刘 芳

（山东省冶金设计院股份有限公司，济南 250101）

钢渣是冶金工业产生的重要固体废物，其主要成分为铁（Fe）、硅（Si）、铝（Al）、镁（Mg）、钙（Ca）等化学元素的氧化物，这类氧化物在固体废物中的含量超过78%。经过冶金化工行业科研人员的试验与实践，冶金工业中的固体废物逐步实现了综合利用。

1 我国冶金工业固体废物钢渣的现状

据统计，2009年，我国钢铁行业的粗钢产量为5.5亿t，生铁的产量为4.8亿t，各类钢铁合金的产量为1 500万t。在粗钢、生铁、钢铁合金的生产过程中，不可避免地产生大量固体废物。2009年，我国钢铁行业的固体废物利用率如表1所示，钢铁生产过程中产生的附带衍生物的利用率如表2所示。

表1 钢铁行业的固体废物利用率

表2 钢铁生产过程中产生的附带衍生物利用率

由表1可知，我国2009年钢铁生产过程中所产生的固体废物总量为25.5万t，综合利用率为52.5%，钢铁生产过程中所产生总固体废物总量为67万t，综合利用率为67%。

2 固体废物及钢渣概要

2.1 钢渣的主要来源

在钢铁生产过程中，钢渣主要产生于金属原矿熔炼过程。在熔炼过程中，金属原矿中的各类金属与非金属元素被氧化生成金属氧化物、非金属氧化物。为了改善钢渣特性，人们会加入石灰石、铁矿石、硅石以及萤石等材料。由此可知，钢渣是钢铁冶炼生产的附带产物[1]。

2.2 钢渣的主要组成

钢渣是冶金工业的副产物，其主要成分有氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化亚铁、氧化铁、氧化镁、氧化锰、五氧化二磷以及游离氧化钙，有时还会有五氧化二钒、二氧化钛等氧化物。钢渣中的氧化物成分有较大的变数，人们需要根据钢渣成分和各种物质含量来综合利用钢渣。

2.3 钢渣的加工方法

钢渣一般需要二次加工以后才能进行应用，普遍的加工方式一般为将钢渣破碎、分拣挑选以及陈化堆存，如图1所示。

图1 钢渣加工工艺流程

2.3.1 破碎

在钢渣破碎环节，一般选用颚式破碎机进行钢渣的破碎。

2.3.2 分拣挑选

分拣挑选包含常见的筛选、磁选。其中，筛选的主要应用价值体现在根据钢渣颗粒的大小来按照一定规格区分，磁选的主要应用价值体现为将钢渣中的废渣进行剔除。

2.3.3 陈化堆存

钢渣中会存在游离氧化钙，而将游离氧化钙消除的最好方式就是将钢渣陈化堆存，使得游离氧化钙进一步消除，钢渣性能趋于稳定，以便下一步的处理与应用。

2.4 其他固体废物

2.4.1 含铁尘泥和氧化铁皮

含铁尘泥主要是指在烧结原矿、冶炼铁、冶炼钢等部分工序中产生的尘灰与污泥。氧化铁皮则主要产生于连铸、轧钢等生产过程。

2.4.2 炼焦固体废物

炼焦固体废物主要是在钢铁冶炼焦化生产过程中产生的固态、半固态的副产物，诸如煤尘、焦油渣、沥青渣、生化污泥等。

2.4.3 焦油渣

在钢铁冶炼产业，煤气净化设备中产生的焦油渣是由焦油、氨水煤尘以及游离碳组成的固体混合物，水分含量为7.5%～15.5%，具有微毒性与可燃性。

2.4.4 沥青渣

沥青渣产生于钢铁冶炼过程硫氨工艺段的蒸氨塔中，其物理性质与沥青类似，主要成分为各种烃类化合物和少量的碳粉颗粒物，具有微毒性与可燃性。

2.4.5 生化污泥

焦化生产中，含有酚氰等化合物的废水采用生化处理法进行处理，会周期性排出生化污泥。其一般含有重金属离子、有机物、细菌等。

3 固体废物钢渣的综合利用

3.1 固体废物钢渣的综合利用现状

20世纪初，部分工业发达的国家已经开始研究固体废物和钢渣的利用方法，其主要用途为路基填筑与海洋填埋。20世纪70年代以后，经过冶金工业研究人员的研究与实践，钢渣处理工艺得到进一步改进，综合利用技术得到进一步发展，将应用途径拓展到建筑材料水泥、冶金配料以及农业化肥中。

