朱斌鹏

（邯郸钢铁集团设计院有限公司，河北 邯郸 056015）

我国冶金历史发展悠久，冶金行业逐渐成为我国国民经济发展的重要支柱。冶金行业具有高污染、高风险等特点，在其生产加工中会产生各种固体废物，早期由于我国科技水平及人们思想意识落后，认为冶金固废没有可再利用价值，通常经过净化处理后就排放到土壤、河流里面，甚至有些冶金固废没有经过标准处理直接排放到自然环境中，造成严重的环境污染。在新科技时代下，冶金固废资源化利用成为冶金行业发展的主要方向，冶金固废资源化利用理念最早流行于欧美国家，当前这些国家的冶金固废资源化利用水平十分高，已基本实现无害化利用，但是由于我国冶金固废资源化利用理念及技术发展起步较晚，其利用水平相对较低，因此冶金行业及相关管理部门还需要不断创新并提升冶金固废资源化利用技术，最大限度发挥冶金创造的经济价值与社会价值。

1 冶金固废资源化利用与节约资源、保护环境的关系

随着我国科技的发展进步，冶金固废资源化利用水平不断提升，经过标准化处理的冶金固废被广泛应用于生产建筑材料中，这种做法不仅能够有效节约自然资源，而且能够最大限度降低冶金固废对河流、土壤等自然环境造成的破坏，实现自然生态环境的可持续发展。通过磁选分离出冶金固体废物中的矿物质，将冶金固废与矿渣进行有机结合，经过一系列的反应，加强衍生产品的安全性与稳定性。另外，重矿渣也可以利用磁选进行选择，重矿渣具有高密度性、强稳定性等特点，如果在建筑工程项目施工中应用重矿渣，不仅可以提高建筑工程项目的安全与质量，而且可以有效节约建筑材料，降低施工成本，最重要的可以加强建筑物的绿色环保性，为人们提供一个健康、宜居的生活环境。

第一，冶金固废与节能环保。大约在40年之前，冶金固废就被广泛应用于水泥生产加工过程中，根据相关调查数据显示，当前我国95%的水泥工厂都以冶金固废为基础材料进行水泥生产。利用冶金固废进行水泥生产时，要确保冶金固废混合物处于100%干燥状态，避免影响水泥整体质量。汽车烘干是目前应用率最高的一种冶金固废烘干方法，冶金固废混合物装车前含水量为13%，而后借助能源燃烧作用及运输中热风的影响，对冶金固废混合物进行有效烘干，这种方法虽然能够促使冶金固废混合物达到100%干燥状态，但是在这个过程会需要使用大量的矿产资源，这就不可避免会对自然环境造成大面积的污染，但是冶金废渣中的高炉煤气能够在节约矿产资源、降低环境污染的前提下加快水泥烘干速度，其应用价值相对较高。

第二，冶金固废、矿渣混凝土砖与节能环保。将冶金固废与矿渣的混合物混合在一起可以，并在其中添加适量的添加剂，然后利用冶炼厂热气进行烘干，静置一段时间，制成的产品就是渣砖，即所谓的混凝土砖。这种混凝土砖生产方式发明于2007年，是通过多重研究理论与时间生产检验所得出的，具有一定的科学性与合理性，满足我国混凝土砖的相关生产标准。同时该生产方式在降低生产成本的基础上，实现冶金固废的资源化利用，加大对自然生态环境的保护力度。

另外，可以利用相关技术，在冶金废渣中提炼出胶凝材料，然后将这些胶凝材料合理的添加到以冶金固废和矿渣为原材料的混凝土砖制造过程中，这种就地取材的做法不仅有利于实现我国节能减耗的战略发展目标，而且有利于节约混凝土砖制造成本，促进冶金行业经济发展。一般情况下，利用冶炼厂发热的余温就可以完成由冶金固废和矿渣制成的土砖的加热工作，进而提高煤炭资源利用率。

如果未来我国冶炼厂的冶金固废和矿渣都能够通过再次加工、处理制成混凝土砖，不仅会提高我国冶金固废资源利用率，而且能够有效降低黏土砖的市场利用率，加大我国土地资源的保护力度，从而促进自然资源健康发展。

