徐軍，喬軍

(中冶南方工程技術有限公司  湖北 武漢 430223)

摘要：經過多年發展，我國鋼鐵工業固廢綜合利用率取得較大進展，多數固體廢物實現了資源回收及綜合利用，但鋼渣及含鋅塵泥未能找到合適綜合處理途徑。本文分析了鋼渣、含鋅塵泥處理現狀，針對鋼渣活化改性、安定性改善及塵泥脫鋅工藝進行分析比較。

關鍵詞：鋼鐵固廢；鋼渣；含鋅塵泥；綜合利用。

鋼鐵行業是典型的資源、 能源密集型工業，鋼鐵企業生產在消耗大量資源的同時產生大量的廢棄物，據統計，鋼鐵行業固體廢棄物產生量占工業固廢總量超過18%，鋼鐵長流程工序噸鋼固廢產生量超過600kg，綜合利用率維持在70%左右^[1]，多數固體廢物實現了資源回收及綜合利用，但鋼渣、含鋅塵泥的綜合處理一直困擾著企業。目前，鋼渣資源化利用主要方式是回收其中的金屬鐵、將尾渣深加工，但尾渣綜合性能差、處理難度大，大量尾渣堆存在鋼鐵企業內無法處理。含鐵塵泥主要利用方式為回配返燒結、煉鋼工序，雖然實現了資源回收，但金屬鋅等有害元素的循環富集對企業正常運行埋下隱患。

加強對鋼渣、含鋅塵泥等固廢的資源化利用，使鋼鐵行業達到“全利用、零排放”的環保目標，不僅有利于保護環境，還可以提高企業的經濟效益，是企業貫徹國家綠色經濟發展的必然選擇和不可或缺的保障工作。

1、利用現狀

鋼渣是煉鋼過程中產生的一種工業廢渣，根據工序不同，可分為脫硫、轉爐、鑄余、電爐渣等，每生產1t鋼能產生100~150kg鋼渣。鋼渣利用的主要方式是回收其中的金屬鐵和渣鐵，渣鋼、磁性粉分別返煉鋼、燒結工序，尾渣用于水泥生料及混合料、工程回填、混凝土摻合料等，如圖1所示。為提高尾渣利用率，部分鋼鐵企業建立了鋼渣微粉生產線，將尾渣粉磨成合格粒度鋼渣微粉與水泥熟料混合制備水泥。但尾渣綜合利用率仍處于較低水平，大量尾渣堆存在企業周邊，成為鋼鐵企業亟待解決的環保問題。

圖1：鋼渣處理產品大綱及用途

含鐵塵泥指燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼等工序除塵過程收集的顆粒物，塵泥量一般為鋼產量的8%~12%。含鐵塵泥根據各工序不同，成分差異性較大，普遍含有30%以上的有價Fe元素，具有巨大的資源化利用潛力。目前，含鐵塵泥大部分返回燒結配料，部分冷壓球團加工后返煉鋼作為冷卻劑和造渣劑使用等，雖然基本實現了資源化利用，但由于含鐵塵泥品位差別較大、且含有有害雜質，長期直接循環使用會造成燒結礦鐵品位降低、有害雜質含量提高，導致爐襯壽命和高爐利用系數降低。實際生產過程中需結合塵泥不同成分，采取針對工藝，充分挖掘資源價值。

圖2：含鐵塵泥特性及資源化方向

越來越多企業重視到Zn＞2%除塵灰循環利用會明顯增加高爐的鋅負荷，影響高爐穩定生產^[2]。部分企業配置了脫鋅處理線，但綜合處理費用較高，未能實現工藝大規模化應用。如何科學合理的處理含鋅塵泥是目前鋼鐵企業研究和關注的重點課題。

2 發展探討

2.1 鋼渣尾渣

鋼渣尾渣是鋼渣經破碎、磁選將含鐵量較高渣回收后剩余的低磁性廢渣，鋼渣經處理后中尾渣量占比70~80%。尾渣主要成分及特性見表-1。

表1：鋼渣尾渣成分主要成分構成及礦物特性

鋼渣尾渣具有三個特征：1）膠凝活性低。相較于高爐礦渣，鋼渣內有效膠凝成分含量占比低，礦物內晶體致密、粗大，尾渣綜合膠凝活性較低；2）難磨性。尾渣中含有部分金屬鐵以及鐵氧化物，易磨性差，加工能耗高；3）安定性不良。內部含有較高含量的f-CaO，完全水化時間長，水化膨脹造成體積安定性的隱患。上述特征制約了鋼渣尾渣的資源化利用，目前，尾渣綜合利用率不足40%，且多為附加值應用。為實現尾渣資源化利用，需要在鋼渣活化改性、安定性改善方面實現突破。

1）活化改性

尾渣具有與普通硅酸鹽水泥相似的化學成分及礦物組成，具有很大的活性潛力，為改善尾渣活性，提高利用率，眾多機構針對尾渣特性開展針對性活化改性研究，力求尋找破解尾渣綜合處理難現狀。主要方法包括：化學激發活化、物理磨細活化、相分離活化及高溫重構，主要特點見圖3。

圖3：鋼渣活化改性工藝及特點

雖然活化改性工藝眾多，但大多還是停留在實驗研究階段，僅物理磨細等少量工藝實現了工業化應用。此外，構建基于單一工藝的多工藝協同處理法得到了越來越多關注，如鋼鐵企業廠內建成鋼渣微粉加工線采用“物理磨細+相分離”工藝在傳統磨粉基礎上增加RO相分選工藝，可降低加工成本，有效提高鋼渣微粉活性。

