国内外钢铁冶炼渣综合利用概况.pdf

2 8 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．z 1 ．0 0 7 国内外钢铁冶炼渣综合利用概况 刘硕，张亚辉 武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉4 3 0 0 7 0 摘要钢铁冶炼渣是钢铁企业排放的主要固体废料，综合回收利用其中的有用资源，减少废渣的排放，已成为钢铁 企业及科学研究结构关注的课题。介绍国内外钢铁冶炼渣综合利用的概况。 关键词钢铁冶炼渣；综合利用；综述 中图分类号T D 9 2 3 ；T D 9 5 2文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 S O 一0 0 2 8 0 4 钢铁冶炼排放的固体废料主要是炉渣，其中炼 铁炉渣约占钢产量的2 5 ％。3 0 ％，炼钢炉渣约占钢 产量的1 1 ％。1 5 ％⋯。我国目前已成为世界第一大 产钢国，年钢产量超过7 亿t ，巨大的钢铁冶炼渣 排放量对企业及周边环境带来不良影响乃至危害。 钢铁冶炼渣含有大量的铁、炼钢合金元素及其他有 用物质，将钢铁冶炼渣资源化，综合回收利用其中 的有用资源，实现钢铁冶炼渣的零排放，已成为国 内外钢铁企业及科学研究结构非常关注的课题。 1国内外炼钢渣开发利用现状 综览相关文献，目前钢渣的综合利用方式主要 有[ 1 ．5 ] 1 回收钢渣中的钢、铁，钢渣中一般含有 7 ％～1 0 ％的废钢或渣铁，经破碎、磁选、筛分等分 选工艺可回收其中9 0 ％以上的废钢及部分磁性氧化 物，这是钢铁企业回收利用钢渣最基本的措施；2 钢渣用作烧结矿熔剂、高炉炼铁熔剂、或铁水预处 理熔剂，因钢渣中含有大量的C a O 、M g O 、S i O 、 F e 、M n 等有用成分，可以减少石灰石等熔剂的消 耗，回收F e 、M n ，降低生产成本；3 钢渣作为炼 钢造渣材料返回再利用，主要是回收利用其中的 F e 和C a O 、M g O 等有用组分；4 钢渣用作农肥和 酸性土壤改良剂，钢渣中的磷可用于生产磷肥， C a O 、M g O 可降低土壤酸性；5 经处理后的钢渣 用于铺路和生产建筑材料 包括水泥、混泥土制 品、微晶玻璃等 ；6 利用钢渣硬度大的特性，生 产喷磨料；7 利用钢渣对水中A s 、C r 、P 等有害 元素吸附的选择性，用作被污染水域的水质净化 剂。国内外各大钢铁企业对钢渣均有不同程度的回 收利用。 鞍钢1 9 8 6 年从德国K H D 和E F 公司引进一套 处理能力2 4 0 万妇的钢渣处理线，对钢铁生产过 程中产生的钢渣经焖渣处理后进行破碎、分级、磁 选处理回收其中的铁元素资源[ 2 ’4 l ，得到的钢渣处 理产品的化学成分与粒度组成见表1 。对于粒度大 于1 0 0m m 、品位8 0 ％T F e 以上的渣钢直接作炼钢 原料，粒度1 0 ～1 0 0m m 、品位大于6 0 ％T F e 的粒钢 用于高炉炼铁，而粒度0 ～1 0m m 、品位大于4 0 ％ T F e 的磁选粉用于炼铁烧结矿生产。磁选后的尾渣 中，粒度O 。1 0m m 的用于烧结配料或生产钢渣水 泥，粒度1 0m m 以上的尾渣则用于筑路和填埋。 表1钢渣处理产品的化学成分与粒度组成 产品规格，m mi 磊_ 面i _ 永F { 羹芋毫嚣孑 _ 丽 2 0 0 1 年，武钢采用武汉冶金渣环保工程有限 公司与香港绿色环保公司合作开发的钢渣处理生产 线，使武钢的钢渣处理实现了“零排放”[ 2 ，引。该 项技术可以将转炉炼钢过程中产生的钢渣进行破 碎、磁选、分离、磨细等深加工处理。分离出的钢 粒子可以回炉炼钢，剩下的粗颗粒作高速公路路面 的“骨料”，碾成末的细钢渣粉则用作水泥和混凝 土高活性掺和料，水洗下来的泥浆生产钢渣砖。