高建勇杜根杰，石晓莉杜建磊张 铭

（1.中循新科环保科技（北京）有限公司；2.北京固废通固废资源化利用有限公司）

中国经济的快速发展，黑色与有色冶金工业功不可没。国家统计局数据显示，2020 年我国粗钢产量10.6 亿t，10 种有色金属产量6 188.4 亿t，伴随而来的是大量的冶金固体废物。据工业固废网统计，2020 年，我国共产生工业固体废物37.87 亿t，其中冶金渣6.89亿t，占比18.19%［1］，是除尾矿及煤矸石以外产生量第三的大宗工业固体废物。冶金渣的堆存占用大量土地的同时，也给空气、土壤及水资源带来了巨大的污染风险，造成沉重的环境负担，“双碳”背景下，加强冶金渣的综合利用已刻不容缓。

1 冶金渣的分类

冶金渣是冶金工业生产过程中产生的各种固体废弃物，主要包括钢铁冶金渣（高炉渣、钢渣、铁合金渣、钢铁尘泥等）、有色冶炼渣（铜渣、铅渣、锌渣、镁渣等）、电解锰渣和赤泥，此文统称冶金渣。因赤泥产生量巨大，本文仅针对前3种冶炼渣进行讨论。

高炉渣是高炉炼铁过程中产生的多孔、无定形硅酸盐熔融副产物，主要成分为CaO、MgO、SiO2及Al2O3，与天然矿石类似，同时具有潜在的化学活性［2］；钢渣是炼钢过程中产生的熔融态固体废弃物，化学成分复杂，波动性大，同时由于游离氧化钙及游离氧化镁的存在，安定性差，给其综合利用带来极大的难度［3］；钢铁尘泥是钢铁全流程冶炼及轧制过程中产生含铁固体废物，同时含有不等量有价金属锌，具有一定回收价值［4］。

有色冶炼渣种类繁多，以铜渣为例，铜渣是铜冶炼过程中产生的含铁铅锌固体废物，属于典型有色冶炼渣，可分为鼓风炉冶炼铜渣和反射炉冶炼铜渣，主要成分除Ca、Mg、Si、Al 的氧化物外，同时含有20%～40%的铁及一定量的铅锌，具有较高的综合利用价值。

电解锰渣是电解硫酸锰生产金属锰过程中产生的黑色细小泥糊状粉体废弃物，主要成分为SiO2和CaSO4·2H2O，含水量较高［5］。

2 冶金渣的产生及综合利用情况

2.1 产生情况

2020 年，尽管存在新冠疫情影响，受益于相关经济政策及下游行业拉动，钢铁行业生产和消费仍保持在较高水平。钢价高涨叠加多地产能释放、复工复产等影响，全年全国钢铁呈增长趋势。2020年，全国生铁产量8.87亿t、粗钢10.6亿t、铁合金3 419.6万t，全年产生高炉渣3.11 亿t、钢渣1.28 亿t、铁合金渣6 839.2 万t、含铁尘泥9 761.46 万t，钢铁冶金渣共计6.04亿t。

有色金属以铜为例，2020 年，全球铜市场供应短缺近140 万t，中国铜表观消费量有所上涨，国内铜价呈先抑后扬走势，铜生产企业动能十足。2020 年，全国精炼铜产量1 002.5 万t，其中矿产铜784.39 万t，伴随产生铜渣约3 137.58 万t。全年约产生有色冶炼渣7 338.8万t，主要产量占比见图1。

2020 年初，受疫情影响，国内电解锰生产企业大面积停产，产量出现下滑，尽管二季度开始有所恢复，产业总体仍呈供过于求状态，电解锰价格一路走低。同时，全国电解金属锰联盟成立，行业内部开启供给侧改革，有效产能减少。2020 年，中国电解锰产量约138.97 万t，较2019 年有所下降，伴随产生电解锰渣约1 111.76万t。

综上所述，2020 年我国冶金渣总产生量约6.89亿t，主要以钢铁冶金渣为主，具体产生量及占比见表1。

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从表1可以看出，钢铁冶金渣占比高达87%以上，有色冶炼渣占比不足11%，电解锰渣占比不足2%。

2.2 综合利用情况

由于各类冶金渣的组成成分及含量不尽相同，其综合利用方式也有所差别。高炉矿渣由于其良好的化学活性，可以作为优质原料用于水泥或混凝土产品的生产；钢铁尘泥则能够利用回转窑、转底炉、熔融炉进行高温还原，有效回收其中的铁、锌等有价金属，所得二次废渣可用于水泥等建筑材料的生产；钢渣则由于安定性及易磨性差等，是冶金渣中较难利用的一类工业固废，目前利用方式主要有钢渣选铁、制备钢渣微粉、路基料等，但受限于上述原因，市场对其综合利用产品仍持保守态度。

有色冶炼渣提取有价组分后的综合利用方式较复杂，其中铜渣的主要用途有水泥、砂石骨料、铸石、路基料等；铅锌渣预处理后主要用于火法冶金或生产微晶玻璃等；镍渣预处理后主要用于生产纤维、镍铁铜合金、微晶材料、陶瓷集热板、氧化铁红、矿山充填材料；钴渣主要用于生产电极材料；镁渣无害化处理后主要用于生产型炭复合黏结剂、镁渣发热体、陶粒、水泥等建筑材料，或制备脱硫剂、脱磷剂、陶瓷滤料等环境治理材料；锂渣主要用于制备水泥、混凝土等建材，或生产吸附剂、化工原料、13X分子筛等。

电解锰渣的利用主要涉及回收锰和硒、制备肥料、生产水泥、活性微粉、制备免烧砖、烧结砖、陶瓷砖、新型墙体、陶瓷、路基材料、耐酸砖、微晶玻璃等。2020 年，冶金渣综合利用量约5.06 亿t，综合利用率73.48%，2012—2020 年冶金渣产生及利用情况见图2。

