由中國廢鋼鐵應用協會冶金渣開發利用工作委員會發布的《2012年鋼鐵渣綜合利用基本情況》，是《中國冶金報》記者發現的關于鋼鐵渣綜合利用的最新文獻。
文獻中有這樣一組數字吸引了記者的眼球：2012年，我國高爐渣產生量為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：是技術阻礙了鋼鐵渣的回收利用嗎？
“這遠非一個技術問題，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、冶金與生態工程學院生態科學與工程系副主任白皓接受記者采訪時如是說。
鋼鐵渣大量堆放環境安全隱患巨大
鋼鐵工業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、轉爐粉塵和電爐粉塵。“一般而言，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。”白皓說。
據介紹，高爐粉塵的主要成分因為與燒結礦成分類似，其應用一般是直接返礦。轉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，轉爐粉塵和電爐粉塵返礦用得也比較多。
但是，轉爐粉塵和電爐粉塵在應用過程中存在一個問題。轉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，容易在塵泥中循環沉積。目前，解決這一問題主要使用轉底爐技術，利用鋅、錳等元素熔點低的特性使其揮發，實現與塵泥的分離。
鋼鐵渣根據來源不同，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，占工業固體廢棄物總量的41%。
鋼渣是在轉爐、電爐或精煉爐熔煉過程中所排出的由爐料中雜質、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，發生量約占工業固體廢棄物總量的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。”中冶集團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，鋼鐵渣處理技術呈現多元發展態勢。例如，以寶鋼為代表的滾筒技術，以鞍鋼為代表的熔渣熱悶綜合利用技術，以武鋼為代表的熱潑技術，以馬鋼為代表的風淬技術，以首鋼京唐為代表的熱悶技術。
然而，在環保壓力劇增、各方面挑戰集中凸顯的今天，如何高效環保地處理和利用好鋼鐵渣，是鋼鐵行業發展循環經濟，實現可持續發展亟待解決的一個新課題。
高爐渣應用較好鋼渣利用存在障礙
積極開發、應用先進有效的處理技術和資源化利用新技術，提高鋼鐵渣利用率，最終實現鋼鐵工業固體廢棄物“零排放”，已經成為鋼鐵企業的當務之急。
“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。”白皓介紹說。
但是，轉爐渣在應用過程中，遇到很多問題。研究發現，轉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，水泥的質量就會受到影響。因此，鋼渣的應用受到很多限制。”白皓解釋說。
鋼渣在鋪路材料和建筑材料方面的應用也存在一些問題。轉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。“用作鋪路材料，其穩定性很差，所以沒人敢用。”白皓說。
這一問題有沒有技術解決方案呢？據介紹，目前使用的燜渣法，就是直接把熔融態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，不同鋼鐵企業鋼渣成分不一，也影響了其應用。
“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普遍面臨的難題，因此堆放比較多。”白皓分析認為。
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方面關注的一個重要方向。但是，回收鋼渣熔融熱需要配套設備，這些設備都是耗費能量的，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，我們已經解決了。”導師的回答讓白皓非常吃驚。
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。”白皓說，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，途徑主要有燒結返礦、水泥熟料配料、鋼渣磚及道路材料。可見，我國和日本在鋼渣利用方面的途徑基本是一致的。但日本的鋼渣利用率遠遠高于我們，癥結何在？
“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。”白皓分析道。
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：“他們在啟動一個產品應用的時候，更多的不是討論技術的內容，因為他們認為技術不是主要的問題。他們討論的是準入、環保、法規等制度性保障。”
以鋼渣在水泥中的應用為例，雖然有關方面制定了一些標準，但是這些標準沒有強制性，國家也沒有統一的政策引導。“鋼渣作為一定比例的水泥摻加料，技術上完全沒有問題。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噸粗鋼產生12%的鋼渣計算，我國近10億噸產能會產生1.2億噸鋼渣。“如果國家能有強制摻加標準，鋼渣的回收利用問題便能迎刃而解。”白皓給記者算了一筆賬。
關注前沿應用研究完善相關配套機制
其實，鋼渣的應用領域十分廣泛，國內外已經有了一些前沿研究和成功實踐，表現出廣闊的應用前景。
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）。“把渣作為一種資源，深入研究它的回收利用。”白皓說。
日本上一次大地震發生后，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，改善土壤結構。
“城鎮路面會富集一些有毒的物質和元素，通過雨水會進入江河湖海，這些有毒物質將擴散到土壤。如果經過鋼渣改性的土壤，這些有毒的東西會被有效吸附。”白皓介紹說。
利用鋼渣修復海洋生態系統，也是國內外目前研究的一個重點。
例如，將鋼渣作為鐵、磷、硅、鈣等元素的營養源添加到海洋中，促進浮游植物、藻類植物及一些海產動物增殖，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產業。另外，這一方法在充分研究的基礎上，也應該可以用于內地江、河、湖畔，改善沿江、沿湖生態環境，發展生態產業。
當然，利用鋼渣修復海洋生態系統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以及海洋生物產生一定影響，因此研究鋼渣在海洋中的應用安全就十分必要。”中國海洋大學環境科學與工程學院兼職教授王軍說。
鋼鐵工業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，日本鋼鐵業走在了全球的前列。
例如新日鐵的廣畑制鐵所，研發并投入使用了一種類似于頂底復吹轉爐的設備進行廢鋼冶煉，稱為SMP(ScrapMeltingProcess)技術，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。日本的汽車工業發達，每年有大量的廢舊汽車和輪胎。通過以上設備，廣畑制鐵所發揮了很好的消納社會廢棄物的功能。”白皓介紹說。
其實，廣畑制鐵所與所在地廣畑市政府有一個協議，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，我國鋼鐵工業面臨的形勢十分嚴峻。鋼鐵工業固體廢棄物的循環利用，對于緩解企業壓力有重要的現實意義。而且作為資源循環利用、節能、環保的重要舉措，它也是鋼鐵工業實現健康可持續發展的一個重要保障。
作者:中國冶金報記者 張明