钢 渣处理实现了“零排放”。 济钢年产钢渣4 0 余万t [ 5 1 ，其中水淬钢渣直 择薯品羿；刘2 0 1 3 - 硕1 0 - 2 0 1 9 9 1 一 ，男，湖北大冶人，硕士研究生，主要从事选矿理论及工艺等方面的研究。作者简介刘硕 一 ，男，湖北大冶人，硕士研究生，主要从事选矿理论及工艺等方面的研究。 万方数据 2 0 1 3 年增刊刘硕等国内外钢铁冶炼渣综合利用概况 2 9 接用作烧结熔剂，1t 钢渣可相当于7 0 0 ～7 5 0k g 的 石灰石，配加量取决于混匀料的品位及含磷量，品 位高、含磷低的混匀料最高可配加3 ％～5 ％的钢渣。 对未经水淬的钢渣送到济钢鲍德炉料公司处理，用 重锤破碎后人工拣选大块的渣钢作为废钢送到炼钢 厂炼钢，选后的钢渣经湿式球磨一磁选工艺生产钢 渣精粉，尾渣用于烧结配料或者作为回填材料。由 于钢渣尾渣的品位在I O ％T F e 以下，烧结配料中添 加过量尾渣将影响烧结矿的品位。另外，尾渣中有 害杂质P 、S 的含量较高，长期使用钢渣尾渣还将导 致炼钢P 、S 的富集，因此，生产时配用量不宜过 高，这些限制了钢渣尾渣在烧结生产中的使用量。 唐钢钢渣处理先将转炉钢渣在热泼床龟裂、碎 化后，用汽车运至钢渣处理生产线，倒入翻转筛， 分出 2 2 0m i l l 的块渣送落锤车间回收废钢 返回转 炉炼钢 ，一2 2 0m m 的物料进人钢渣分选线，通过 破碎、磁选、自磨、筛分加工工艺对钢渣进一步处 理，得到的废钢产品送转炉炼钢，高品位钢渣作为 炼钢造渣材料，中低品位钢渣作为烧结矿熔剂，分 选得到的尾渣分粒级外售。具体工艺流程如图1 所示[ 6 I 。 2 0 0 1 年宝钢自行成功开发了一套液态钢渣处理 工艺及成套设备技术【瑚] 。该技术将15 0 0 ～1 6 0 0 ℃ 高温钢渣从液罐倒入溜槽进入特殊结构的滚筒内急 冷。滚筒内的液态钢渣通过急冷固化并破碎，实现 钢一渣分离、排出，产生的蒸汽由风机经烟筒集中 排放。排出的钢与渣互不包融，呈混合状态，易磁 选分离。处理后的钢渣稳定性好，可直接回收利 用。该技术工艺流程短，可大幅度节省投资，不污 染环境，是液态钢渣处理技术上的一次重大技术 革新。 包钢的炼钢渣采用机械破碎与水淬相结合的粒 化处理工艺，熔渣被高速旋转的粒化轮碎成细小颗 粒，再经高压水冷却、水淬选出残钢，回收的残钢 可作为炼钢原料继续回炉冶炼。该技术安全可 靠，钢渣中残钢的回收率达8 0 ％以上，经济效益 明显㈨0 I 。 据科技日报报道[ 1 1 | ，太钢与全球最大的钢渣 处理服务商美国哈斯科公司合资建设钢渣综合利用 项目，计划建设1 0 0 万t 不锈钢钢渣和5 0 万t 碳钢 钢渣处理装置。此外，太钢自主创新成功应用富氧 竖炉冶炼技术，回收不锈钢渣冶炼出富含铬、镍的 高品质铁水。除尘灰、碳钢渣也被炼成合格的铁水 兑人炼钢炉。三座富氧竖炉每年可处理含铁尘泥 4 5 万t 、回收金属3 2 万t ，相当于开发了一座年产 2 0 0 万t 铁矿石的矿山。工程全部建成并达产达效 后，太钢将在钢渣综合利用领域率先成为真正“零 排放”的企业。 图1 唐钢转炉钢渣热泼处理一综合回收工艺流程 万方数据 3 0 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 1 9 9 8 年韩国浦项钢铁公司年产钢渣量为1 5 0 万t ，其中2 5 ％厂内循环利用，3 7 ％填埋，3 8 ％外 售陇1 2 ] 。钢渣经过破碎和磁选分离后，分成磁性渣 和非磁性渣，非磁性渣富含钙和硅，可代替生产烧 结矿用的石灰石和蛇纹石，使烧结床透气性改善。 当加入量增至4 ％时，烧结矿的常温强度与生产率 均提高，但R D I 低温还原粉化指数 恶化。通过 试验，钢渣的最大使用量达到2 ．3 4 ％时，对烧结矿 质量和生产率无特殊影响。浦项公司的这一措施可 使钢渣厂内利用率从2 5 ％提高到3 3 ％。 