3.2 固体废物钢渣中的废钢铁回收

钢渣的二次加工工艺是指将钢渣破碎、分拣挑选以及陈化堆存，在分拣挑选后可以将其中92%的废钢进行回收再利用，所回收的废渣中铁元素含量一般超过58%。分拣挑选一般运用磁选工艺，如图2所示。

图2 钢渣破碎后废铁渣磁选工艺流程

3.3 固体废物钢渣作为冶金原料的应用

钢铁冶炼过程产生的钢渣可以用作冶金原料，其主要价值体现在炼铁时的烧结熔剂、高炉熔剂以及炼钢过程中的返回渣等。高炉熔剂、炼钢熔剂大多采用石灰石（CaO），钢渣通常含有氧化钙、氧化镁、氧化锰、氧化铁等成分。实践证明，1 t钢渣可以替代750～800 kg石灰石。钢渣可以替代石灰石作为冶金原料，从而降低冶金燃料消耗、冶金生产成本，改善高炉运行状态。

3.4 固体废物钢渣作为建筑材料的应用

钢渣具有密度大、强度高、表面坑凹多、耐磨性强、与沥青结合紧密等特点。因此，钢渣可以用于制备少熟料或无熟料的水泥、钢渣砖，或者用于道路路基、工程回填。

在水泥生产中，人们可以将钢渣以一定比例掺入水泥熟料中，获得钢渣水泥、钢渣硅酸盐水泥、钢渣白水泥等产品。很多工程可以用钢渣作为主要原料，制备墙体、立柱、沟道等所需的建筑用砖。人们可以采用粉状钢渣或水淬钢渣，添加一定比例的煤粉灰和激发剂加水进行搅拌，经过多道工序，制成建筑用砖[2]。

3.5 固体废物钢渣作为农业化肥的应用

钢渣含有较多的磷、硅、钙、镁等金属元素和非金属元素，很多元素对农作物生长有利。因此，钢渣可以用于农业肥料生产。

3.5.1 硅肥

硅元素可以促进植物增产。钢渣中具有很多可以被农作物吸收的活性硅，人们可以以钢渣为原料来生产钢渣硅肥，其适用农作物主要有小麦、水稻、玉米以及甘蔗等，其中水稻的应用效果最为显著。

3.5.2 磷肥

磷元素可以极大地促使农作物生长。钢渣磷肥是碱性钢渣经过轧碎、研磨而制成的，其主要成分有Ca4（PO4）2、Ca2SiO4，还含有部分镁、铁、锰等金属元素。对于酸性土壤来说，钢渣磷肥是一种极好的基肥，可以改良土壤，提高土壤肥力。

3.5.3 土壤改良剂

钢渣中含有较多的氧化钙和氧化镁，人们可以将钢渣制备成土壤改良剂来改良酸性土壤，从而改善土壤性质，补充钙元素与镁元素。

3.6 固体废物钢渣在废水处理中的应用

钢渣是一种优秀的吸附剂，在重金属离子废水、有机染料废水等处理方面的应用效果极其突出。它在固液分离方面表现出很好的性能，具有操作简单、物理性能稳定、来源广等特点，在废水处理方面独树一帜。

钢渣具有良好的过滤性和吸附性，可以用于处理废水。钢渣过滤性能突出，可以有效吸附废水中的杂质、溶解性有机物以及重金属离子。钢渣具有的良好活性，可以吸附污染物，减少废水的污染物含量，简化废水后续处理。

4 结语

冶炼钢铁期间，冶金企业不可避免地会产生固体废物以及钢渣，将这些固体废物进行重新利用，不仅可以达到“以废治废”的目的，还直接或间接地降低了冶金工业钢铁冶炼的成本。因此，冶金企业要高度重视固体废物的再利用，以降低工业成本为着力点，大力推进钢渣综合利用，创造出更高、更好的经济价值。