由中國廢鋼鐵應(yīng)用協(xié)會冶金渣開發(fā)利用工作委員會發(fā)布的《2012年鋼鐵渣綜合利用基本情況》，是《中國冶金報》記者發(fā)現(xiàn)的關(guān)于鋼鐵渣綜合利用的最新文獻。
文獻中有這樣一組數(shù)字吸引了記者的眼球：2012年，我國高爐渣產(chǎn)生量為2.2134億噸，鋼渣為9300萬噸；高爐渣利用量1.7265億噸，利用率78%，鋼渣利用量2046萬噸，利用率22%；鋼鐵渣堆存量1.2123億噸，累計堆存量11.1753億噸。
從數(shù)字可以看出，高爐渣利用情況尚可，但鋼渣利用率明顯偏低。鋼鐵渣巨大的堆存量除占用大量土地以外，給環(huán)境安全也造成不小隱患。記者腦子里的第一個疑問便是：是技術(shù)阻礙了鋼鐵渣的回收利用嗎？
“這遠非一個技術(shù)問題，更多的是一個社會管理、觀念的問題�！�5月28日，北京科技大學教授、冶金與生態(tài)工程學院生態(tài)科學與工程系副主任白皓接受記者采訪時如是說。
鋼鐵渣大量堆放環(huán)境安全隱患巨大
鋼鐵工業(yè)固體廢棄物主要分為兩大類，一類是塵泥，另外一類是鋼鐵渣。
塵泥的主要來源是高爐粉塵、轉(zhuǎn)爐粉塵和電爐粉塵�！耙话愣�，煉一爐鋼，有1%到2%變成了塵。塵泥的價值非常大，不回收的話就太浪費了�！卑尊┱f。
據(jù)介紹，高爐粉塵的主要成分因為與燒結(jié)礦成分類似，其應(yīng)用一般是直接返礦。轉(zhuǎn)爐粉塵和電爐粉塵的主要成分是三氧化二鐵，通過濕法除塵變成塵泥，然后干燥。目前，轉(zhuǎn)爐粉塵和電爐粉塵返礦用得也比較多。
但是，轉(zhuǎn)爐粉塵和電爐粉塵在應(yīng)用過程中存在一個問題。轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼都會用到廢鋼，例如一些廢舊鍍鋅板。鍍鋅板中含有鋅、錳等元素，容易在塵泥中循環(huán)沉積。目前，解決這一問題主要使用轉(zhuǎn)底爐技術(shù)，利用鋅、錳等元素熔點低的特性使其揮發(fā)，實現(xiàn)與塵泥的分離。
鋼鐵渣根據(jù)來源不同，分為高爐渣和鋼渣。高爐渣是高爐冶煉生鐵過程中所排放的由礦石中的脈石、焦炭中的灰分和助熔劑等形成的以硅酸鈣與硅鋁酸鈣為主要成分的渣，占工業(yè)固體廢棄物總量的41%。
鋼渣是在轉(zhuǎn)爐、電爐或精煉爐熔煉過程中所排出的由爐料中雜質(zhì)、造渣材料等熔化形成的以氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵、氧化硅等氧化物為主，同時還含有少量氟化物、硫化物和渣鋼粒子的渣，發(fā)生量約占工業(yè)固體廢棄物總量的24%。
“這些鋼鐵渣的堆放不僅要占用大量土地，而且污染環(huán)境，特別是有害、有毒金屬對地表和地下水源的污染，嚴重威脅著公眾的身體健康�！敝幸奔瘓F冶金建筑研究總院的一位專家分析說。
近年來，我國鋼鐵渣處理利用工藝裝備水平不斷提高，鋼鐵渣處理技術(shù)呈現(xiàn)多元發(fā)展態(tài)勢。例如，以寶鋼為代表的滾筒技術(shù)，以鞍鋼為代表的熔渣熱悶綜合利用技術(shù)，以武鋼為代表的熱潑技術(shù)，以馬鋼為代表的風淬技術(shù)，以首鋼京唐為代表的熱悶技術(shù)。
然而，在環(huán)保壓力劇增、各方面挑戰(zhàn)集中凸顯的今天，如何高效環(huán)保地處理和利用好鋼鐵渣，是鋼鐵行業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的一個新課題。
高爐渣應(yīng)用較好鋼渣利用存在障礙
積極開發(fā)、應(yīng)用先進有效的處理技術(shù)和資源化利用新技術(shù)，提高鋼鐵渣利用率，最終實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)固體廢棄物“零排放”，已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)的當務(wù)之急。
