钢铁工业固体废弃物资源化无害化处理实践及发展趋势

钢铁工业固体废弃物资源化无害化处理实践及发展趋势冶金固体废物综合治理利用体现了资源节约与高效利用，是保证我国钢铁工业科学、可持续健康发展的重要工作，是钢铁工业污染防治、保护环境的重要措施，同时也是增强企业竞争力的重要手段。钢铁生产过程中产生的固体副产品主要有：高炉渣、钢渣、含铁尘泥（含氧化铁皮、除尘灰、高炉瓦斯灰等）、粉煤灰、石膏、废耐火材料等。宝钢等在全国循环经济试点企业实施方案中使用“副产品”或“次生资源”来替代通常所说的“废弃物”，以此倡导企业节约资源、保护资源的意识和行为。1固废（副产品）的利用现状冶金固体废物（副产品）综合治理与利用现状见图1。图1冶金固体废物（副产品）的利用现状中国钢铁工业应该成为一棵枝繁衍叶茂抵御风寒酷暑的大树。详见示意图2。图2中国钢铁工业应该成为大树示意图2将冶金固体废物综合治理利用钢铁企业循环经济建设紧密结合循环经济采用的是“资源-产品-再生资源”的循环发展模式。见图3。图3“资源-产品-再生资源”的循环发展模式在钢产量不断增加的情况下,固废产生量也在不断地增加,如将其废弃,不但要占土地、污染土壤，刮风等产生的扬尘还将污染堆场周围环境空气及植物,雨水冲刷进入水体将淤积河沟或湖泊,并可对地表水、地下水水质产生污染。钢铁生产中尽可能地减少铁素体的流失，尽可能多地回收利用钢铁生产过程中含铁废弃物和自产废钢。含铁废弃物包括高炉瓦斯灰，烧结、炼铁、炼钢过程中产生的各种含铁尘泥，轧钢过程中产生的氧化铁皮和酸洗泥等的高效利用。自产废钢包括炼铁过程中的渣铁，炼钢过程中的渣钢、钢包底，连铸过程中的漏钢、中间包铸余钢，轧钢过程中的切头、切尾、切边、中间轧废等分类利用。回收利用钢铁生产过程中含铁废弃物和自产废钢工艺过程见图4。图4回收利用钢铁生产过程中含铁废弃物和自产废钢工艺过程钢铁工业还与其它流程工业之间的有着密切关联。详见图5。图5钢铁工业与其它流程工业之间的关联示意图在德国，高炉渣利用率达到100％，炼钢渣利用率超过90％，总体循环利用率接近95％。目前中国钢铁渣，高炉渣利用律为75%；转炉渣利用律为36%。钢铁渣堆弃量越3亿t，占地3万亩。炼铁工艺（含焦化、烧结、高炉）所产生的高炉渣，按346kg/t铁、炼铁产量1.7079亿t计算,共有5909万t；炼钢工艺（含电炉、转炉、LF精炼炉、VD炉、连铸）所产生的转炉渣，按137kg/t钢、炼钢产量1.8225亿t计算,共有2480万t。表1为中国与日本钢厂的吨钢生成渣量的对比。表1中国与日本钢厂的吨钢生成渣量的对比kg/t钢年份1984年前1989199519982002日本川崎水岛厂138122121118中国1373钢铁渣主要处理方法和用途钢铁渣主要处理方法和用途见表2。表2钢铁渣主要处理方法和用途名称利用率/%处理办法主要用途尾矿7①井下填充材料；②尾矿免烧砖；③快硬水泥原料；④混凝土骨料和工程材料；⑤微晶玻璃、花岗岩、陶瓷、建筑材料。高炉矿渣75~80炉前渣沟高压水水淬法；②INBA法炉前水淬；③池式泡①粒化高炉矿渣作水泥混合料，②粒化高炉渣粉作水泥和混凝土掺合料；③粒化高炉矿渣作砖；④慢冷矿渣作混凝土骨料⑤慢冷矿渣法水淬。渣作矿渣棉、铸石、微晶玻璃原料。钢渣36热泼法（萨水冷却、破碎、磁选、筛分法）；②热闷法；③水淬法；④风淬法；⑤浅盘热泼法①铁烧结矿原料和炼铁溶剂；②用钢渣培烧水泥熟料；③生产钢渣水泥、钢渣道路水泥、低热钢渣水泥和钢渣砌筑水泥；④生产钢渣超细粉作混凝土掺合料；⑤作道路工程材料；⑥作工程回填材料；⑦作地面砖、墙体材料。4钢渣无害化、资源化处理主要利用途径4.1用于冶金原料烧结矿中配入5％~15％粒度小于8mm的钢渣代替熔剂．不仅可回收利用渣中钢粒、氧化铁TFeO，氧化钙CaO、氧化镁MgO、氧化锰MnO、稀有元素V、Nb．…等有益成分，而且可作为烧结矿的“增强剂”，显著地提高烧结矿的质量和产量；钢渣代替石灰石作为高炉或化铁炉的熔剂．