冶金業(yè)固體廢物鋼渣應(yīng)用

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1鋼渣概述

1.1鋼渣的來源

鋼渣是煉鋼過程排出的熔渣，主要是金屬爐料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蝕的爐襯料和補爐材料、金屬爐料帶入的雜質(zhì)，以及為調(diào)整鋼渣性質(zhì)而特意加入的石灰石、白云石、鐵礦石、硅石、螢石等造渣材料，是煉鋼過程中的必然副產(chǎn)物[4]。

1.2鋼渣的組成

鋼渣的主要化學(xué)成分有：CaO，SiO2，Al2O3，F(xiàn)eO，F(xiàn)e2O3，MgO，MnO，P2O5，f-CaO，有的還含有V2O5，TiO2等，成分有較大范圍的波動。表1所示為我國幾個大型鋼鐵企業(yè)鋼渣的主要化學(xué)成分。1.3鋼渣的加工方法鋼渣均需加工處理才能利用，加工過程包括破碎、分選和陳化。粗破碎常用顎式破碎機，細破碎用圓錐式破碎機。分選加工包括磁選和篩分，磁選主要去除其中的廢鋼渣，篩分獲得所需粒度的規(guī)格渣。陳化堆存是為了使f-CaO等進一步消解，使鋼渣趨于穩(wěn)定。

2鋼渣的綜合利用

2.1國內(nèi)外鋼渣綜合利用狀況

國外工業(yè)發(fā)達國家20世紀(jì)初期就開始研究鋼渣的利用方法，這期間，主要的用途是填海和筑路，20世紀(jì)70年代后，鋼渣的處理和綜合利用技術(shù)得到了進一步發(fā)展，其綜合利用率得到迅速提高，主要應(yīng)用在水泥、冶金配料和農(nóng)業(yè)化肥等生產(chǎn)中。我國鋼渣處理和綜合利用發(fā)展較晚，20世紀(jì)后期，鋼渣在燒結(jié)、農(nóng)業(yè)化肥、煉鐵和水泥生產(chǎn)中的利用量僅為100多萬t，有效利用率僅為10％，大部分鋼渣用于填海、工程回填料、筑路、油田建設(shè)等，資源流失比例很大。近年來用鋼渣處理廢水的研究越來越多，研究表明鋼渣是一種性能優(yōu)異的吸附劑，這無疑為鋼渣的利用開辟了一個新領(lǐng)域，同時也是以廢治廢的典型代表。

2.2利用磁選工藝回收廢鋼鐵

鋼渣經(jīng)破碎、磁選、篩分等分選技術(shù)可回收其中90%以上的廢鋼，磁選出的渣鋼，一般含鐵在55%以上。圖2為鋼渣機械破碎回收渣鋼的工藝流程。

2.3作為冶金原料

鋼渣作為冶金原料主要用于煉鐵燒結(jié)熔劑、煉鐵高爐熔劑以及煉鋼返回渣等。一般的煉鐵燒結(jié)熔劑、煉鐵高爐熔劑以及煉鋼熔劑是石灰石，鋼渣中含有40%~50%的CaO，MgO，MnO和鐵的氧化物等有益成分，1t鋼渣相當(dāng)于700~750kg的石灰石。所以將鋼渣代替石灰石作為冶金原料具有可以降低燃料消耗和生產(chǎn)成本，軟化溫度低，物相均勻，可以改善高爐運行狀況及高效節(jié)能的優(yōu)點。

2.4作為建筑材料

鋼渣中含有和水泥相類似的硅酸三鈣、硅酸二鈣及鐵鋁酸鹽等活性礦物質(zhì)，具有水硬膠凝性。同時鋼渣碎石具有密度大、強度高、表面粗糙、穩(wěn)定性好、耐磨與耐久性好、與瀝青結(jié)合牢固等特點，因此可以用作生產(chǎn)無熟料或少熟料的水泥、鋼渣磚，以及用于鐵路、公路和工程回填等。將鋼渣按一定的比例摻入水泥熟料中可以生產(chǎn)鋼渣礦渣水泥、鋼渣硅酸鹽水泥及鋼渣白水泥等；將粉狀鋼渣或水淬鋼渣為主要原料摻入部分高爐水渣或粉煤灰和激發(fā)劑中加水?dāng)嚢瑁?jīng)輪碾、壓制成型、蒸養(yǎng)，可制成建筑用磚，用于民用建筑中砌筑墻體、柱子、溝道等；鋼渣廣泛用于各種路基材料、工程回填、修砌加固堤壩、填海工程等方面代替天然碎石，但缺點是其體積穩(wěn)定性，必須對其穩(wěn)定性進行檢驗并采取措施，促使其完全消解。

