鋼渣綜合利用

鋼渣是煉鋼過程中的副產品,根據目前國內外煉鋼水平,其產量為粗鋼產量的10%~15%,2014年全球粗鋼總產量為16.6億噸,鋼渣總產生量為2億噸左右。迄今為止,人們已開發出了近40種有關鋼渣綜合利用的方法,但到目前尚未找到大規模資源化利用鋼渣資源的有效途徑,鋼渣實現“零排放”是世界鋼鐵行業的難題。雖然鋼渣的應用方向廣泛,鋼渣資源化應用技術的開發也取得了一定的進展。但總體而言,中國鋼渣的利用率仍然較低,這源于鋼渣應用的眾多制約因素。鋼渣是一種“放錯了地方的資源”。鋼渣的綜合利用不但可以消除環境污染,還能夠變廢為寶創造巨大的經濟效益,是可持續發展的有效途徑,對國家、對社會都具有十分重要的意義。
 

沃特節能作為國內率先進入鋼渣循環利用領域的企業,近年來積累了大量先進的建設運營經驗與優勢,具備一整套領先的解決方案,目前已與國內數家鋼鐵企業簽訂合作協議,目前各項目均在順利建設運營之中,已經取得了良好的經濟效益和社會效益。

 

國外鋼渣利用的研究開展的比較早,國外發達國家鋼渣利用已達到排用平衡;而國內鋼渣相對利用率低,還是以回收廢鋼、磁選鐵精粉、用作熔劑等鋼廠內部循環利用方式為主,使用量有限,目前約有70%的鋼渣處于堆存和填埋狀態,存在環境污染、資源浪費等問題。
 

 

鋼渣應用所面臨的問題

 

鋼渣由于處理方法和分選方法不同,鋼渣的成分、性能會有很大的差別,影響鋼渣的利用途徑。在鋼渣利用過程中產生的一些問題未能得到有效解決,制約了鋼渣的大規模應用。

鋼渣具有穩定性不良、密度大、金屬鐵含量高、成分波動大等特點,基于以上原因,鋼渣在很多方面的利用受限,利用率低。

 

鋼渣處理技術分類

 

目前,鋼渣處理工藝有冷棄法、盤潑水冷法、熱潑法、水淬法、風淬法、熱悶法、滾筒法和加壓蒸汽陳化法等。其中,冷棄法陳化時間長,處理后的鋼渣塊度大,不利于鋼渣的利用和加工;盤潑水冷法處理成本高,工藝復雜,污染腐蝕大;水淬、風淬法易發生爆炸,對鋼渣的流動性要求高,存在操作環境惡劣等缺陷。這些方法未能在國內外大規模推廣。目前,國內外鋼渣處理常用的方法是熱潑法、滾筒法、熱悶法和加壓蒸汽陳化法。其中,加壓蒸汽陳化法是國外利用較多的處理工藝。


      日、德、美鋼渣利用走在前列

 

國外鋼渣利用的研究開展的比較早,世界著名的幾個產鋼大國鋼渣的主要利用途徑是選鐵、做水泥原料、筑路材料、市政工程材料、肥料、土壤調節劑,一部分鋼渣返高爐、燒結作熔劑等,各國鋼渣的綜合利用發展并不平衡。

日本鋼渣資源化利用情況。日本鋼渣大部分粉碎后磁選回收廢鋼,剩余尾渣幾乎全部被用于水泥、道路工程、混凝土骨料和土建材料等方面。同時,日本鋼渣在改善海洋環境方面開發了一些新工藝———利用鋼渣修復海域環境。鋼渣中含有大量的海藻生長所需的2價鐵(FeO)和SiO2,可將鋼渣作為在營養貧化海域制造海藻場的基質材料和肥料。同時,鋼渣中含有CaO,將導致封閉性海域營養富化的磷元素變成磷灰石進行固化;鋼渣呈堿性并含有鐵,具有抑制沉積在疏浚凹地和海底的硫化物還原為硫化氫的功能。因此,鋼渣可用來抑制富營養物的產生,改善海底質量。住友金屬、新日鐵等鋼鐵企業正在采用此法改善日本鄰海。利用鋼渣造人工礁由JFE鋼鐵公司成功開發,該公司將鋼渣粉碎回收部分廢鋼鐵后,通過噴吹CO2與尾渣中CaO反應形成CaCO3塊狀物且帶孔,將其沉入近海的海底,海藻類附在帶孔漁礁上生長,有利于改善海洋生態環境,該法現已在日本海岸的近海推廣。

 