“高爐渣通過沖渣法變成細顆粒，然后磨粉去做水泥，活性比較大，目前用得非常好�！卑尊┙榻B說。
但是，轉(zhuǎn)爐渣在應(yīng)用過程中，遇到很多問題。研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)爐渣的主要成分是硅酸二鈣和硅酸三鈣，但是其成分屬于過燒晶體。
“過燒晶體本身的活性比較差。因此作為水泥摻加料，其添加比例不能超過10%。添加太多了，水泥的質(zhì)量就會受到影響。因此，鋼渣的應(yīng)用受到很多限制。”白皓解釋說。
鋼渣在鋪路材料和建筑材料方面的應(yīng)用也存在一些問題。轉(zhuǎn)爐渣有一部分是熔劑變成的，其中的氧化鈣、氧化鎂在空氣中會吸收水，變成氫氧化鈣和氫氧化鎂，體積會膨脹�！坝米麂伮凡牧�，其穩(wěn)定性很差，所以沒人敢用。”白皓說。
這一問題有沒有技術(shù)解決方案呢？據(jù)介紹，目前使用的燜渣法，就是直接把熔融態(tài)的鋼渣倒到一個罐里，用蒸汽去蒸，使得氧化鈣和氧化鎂熟化，這樣其體積就不會再膨脹。
鋼渣做建筑材料屬于高附加值應(yīng)用。但是，其面臨的最大問題是鋼渣中含有鉻、鉛、錳等有害有毒成分。此外，不同鋼鐵企業(yè)鋼渣成分不一，也影響了其應(yīng)用。
“鋼渣的密度特別大，如果用汽車運輸，成本相對提高，大家也不太愿意用。目前，鋼渣回收利用是鋼鐵企業(yè)普遍面臨的難題，因此堆放比較多�！卑尊┓治稣J為。
除了鋼渣本身可以回收利用外，鋼渣熔融熱的回收也是有關(guān)方面關(guān)注的一個重要方向。但是，回收鋼渣熔融熱需要配套設(shè)備，這些設(shè)備都是耗費能量的，耗費的能量甚至比回收的能量還大。因此，經(jīng)濟性是“既利用渣、又利用熱”方案最大的障礙。
差距在觀念、政策上
技術(shù)雖然是影響鋼渣利用的一個原因，但是真正阻礙鋼渣利用的原因卻另有所在。
白皓是在日本東北大學攻讀的博士學位，去年他回到日本東北大學見自己的導師。他對導師說：“鋼渣回收利用真是一個大問題。”
“鋼渣不是問題，我們已經(jīng)解決了�！睂煹幕卮鹱尠尊┓浅３泽@。
白皓后來了解到，日本在鋼渣回收利用方面做得非常好。“新日鐵也是用蒸汽去蒸鋼渣，做高附加值的透水磚和透水材料�！卑尊┱f，日本用鋼渣做鋼渣磚和道路材料是非常多的。
我國回收利用的鋼渣，途徑主要有燒結(jié)返礦、水泥熟料配料、鋼渣磚及道路材料�？梢姡覈腿毡驹阡撛梅矫娴耐緩交臼且恢碌�。但日本的鋼渣利用率遠遠高于我們，癥結(jié)何在？
“一個原因是中國的鋼渣絕對量太大了，另一個原因是有一些渣比鋼渣好用。對鋼渣中游離氧化鈣膨脹的擔心，使得很多人認為鋼渣用起來有風險�！卑尊┓治龅馈�
白皓還向記者舉了一個例子。2009年，白皓去比利時魯汶大學參加一個有關(guān)鋼鐵渣的國際研討會。當時令他印象深刻的是：“他們在啟動一個產(chǎn)品應(yīng)用的時候，更多的不是討論技術(shù)的內(nèi)容，因為他們認為技術(shù)不是主要的問題。他們討論的是準入、環(huán)保、法規(guī)等制度性保障�！�
以鋼渣在水泥中的應(yīng)用為例，雖然有關(guān)方面制定了一些標準，但是這些標準沒有強制性，國家也沒有統(tǒng)一的政策引導�！颁撛鳛橐欢ū壤乃鄵郊恿希夹g(shù)上完全沒有問題。所以，我們與國外的差距是在觀念、政策上。”白皓認為。
2012年全國水泥產(chǎn)量為22億噸，如果按照摻加10%鋼渣計算，需要2.2億噸鋼渣。按照1噸粗鋼產(chǎn)生12%的鋼渣計算，我國近10億噸產(chǎn)能會產(chǎn)生1.2億噸鋼渣�！叭绻麌夷苡袕娭茡郊訕藴�，鋼渣的回收利用問題便能迎刃而解�！卑尊┙o記者算了一筆賬。
關(guān)注前沿應(yīng)用研究完善相關(guān)配套機制
其實，鋼渣的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，國內(nèi)外已經(jīng)有了一些前沿研究和成功實踐，表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