2 我国冶金固废资源化利用现状

我国冶金固废种类众多，冶金废渣、粉煤灰、冶金尘泥、水处理污泥是最常见的冶金固废，接下来就针对上述四种冶金固废资源化利用现状进行科学探讨：

2.1 冶金废渣

20世纪90年代是冶金行业发展的一个分水岭，在这之前，我国冶金厂的冶金废渣大多被直接扔掉或者被掩埋到土里，不仅造成自然资源的过度浪费，而且产生严重的环境污染。而20世纪90年代以后，随着我国科技的发展进步，冶金废渣得到有效的利用，例如，用于道路敷设等工程施工中。21世纪的到来，推动我国冶金废渣处理朝着全面回收、综合利用的方向发展，大幅度提升了冶金废渣资源化利用效果。一般来说，冶金废渣资源化处理技术与利用程度主要取决于金属类型以及冶炼工艺，就目前冶金成分来看，部分冶金废渣中都含有一定量的有价金属，所以可以将有价金属作为主要回收目标，采用渣选矿、火法提取和湿法提取等方法进行冶金废渣的资源化处理与利用。对于价金属含量较低、回收成本较高的废渣可以用于水泥生产、建筑材料生产中，例如，对于钢渣而言，钢渣中含有约10%的Fe以及Ca、Mg、Mn等氧化物，钢渣资源化利用主要体现在钢渣磁选除铁、钢渣再烧结、生产钢渣水泥、钢渣超细粉等方面，当前选矿分离、湿法提取、火法贫化、高温氧化、高温还原等是进行铜冶炼渣资源化处理最主要的方法，但是受回收率与能耗问题影响，其处理技术还有待提高。而赤泥的资源化利用主要体现在提取Fe、Al、Ti等有价金属、处理废水与修复土壤、生产建筑材料以及赤泥土壤化等方面，受成本与处理能力影响，大部分赤泥仍以堆存处理为主。

2.2 粉煤灰

煤炭资源是炼钢工艺中必不可少的一种资源，在炼钢过程中需要对煤炭资源进行高温加热，受炉内温度或进气情况影响，可能会出现煤炭燃烧不充分现象，这时就会在产生大量的细灰，就是我们常说的粉煤灰。根据我国当前科学技术发展情况来看，难以实现煤炭彻底燃烧，这也就说明在煤炭资源高温加热过程中不可避免的会产生一定量的粉煤灰，为了降低粉煤灰对自然环境产生的污染，可以采用无害化处理手段对粉煤灰进行资源化利用。当前我国粉煤灰资源化利用技术相对完善，回收利用范围也相对宽广，可以用于生产水泥等建筑材料、用作水泥掺加料、道路建设、花卉培植等诸多方面。

2.3 冶金尘泥

高炉瓦斯灰、高炉瓦斯泥、炼钢尘泥、除尘灰等被统称为冶金尘泥，由此可见冶金尘泥覆盖范围较广，当前高内的冶金尘泥资源化利用上主要集中在两个放方面，即高炉尘泥和炼钢尘泥。第一，高炉尘泥资源化利用。高炉尘泥主要是指除尘器收集的原料粉尘、燃料粉尘和高炉内化学反应生成的金属蒸气等，一般利用干式与湿式两种方法进行收集，高炉尘泥中富有大量的锌、铁、碳等矿物质，别看这些颗粒粒度小，却拥有超高的资源化利用价值。当前我国大部分钢铁企业都实现了冶金尘泥的资源化利用，且资源化利用方法丰富多样。例如，可以利用弱磁选铁技术进行铁精矿的回收利用，采用浮选工艺进行碳精矿的回收利用，利用转底炉或者回转窑提锌，并且球团化处理等。第二，炼钢尘泥。在钢铁锻造过程中会产生大量的微细金属液体，并流入空气中，在出炉时与外界空气发生热交换冷却反映产生金属粉尘，即炼钢尘泥。根据有关研究数据显示，在炼钢过程中，2%左右的原材料会转化成炼钢尘泥。炼钢尘泥富有大量的铁、碳等矿物质，其资源化利用主要表现在三个方面：一是与烧结返矿等按比例搭配用作烧结材料；二是用于金属化球团的还原焙烧；三是可作为炼钢造渣剂，其使用效果比生石灰还要好。