美国钢渣利用率超过9 8 ％，其中烧结和高炉工 序中再利用率超过5 6 ％，筑路用量达3 8 ％，美国 的8 条主要铁路均用钢渣作铁路道渣[ 10 ，1 2 ] 。 德国钢渣利用率达9 5 ％以上，其中配入烧结和 高炉再利用的达3 0 ％，用于土建的达5 0 ％，用于 农肥的达1 8 ％[ 1 3 ] 。德国的钢渣开发部门认为，钢 渣作为铺路材料有很好的工程特性，承载力大、坚 固性好、耐冰冻、体积稳定性强、耐磨性好、耐浪 花拍打和潮流的冲击，尤其是混合炉渣 钢渣、高 炉渣和高炉水渣 铺路，其承载力比普通材料铺路 更高，这样沥青层的厚度也可以减少2c m ，降低 造价。因此，推荐在水利工程、堤坝建筑以及铺路 中使用钢渣。 日本1 9 7 9 年开始研究钢渣在道路中的应用技 术，并于1 9 8 8 年确认钢渣处理后可用于铺路、水 泥熟料和农肥生产[ 1 4 ] 。1 9 9 6 年日本开始着手研究 用钢渣处理封闭性海域的海底水质。1 9 9 2 年住友 金属公司高炉、烧结生产利用钢渣量达其公司钢渣 产量的2 1 ％。经过E t 本钢铁联盟渣资源化委员会的 努力，截至1 9 9 6 年底，日本的钢渣有效利用率已 达9 5 ％。现在，日本许多钢厂都是用蒸汽陈化方式 处理钢渣。处理后的钢渣作上层路基材料，这种材 料的配比为7 5 ％转炉渣、2 0 ％高炉缓冷渣、5 ％高 炉水渣。 2国内外炼铁渣开发利用现状 由于技术发展水平的限制，相对于钢渣，炼铁 渣的利用率较低，相关研究也较少。炼铁渣主要为 炼铁高炉排出的炉渣，高炉渣占钢铁工业固体废弃 物的5 0 ％左右。高炉渣的处理技术研究主要集中在 节水及高炉渣的显热回收。高炉渣富含硅酸盐物 质，经过处理后可作为生产水泥的原料，可节约石 灰石原料4 5 ％，节约能源5 0 ％，并减少C O 排放 量4 4 ％[ 1 5 - 1 6 ] 。 铁水预处理工序产生的含铁渣有脱硫渣、脱硫 渣灰及脱硫扒渣 可将其统称为“脱硫渣” ，脱硫 渣的产量一般为铁水重量的0 ．8 ％一3 ．3 ％，含有丰富 的金属铁资源。大量脱硫渣通常不经处理堆存于渣 场，不仅占用大量场地，而且造成铁资源的巨大浪 费。目前武钢年产约3 0 万t 铁水预处理脱硫渣， 但仅能处理1 万t [ 1 7 - 1 8 ] 。从脱硫渣中选铁的目的不 仅是为了回收其中的金属铁资源，同时也是为了去 除脱硫渣中的金属铁，以便能将其完全应用于环保 建筑材料生产，实现固体废物零排放。 事实上，从高炉渣、脱硫渣中选铁与从钢渣中 回收钢铁有许多相似之处，可采用破碎、磨矿、粒 度分级、磁选等传统技术。由于铁渣中的铁主要以 金属铁的形态存在，并且颗粒较大，经过破碎、筛 分即可得到一个高品位的粗粒铁精矿产品，可以直 接回用炼铁。 K a w a t r a 与R i p k e E1 9 ] 研究从铁水脱硫渣中选 铁，将脱硫渣破碎至8 0 ％通过5 5 0 斗m ，应用粒度 分级、重选、磁选传统技术组合，得到一个品位较 高的铁精矿产品，可以直接回用炼铁，以及品位稍 低的铁精矿，可经过造粒、球团后返回炼铁工序。 国内文献对从脱硫渣中回收铁资源也有涉及伽] 。 3结论 因钢铁冶炼渣中含有大量的F e 、M n 、C a O 、 M g O 、S i O 等有用成分，综合利用的目的主要是回 收其中的F e 和M n 等有价金属资源，充分利用 C a O 、M g O 、S i O 等有用成分替代石灰石等炼钢炼 铁炉料，降低生产成本，尽可能减少钢铁企业钢铁 冶炼渣的排放堆存量，改善企业及其周边环境。 钢铁冶炼渣综合利用工程中最大宗、难以利用 的产物是尾渣，尾渣的完全利用、消耗是钢铁冶炼 渣综合利用的趋势及发展方向，是实现钢铁企业固 体废渣零排放的关键。尾渣综合利用的最有效途径 之一是根据尾渣的物理化学特性生产制备应用广 泛、消耗量大的新型环保建筑材料，如可控低强度 材料[ 2 1 ] 、水泥和混凝土掺和料㈨、微晶玻璃[ 2 3 - 2 4 ] 、 地面瓷砖㈨等。