3 冶金渣综合利用相关专利、标准与示范工程

3.1 专利及标准

钢渣的综合利用一直是大宗工业固废综合利用中的难点。近年来，关于钢渣综合利用的研究逐渐增多，2020 年，钢渣相关专利申请576 项，授权299项。相关研究主要集中在钢渣制备建材原料、钢渣预处理、钢渣中有价组分回收等领域。其中，北京科技大学取得专利授权11 项，主要涉及钢渣协同制备胶凝材料、钢渣回收铁资源等方向；武汉理工大学取得专利授权9 项，主要涉及钢渣制备水泥、沥青混合料和钢渣预处理改善安定性等方向；中冶建筑研究总院有限公司取得专利授权9项，主要方向为钢渣的预处理。

现行冶金渣相关标准54 项，其中推荐性国家标准18项，行业标准24项（黑色冶金方向19项，建材方向4 项，交通方向1 项）；地方标准12 项（河北省3 项，江西省2 项，山西省1 项，湖北省1 项，辽宁省1 项，河南省1 项，四川省1 项，江苏省1 项，上海市1 项），主要集中在路基料、路面砖、多孔砖、水泥混凝土等领域。

3.2 示范项目

本文主要以钢铁尘泥、钢渣及高炉矿渣等钢铁冶金固废综合利用为例进行阐述。

（1）钢铁尘泥。宝武集团永钢、韶钢、湛钢等钢铁基地，以及江苏沙钢建设有多台转底炉，采用直接还原工艺处理钢铁厂含锌尘泥，得到氧化锌产品及DRI 球团，处理规模20～30 t/a；舞阳钢铁、鑫联环保等公司建设多台回转窑，用于从钢铁尘泥中回收铁、锌资源。

（2）钢渣。江苏永钢集团有限公司建设一条3D打印建筑生产线，利用钢渣为3D 打印建筑“油墨”原料制备新型建筑材料；山西建龙实业有限公司年产60万m2路面砖生产线，年消纳钢渣32万t；哈斯科（唐山）冶金材料科技有限公司利用钢渣制备路基混凝土、机制砂、干混砂浆等材料，年消纳钢渣120 万t；台钢资源股份有限公司年产30 万t 新型建材制品原材料生产线；金泰成环境资源股份有限公司HC-高性能混凝土胶凝材料、超细矿渣微粉生产线，年消纳钢渣等固废200 万t；上海宝钢宁波紫恒有限公司年产30 万t 钢渣磨细粉和年产60 万t 矿渣磨细粉生产线；镔鑫钢铁集团70 万t/a 钢渣有压热闷处理及加工提纯生产线。

（3）高炉渣。潍坊特钢集团建有年产12万t矿渣棉生产线。

4 冶金渣综合利用存在的问题

由于钢渣为利用难度最大的冶金渣，综合利用率不足40%，本文仅以钢渣为例，分析其综合利用产业存在的问题。

（1）利用途径单一、综合利用产品标准缺失。钢渣综合利用主要以混凝土掺合料、路基料为主，存在产品渠道单一、产业链单薄等问题。由于技术壁垒低、技术规范标准欠缺，质量不稳定，难以与天然产品形成竞争，在同等条件下，施工单位仍然首选天然建材，产品市场接受度低［6-7］。

（2）综合利用技术水平有待提高。钢渣因含有游离氧化钙、氧化镁，安定性较差；目前，各大钢铁企业解决安定性问题的主要技术途径为热焖、热泼等工艺，但不能完全消除游离氧化钙、游离氧化镁问题。钢渣制备钢渣微粉，是钢渣最主要的利用途径，因技术装备水平低、技术研发能力不足等问题，难以粉磨依然是行业面临的共性难题，限制了其在水泥、混凝土中的大规模利用。

（3）综合利用产业发展缺乏统一的布置和调控。钢渣的综合利用缺乏统一的规划和布置，科研开发、技术引进、资金投入未能形成科学合理的运作模式。综合利用企业之间，大企业占据优势或垄断资源存在成本优势，而小企业由于规模小、成本高、产品质量低，在市场中处于劣势。

5 冶金渣综合利用建议

中国钢铁行业碳排放量占全国碳排放总量的15%左右，是碳排放最大的行业。开展钢铁固废资源高效利用，可减少一次资源等的消耗，是我国钢铁行业落实碳达峰、碳中和目标任务的重要途径之一。针对钢铁固废存在的问题，提出以下建议。

（1）建立健全标准体系，提高综合利用产品市场接受度。加强固废综合利用相关标准的宣传、定期举办相关培训，提高行业从业人员的标准化意识。完善固废综合利用产品及全过程利用的相关标准规范制定和修正，将实现固废综合利用产业绿色低碳资源化目标纳入生态文明建设目标进行评价考核。

（2）加强技术研发，提高钢渣综合利用水平。加强“产、学、研、用”间的合作，积极研发先进的技术和装备，特别是在落实“碳达峰、碳中和”战略部署情况下，提高冶金渣综合利用产品品类，提高绿色低碳综合利用技术研发，减少综合利用过程的二次污染，实现冶金渣制备多元化绿色建材产品，填补市场空白。

（3）开展冶金渣综合利用产业低碳发展规划。各大钢铁企业应重视冶金渣等固废综合利用产业低碳发展规划的制定，加强固废综合利用统筹规划，合理布局产业链，提高技术与装备研发、节能与环保工艺设施建设的资金投入，鼓励现有冶金产业园区、工业园区开展提升冶金渣综合利用行动计划方案的制定，进一步提升冶金渣综合利用水平。