8时的钢渣被称为低碱度钢渣,碱度值介于1.8和2.5之间的钢渣被称为中碱度钢渣,碱度值大于2.5的钢渣为高碱度钢渣。钢渣碱度在一定程度上反映了其化学性质。根据钢渣的形态不同,又可将其分为块状钢渣、粉状钢渣以及水淬钢渣三种。钢渣在形态上的差异是由于在处理钢渣时采用的工艺不同。

  钢渣作为一种潜在的资源,一直未得到充分利用,若能采取行之有效的利用措施,不仅可以解决占用土地及污染环境等问题,提高资源利用率,还可以为钢企带来收益。目前我国钢渣利用率不超过70%,与发达国家相比,综合利用率还有存在一定差距。

  目前我国钢渣利用中,用于筑路的消耗最大,占比40.2%;其余依次是用作工程回填料的占比32.3%,用于回炉烧结的占比19.4%,用于水泥的占比6.5%,用于其他建材的占比1.6%,传统采取粗放式处理方法,既有可能造成钢渣再生资源的浪费,又可能引起环境的二次污染。导致钢渣难以充分利用的主要原因在于钢渣的组成成分波动大、早强低、水化慢、易磨性及稳定性不高、原料的预处理较困难等,目前众多钢铁企业不具备钢渣综合利用的技术。

我国钢渣利用主要途径占比情况

  图1我国钢渣利用主要途径占比情况

  (资料来源:金智创新行研中心)

  钢渣再生利用的途径多 部分技术问题尤待解决

  钢渣资源化再生利用途径广泛,包括回收废钢、作高炉熔剂、生产钢渣微粉、钢渣作道路工程或回填材料等多种途径。

  回收废钢主要是由于钢渣中金属铁含量约10%,通过破碎磁选筛分的方法,可实现金属铁的回收,钢渣破碎的粒度越细,得到的铁越多。国外该方法的应用较早,目前我国己有鞍钢、武钢等钢企建立了钢渣回收金属铁的系统。

  钢渣做高炉熔剂的优点较多,首先回收利用渣中的金属铁,减少了烧结矿和石灰石用量。其次可以提高高炉的脱硫能力,提高高炉的流动性以及稳定性,增强料柱的透气性。此外还可以产生良好的经济效益,美国用作高炉的替代熔剂的钢渣超过50%,国内太钢、马钢等钢企高炉大量应用转炉钢渣做熔剂,均获得较好的经济效益。

  钢渣经过加工、筛选、干燥后磨细,再掺加适量的外加剂加工,混合成为钢渣微粉。中高碱度的钢渣不仅可以直接磨粉生产钢渣水泥,还可以作为水泥生产中的添加剂。在混凝土拌和过程中,适量掺加钢渣微细粉可以增强其力学强度以及结构的致密度。

  钢渣碎石的自然级配好、强度高、性能好,是良好的筑路回填材料。钢渣在修筑堤坝、工程回填、填海造地、铁路及公路路基等工程中使用广泛,国内外都有成功的实践,欧美各国用于道路工程的钢渣约有60%。

  虽然钢渣的用途较多,钢渣的回收利用技术获得了一定的成绩,但总的来说我国的钢渣利用率不高,受诸多因素限制,存在钢渣作为冶金原料时,由于其组成成分的波动较大,给生产带来相应的困难;钢渣作为建筑材料时,由于其具有膨胀性,因此难以完全替代水泥等问题,导致钢渣距离稳定可靠的应用还存在难度。

  虽然如上述所言,钢渣的充分利用存在困难,但是随着技术的进步,钢渣将有广阔的应用前景。根据我国目前的钢渣利用情况来看,为促进钢渣的综合利用,应加强如下方面的研究:首先是加强对钢渣物性的了解,弄清钢渣特性,为钢渣的开发应用提供理论依据。其次是加强钢渣处理技术的研究,进一步提高钢渣处理技术,加大推广将钢渣作为冶炼熔剂的应用技术。还有就是加强钢渣用作筑路以及回填材料的研究和应用。钢渣的强度以及抗渗性优于天然石材,作回填材料,可节约天然石材的用量。此外,需要开发高性能钢渣微粉。钢渣微粉是一种良好的绿色建筑材料,但由于钢渣中的硅酸二钙、硅酸三钙矿物的粉磨较大,对磨粉工艺及设备的要求较高,因此,开发高性能的钢渣粉磨设备对钢渣微粉的生产十分重要。

  结语

  钢渣作为潜在的资源,虽然成分复杂,回收技术上存在一定难度。但随着我国钢企对于钢渣再利用的重视以及钢渣回收利用技术的不断提高,未来我国钢渣利用率将逐步提高。

 

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