中國農業大學碩士學位論文STYLEREF"標題1"錯誤！文檔中沒有指定樣式的文字。鋼渣的基本性質及其危害分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u52281.1研究背景 1245251.2鋼渣的基本性質 3293521.2.1鋼渣的分類 372441.2.2鋼渣的化學成分 3300041.2.3鋼渣的物化性質 3132351.3固廢成因 4318721.4固廢的危害 4136741.5鋼渣的綜合利用 51.1研究背景一個國家的鋼鐵的產出量間接可以代表該國的第二產業的發展程度，直到上世紀九十年代中期之前世界上鋼鐵產量位于前列的國家有英、美、日、蘇聯。至此之后中國后來居上，長期位于世界首位，粗鋼產能是至今為止唯一可以超過一半的國家。改革開放至今已有近半個世紀之久，同時也是國家工業化進程飛速前進的縮影，而鋼鐵產業無疑為江蘇省的工業發展奠定了有利的基礎，并獲得了可觀的成就。如今的江蘇省作為全國僅次于河北省的第二大鋼鐵供給地，其精品鋼品質更是名列前茅，這不僅滿足了長三角地區國民經濟和發展的需求，更促進了江蘇省工業現代化的發展。回看人類的歷史，可以發現是一部金屬使用發展史。從一開始的天然樹木、骨頭，到后來的青銅器，再到鐵器時代。人類發現鋼鐵的硬度比青銅器堅硬鋒利，延展性好。到現代，經過鴉片戰爭，中日甲午戰爭，兩次世界大戰后中國人發現鋼鐵制造能力是一個國家實力的最直接表現。重型裝甲武器等帶來了鋼鐵產業的發展，代表了國家的工業實力和軍事實力，沒有鐵就沒有現代文明。從我國資源分析，中國盛產稀土與煤炭，高品位鐵礦石產量稀少，且挖掘難度巨大，成本過高。只能從盛產高品位鐵礦石的澳大利亞和巴西進口鐵礦石，這導致中國無法掌握鋼鐵的議價權。為此經過供應側改革后，小廠關停，大鋼廠合并做大做強，不僅實現了產量穩定、質量提高、還有了可觀的利潤空間。可以用來更新廠內設備，解決鋼鐵廠排放不合格、環境污染的問題。基于這些問題，我國鋼鐵產業已不能依靠傳統進口來填補產業空缺，而是研發創新鋼鐵廢渣中有效成分的提煉，并重復利用，達到鋼鐵內部循環，而不是依賴進口鐵礦石。鋼鐵產量的增加隨之而來的是固體廢物的增多，截止到2019年我國冶煉鋼鐵產生的固體廢物總計超過30億噸，其中鋼渣的占比達到了四分之一。俗稱的鋼渣是指在日常煉鋼過程中無法避免要產生的一類副產品。是由于在生鐵中含有Si、S、Mg等雜質元素，在冶煉過程中與氧氣發生反應從而生成其他氧化物質在與溶劑產生反應形成鹽類物質共同組成鋼渣。鋼渣中大規模含有未被分離的有用成分，所以可被作為二次資源綜合利用。主要有：金屬鐵2%~7%，氧化鈣42%~61%，氧化鎂3%~9%，氧化錳等，因此可以被用作鋼鐵冶金的原材料。國家在“十一五”中提出的發展規劃中清楚的提到，對于鋼渣的整體利用率最少應該達到八成以上，要基本實現“0排放”。但綜合現況與預期的規劃差距甚遠，尤其是轉爐鋼渣的利用率僅僅能達到不到兩成。“十三五”期間國家提出了未來對鋼渣的基本規劃，廢棄鋼鐵作為可以利用的有效資源，要大力發展并提高其綜合利用的效率，這樣可以做到原生資源不被浪費，降低整體的能源消耗，大幅度降低鋼鐵廢渣等固廢的產生。根據數據可以觀察到，鋼鐵的積蓄量在增加，廢棄鋼渣資源也在增多，可以預示未來廢鋼鐵產業的發展前景將是大好，“十三五期間”是鋼鐵產業轉型升級的契機。要利用“十二五”末年所提出的鋼渣處理財稅優惠政策，促進鋼鐵廢渣產業的規模化發展，提高鋼渣的利用率，提高鋼渣中的鐵元素利用率。及時創新新式加工流程設備，不斷加強國有化的目標，補足鋼鐵行業發展的需求漏洞。與此同時，國家也要完善并貫徹廢鋼產業在發展中相關法律法規的完善，提供可以保護產業發展的標準體系。