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钢渣处理工艺、现状及利用价值分析

钢渣

作为钢铁生产过程的副产品,钢渣的产量是粗钢产量的10%-15%。2014年我国粗钢产量8.2亿吨,可以计算出2014年我国钢渣产量约为0.82-1.2亿吨,目前约有70%的钢渣处于堆存和填埋状态。如果能循环利用这些钢渣,不仅能回收大量的有价金属,而且能减轻环境负担。归根结底,钢渣的循环利用就是如何有效地、绿色地利用钢渣尾渣,如何快速经济地消解游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)。

钢渣处理分两个阶段,即由液态渣到固态渣的处理过程即一次处理,固态渣及渣钢铁的分选加工及磁选过程即二次处理。经过对钢渣处理行业进行深度调研,本文将分别从钢渣处理行业的环境影响、钢渣一次处理、二次处理和尾渣利用四部分来阐述钢渣的循环利用。

1、钢渣处理行业环境

我国对钢渣处理行业的污染物排放要求越来越高,一些传统的污染比较严重的钢渣处理方法必将面临改造升级。对以废弃资源生产的高纯度二氧化碳、电力或者热力、页岩油、再生沥青混凝土、采用旋窑法工艺或者外购水泥熟料采用研磨工艺生产的水泥(包括水泥熟料)实行增值税即征即退政策。其中“采用旋窑法工艺或者外购水泥熟料采用研磨工艺生产的水泥”是指水泥生产原料中掺兑废渣比例不低于30%。为了进一步推动资源综合利用工作,对钢渣资源综合利用及税收优惠政策等进行了深入探讨。新的钢渣产业政策正在商讨制定中尚未颁布,世界金属导报社将积极跟进报道。

转炉炼钢工艺在我国占主导地位,绝大部分钢厂均使用转炉炼钢法,而电炉炼钢目前也在转炉化,铁水比达到70%。目前,国内转炉炼钢兴起了“少渣冶炼”工艺,它是 炉留渣,第二炉脱磷期将含有二氧化硅、五氧化二磷等杂质的炉渣倒掉一部分,达到在脱碳期加少量原料重新造渣,冶炼终点留渣并固化,进行循环冶炼的一种工艺,能使渣中f-CaO达到充分利用。目前,国内 此工艺最有代表性的企业是首钢迁钢,其全品种系列中采用“少渣冶炼”工艺的比例将近50%。

通过对比普通转炉冶炼工艺和“少渣冶炼”工艺的钢渣成分可以发现,采用普通冶炼的钢渣中f-CaO的含量达到5.7%;采用“少渣冶炼”工艺的钢渣中f-CaO的含量仅为2.1%。由此可见,采用“少渣冶炼”工艺对钢渣循环利用有促进作用。

2、钢渣一次处理工艺

常规的钢渣一次处理方法主要有热焖分解法、机械破碎法。其中,热焖分解法包括热焖法、热泼法及浅盘法,这类处理工艺的原理是在高温条件下利用钢渣中的氧化钙、氧化镁等碱性氧化物与水反应形成氢氧化物,由体积的膨胀破碎来达到粒化钢渣的目的。机械破碎法,顾名思义,是通过机械外力的作用对流动状态的钢渣进行冲击,使其破碎。机械破碎法包括水淬法、风淬法、滚筒法及钢渣风淬粒化法。

据统计的国内129家大中型钢铁企业的钢渣一次处理数据,采用热焖法的有59家,占比达到45.73%;而采用热泼法的改进处理工艺“热泼焖渣法”(也叫“池内热泼”等)的共有51家,比例达到39.53%;居第三位的是滚筒钢渣处理法,占比为7.75%。值得一提的是,滚筒钢渣处理法虽然在国内占有率较低,但因其具有处理速度快、环保 好等优点已在韩国浦项制铁、印度JSW、中国台湾中龙和巴西CSP钢厂得到应用。

3、钢渣二次处理现状

二次处理工艺包括水洗精铁粉工艺 、精铁球磨制提纯工艺、渣钢铁回收工艺(含破碎、磁选及筛分 )及高纯大块渣钢铁加工提纯工艺等。较早期的钢渣二次处理工艺主要为简单的破碎和筛分,目前都已升级为多级破碎、多级筛分和多级磁选,如梅钢为3破7选5筛分、太钢为2破3选5筛分等,都是为了能充分回收钢渣中的金属以及使尾渣得到充分利用。但是随着处理工序的增加,设备投资、厂房投资以及日常维护人工都要成倍增加,因此,破碎、筛分及磁选还应该根据一次钢渣处理的情况来调整。