2.4 废水处理污泥

废水处理污泥主要产生于冶金废水处理过程中，其组成成分主要包括硫酸盐、碳酸盐和金属氢氧化物，一般属于危险废物。但是废水处理污泥成分并不固定，一般由废水水质与水处理工艺决定，现阶段，我国冶金行业主要采用生物制剂、铁盐沉淀或者石灰中和等方式进行冶金废水的处理。

3 冶金固废资源化利用技术发展前景

相比早期，我国冶金固废资源化利用技术已经实现质的飞跃，但是仍然落后于国外发达国家，参考国外冶金固废资源化利用现状，可以预见国内冶金固废资源化利用技术发展前景。

3.1 钢渣

当前我国钢渣资源化利用程度不断提高，利用技术也越来越完善，我国一些著名的研究人员及钢铁企业对钢渣资源化利用进行了深入的研发，发明了较多新型的资源化利用技术，例如武钢的热泼技术、京唐钢的热闷技术、宝钢的盘泼技术和滚筒技术、济钢的水淬技术、沙钢的粒化轮技术等，这些技术的出现证明了我国固废资源化利用水平的发展进步。与国外钢渣资源化利用技术发展情况相比，我国钢渣利用率相对较低，钢渣中一些丰富的矿物质尚未得到充分的利用，当前国外部分钢铁企业在创新炼钢技术的基础上，研发了一套完善的钢渣资源综合利用系统，这样既可以保证炼钢质量，也可以有效提升钢渣中各种矿物资源的利用率，节约企业生产成本。而且在进行钢渣中矿物资源回收利用时，采用分类回收利用方式，然后对剩余钢渣进行烧结回收再利用，应用效果显著，在这方面我国钢铁企业做的还不够完善，因此可以吸收并借鉴国外钢铁企业的做法，不断提高钢渣的综合利用水平。

3.2 粉煤灰

当前，我国主要采用物理技术进行粉煤灰的资源化利用，例如，将其作为一种水泥生产材料添加到水泥中，用于降低初期混凝土的水化热，同时还可以将其作为混凝土的掺合料、混凝土预制品料等。相对于粉煤灰的物理利用技术，其化学及综合性利用技术水相对落后，但是根据当前粉煤灰资源化利用情况来看，粉煤灰化学及综合性利用具有广阔的发展空间，例如，将其用作合成肥料、废水和废气的絮凝剂等，具有良好的应用效果。除此之外，还可以将其用于电解槽中生产铝硅基合金，降低铝业生产成本。总而言之，我国冶金行业应该加大对粉煤灰化学及综合性利用技术的研发力度，扩大粉煤灰资源化利用范围，进一步提升冶金固废的资源化利用水平。

3.3 冶金尘泥

现阶段，我国主要利用单一的回收工艺模式对冶金尘泥进行资源化利用，即根据回收物质类型采用相应的回收技术，对于冶金尘泥中铁物质而言，多运用磁选技术、反浮选工艺进行回收处理，而其碳物质多运用浮选工艺进行回收处理，单一回收工艺模式最大的优点就是针对性强，但是要比综合回收模式的成本高多很多，经济效益较低。当前，国外炼钢企业多采用联合回收工艺进行冶金尘泥的资源化利用，这是一种将单一回收工艺与综合回收工艺进行有效融合的回收工艺，应用效果显著。例如，在对冶金尘泥中废钢与废铁物质进行回收时，可选用磁选工艺与强磁选工艺相结合工艺模式，回收利用率高达60%，所以在我国未来冶金尘泥资源化利用回收工艺研究中，应该将研究重点放在联合回收工艺模式上，加强冶金尘泥回收的综合性。