德國鋼渣資源化利用情況。德國鋼渣利用率較高,可以替代土木工程、道路工程、水利工程和鐵路工程技術的礦質材料,也可以用作農肥以及配入燒結和高爐進行再利用。德國鋼渣處理主要有熱潑法堆存和其它特殊處理法,對于安定性好的鋼渣采用超慢冷卻,獲取到直徑為100mm~500mm的粒度,滿足水利工程所需的粗粒徑。

 

美國鋼渣資源化利用情況。美國的鋼渣已達到排用平衡,37%用于路基工程,22%用于回填工程,22%用于瀝青混凝土集料,剩余鋼渣用于鋼鐵企業內部循環利用、生產水泥和改善土壤的肥料。

 

英國鋼渣資源化利用情況。英國在鋼渣處理上,開發了干式成粒法工藝。鋼渣主要用于瀝青混凝土、大體積混凝土、柏油路骨架料、道路建筑材料。干式顆粒可作為水泥補充劑或填料。

 

其他國家利用情況。加拿大的鋼渣少部分配入燒結和高爐等再利用和道路建設,大部分用于就地堆積或者運往其他地方進行回填;土耳其等國也開始將鋼渣作為水泥摻合料進行研究,但還未見大規模應用的報道;南非土壤是酸性的,其鋼渣一部分做土壤改良劑,其它填埋、堆存;瑞典通過向熔融鋼渣中加入碳、硅和鋁質材料對鋼渣進行成分重構后,回收渣中渣鋼尾渣用于水泥生產。

 

從國外鋼渣應用情況可以看出,各國鋼渣的資源化利用目前著重放在建筑和建材行業,在水泥、混凝土、路面和建材制品中的利用是鋼渣利用的發展方向,市場前景廣闊。鋼鐵工業較為發達的國家在鋼渣利用方面研究較深,投入較多,成果顯著,基本達到了鋼渣“零排放”。但其他國家大部分堆存,利用情況不理想。
 

      我國鋼渣利用前景可期

 

目前,我國鋼渣的利用率還很低,約有70%的鋼渣處于堆存和填埋狀態。

國內鋼渣以回收廢鋼、磁選鐵精粉、用作熔劑作為各鋼廠內部循環利用的首選,但使用量有限。部分鋼鐵企業在鋼渣利用方面研究較多。目前國內鋼渣中全鐵含量在20%左右,其中金屬鐵約占10%,通過破碎磁選回收各種粒度的廢鋼是大部分中小型鋼鐵企業利用鋼渣的主要手段,其余鋼渣則外賣或堆存渣場。此外,小粒度、含鐵量高的尾渣經過進一步破碎、球磨、干法或濕法磁選可獲得鐵精粉,含鐵量大于65%,可以直接用于燒結。鋼渣中含40%~50%的CaO、6%~10%的MgO等, 利用鋼渣中的殘鋼、氧化鐵、氧化鎂、氧化鈣、氧化錳等有益成分,可以作為煉鋼前期化渣劑、冷卻劑等;可以作為燒結礦的增強劑,因為其本身是熟料,且含有一定數量的鐵酸鈣,對燒結礦的強度有一定的改善作用。很多大中型鋼鐵企業均利用鋼渣做燒結礦熔劑,取得了良好的經濟效益和社會效益。

 

除了內部循環利用,我國鋼渣外部循環利用主要是生產鋼渣微粉、用于公路材料、制磚、用作碳化鋼渣制建筑材料、制作微晶玻璃、處理廢水、改良土壤土質、做特種型砂等。用于生產水泥、磚、混凝土摻和料、筑路材料是鋼渣資源化利用的發展方向,這方面不僅適用范圍廣,而且需求量大,能夠消化鋼渣的巨大產量。此外,我國是海洋大國,海岸線有1.8萬公里,近年來海洋環境污染較重,我國沿海鋼鐵企業分布較多,開發鋼渣新產品改善海洋環境成為我國鋼渣大規模利用的新方向。

 

當前,我國要實現大規模資源化合理利用鋼渣和“零排放”的目標,當務之急是要加大對鋼渣有效處理工藝的研究。比較目前鋼渣處理工藝,熱悶法和加壓蒸汽陳化法處理效果較好,渣鐵分離較徹底,穩定性較好,但也存在一些問題,投資和運行成本高,熱悶法易爆炸等。鋼渣處理的發展方向是:最大化的把渣鐵分離,需要鋼渣冷卻過程中粉化;去除鋼渣中的游離氧化鈣、氧化鎂,在處理過程中游離氧化鈣和氧化鎂與水或者其它物質完全反應。

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