钢渣的利用现状及发展趋势分析

钢渣的利用现状及发展趋势分析

近年来，随着我国经济的发展，钢铁产量增加，钢渣的排放量也随之增加。2016年钢渣的产量约为0. 65～1. 2 亿t，而我国钢渣利用率较低，目前尚未利用的钢渣存放量高达10亿t。国内对钢的需求量还将进一步增加，钢渣的排放量也将随之增加。钢渣的堆放会占用土地，而且钢渣中化学物质的挥发和渗透会污染周边的空气和河流。合理利用钢渣不仅能变废为宝，同时可保护环境，因此钢渣的资源化利用具有重大意义。

1 钢渣的形成及物理化学性质

1. 1钢渣的来源及组成

钢渣是炼钢厂在冶炼粗钢时排放的固体废弃物。 在我国钢的冶炼方法分为转炉、电炉及平炉，钢渣也因冶炼方法的不同分为转炉、电炉及平炉钢渣，其中以转炉钢渣为主。钢渣的主要化学成分为: CaO40%～60%、MgO 3%～10%、SiO2 4%～12%、Fe2O3 2%～8%、MnO1%～8%、Al2O3 2%～8%、TiO2 1%～4%、 P2O5 1%～3%等。钢渣的主要矿物组成为: 硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、ＲO( 镁、铁、锰的氧化物，即FeO、MgO、MnO形成的固熔体) 、游离石灰( f－CaO)等。此外，有的钢渣中还会出现黄长石( 2CaO·Al2O3·SiO2) 以C2AS 表示;尖晶石( Fe、Mg、Mn) O·( Fe、Cr、Al) 2O3等。

1. 2 钢渣的性质

钢渣性质与炼钢过程、矿石原料等均有关系，通过对吉林通钢钢渣进行物化性能分析，钢渣的主要性质为: A.密度。钢渣是经过高温后的矿石，含有大量高 密度的化合物，因此钢渣具有较高的密度，一般为2. 9～3. 5 g/cm3，堆积密度为1. 3～2. 2 g/cm3，吸水率为5%～9%。B.强度。钢渣抗压强度介于145～302 MPa，冲击强度为15次，莫氏硬度为5～7。钢渣强度较高，质地坚硬，难破碎。C. 耐磨性。由于钢渣铁质多、硬度大，较难磨碎。粉磨难度较大。D.活性。钢渣中含有与硅酸盐水泥相似的硅酸钙等矿物，具有一定的水硬性，可用于水泥掺和料。E.稳定性。钢渣中含游离氧化钙( f－CaO) 、游离氧化镁( f－MgO)等成 分，f－CaO、f－MgO在常温钢渣中是不稳定的，遇水体积会膨胀，当f－CaO、f－MgO消解完或含量很少时，才会稳定。钢渣稳定性根据国标《GB/T24175－2009钢渣稳定性试验方法》进行试验。

2 钢渣在国内外的应用现状

在日本，钢渣用于返回金循环、筑路、土木工程、水泥工程、农肥以及其他方面，利用率高达 98%; 在美 国，钢渣用于返回金循环、筑路以及其他方面，利用率近95%;在德国，钢渣用于返回金循环、筑路、土木工程、 建材、农肥，利用率近 77%; 在俄罗斯，钢渣用于返 回金循环、筑路方面，利用率 40%; 在我国，钢渣目前主要用于返回金循环、水泥混凝土掺和料、筑路以及建材方面，利用率仅为22%。

2. 1 新型建筑材料方面的应用

钢渣具有和水泥熟料相似的化学组成，经过一定 的激活工艺处理后具有活性。以钢渣为主要成分，掺入水泥中所需要的石膏和掺和料，经过球磨机粉磨制 备钢渣水泥。钢渣水泥制备的混凝土具有较好的物理 力学性能，具有后期强度较高、抗冻性较好、稳定性及耐磨等特点。当钢渣在混凝土中掺量适宜时，混凝土的耐久性会有一定程度的改善和提高。粗钢渣同时可掺入混凝土当混凝土的骨料使用。钢渣经过陈伏处理后，可制备钢渣砖、地面砖、路缘石、护坡砖、砌块等产品。

2. 2 用于道路工程及回填材料

钢渣具有较好的颗粒级配和硬度，其性能较稳定、抗压强度高，在筑路工程中用于回填材料。钢渣经过不同细度的筛选后，根据其一定的粒径可分别用于铁路和公路路基、工程回填、修筑堤坝、填海造地等工程中。经过加工处理后的钢渣，掺入一定比例的水泥和其他辅助材料配制成混合料，经实验研究其含水率、强度、密度等物理性能技术指标均符合国家规范要求。钢渣作为回填材料近年来得到越来越广泛的应用，北京国家体育馆在工程施工过程中就大量使用了钢渣作为回填材料。

2.3 钢渣用于其他方面

目前的钢渣应用报告显示，钢渣还可用作回收废弃金属、烧结矿熔剂、肥料、改良土壤、冶金原料、农业、污水处理、医学、环保等方面。

3 钢渣的发展趋势

由以上论述可知钢渣的利用面较广泛，我国在应用技术方面也有一定提高，但总体消纳钢渣的量与国外相比仍较低。我国在《工业绿色发展规划》( 2016－2020年)中提出，到2020年我国的钢渣利用率预计提高到95%，钢渣的资源化利用迫在眉睫。通过对我国钢渣的利用情况进行分析，钢渣应做进一步发展和研究: A.提高钢渣的利用率，需要有钢渣的具体化学成分分析和微观结构作为理论支持，因此要进一步对钢渣的微观形貌进行分析研究。钢渣内含有造成体积安定性不良的游离氧化钙和氧化镁，解决这一问题也迫在眉睫，同时激发出钢渣的活性，形成与水泥熟料相差较小的硅酸盐量，提高钢渣在水泥及水泥制品中的消纳量。在综合利用钢渣之前首先要对钢渣进行合理的时效处理，一般应陈化一年，安定性合格后使用。B.钢渣的成分与炼钢采用的原料、炼钢的方法以及后续 的处理方法均有较大关系。将钢渣中含有的铁、钙、镁、锰等成分有效利用，开发这些成分作为冶炼溶剂使用的新技术，将会节约能量。C.钢渣中含有与水泥熟 料相近的化学成分，硅酸二钙和硅酸三钙，在钢渣进行粉磨时，这两种矿物成分结晶完整，硬度较高，难以磨细，因此限制了部分钢渣的使用。在制备高细度钢渣 粉的工艺上受到限制，要开发针对此种工艺要求的球磨机及其他粉磨工艺和设备。

4 结语

钢渣是钢铁生产中不可避免产生的一种资源，钢渣的合理化利用可起到保护环境、增加经济效益、资源可持续发展的作用，对社会具有重要意义。以综合利 用大宗工业固体废物、发展钢渣的资源化利用和保护生态环境为目标，在钢渣现有利用途径的基础上，开发钢渣的其他利用途径，将大宗工业固体废物钢渣综合利用起来，加大钢渣的社会及经济效益，同时发展绿色材料，保护人类生态环境，造福人类社会。