实现钢铁冶炼渣的完全综合利用 是钢铁企业及科研工作者面临的重要现实课题。 参考文献 [ 1 ] 赵俊学，李小明，唐雯聃，等．钢渣综合利用技术及进 展分析[ J ] ．鞍钢技术，2 0 1 3 3 1 - 6 ． [ 2 ] 张春雷．国内外钢渣再利用技术发展动态及对鞍钢开发 万方数据 2 0 13 年增刊刘硕等国内外钢铁冶炼渣综合利用概况 3 1 钢渣产品的探讨[ J ] ．鞍钢技术，2 0 0 3 4 5 - 9 ． [ 3 ] 王琳，孙本良，李成威．钢渣处理与综合利用[ J ] ．冶 金能源，2 0 0 7 ，2 6 4 5 4 5 7 ． [ 4 ] 王向锋，于淑娟，侯洪宇，等．鞍钢钢渣综合利用现状 及其发展方向[ J ] ．鞍钢技术，2 0 0 9 3 1 1 1 4 ． [ 5 ] 杨传举．济钢钢渣综合利用现状和建议[ J ] ．中国资源综 合利用，2 0 0 4 1 2 2 1 2 3 ． [ 6 ] 韩健．唐钢钢渣处理与综合利用现状及展望[ J ] ．河北 冶金，2 0 1 2 6 6 4 6 6 ． [ 7 ] 曹志栋，谢良德．宝钢滚筒法液态钢渣处理装置及生产 实绩[ J ] ．宝钢技术，2 0 0 1 3 l 一5 ． [ 8 ] 金强，徐锦引，高卫波．宝钢新型钢渣处理工艺及其 资源化利用技术[ J ] ．宝钢技术，2 0 0 5 3 1 2 2 2 ． [ 9 ] 顾文飞，张孝德．宝钢固体废弃物资源化综合利用的现 状和发展方向[ J ] ．宝钢技术，2 0 0 5 3 l - 4 ． [ 1 0 ] 单志峰．国内外钢渣处理技术与综合利用技术的发展 分析[ J ] ．工业安全与防尘，2 0 0 0 2 2 7 3 1 ． [ 1 1 ] 王海滨，佟晓斌．太钢将实现钢渣“零排放”[ N ] ．科 技日报，2 0 1 2 0 8 2 7 5 ． [ 1 2 ] 金道涌．钢渣的处理和综合利用[ J ] _ 特殊钢，1 9 8 4 1 2 2 1 2 3 ． [ 1 3 ] B a u e rKH ，H u t t eBD ，L e h m k u e l e rHJ ，e ta 1 ． R e c y c l i n g o fi r o na n ds t e e l w o r k sw a s t e s u s i n g t h e I n m e t c od i r e c tr e d u c t i o np r o c e s s [ J ] ．M e t a l l u r g i c a lP l a n t a n dT e c h n o l o g y ，1 9 9 0 ，1 3 4 7 4 8 7 ． [ 1 4 ] 许亚华．日本钢铁渣资源化利用技术[ J ] ．中国环保产 业，1 9 9 6 6 3 6 3 7 ． [ 1 5 ] 王海风，张春霞，齐渊洪，等．高炉渣处理技术的现 状与新的发展趋势[ J ] ．钢铁，2 0 0 7 6 8 3 8 7 ． [ 1 6 ] 孙鹏，车玉满，郭天永，等．高炉渣综合利用现状 与展望[ J ] ．鞍钢技术，2 0 0 8 3 6 - 9 ． [ 1 7 ] 邓崎琳，萧忠敏，刘振清，等．铁水预处理技术在武 钢的应用[ J ] ．炼钢，2 0 0 2 ，1 8 1 9 1 4 ． [ 1 8 ] 邓崎琳，萧忠敏，余志祥，等．不同铁水脱硫技术在 武钢的应用与进步[ J ] ．河南冶金，2 0 0 6 ，1 4 增刊 5 1 3 ． 1 9 】K a w a t r aSK ，R i p k eSJ ．F l y a s hb a s e d b i n d e rf o r p e l l e t i z i n g s t e e lm i l ld e s u l f u r i z a t i o ns l a glJj ．