即可利用渣中有益成分，节省熔剂石灰石、白云石、萤石消耗，又可改善高炉渣或化铁炉渣的流动性．增加铁的产量；转炉炼钢时，每吨钢使用高碱度的返回钢渣25kg左右，并配合使用白云石，可以使炼钢成渣早，减少初期渣对炉衬的侵蚀，有利于提高炉龄，降低耐火材料消耗，此外还可以富集和提取渣中稀有元素。4.2用于建筑材料钢渣在铁路、公路、路基、工程回填、修筑堤坝、填海造地等工程中使用，国内外均有相当广阔的实践，钢渣的性能好、强度高、自然级配好，是良好的建筑石材；钢渣的化学成分与水泥类似，具有水硬胶凝性，因此可以作为无熟料或少熟料水泥的原料，也可作为水泥熟料的配料。4.3钢渣用于农业钢渣是一种以钙、硅为主含多种养分的、具有速效又有后劲的复合矿物质肥料。除硅、钙外，钢渣中尚含有微量的锌、锰、铁、铜等元素，对作物生长起一定促进作用。有些钢渣含磷较高，可生产钙镁磷肥和钢渣磷肥。4.4高炉渣、钢渣等的用途高炉渣、钢渣等主要用于农肥、水泥、铝镁砖、路面砖等。5《钢铁工业发展循环经济环境保护导则》有关固体废物资源化的部分论述2009-03-14发布，2009-07-01实施的《钢铁工业发展循环经济环境保护导则》（HJ465-2009）中提出，提高钢铁生产过程产生高炉渣、钢渣、粉煤灰、含铁尘泥等废物的资源化利用率。主要途径包括：高炉渣加工水泥、矿渣粉、混凝土、砌砖等建筑材料：生产矿渣棉，用于筑路。回收钢渣中的废钢、尾渣用于烧结、钢渣粉、钢渣水泥、墙体材料，地面砖等建材制品；或用于农肥和酸性土壤改良剂、筑路和回填材料等。粉煤灰加工生产粉煤灰水泥、墙体材料，筑路、填充材料等。含铁尘泥直接返烧结利用，或经处理加工后回用于烧结、炼钢等。废耐火材料再生。炼焦和焦炉煤气净化过程产生的含煤、焦的粉尘，可用于高炉喷煤粉系统；焦油渣、沥青渣等可配到炼焦煤中处理利用。6企业实践2007年协会多种经营工作委员会上曾介绍了宝钢、本钢、涟钢、长治钢集团瑞昌、攀枝花环业冶金渣开发有限责任公司、武钢冶金渣公司等实践经验。本次冶金固体废物资源化论坛又安排了新余钢铁公司、鞍钢、本钢和首钢等的典型发言。6.1宝钢工业固体副产品的利用现状宝钢工业固体副产品的利用现状见表3。表3宝钢工业固体副产品的利用现状%指标名称2005年实绩2006年实绩2007年实绩固体副产品综合利用率98.1198.3298.48固体副产品返生产利用率20.2622.4822.67宝钢工业固体副产品已从初期的存放处置、简易分选利用和出售逐步发展到现在的采用新技术处理、返回生产系统和高附加值利用，综合处置利用率已达到98%以上，返生产利用率达到22%以上，并逐年提高。宝钢钢渣制作的地面砖应用于延安路绿地城市广场与人行道景观图景、上海特奥馆景观园区道路。6.2太钢循环经济方案固体废弃物太钢固废处理利用项目详见表4。表4太钢固废处理利用项目清单项目名称投资/万元能源、资源利用情况效益/万元2亿块标砖6500利用粉煤灰32万t1350不锈钢除尘灰、渣钢综合利用39000回收10万t含Ni铁水20000碳钢除尘灰、渣钢综合利用33600回收铁水30万t6000不锈钢除尘灰尾灰利用10000肥料7.5万t、建材18万t、煤矿回填料4.5万t3000120万t矿渣超细粉16000生产120万t矿渣超细粉3400钢渣尾渣深加工10000生产高附加值产品2000120万t矿渣超细粉16000生产120万t矿渣超细粉3400不锈钢、碳钢新增钢渣处理20000回收渣钢6000高炉矿渣棉20000生产高品质石棉4000酸回收氧化铁粉深加工磁性材料5000加工磁铁原料30006.3济钢固废资源循环利用深入挖潜目前济钢冶金渣的利用率已经达到98％，企业不满足于低附加值的简单利用，深入挖掘潜在的使用性能和价值。以液态高炉渣为主要原料，采用高级摆锤技术生产优质结构矿棉制品，与济钢彩板配套，生产具有节能效果的彩钢矿棉夹芯板，用于建材行业，同时进行危废铬渣的综合利用。6.4马钢固废资源循环利用的主要措施对含铁品位较低的含铁尘泥（瓦斯灰、瓦斯泥）回收，进入烧结配料。