多功能蜂窩活性炭廠家國內外鋼渣處理與資源化利用技術發展現狀

　　多功能蜂窩活性炭生產廠家國內外鋼渣處理與資源化利用技術發展現狀。研究背景：作為全球鋼鐵生產大國，我國2018年粗鋼產量高達9. 28億t，每噸鋼產出的同時，亦伴隨約150 kg的鋼渣以副產品的形式產出。然而，我國國內鋼渣的綜合資源利用率仍處于較低水平，不僅占用大量工業用地，還會對大氣、土壤、水環境等造成極大壓力。為了解決這種現狀，我國的環保法規對工業“三廢”的排放和治理越來越嚴，2018 年實行的《環境保護稅法》規定對冶煉渣開征25元/t的環保稅。鋼鐵企業不能隨便外排廢渣，將促使鋼鐵企業認真考慮鋼渣的穩定化處理和資源化利用工作。

　　為探索高效益、零排放鋼渣處理方式，本文對相關統計與研發工作進行梳理，介紹了目前國內外對于鋼渣處理、管理及利用現狀，并進行深入探討和展望。以期為實現鋼渣的資源化利用，確保資源利用過程中的環境友好性，有效解決鋼渣大規模堆積的重大問題，實現工業發展的可持續性提供數據支撐。

　　摘 要

　　我國每年有超過1億t的鋼渣副產品產出，但目前國內鋼渣綜合利用率低，僅為30%左右，與發達國家之間差距較大，尤其是在道路建設和鋼鐵企業內循環利用方面。針對鋼渣安定性以及尾渣資源化利用問題，對國內外現有鋼渣預處理技術以及綜合利用技術進行了論述。而國內新一代鋼渣輥壓破碎-余熱有壓熱悶技術,實現了鋼渣處理的裝備化、環境友好化和高效化，是處于世界先進水平的工藝，基本克服國內外多種傳統技術存在的適用性小、安定性差以及污染等問題。同時,建議應開發高附加值、低排放的新型綜合利用技術,改變利用技術單一的現狀;對鋼渣進行深度的基礎研究，力爭解決鋼渣的低膨脹性問題,改變鋼渣無法在結構混凝土中應用的現狀。

　　01

　　國內外鋼渣利用與管理現狀

　　1.國外鋼渣利用現狀

　　統計了發達國家美國、日本及歐盟3個地區的利用情況，如表1所示。發達國家的鋼渣利用普遍率較高，不存在鋼渣堆積引起的嚴重環境問題，其中日本的鋼渣利用率高達98.4%。

　　表1　國外鋼渣利用現狀

　　2.中國鋼渣利用與管理

　　圖1是我國鋼渣利用現狀。可知:我國在道路利用及鋼鐵企業內循環方面的利用率較低，其中，鋼渣未得到有效利用的比例高達70%。按2018 年粗鋼產量計算，我國2018 年的鋼渣產出已遠遠超過1億t，故鋼渣利用管理方面任務較重。

　　圖1　中國鋼渣利用現狀

        近年來中國相關政府部門及行業出臺了一系列政策與法規,涉及鋼渣的處理方式、儲存、應用以及強制性懲處措施等，列于表2中。

　　表2　中國有關限制鋼渣排放的政策與規定

　　02

　　國內外鋼渣處理技術發展

　　安定性是鋼渣大規模應用的關鍵性限制問題。從鋼渣安定化預處理的機理看，鋼渣的處理技術主要分為兩類:熱悶自解法和機械破碎法。

　　1.國外鋼渣處理技術

　　在日本，鋼渣安定性處理的最常見方法是蒸汽陳化法。鑒于蒸汽陳化過程的周期較長，日本開發出一種熱悶罐蒸汽加速陳化方法，即將鋼渣放入壓力罐內通入蒸汽，在0.6 MPa左右壓力下進行有壓陳化;與常規蒸汽陳化相比,該方法的處理效率大幅提高。德國主要以箱式熱潑的方法處理鋼渣。近些年德國企業開發出1種新型鋼渣處理方法：向熔融鋼渣中添加含有SO2的砂子和氧氣,將鋼渣中f-CaO和f-MgO固化，實現鋼渣安定化處理。目前，該方法已在德國杜伊斯堡鋼鐵企業成功應用。

　　加拿大、英國和印度則多采用熱潑法，具體過程是將熱態鋼渣直接傾倒在空地上，噴灑水冷卻，使鋼渣因急冷形成內應力而破碎。

　　2.中國鋼渣處理技術與應用

　　熱潑法是我國較常見的鋼渣處理方法，但此方法污染物排放較大，對大氣、水等資源污染嚴重。鑒于我國環保壓力較大，一些處理效果較好且能實現低排放的鋼渣處理新工藝被研發出來，如滾筒法、風淬法和池式熱悶法。目前，這些新工藝在國內各大鋼鐵企業的具體應用情況及優缺點列于表3中。