2）安定性改善

尾渣內部存在一定量的f-CaO、f-MgO，這些氧化物遇水后會在很長時間內持續水化并發生體積膨脹，導致尾渣制備道路、建材養護過程中的長期安定性極差，易發生磚體開裂，嚴重制約鋼渣在建材領域的使用。

采取合適的鋼渣預處理方式，可在保證其礦物活性不降低的前提下，有效降低f-CaO、f-MgO含量，使其含量處于體積穩定性良好的可控范圍，有效促進鋼渣建材資源化利用。現有的鋼渣預處理工藝包括冷棄法、水淬法、風淬法、熱潑法、淺盤法、滾筒法、粒化輪法和熱燜法等。其中，應用最廣泛、對安定性提高最有效的方法是滾筒法、熱燜法，主要特點見圖4。

圖4：鋼渣預處理工藝及特點

除了傳統鋼渣預處理措施改善鋼渣安定性外，近些年開展研究的高溫重構和化學碳化處理工藝對鋼渣安定性改善起到一定效果。趙海晉等^[3]利用粉煤灰來對鋼渣進行高溫重構改性，粉煤灰中的硅鋁質玻璃體在高溫下會重新熔融，吸收鋼渣中的f-CaO，使重構鋼渣體積安定性提高。張豐等^[4]研究了化學碳化對鋼渣穩定性的影響，結果表明: CO₂可與鋼渣中f-CaO、f-MgO發生反應生產碳酸鹽，從而消除安定性隱患。

采用熱燜工藝處理，將尾渣粉磨成微粉后安定性能夠得到根本的改善，有效拓展鋼渣資源化利用。但鋼渣粒度大于1mm顆粒原則上其膨脹化的概率永遠不會等于零，鋼渣資源利用途徑中需要避免作為骨料制備結構混凝土。

2.2 含鋅塵泥

含鋅塵泥主要包括高爐煤氣凈化過程中收集的粉塵或塵泥，轉爐、電爐煙氣收集的粉塵等，噸鋼產生量20~40kg。含鋅塵泥簡單回配燒結會造成鋅的循環富集，影響高爐和燒結機使用壽命。《鋼鐵工業含鐵塵泥回收及利用技術規范》（GB/T 28292-2012）規定，鋅含量>1%的中鋅含鐵塵泥需進行脫鋅處理后再返回鋼鐵生產工藝，含鋅塵泥的脫鋅處理工藝主要有物理法、濕法、火法，主要特點見圖5。

圖5：含鋅塵泥分類及特點

鋼鐵企業內含鋅塵泥一般為中鋅塵泥，適用于火法脫鋅處理工藝。目前，回轉窯、轉底爐工藝應用最廣泛。

1）回轉窯

回轉窯法是把鋼鐵廠內各種來源的廢料經過預處理，然后同還原劑混合送入還原窯，窯內爐料被加熱裝置加熱至一定溫度使得廢料中的鐵和鋅的氧化物被還原，這些鋅在窯溫下蒸發并與排出的煙氣一起離開回轉窯，經過收集裝置富集鋅。

回轉窯工藝在國內應用較廣泛，具有工藝成熟、投資成本較低、設備運行簡單等優點。但存在生產過程中窯內高溫段易結圈、工序能耗大、產品質量低等缺點。

2）轉底爐

轉底爐工藝是將含鋅塵泥、碳粉和粘結劑混合造球。生球經烘干后置于轉底爐內加熱至氧化鋅被還原，還原出的鋅被蒸發并隨煙氣一起排出，經冷卻系統時被氧化成細小的固體顆粒而沉積在除塵器內，最終產物DRI（直接還原鐵）可直接返回鋼鐵生產。

轉底爐具有原料適應性好、運行成本低等優點，主要缺點包括：原燃料中的硫未能在轉底爐內有效脫除，從而導致生產的產品中硫含量普遍較高；在還原的過程中較易發生二次氧化從而使得產品的質量即金屬化率降低。

3）工藝比較

如圖6所示，轉底爐工藝在原料適用性、產品質量及環保效果上具有一定的優勢，回轉窯工藝在技術成熟度、原料制備工序及工程投資等方面占優。

圖6：回轉窯與轉底爐工藝比較

當前，轉底爐、回轉窯工藝因現工藝存在的不足，綜合處理費用較高，未實現規模化應用。基于此，眾多研究機構在探索含鋅塵泥處理新工藝，如北京科技大學^[5]等機構提出的熔融還原電爐工藝處理含鋅塵泥，與現有火法處理工藝相比，新工藝原燃料適應性廣，污染少，能耗較低、生產成本較低，具有一定的商業價值。

3 結論

鋼鐵企業固廢正在經歷資源處理向資源高價值利用轉變階段，在提高源利用率的基礎上，如何充分利用固廢有價資源成為企業綠色發展前提。鋼渣和含鋅塵泥綜合處理問題已成為鋼鐵企業亟待攻克的難題，需要更多機構、學者加強針對性研究，實現核心技術突破。

1）鋼渣應加速破解資源化利用低現狀，重點拓展建材化應用方向，加強針對尾渣活化改性、安定性改善研究；

2）中高鋅塵泥循環使用前需要進行脫鋅處理及鋅粉回收，轉底爐工藝在環保節能等方面有一定優勢，值得大力推廣使用。熔融還原工藝原燃料適應性廣、處理能力大，具有一定研究價值。

參考文獻

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