转炉污泥可造球，返回转炉作为造渣剂。高炉渣全部回收销售，部分进行深加工，制成超细粉，作为其他生产的重要原料；钢渣采用粒化新工艺处理后，渣钢回收利用；普通钢渣回收用于生产水泥。轧钢氧化铁皮全部回收，经分选后利用，优质氧化铁皮用于做磁性材料（粉末冶金原料），其余进入系统循环。马钢近年固废治理利用重点项目：马钢投资3000万元对原三钢渣线进行了改造，建成了年处理能力80万t的热泼工艺的钢渣处理和综合利用生产线，年回收钢渣15.5万t。马钢在建成热电厂电除尘Ⅲ电场干灰回收系统后，公司又投资1600万元建设Ⅰ、Ⅱ电场干灰回收系统，形成年回收12万t干灰的能力，将湿排灰全部改为干排灰，回收用作水泥原料。马钢与香港嘉华公司合资，引进先进的生产线，新建年产40万t的矿渣微粉生产线，对高炉水渣进行再加工利用。6.5太钢固废处理及综合利用实践1碳钢含铁尘泥加工后全部回用于烧结和炼钢生产。2从德国引进年产矿渣超细粉生产线，高炉水渣全部用于水泥生产和混凝土掺合料，干渣用于筑路和地基建设。3粉煤灰生产蒸压标准砖和铺地砖，商品灰用于混凝土搅拌站。4从上世纪八十年代起（李双良等为代表的太钢劳动模范）率先治理冶金渣，昔日尘土飞扬的渣场，改造成花园式全国环境教育基地。5太钢近年投资1.5亿元，建设不锈钢渣处理线和普通钢渣处理线，回收有用金属，尾渣用于生产建材，综合利用。6不锈钢尘泥外委加工后回用于炼钢电炉生产。6.6莱钢循环经济体系（1）莱钢循环经济体系见图6。图6莱钢循环经济体系（2）变废为宝，完善水泥产业链莱钢建立了以水泥建材工序为核心的冶金固体废渣利用基地。建成年产200万t矿渣微粉生产线、正建日产4800t水泥熟料生产线，每年利用粉煤灰、高炉渣、石灰石尾矿生产水泥已达到500万t，自产高炉渣、石灰石尾矿全部综合利用。6.7三明钢厂固废综合利用项目三明钢厂固废综合利用项目见表5。表5三明钢厂固废综合利用项目项目名称建设内容矿微粉工程利用炼铁产生的废渣作为原料，生产矿渣微粉。矿渣微粉项目年产60万t（二条年产各30万t生产线），台时产量45t/h。钢渣综合利用对钢渣处理分二期进行技改。第一期利用后山渣场现有场地，建设一条处理钢渣量50万t的热焖钢渣处理生产线；第二期工程建设年产40万t钢渣粉磨生产线。另外，三明钢厂正着手脱硫渣综合利用研究与实践。7成绩与进步7.1重点统计钢铁企业高炉渣、钢渣和尘泥利用情况2005~2008年重点统计钢铁企业高炉渣、钢渣和尘泥利用情况见图7。图72005~2008年重点统计钢铁企业高炉渣、钢渣和尘泥利用情况7.2钢渣热闷粉化技术该项技术是在钢渣温度为600~800℃时，喷水变成过热蒸气和钢渣中f-CaO、f-MgO反应生成CaOH2和MgOH2，随着反应的发生，其体积膨胀使钢渣粉化，钢和渣自然分离。该项技术有如下创新和改进：①钢渣中的粉化率；②热闷池的结构；③喷水装置改为喷雾装置；④排汽设计；⑤加强磁选回收渣钢。钢渣热闷粉化技术适用范围及应用情况：该项技术适用于转炉和电炉炼钢钢渣处理生产线及转炉钢渣和电炉钢渣的高价值利用。该项技术在上钢五厂、北台钢厂、涟钢等钢铁企业推广应用。经过20多年的生产实践认为这项技术是一项简单易行的技术。2003年开始在湖南涟源钢铁公司、邯郸兴亚实业公司，本溪北台钢厂建厂中应用了最新技术成果。7.3钢渣风碎技术该技术克服了国内外现有钢渣处理方法的缺点，研究设计了新的钢渣风碎粒化装置。该装置由气体调控系统，粒化器，中间包，支承及液压倾翻机构，主体除尘水幕，水池等设备组成。装满液渣的渣盆由行车吊放到倾翻支架上，将渣液逐渐倾倒人中间包后，依靠重力作用，经出渣口从中间包、流渣槽流到粒化器前方，被粒化器内喷出的高速气流击碎，加上表面张力的作用，使击啐的液渣滴收缩凝固成直径为2mm左右的球形颗粒，撤落在水池中。为防止粉尘污染，水池上方设有除尘水幕。由于采用的粒化器计算设计科学合理，不论是渣液还是钢水，都能被完全粒化，并设置了挡墙，即使是出现停电、