3.4 废水处理污泥

Cu、Cr、As等重金属离子是冶金废水处理污泥的重要组成部分，同时冶金废水处理污泥中还含有大量的中和钙盐和重金属氢氧化物，且含水量较高，因此很难返回冶炼流程进行资源化处理，所以当前，一些经营规模较小、技术水平不足的冶金企业会选择将废水处理污泥进行堆存或出售给有资质的企业，以回收有价资源。目前普遍采用的废水污泥处理方式主要有三种，即固化处理、火法处理和湿法处理，其中，固化处理是一种比较传统的污泥处理方法，主要用于水泥固化、石灰固化及熔融玻璃固化处理中，这种方法的缺陷在于无法最大化提取污泥中有价资源，且固化后体积增大，会占用更大面积的土地，造成土地资源的过度浪费。而火法处理和湿法处理能够有效回收废水处理污泥中的有价金属，因此被广泛应用废水处理污泥中，也是当前废水处理污泥技术研究的焦点。例如，王芬采用多步浸出法处理冶金污泥，可对废水处理污泥中Cd、Zn、Cu、Pb等重金属实现初步分离回收。柴立元等用热硫化—浮选法回收铅锌冶炼废水化学沉淀处理后得到的金属硫化物，回收率高达66%。

4 改善固体废物综合利用的技术方法

4.1 返烧结技术

一般来说，大部分钢渣中都含有各种类型的氧化物，以及特定类型的铁酸钙、残余钢和其他物质。受高炉反应的影响，如果可以实现钢渣的返烧结，有利于消除过量的溶剂消耗，提升产品整体强度。另外，在分解碳酸盐过程中，应降低综合燃料消耗。由此可知，如果可以将烧结矿与高炉钢渣两种物质进行混合，能够有效优化各种废渣的整体性能，降低整体能耗比、燃烧消耗及原料比。

4.2 制作复合微粉技术

以往混凝土掺合料的原料主要是通过矿渣微粉再次加工、处理得来的，这种方法能够在一定程度上增强原料的耐久性和强度，但是无法有效改善原料的稳定性，究其原因，主要是因为矿渣碱度相对较低，如果在其中添加大量矿渣，可能会对钢筋钝化膜造成严重的损坏，从而降低其稳定性。

因此，要想有效解决上述不良现象，可以充分利用新型复合微粉制造工艺，全面激发炉渣活性，增强产品稳定性。

4.3 磁选除铁技术

一般来说，现有的冶金固体废物可分为多种类型，包括粉煤灰、冶金污泥、冶金渣和其他类型的固体废物。特别是冶金炉渣，如果直接丢弃，将是一种资源浪费。在早期阶段，上述固体废物类型趋于广泛发展。到目前为止，相应的利用手段已经演变为综合回收处理。采用上述综合处理方式，处理后获得的冶金渣应用于铺路或提供生产水泥等建筑材料所需的原材料。磁选除铁技术一般适用于钢渣的回收。具体而言，粗钢生产可能伴随着特定比例的钢渣，其中含有10%或更少的废钢。近年来，许多企业致力于废钢的综合回收，包括热封处理、磁选处理和自磨处理。在特殊情况下，企业还可以借助磁选技术对现有废钢渣进行优化处理，适当消化其中所含的氧化镁或氧化钙，避免成分波动状态。

4.4 电炉处理技术

电炉主要借助电极产生的高温进行矿石和金属的熔炼，该技术具有灵活性大、温度高、易控制等特点，当前被广泛应用于含有Zn、Cr和Fe等金属的冶金固废资源化回收过程中。针对电炉处理技术，我国已得开展了大量的研究与应用，可以用于不锈钢污泥、氧化铁皮、除尘灰、锌浮渣、铬渣等冶金固废处理中。赵沛等发明了矿热电炉冶炼红土镍矿共处置铬渣的方法，该方法利用红土镍矿与铬渣的互补性进行铬渣的处理，在处理过程中，不仅可以生产铬含量较高高的镍铁合金，而且焊剂消耗小，炉渣没有毒害，效果极佳。

5 结语

在新时代发展背景下，“绿色环保、低碳节能”的发展理念逐渐成为社会发展的主旋律，国家对自然生态环境的保护不断加强，因此冶金行业要想实现健康、长久的发展，就应该贯彻落实国家节能环保的发展理念，一方面有利于提高冶金行业生产水平及经济效益，另一方面有利于提高自然资源利用率，降低环境污染，进而促进社会经济与自然生态环境和谐发展。