稳定化处理实现钢渣“零排放”

　郝以党 杜洪涛 朴星君 孙树杉

　　我国是钢铁生产大国，随着钢铁产量的增长，钢渣的产生量也随之增加。然而，目前我国钢渣的综合利用率为22%，与“十二五”大宗固体废物综合利用规划所要求的75%的指标相差甚远。

　　目前国内大多数钢厂采用热泼工艺处理钢渣，将热态钢渣运至钢渣热泼场，倾翻落地，喷水冷却，然后用铲运机将冷却的钢渣经粗选废钢后运出堆弃。热泼法存在投资大、占地大、环境污染严重、金属铁不能全部回收、钢渣稳定性不好等问题。

　　工信部印发的《大宗工业固体废物综合利用“十二五”规划》提出重点推广钢渣自解及稳定化技术、大规模低能耗破碎磁选技术、钢渣微粉和钢铁渣复合粉应用技术，发展钢渣在路面基层材料、采矿充填胶凝材料和建筑材料中的应用，实现钢渣集约化、规模化综合利用。其主要任务是鼓励钢厂推广应用钢渣“零排放”技术。

　　发展钢渣稳定化处理助力“零排放”

　　钢渣中的游离氧化钙（f-CaO）遇水体积膨胀而裂开，在用作建筑材料和道路材料时危害很大。因此，我国有关单位研发出1650℃熔融钢渣直接热闷稳定化处理技术。

　　钢渣热闷时f-CaO的消解速度取决于水蒸气浓度和反应温度，即水蒸气浓度越大、温度越高，反应时间越短。f-CaO在自然条件下一般数年才能消解，但在高温和湿度大的条件下可加速水化，使其稳定。因此设计时在密闭容器内利用钢渣余热，喷水产生过饱和蒸汽进行热闷，使钢渣中的f-CaO快速充分消解。经多次试验，在饱和蒸汽下热闷8小时，钢渣粉化效果好。钢渣f-CaO消解稳定，浸水膨胀率小于2%，达到综合利用产品标准技术要求。

　　研究得出，热闷过程中钢渣在急冷收缩、相变膨胀、f-CaO水化膨胀共同作用下碎裂粉化。

　　该工艺的流程是：1650℃熔融钢渣倒在热闷装置中，加盖密封喷水产生蒸汽与钢渣进行物理化学反应而粉化，消解了f-CaO的不稳定性，钢和渣自然分离。当温度降至65℃以下时，打开热闷装置盖出渣，进行金属回收。

　　该技术具有以下特点：一是适用性强，液态渣、熔融态渣、半固态渣和固态渣均适用；二是钢渣中的f-CaO在短时间内消解稳定；三是热闷设备能耗低，综合能耗为吨钢渣0.4kg标准煤；钢渣热闷后渣和钢的分离效果好，钢渣大部分粉化。

　　该技术已在鞍钢鲅鱼圈新炼钢、本钢、首钢京唐、太钢、沙钢等36家企业推广应用。

　　推广提纯回收技术提高金属收得率

　　炼钢时，钢渣处于钢液的表面，由于钢液飞溅，钢珠与钢渣黏附在一起，钢珠和渣分离困难。为了回收钢渣中的废钢，钢渣企业多采用破碎筛分和磁选工艺。虽然可选出大块废钢，但仍不能解决渣和钢的有效分离。有关单位根据破碎理论，研发了钢渣破碎提纯棒磨机，其特点是在磨矿过程中，介质和物料呈线接触因而具有一定的选择性磨碎作用，过粉碎料少，起到破碎剥离的作用。

　　该技术采用宽带磁选机组可将磁性物一次性选出，减少多次磁选工序和设备；采用棒磨机提纯钢渣，渣钢的品位TFe＞85%，可直接返回转炉使用；采用双辊动态磁选机磁选小于10mm的钢渣，磁选粉的品位TFe＞60%，返回烧结矿使用；尾渣满足生产钢渣粉和钢渣水泥的技术要求。