　　表3　中國鋼鐵企業對鋼渣處理技術應用現狀

　　近些年，為了提高裝備化水平、處理效率和安定化能力，國內開發了鋼渣輥壓破碎-余熱有壓熱悶技術。其詳細工藝流程如圖2所示。

　　圖2　鋼渣輥壓破碎-余熱有壓熱悶技術流程示意

　　與傳統池式熱悶技術相比，熱悶壓力提高了20倍以上，極大提高了鋼渣處理效率;輥壓破碎區和熱悶區均能保證密閉性，易進行煙塵處理，更加潔凈化;處理后鋼渣安定性問題基本解決。此外，該技術還實現了水蒸氣的熱能回收，為鋼渣顯熱回收提供條件。該技術在真正意義上實現了鋼渣處理工藝的裝備化、環境友好化、高效化、安定化，為后期鋼渣深加工制備高附加值產品創造了有益條件。

　　03

　　尾渣資源化利用技術發展現狀

　　在國內現有處理流程中，熔融鋼渣通過預處理后，經破碎、磁選、篩分得到渣鋼和一定粒度的尾渣。其中渣鋼基本直接回收循環利用于燒結流程;尾渣則根據應用領域的具體需求，制備成不同的性能材料。

　　1.傳統資源化利用技術

　　1)道路建設。

　　由于鋼渣擁有較高耐磨性和硬度，安定性較好的鋼渣可以路基材料的形式用于公路建設。在美國，近50%的鋼渣被用于公路行業;英國則使用98%鋼渣用作道路骨料。烏魯木齊市新建鋼渣瀝青混凝土試驗段，結果表明，該段滿足《公路工程質量檢驗評定標準》技術要求。基于國內先進鋼渣預處理技術，鋼渣在道路方面的應用在技術上已趨于成熟。鋼鐵企業應多與公路協會以及相關單位交流，展示鋼渣在道路方面應用的優越性，加快拓展鋼渣的大規模應用。

　　2)生產鋼渣水泥和混凝土。

　　由于存在C3S、C2S等成分，鋼渣的水硬凝膠性較好，是一種價格較為低廉的凝膠材料，可應用于水泥和混凝土的生產。由于鋼渣活性較低，通常需要通過活性激發技術增加鋼渣活性，較為常見的激發技術有物理激發、化學激發等。由于鋼渣存在安定性問題,鋼渣在混凝土領域的應用要極其謹慎，尤其是結構混凝土方面。目前，國內因為使用不合格鋼渣發生了許多建筑方面的安全性事件，如墻面、道路開裂等。

　　3)生產微晶玻璃。

　　適當添加鋼渣粉，可制備性能更為優異的微晶玻璃。迄今為止，國內外有許多大型企業已工業化生產微晶玻璃。與普通玻璃相比，微晶玻璃的晶化過程可以被控制，可促進玻璃產品的耐磨、抗風化、抗熱震、耐腐蝕、強度等指標的提高。

　　4)燒結配加料。

　　由于鋼渣主要成分為SiO2、MgO、FeO、Fe2O3、Al2O3、CaO等，適當添加鋼渣于燒結原料中，可以節省大量的石灰石和白云石，降低原料成本。由于鋼渣自身質量原因,國內鋼鐵企業在燒結料中的配加量相對較低,是相關研究亟需改善的利用方向之一。

　　2.新興資源化利用技術

　　1)土壤修復。

　　鋼渣堿度較高，含有一定量的Ca(OH)2和Mg(OH)2等堿性氧化物，使鋼渣具有與酸性土壤發生中和反應的特性，具有應用于土壤修復的工程潛力。

　　2)污水重金屬吸附。

　　由于多孔結構、較大比表面積、自由能高等特性，鋼渣能夠應用于環境污水中磷、銅、鎳、鎘、鉛和砷等元素的脫除。此外，相比其他材料，鋼渣密度較大，易從污水中分離。包勇超選用100目鋼渣粉末作為吸附劑進行水中重金屬的去除，發現鋼渣代替石灰時，不僅去除效果好，而且產生污泥量小，污泥含水率低，可以實現“以廢治廢”的目的。

　　3)CO2 捕集和存儲。

　　目前二氧化碳礦物碳酸化固定技術是鋼渣綜合利用新技術的研究熱點。鋼渣CO2捕集主要分為兩種：干法固化CO2和浸出后固化CO2。鋼渣中存在大量的CaO和MgO等氧化物，利用鋼渣的碳酸化原理將CO2捕集并固定到鋼渣中。這項技術成本廉價，原料易獲取，易反應和工藝流程短。

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