鋼渣改性便是一條出路。所謂鋼渣改性，就是在鋼渣熔融狀態(tài)下通過添加劑的使用，增強其活性，使其性能更加符合使用的要求。
日本東北大學的長坂澈也教授曾提出一個新的理念，即從煉鋼（Steel-making）到制渣（Slag-making）�！鞍言鳛橐环N資源，深入研究它的回收利用�！卑尊┱f。
日本上一次大地震發(fā)生后，嚴重的海嘯使得大量的田地都被淹沒，土地鹽堿化非常嚴重，如何恢復成為日本重點考慮的內(nèi)容。利用鋼渣對鹽堿地進行改性，成為一個有效方案。鋼渣含有很多磷和鉀，作為很好的肥料，可以進行土壤改良。
白皓介紹說，北京科技大學有關(guān)方面也準備啟動一個課題，利用鋼渣改善雨水徑流的面源污染。鋼渣摻加到土壤里，利用其吸附性能和保水性能，改善土壤結(jié)構(gòu)。
“城鎮(zhèn)路面會富集一些有毒的物質(zhì)和元素，通過雨水會進入江河湖海，這些有毒物質(zhì)將擴散到土壤。如果經(jīng)過鋼渣改性的土壤，這些有毒的東西會被有效吸附�！卑尊┙榻B說。
利用鋼渣修復海洋生態(tài)系統(tǒng)，也是國內(nèi)外目前研究的一個重點。
例如，將鋼渣作為鐵、磷、硅、鈣等元素的營養(yǎng)源添加到海洋中，促進浮游植物、藻類植物及一些海產(chǎn)動物增殖，在大量固定空氣中的二氧化碳的同時，還可以為人類提供一部分食物和能源。
再比如，鋼渣代替水泥制造大型海洋防波用四腳石和小型漁礁、碳酸鈣塊體等，不僅可以使鋼渣得其所用，而且可以減少生產(chǎn)水泥所需要的含碳燃料的使用量，并且促進海洋浮游植物、動物生長。
中國有漫長的海岸線，有300多萬平方公里可管轄海域，有充分的空間開辟這類生態(tài)產(chǎn)業(yè)。另外，這一方法在充分研究的基礎(chǔ)上，也應(yīng)該可以用于內(nèi)地江、河、湖畔，改善沿江、沿湖生態(tài)環(huán)境，發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)。
當然，利用鋼渣修復海洋生態(tài)系統(tǒng)需要深入研究的東西還有很多。“例如，鋼渣中堿性金屬氧化物和重金屬，投入到海水中可能會對海水水質(zhì)以及海洋生物產(chǎn)生一定影響，因此研究鋼渣在海洋中的應(yīng)用安全就十分必要�！敝袊Ｑ蟠髮W環(huán)境科學與工程學院兼職教授王軍說。
鋼鐵工業(yè)固體廢棄物回收利用，還包括消納社會固體廢棄物。在此方面，日本鋼鐵業(yè)走在了全球的前列。
例如新日鐵的廣畑制鐵所，研發(fā)并投入使用了一種類似于頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐的設(shè)備進行廢鋼冶煉，稱為SMP(ScrapMeltingProcess)技術(shù)，即頂吹氧氣、底吹氧氣和粉煤，起到攪拌和提供熱量的作用，另外，在熔池中投入廢舊輪胎碎塊作為補充燃料。
“這其實是一種不用電的廢鋼冶煉技術(shù)。日本的汽車工業(yè)發(fā)達，每年有大量的廢舊汽車和輪胎。通過以上設(shè)備，廣畑制鐵所發(fā)揮了很好的消納社會廢棄物的功能�！卑尊┙榻B說。
其實，廣畑制鐵所與所在地廣畑市政府有一個協(xié)議，就是城市與工廠共生共建。廣畑制鐵所將城市里的廢鋼、輪胎回收利用，將廢塑料干餾制炭。廣畑制鐵所還建了一個橡膠干餾爐，橡膠干餾制成橡膠炭用作燃料，橡膠煤氣可以供給城市居民使用。
當前，我國鋼鐵工業(yè)面臨的形勢十分嚴峻。鋼鐵工業(yè)固體廢棄物的循環(huán)利用，對于緩解企業(yè)壓力有重要的現(xiàn)實意義。而且作為資源循環(huán)利用、節(jié)能、環(huán)保的重要舉措，它也是鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展的一個重要保障。
作者:中國冶金報記者 張明