“十三五”時期開始實現鋼鐵綠色循環發展，改變傳統一味開采使用新鋼鐵的單一模式，通過相關鋼鐵渣開發利用產業、直接還原鐵產業、廢鋼加工設備制造產業、鋼鐵尾礦渣綜合利用產業等的發展，對各類資源節約高效利用具有重要作用，打造一種可循環綠色鋼鐵的結構體系。具體的兩種實現方式有：首先鋼渣當產出后可作為冶金溶劑重復利用于原廠的流水線中，主要用以替代石灰石，包括其中含有的大量鐵元素也可以被回收甚至重復利用；其次便是可以用作道路建設或建筑時的原材料，甚至可以加工呈農業肥料以此被重復利用。重新利用的鋼渣可以廣泛應用于生產鋼渣水泥，生產鋼渣微粉，制造鋼渣磚和砌塊，制作環境修復材料等多個行業。鋼渣處理需要進行篩分、除鐵以及磨粉三大工藝流程。首先，由于鋼渣顆粒粒徑超過了初破的較大進料粒度，需要用破碎錘等工具進行預處理使其達到進料粒度要求。然后再采用鄂式破碎機、圓錐破碎機以及篩分設備對原料進行破碎與分離。在生產線中加裝除鐵設備對其進行除鐵，不但能保證設備正常運行，還能帶來巨大的經濟效益。經過破碎和磁選的物料，利用雷蒙磨粉機進一步粉磨，獲得不同細度的物料。1.2鋼渣的基本性質1.2.1鋼渣的分類煤渣的主要成分有SO2、AInOm、FeOn、CaO等。經過測驗后煤渣中CaO和FeOn有明顯差異，在不同煉鋼方法和生產階段所產生的衍生物具有一些差別，根據此差異將其劃分為以下種類，具體見表。表1-1鋼渣的分類分類方法按煉鋼方法劃分按生產階段劃分按熔渣性質劃分種類轉爐鋼渣煉鋼炸渣堿性渣平爐鋼渣澆鑄渣酸性渣電爐鋼渣末期渣（包括精煉渣與出鋼渣）1.2.2鋼渣的化學成分不同礦坑所產的鋼鐵原料并不完全一樣，因此在冶煉工藝的不同階段所產生的衍生物也不完全一樣，主要還是以氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、二氧化硅等為主。1.2.3鋼渣的物化性質鋼渣是由多種礦物和玻璃態物質組成的綜合體，不同的化學成分和冷卻條件下所產的鋼渣的外觀、性狀、顏色區別非常大。當礦物中堿的成分較低時鋼渣呈現出灰色，隨著堿成分的增加顏色會由灰色變為灰褐色或灰白色。鋼渣表現為較為松散堅硬，沒有緊密的粘連性，空密度高。渣坨和渣殼的結晶體緊密排列，橫截面的斷口整齊，有明顯的分界線。鋼渣的物理性質主要由含水率和冷卻條件所決定。一般來說，鋼渣的含水率不低于3%，介于3~10%之間。拿鋼渣和平爐鋼渣作比較，前者孔密度高、比重略高；而后者孔密度略低、比重較小、相比較穩定性要好于鋼渣。鋼渣密度高且含有較多的鐵元素，故比較高爐渣要耐磨一些。鋼渣的主要化學成分與硅酸鹽水泥熟料和高爐礦渣的化學成分基本相同。除常見的氧化鈣、二氧化硅、氧化鐵之外還含有少量其他氧化物和硫化物。鋼渣中的二氧化硅的含量決定了硅酸鈣礦物的含量，而舢203的存在決定了鋼渣的活性，即形成的鋁酸鈣或硅酸鈣玻璃體，有利于鋼渣的活性。鋼渣因存在大量的C3S和C2S，因此具有良好的膠凝性，這為鋼渣與水泥混凝土提供了良好的綜合利用條件。1.3固廢成因中國經濟呈現出直上形式，與他緊密相關的鋼鐵工業也不甘示弱，獲得了可觀的成就，鋼產量在近幾年也在不斷上升，鋼渣作為冶金煉鋼工藝流程中的衍生物隨著鋼產量的提高而增多，但對于鋼渣的處理仍是難題。相比較發達國家，我國對鋼渣處理的發展還有很大的差距。現階段，鋼渣處理的研究開發已有數十種，截至目前還未找到大規模有效的回收重利用的治理方法。國內最常見的處理方法有冶鋼廠內部循環、回收等。仍有七成左右的廢鋼無法被利用，只能堆砌或回填。堆積的鋼渣在雨水的沖刷下，有害物質滲入土壤造成不可逆轉的污染。