2.5農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

鋼渣中含有P，Si，Ca，Mg等有利用價值的元素，可以起到不同程度的肥效作用，因此可以用作生產(chǎn)鋼渣磷肥、鋼渣硅肥、酸性土壤改良劑以及鈣鎂磷肥等。鋼渣磷肥是由含磷生鐵用托馬斯法煉鋼時所生成的堿性爐渣經(jīng)軋碎、磨細而得，主要有效成分是磷酸四鈣和硅酸鈣的固溶體，并含有鎂、鐵、錳等元素，適用于酸性土壤，可作基肥。用南京鋼鐵廠低品位的鋼渣磷肥在江蘇土壤上試驗，按有效五氧化二磷2.5kg/667m2施用，結(jié)果表明對水稻的肥效顯著優(yōu)于過磷酸鈣；在江蘇江寧土壤上以含五氧化二磷7.79%馬鋼鋼渣磷肥對大豆進行肥效試驗，按五氧化二磷3kg/667m2施用，其增產(chǎn)效果也明顯高于過磷酸鈣。鋼渣硅肥中含有較多的可被植物吸收的活性硅，施用具有極好的效果，主要用于水稻、小麥、玉米等喜硅作物，尤以水稻對硅最敏感[5]。在遼寧省主要類型的水稻土上進行實驗，結(jié)果表明，可改善水稻的生長狀況，增加水稻產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度為8.3％~20.9％；在湖北丘陵黃土、黃紅土水稻田中施用堿性鋼渣粉的實驗表明，施用鋼渣粉，都有不同程度的增產(chǎn)效果，增產(chǎn)率可達3.0%~17.6%。鋼渣中含有較高的CaO和MgO，因而具有很好的改良酸性土壤和補充鈣鎂營養(yǎng)元素的作用[5]。浙江金華地區(qū)土壤酸化嚴(yán)重，用含42%CaO的鋼渣作基肥，大麥產(chǎn)量明顯提高，其他農(nóng)作物如大白菜、菠菜、豆類，以及棉花和果樹等都有良好的增產(chǎn)效果，增產(chǎn)率可達30.6%以上。鋼渣中除含有硅、磷等有效成分可直接用作農(nóng)肥外，還可利用其中高含量的氧化鈣和氧化鎂，將其作為助劑與礦石一起制備成鈣鎂磷肥，對農(nóng)作物的增產(chǎn)具有明顯的效果。

2.6水處理方面的應(yīng)用

鋼渣是一種性能優(yōu)異的吸附劑，在重金屬離子廢水、有機染料廢水、無機非金屬廢水處理方面都有很好的效果[6-9]。具有吸附性能優(yōu)異；易于固液分離，簡化吸附后處理工藝，操作簡單；性能穩(wěn)定，無毒害作用；來源廣泛，價格低廉等優(yōu)點。其去除作用機理主要是由于鋼渣具有良好的過濾性能，對廢水中的雜質(zhì)顆粒、溶解性有機物和部分重金屬具有良好的去除作用；其次是因為鋼渣還具有活性基團，對污染物質(zhì)有一定的吸附作用。有關(guān)研究表明，在廢水pH值為2.5~12，Cr3+為0~350mg/L范圍內(nèi)，按鉻／鋼渣質(zhì)量比為1/35投加鋼渣進行處理，鉻的去除率達到99％，處理后的廢水達到排放標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)溶液Cu2+初始濃度為50mg/L，pH值為6.5~6.8，鋼渣投加量為5g/L，出水Cu2+低于0.5mg/L，去除率超過99％；在廢水pH值≥3，Ni≤300mg/L范圍內(nèi)，按鎳與鋼渣質(zhì)量比為1/15投加量進行處理，鎳去除率達到99％。有關(guān)研究表明，鋼渣對多種有機染料廢水的處理效果很好，謝復(fù)清[10]以鋼渣為吸附劑處理活性翠藍染料廢水、結(jié)晶紫、亞甲基藍染料廢水、堿性品紅染料廢水、孔雀石綠染料廢水，脫色率均可達到90％以上。有關(guān)研究表明，鋼渣對其他無機非金屬廢水如含磷廢水、含砷廢水、含氟廢水等也有較強的處理能力。鄭禮勝[6]等用鋼渣處理含砷廢水，在pH值為1.5~12.0，砷（Ⅲ）含量10~200mg/L，按砷／鋼渣質(zhì)量比為1/2000投加鋼渣，砷去除率達97％；劉平[11]等采用振蕩吸附試驗，對40mg/L含氟廢水進行處理，氟的去除率可達77.77％，出水剩余濃度達到國家工業(yè)含氟廢水一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.7鋼渣利用中存在的問題

鋼渣成分波動大，不利于利用，如將f-CaO含量高的鋼渣用于工程，會因其消解產(chǎn)生的體積膨脹使工程遭到破壞；鋼渣硬度大，易將機器卡住或損壞；鋼渣中含有少量的鐵，導(dǎo)致鋼渣脆性下降，韌性加強，若利用常規(guī)的破碎技術(shù)既費時又耗能，產(chǎn)品粒度不均勻，很難生產(chǎn)出粒度適宜、性能均勻的吸附劑產(chǎn)品，如經(jīng)過粉磨處理，不但不能產(chǎn)生疏松多孔的產(chǎn)品，而且還會破壞原有的孔隙，從而導(dǎo)致吸附效果下降。

3鋼渣綜合利用前景展望

鋼渣綜合利用具有良好的社會經(jīng)濟效益。充分利用鋼渣，不僅能解決堆積占地問題，而且能解決環(huán)境污染，改善廢鋼供應(yīng)局面?？蒲袡C構(gòu)有必要繼續(xù)認(rèn)真貫徹我國關(guān)于開展綜合利用的方針政策，并跟蹤國家指導(dǎo)的發(fā)展方向，在技術(shù)上進一步優(yōu)化鋼渣處理流程，研究更多利用鋼渣的途徑，實現(xiàn)物盡其用，為企業(yè)和社會提供技術(shù)服務(wù)。我國鋼渣處理工作起步較晚，雖然近些年來在鋼渣綜合利用方面進行了大量試驗研究，但還需要在認(rèn)識上加以重視和提高，在經(jīng)濟上加大支持和投入，將“全身都是寶”的鋼渣作為寶貴的第二資源來認(rèn)真對待，創(chuàng)造出更好的社會效益和經(jīng)濟效益。進入21世紀(jì)后，國家更加提倡環(huán)境保護和資源利用，因此，鋼渣綜合利用的前景將更加美好。