I n tJ M i n e rP r o c e s s ，2 0 0 2 ，6 5 1 6 5 - 1 7 5 ． [ 2 0 ] 孙树彬，朱桂林．冶金工业固体废弃物处理与资源化 利用技术[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 3 3 4 2 - 3 7 3 ． [ 21 ] G a b rMA ，B o w d e mJJ ．C o n t r o l l e dl o w - s t r e n g t h m a t e r i a lu s i n gf l ya s ha n dA M Ds l u d g e 。JJ ．J o u r n a lo f H a z a r d O U SM a t e r i a l s ，2 0 0 0 ，7 6 2 5 1 2 6 3 ． [ 2 2 ] 叶平，李文翔，陈广言．钢渣和高炉渣微粉做水泥 和混凝土掺和料的研究[ J ] ．中国冶金，2 0 0 4 3 1 5 1 8 ． [ 2 3 ] A g a r w a lG ，S p e y e rRF ．D e v i t r i f y i n gC u p o l aS l a g f o r U s ei nA b r a s i v eP r o d u c t s 【J j ．J O M ，1 9 9 2 ，4 4 3 3 2 3 7 ． [ 2 4 ] 邓春明，肖汉宁，赵运才．添加剂对钢渣微晶玻璃微 晶化行为的影响[ J ] ．陶瓷，2 0 0 3 1 2 0 ． [ 2 5 ] G o k t a sAA ．M a n u f a c t u r ea n dP r o p e r t i e so fS l a g b a s e d T r a n s p a r e n t G l a s sa n d L i g h t C o l o u r e dG l a s s c e r a m i c [ C ] ／／S e c o n dI n t e r n a t i o n a lC e r a m i c sC o n g r e s s ，19 9 4 4 0 5 - 4 1 ． ／≯ ／一 ／斗 ／≯ ／} ／≯ ／≯ 命 ／斗 ／斗 ／夺 ／孓 ／a ／n ／n ／佘 ／乱 ／会 ／佘 ／＼ 石卜 ／＼ ／＼ ／；＼ 石、 ／乱 ／乱 ／孔 ／乱 ／八乡 e ／；＼ 八乡拿 上接第1 4 页 大学学报，2 0 0 0 ，2 5 2 2 - 5 ． [ 7 ] B e a t t i eDA ，H u y n hL ，K a g g w aGB ．T h ee f f e c t o f p o l y s a c c h a r i d e s a n dp o l y a c r y l a m i d e so nt h ed e p r e s s i o n o ft a l ca n dt h ef l o t a t i o no f s u l p h i d e m i n e r a l sl Jj ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 6 ，1 9 6 ，7 ／8 5 9 8 6 0 8 ． [ 8 ] 梁冬梅，杨波．硫化铜镍矿的研究进展[ J ] ．