钢铁工业固体废物中高炉渣的处理与资源化

一、钢铁工业固体废物概况

随着钢铁工业的蓬勃发展，近几年我国钢铁产量已稳居世界首位，2003年我国钢产量已达到2.2亿吨，接近世界总产量的20％；但同时也排放了约1.7亿吨的废物，包括开采废石、选矿尾矿、高炉渣、钢渣、铁合金渣、含铁尘泥、粉煤灰等，其典型组成如表8-8所示。

钢铁工业废物的组成和性质不同，综合利用水平和途径也有差异，2003年不同钢铁皮物的产量和利用率列于表8-9，比较后可发现，高炉渣、化铁炉渣、铁合金渣、含铁尘泥的综合利用水平较高，基本可实现产业化；而尾矿、钢渣、粉煤灰、工业垃圾的利用率较低，若不及时处理和综合利用，势必渣满为患、污染环境，进而影响到钢铁上业的可持续发展。

下面以高炉渣为例，对钢铁工业废物的处理和资源化做以简单探讨。

二、高炉渣的处理与资源化

高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣，其主要化学成分是CaO、Al2O3、SiO2、MgO、MnO、FeO和S等组成的硅酸盐和铝酸盐。此外有些矿渣还含有微量的TiO2、V2O5、Na2O、BaO、P2O5、Cr2O3等，其中，CaO、AL2O3、MgO、SiO2等四种主要成分在高炉渣中占90％以上。目前，我国除17％的钒铁高炉渣、含放射性稀土元素的高炉矿这没有利用外，普通高炉矿渣基本上全部利用。

高炉渣的产量与矿石的品位有关，一般为生铁产量的25％-100％，目前我国冶炼1t生铁大约排出高炉渣0.6-0.7t，据统计，我国渣场积存的高炉渣约2.2亿吨，占地约200万公顷，为了处理这些废渣，国家每年要花费巨资修筑排渣场和铁路线，浪费了大量人力物力；同时，由于高炉渣属于硅敷盐质材料，又是高温下形成的熔融体，因而可以加工成多品种、高质量的建筑材料。

在利用高炉渣之前，需要对其加工处理。其用途不向，加工处理的方法也不相同。我国通常是将高炉渣加工成水渣、矿渣碎石、膨胀矿渣和膨胀矿渣珠等形式加以利用。

高炉渣主要处理利用途径如图8-11所示。

1．生产矿渣水泥、湿碾矿渣混凝土和矿渣砖

水渣在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下，可显尔优越的水硬胶凝性能，由水渣为原料制成的水泥主要是矿蓝硅酸盐水泥、石膏矿渣水泥和石灰矿渣水泥。

①矿渣硅酸盐水泥是用硅酸盐水泥熟料与粒化高炉矿渣再加入3％-5％的石膏混合磨细或分别磨后再加以混合均匀而制成的，与普通水泥相比，它具有较强的抗溶出性和抗侵蚀性，水化热较低，耐热性较强，早期强度低但后期强度增加率高。

②石膏矿渣水泥是将干燥的水渣和石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰按照一定的比例混合磨细或分别磨纫后再混合均匀所得到的一种水硬性胶凝材料。在配制石膏矿渣水泥时，高炉水渣是主要的原料，一放配入量可高达80％左右。这种石膏矿渣水泥成本较低，具有较好的抗蚀性和抗渗透性，适用于混凝土的水工建筑物和各种预制砌块。

③石灰矿值水泥是将干燥的粒化高炉渣、生石灰或消石灰以及5％以下的天然石膏，按适当的比例配合磨细而成的一种水硬性胶凝材料。石灰的掺入量一般为10％-30％，它的作用是激发矿渣中的活性成分，生成水化铝酸钙和水化硅酸钙。石灰矿渣水泥可用于蒸汽养护的各种混凝土预制品，水中、地下、路面等的无筋混凝土和工业与民用建筑砂浆。

湿碾矿渣混蹬土是以水渣为主要原料制成的一种混凝土。它的制造方法是将水痘和激发剂(水泥、石灰和石膏)放在碾机上加水碾磨制成砂浆后，与粗骨料拌合而成。湿碾矿渣混凝土的各种物理力学性能，如抗拉强度、弹性模量、耐疲劳性能和钢筋的黏结力与普通混凝土相似。而其主要优点在于具有良好的抗水渗透性能，可以制成不远水性能很好的防水混凝土；具有很好的耐热性能，可以用于工作温度在600℃以下的热工工程中，能制成强度在50MPa的混凝土。此种混凝土适宜生产混凝上构件，仅不适宜在施工现场浇筑使用。

矿渣砖的主要原料是水渣和石灰，它是经过搅拌、成型和蒸汽养护而成的砖。水渣既是矿渣砖的胶结材料又是骨料，用量占85％以上。水渣质量的好坏直接影响矿渣砖的强度，一般要求水渣应有较高活性和颗粒强度。由于水渣不具有足够的独立水硬性，所以在生产矿渣砖时，需加入激发剂。常用的有碱性激发剂(石灰或水泥)和硫酸盐激发剂(石膏)两种。矿值砖具有很好的物理力学性能，但是密度比较大，一般为2120-2160kg／m3。

2．矿渣碎石的利用

矿渣碎石具有缓馒的水硬性，可用于公路、机场、地基工程、铁路道浚、混凝土骨料和沥青路面等。用矿谊碎石配制混凝土具有与普通泥凝土相近的物理力学性能，而且还有良好的保温、隔热、耐热、抗掺和耐久性能。矿渣碎石混凝土的应用范围较为广泛，可以作预制、现挠和系送混凝土的骨料。

3．膨胀矿渣和膨胀矿渣珠的利用

膨胀矿渣主要用作混凝土轻骨料，也用作防火隔热材料，用膨胀矿渣制成的轻质混凝土可用作建筑物的围护和承重结构。膨胀矿渣珠可以用于轻混凝土制品及结构，如用于制作砌砖、楼板、颈制墙板及其他轻质混凝十制品。由于膨胀矿渣珠内孔隙封闭，吸水少，混凝土干燥时产生的收缩就很小，这是膨胀页岩或天然浮石等轻骨料所不及的。

直径小于3mm的膨胀矿渣珠与水渣的用途相同，可供水泥厂作矿渣水泥的掺合料用，也可作为公路路基材料和混凝土细骨料使用。

4．其他利用方式

(1)生产矿渣棉

矿渣棉是酸性高炉渣用喷吹法制成的一种白包丝状万物纤维材料，可用作保温、隔热及吸声材料。

(2)制取铸石制品

适当控制熔渣冷却速度，可浇注铸石制品。铸石强度高，耐磨性好，在一些场合可代替而材及钢材。

(3)小产高炉矿渣微晶玻璃

将矿渣与硅石和结晶促进剂一起熔化成液体，用吹、压等玻璃成型刀法成型，可制成矿渣微晶粒玻璃。这种玻璃具有抗腐蚀、耐热、耐磨、绝缘性能好等一系列优点，可用于工业部门。