钢渣的细碎设备如惯性圆锥破碎机,制粉设备如柔性立式磨机、圆锥磨、卧式磨和辊压磨等应用比较广泛。机械法处理后的钢渣粒度都比较细小,因此其在二次处理时则可以减少破碎、筛分和磁选的设备投资。从整体来看,国内钢渣二次处理工序各有特色,需要结合钢渣一次处理工序的整体价值优势来判断其优劣。

4、尾渣利用价值分析

(1)尾渣应用方向

目前钢渣利用的主要途径有很多,钢渣利用具有高附加值的领域有高抗滑路面、冶金熔剂、农业肥料,但它们的使用数量比较少;用于沥青面层和沥青路基层的钢渣附加值也较高,但使用数量也一般;在沥青集料右边的使用领域,虽然使用价值一般,但使用数量较多,因此这些领域也就是我国钢渣尾渣应用的主要发展方向。

(2)尾渣应用现状

我国正在研究钢渣尾渣应用的领域有钢渣尾渣制备改性黏结剂、新型渣罐保护剂、钢渣填料-潜流湿地、焦煤中配入钢渣、酸改性钢渣处理、改性钢渣除藻、转炉钢渣制备陶瓷等。目前,我国钢渣的主要应用方向是生产钢渣粉、钢铁渣复合粉。由 建筑科学研究院负责起草的国家标准“矿物掺合 规范”已经完成,我国混凝土掺合料将全面 钢渣微粉和矿渣微粉的复合应用。还有许多应用领域值得钢渣企业 开发。

尾渣的有效利用还受到钢渣中f-CaO含量高低的影响,如钢渣用作回填料、用作道路基层材料的行业标准中明确要求其浸水膨胀率不大于2%,金属铁含量不大于2%,对钢渣颗粒也提出明确要求。其他钢渣应用领域的标准中对f-CaO含量没有严格的要求,因而热泼法、滚筒法等钢渣处理法也有极强的生命力,如广东阳春钢铁采用热泼工艺处理钢渣,但其周围有海螺水泥、华润水泥、春潭水泥等多家大型水泥企业,阳春钢铁的钢渣完全用于水泥混凝土生产,真正做到了钢渣“零排放”。

钢渣尾渣的应用也是多样化。以热泼法为代表的杭钢,其钢渣处理企业哈斯科2014年的钢渣粉产量为19.5万吨,尾渣产量为31.5万吨,其中钢渣用作沥青100吨、路基料4.7万吨、配重砂1.3万吨,尾渣用于水泥混凝土20万吨,大块尾渣堆存5.5万吨。以热焖法为代表的矿渣公司,自2014年9月辊压机终粉磨钢渣粉生产线投产以来,先后进行了生产不同比表面积450-600m2/kg的钢渣粉工艺参数的优化, 了台时产量达80t以上的平稳生产。用钢渣粉和矿渣粉进行钢铁渣粉生产,并将其成功应用在大型技改工程、冷轧厂高强连退工程和炼钢三工区改造工程等项目中,使用 良好,均达到设计标准C30混凝土的强度要求。钢铁渣粉的使用比例占混凝土胶凝材料的15%-30%;同时将钢渣粉和矿渣粉应用在人工鱼礁工业化试验中,钢渣粉和矿渣粉的使用比例达到90%以上。钢渣粉及钢铁渣粉在水泥生产的应用中,可以配置高标号42.5级钢渣硅酸盐水泥。

综上所述,我国钢渣产量约为0.82-1.2亿吨,钢渣利用率仅为30%左右,大部分被堆存和填埋。钢渣一次处理目前以热焖和热泼工艺为主,滚筒法在国外应用较多,而国内钢渣二次处理方法各有特色,处理设备和工艺较多,可选性较强。由于水泥与钢渣产量不匹配,部分地区钢渣产量严重饱和,部分地区却存在供不应求。与国外相比,我国钢渣应用比较单一,主要为钢渣粉和钢渣微粉,我国应该发展多样化的钢渣应用产品。国家部门应积极出台优惠政策促进我国钢渣行业的多样化发展。

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