因鋼渣中含有大量游離態的氧化鈣與氧化鎂，元素穩定性差且鐵含量過高，此前的技術一直無法滿足破磨條件，使國內的鋼鐵企業無法及時的將產生的鋼渣進行處理，導致大量的鋼渣堆、拋棄，進而占用大量土地，隨之而來的便是土壤和環境的污染。鋼鐵產業的欣榮，同時也在告訴我們鋼渣處理迫切性，唯有堅持創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念，加快推進鋼渣處理的工業轉型，實現環保與經濟同步發展，才能實現更高質量、更有效率、更可持續發展的目標。1.4固廢的危害固體廢物是指在生產建設、日常生活和其他活動中產生的污染環境的固態、半固態廢棄物質。根據《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》把固體分為三大類：工業固體廢物、城市生活垃圾和危險廢物。而鋼渣屬于工業固體廢物，對人體健康或環境的危害性相比較危險廢物較小，但因其數目龐大，所以危害不容小覷。鋼渣是一種比花崗巖還堅硬的物質，幾乎沒有任何辦法將其磨碎至可以利用的程度，因此除了常規的利用手段外大部分的鋼渣只能被堆砌在鋼鐵廠附近。幾十年來，堆積成山，且綿延數十公里。這就導致大量可以使用的有效土地被這些鋼渣所侵占，進而對大氣、土壤、水源等進行二次污染，即破壞生態系統的平衡，還給周圍居住的人類帶來生態災難。這不僅僅是國內同行的共性問題，更是全世界鋼鐵產業的共同難題。盡管國家對鋼鐵企業下達指令，勒令企業整治鋼渣山，但因沒有有效的處理方式，只能被不了了之。舊渣無法消化，新渣不斷增生，帶給人類共同的生態災難。1.5鋼渣的綜合利用鋼渣的綜合利用一旦取得關鍵性的突破，這些積存和新增的鋼渣，成為了取之不盡用之不竭寶貴資源和低成本的原料。鋼鐵廠鋼渣固廢資源化處理方案及設備在經過磁選和破碎的處理方法后，回收被破碎的各個粒度鋼渣成為了現有國家一部分鋼鐵企業重復使用的選擇，帶來的是這種工藝逐漸趨于成熟的結果。設備已經全部實現國產化，各企業亦能根據實際情況對工藝進行靈活調整優化，以滿足廢鋼回收率和尾渣品質要求等關鍵指標，其盈利水平一般較好。近年來也產生了一些全新的技術值得關注。例如，清華大學向蘭教授開發了一種基于納微米顆粒結構與界面調控的固固分離技術，采用了高選擇性化學藥劑，經過浸泡、碾磨、磁選、多級沉降等步驟，溶解或軟化結晶顆粒之間的粘接物質，實現不同成分結晶顆粒空間解離；這種高選擇性化學藥劑還會通過選擇性改變某些結晶顆粒的表面特性來強化不同組分沉降性能差異，便于多級沉降完成分離，提高分離效率。與常規機械粉碎研磨相比，解離徹底，回收率更高，能耗大幅降低，適用于鋼鐵、冶金及化工行業所產生的固體廢渣的回收利用。山西大學廖洪強教授開發了一項專利技術，采用全干法技術高效回收高溫鋼渣的余熱產生過熱蒸氣，回收金屬鐵資源后，再利用超音速蒸氣粉碎技術，將鋼渣尾渣進行超微粉化，制備耐磨顆粒料和超微粉體材料。所得的尾渣耐磨顆粒可以制備人造彩砂產品，尾渣超微粉可以用于水泥和建筑材料、煙氣脫硫固碳劑、橡塑制品的功能填料以及金屬和建筑表面裝飾的功能涂料，實現其高值化利用。其技術核心是高溫鋼渣余熱回收技術結合超音速蒸汽粉碎技術，具有全流程密閉干法加工，顯著的節能、節水和清潔生產的特點，回收熱量和超微粉加工一體化，具有良好的經濟效益。鋼渣資源的利用方向包括鋼鐵企業的內部循環和外部循環，后者主要是生產鋼渣微粉，用于公路材料、制磚、制微晶玻璃、制巖棉、處理廢水、改良土壤等。雖然可以處理鋼渣的理論方法有很多，但將其變為現實甚至被大規模資源化利用的路徑還沒有被發覺。鋼渣的資源化利用應以消納鋼渣的巨大產量為目的，借鑒國外經驗，應將重點放在兩個方面：首先是常見的建筑建材產業，也就是我們所說的