现代矿 业，2 0 0 9 ，2 5 8 5 6 7 1 ． [ 9 ] M a l y s i a kV ，O “ C o n n o r b CT ，R a l s t o n cJ ，e ta 1 ． P e n d a n d i t e f e l d s p a r i n t e r a c t i o na n di t se f f e c to n s e p a r a t i o nb yf l o t a t i o n [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo f M i n e r a lP r o c e s s i n g ，2 0 0 2 ，6 6 1 1 2 ／3 ／4 8 9 1 0 6 ． [ 1 0 ] F e n gB ，F e n gQ ，L uY ．T h ee f f e c t o f l i z a r d i t es u r f a c e c h a r a c t e r i s t i c so n p y r i t ef l o t a t i o n [ J ] ．A p p l i e d S u r f a c e S c i e n c e ，2 0 1 2 ，2 5 9 2 5 1 5 3 1 5 8 ． [ 11 ] 梁冬梅．云南金平硫化铜镍矿石选矿试验研究[ D ] ．昆 明昆明理工大学，2 0 0 9 7 1 7 3 ． [ 12 ] S e n i o rGD ，T h o m a sSAD e v e l o p m e n ta n di m p l e m e n t a t i o n o fan e wf l o w s h e e tf o rt h ef l o t a t i o no fal o wg r a d e n i c k e lo r e [ J lI n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ， 2 0 0 5 ，7 8 1 4 9 6 1 ． [ 1 3 ] N e w c o m b eB ，B r a d s h a wD ，W i g h t m a nE ．F l a s hf l o t a t i o n a n dt h e p l i g h t o ft h ec o a r s e p a r t i c l e lJJ ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，2 0 1 2 ，3 4 7 1 - 1 0 ． [ 1 4 ] 方启学，胡永平，卢寿慈．硫化镍铜贫矿石分选工艺 研究[ J ] ．化工矿山技术，1 9 9 6 ，2 5 1 2 l 一2 5 ． [ 1 5 ] 曾新民．金川镍铜矿选矿降镁工艺研究与生产实践[ J ] ． 有色金属 选矿部分 ，1 9 9 6 1 l 一5 ． [ 1 6 ] 向平，欧乐明，刘继忠，等．金川富矿新组合捕收 起泡药剂试验研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 3 ，2 3 5 2 3 - 3 5 ． [ 1 7 ] 张国范，卢毅屏，冯其明．金川二矿区富矿石选矿新 药剂应用研究[ J ] ．湖南有色金属，2 0 0 1 ，1 7 5 6 - 7 ，4 8 ． [ 1 8 ] 陈国举．新型硫化矿组合捕收兼起泡剂的制备及在金 川镍铜矿中的应用[ D ] ．兰州兰州大学，2 0 0 6 7 3 - 7 9 ． [ 1 9 ] 夏述良．金 l l _ - 矿区富矿石提高镍精矿品位降低精矿 氧化镁含量的研究和应用[ J ] ．国外金属矿选矿，1 9 9 8 4 2 7 2 9 ． [ 2 0 ] 张国范．抑制剂E P 降低镍精矿中氧化镁含量研究[ J ] ． 矿产保护与利用，1 9 9 9 3 2 8 3 1 ． [ 2 1 ] 熊文良，潘志兵，田喜林．改性淀粉在硫化镍矿浮选 中的应用[ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 8 3 1 3 一1 5 ． 万方数据