　　在研究了不同粒度钢渣含钢数量和钢渣与钢黏连包裹的状况自行设计研发了钢渣专用干式棒磨机。该钢渣破碎提纯棒磨机根据钢渣粒度大且含有钢，设计为中空轴进料口，给料设备可伸入棒磨机，而在出料端筒壁上根据磨机直径大小开设4个~6个出料口。经实际使用，达到了渣钢提纯、金属回收的效果。棒磨机粉磨的物料水分可高达12.5%，不会产生粘棒和出料口堵塞的现象。经过精心计算确定衬板的弧度和角度，达到要求的钢棒提升高度，可提高粉磨效率、减少棒磨机震动、延长使用寿命。

　　加快钢渣粉生产线建设创建产业链

　　钢渣粉的生产十分简单，将稳定化处理的钢渣经磁选去除金属铁，经磨机磨细至比表面积在400m2/kg以上即成产品。粉磨设备可以采用节能低耗的卧式辊磨或钢渣粉专用立磨，主机吨产品电耗在40千瓦时以下。钢渣的入磨粒度要求小于5毫米，采用棒磨机金属提纯后的钢渣粒度在5毫米以下，适合生产钢渣粉。

　　近几年建成投产的钢渣粉生产线有采用4台卧式辊磨年产160万吨的钢渣粉生产线、采用卧式辊磨年产40万吨的钢渣粉生产线并形成年产160万吨钢铁渣粉规模等。此外，鞍钢、本钢、宝钢等正在启动建设年产60万吨~120万吨的钢渣粉生产线。

　　钢渣粉可单纯用于配置商品混凝土，更主要的是与粒化高炉矿渣粉复合成钢铁渣粉配制混凝土用于工业、民用建筑工程和造桥工程中。

　　发展钢渣“零排放”技术促进节能减排

　　实现钢铁渣的资源化利用，首先应对钢渣进行稳定化处理，实现钢渣中金属铁大部分回收，尾渣可100%利用，是完成“十二五”规划冶炼渣综合利用率的重大技术支撑。对钢铁企业而言，除废钢回收外，尾渣可生产钢渣粉做混凝土掺和料或其他建材产品，形成新的产业增长点。

　　以2012年钢渣产生量为9300万吨，按70%采用本技术进行计算，每年处理钢渣约6510万吨，可回收废钢(TFe≥90%)135万吨；回收渣钢(TFe≥85%)227万吨；回收磁选粉(TFe≥60%)1009万吨。按每堆1万吨渣占用0.5亩地计算，每年可节省堆渣占地3255亩。经稳定化处理的钢渣采用节能低耗的粉磨设备生产钢渣粉用作水泥和混凝土掺和料。钢渣粉可取代水泥的20%～30%配置混凝土，提高混凝土的后期强度和耐久性。

　　全国70%的钢渣回收金属料后尾渣用于生产钢渣粉，可生产5139万吨的钢渣粉。以每生产1吨钢渣粉的电耗比生产水泥节省60千瓦时计算，每年可节省电耗30.834亿千瓦时，相当标准煤124万吨；渣粉可节省熟料煅烧的煤耗，每吨渣粉与水泥相比可节省煤耗121千克，5139万吨渣粉每年可节省标准煤621.8万吨。

　　钢渣代替水泥使用可节省水泥生产所用的石灰石、黏土质原料，每生产1吨水泥需要消耗1.1吨石灰石和0.18吨黏土质原料。若年产5139万吨钢渣粉，相当于节省石灰石资源5652.9万吨，节省黏土925.02万吨。

　　每吨水泥平均热耗0.12吨标准煤，平均电耗为110千瓦时，每生产1吨水泥产生0.815吨的CO2。因此，每年生产5139万吨钢渣粉，可减少CO2排放4188万吨。