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浅析我国钢渣综合利用及其标准化工作进展
信息来源:世界金属导报2019-07-09A12      时间:2019-07-15 09:51:21


钢渣是炼钢冶炼过程的副产品,主要指转炉渣和电炉渣,也涵盖了铁水预处理渣、精炼渣和铸余渣等。炼钢冶炼过程中,每生产1吨粗钢,产生钢渣约130千克。根据中国废钢铁应用协会数据,2018年,我国钢渣产生量达1.21亿吨,钢渣综合利用率仅为 30%左右。从上世纪 90年代初到2018 年末,我国钢渣尾渣累计堆存量超18亿吨,占地 20多万亩。

长期以来,国内外学者对钢渣综合利用进行了大量研究,开发了钢渣粉、钢渣路基和路面骨料、钢渣砖等系列产品,并制定了相应的标准规范。但当前我国钢渣综合利用率始终较低,大量的钢渣堆存,不仅浪费资源、占用土地,而且造成严重的环境污染和安全隐患,已成为制约我国钢铁工业高质量发展的重要因素。今年1月,国家发改委和工信部联合下发《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知》,其重点任务中明确提出:积极推动钢渣及尾渣深度研究、分级利用、优质优用和规模化利用。推广技术先进、能耗低、耗渣量大、附加值高的产品,全面实现钢渣“零排放”。

钢渣综合利用现状

基本情况

1)作为冶金炉料

钢渣主要成分为CaO、MgO、FeO等,可返回烧结作为熔剂。

2)作为水泥掺合料

钢渣具有火山灰活性,采用粉磨设备将钢渣细磨至400cm2/g以上的细度,制成钢渣粉,可作为水泥掺合料或铁质校正料掺入使用。

3)作为铺路材料

钢渣具有硬度好、磨光值较高等优点,能够替代砂石料作为集料进行道路建设。

4)用于工程回填

钢渣比重大,可作为配重、抗浮材料等用于大型建筑基坑回填,也可作为主要成分制作胶结剂用于铁矿山尾矿回填。

5)用于混凝土制品

钢渣作砖应用较为普遍,也可以与水泥、粉煤灰等混合,替代部分水泥,制成干粉砂浆。

6)其他应用

可用于烟气脱硫脱硝、用于污水处理、用于制备陶瓷材料、用于土壤改良及制造化肥等农业领域。

在钢渣综合利用方面有关国外统计

国外对于钢渣的研究和应用开始得很早,在1937 年英国就曾采用钢渣作为沥青混合料的粗集料铺设道路,美加两国也在上世纪60 年代末以钢渣为粗集料共同铺设了试验路,而德国在1976 年以钢渣为粗集料铺设了第一条沥青混凝土试验段。当前,英国钢渣基本全部应用于道路建设,美国90%以上钢渣用于铺路。

根据日本钢铁渣协会2012 年度渣利用的统计数据,钢渣(转炉渣)用于土建的为347 万吨,用于水泥的为53万吨,用于道路路基材料的为26 万吨,用于肥料和土壤改良的为10 万吨。

以德国迪林根冶金公司为例,2011年转炉钢渣产生量为29万吨,其中回收铁粒10%、烧结回收33%、用于化肥16%、用作建筑材料38%(内用27%、外销11%)、填埋3%。

我国在钢渣综合利用方面存在的主要问题

当前,我国钢渣综合利用率低,面临的主要问题包括钢渣的安定性、胶凝活性以及钢渣粉制备成本过高等问题,而安定性问题又是其中的关键。

钢渣安定性指标主要有沸煮安定性、浸水膨胀率和压蒸安定性等,安定性指标要求是逐渐升高的。以现有标准为例,在GB/T 20491-2017《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》中,要求f-CaO≤4.0%,沸煮安定性-合格,压蒸安定性-6h压蒸膨胀率≤0.50%;GB/T 25834-2010《道路用钢渣》和YB/T 801-2008《工程回填用钢渣》中,要求浸水膨胀率≤2.0%;GB/T 24764-2009《外墙外保温抹面砂浆和粘结砂浆用钢渣粉》中,要求压蒸安定性-试件表面无鼓包、无裂痕、无脱落、无粉化且膨胀率≤0.80%。

从钢渣处理工艺对钢渣安定性的影响考虑,采用热闷和蒸汽陈化工艺具有安定性消解作用,处理后的钢渣基本能够满足沸煮安定性和浸水膨胀率指标要求。热泼法、滚筒法等方式以水作为冷却介质对钢渣进行粉化破碎处理,主要目的在于钢渣急冷以有利渣铁分离。

总体而言,采用合适的钢渣处理工艺,在道路、工程回填等领域基本能够实现钢渣的大批量利用。

钢渣综合利用标准化研究

美国ASTM中钢渣综合利用标准化情况

ASTM中针对钢渣综合利用的检索结果有一项标

准——D5106-15《沥青铺路混合物用钢渣集料标准规范》。ASTM水泥和混凝土标准系列中, C989 / C989M-18a《用于混凝土和灰浆的矿渣标准规范》仅针对高炉渣;C618-19《用于混凝土中的矿物掺合料》、C1697-18《混合补充胶凝材料标准规范》等标准中明确可作为水泥补充胶凝材料的有粉煤灰、高炉渣、煅烧粘土和硅粉。而在C1709-18《用于混凝土的替代性补充胶凝材料(ASCM)的评估标准指南》中,要求除上述四种补充胶凝材料外,其他替代性补充胶凝材料按此标准执行。

所以,在ASTM标准体系中,钢渣的利用主要是作为集料用于铺路,当作为水泥补充凝胶材料还需按C1709-18进行综合评估。

日本JIS中钢渣综合利用标准化情况

日本JIS中针对钢渣综合利用的检索结果有一项标准——A5015-2018《道路用铁和钢炉渣》。另外,A5011《混凝土用矿渣集料》涉及四种冶炼渣,但并不包括钢渣,分别为A5011-1-2018《混凝土用矿渣集料 第1部分 高炉渣集料》、A5011-2-2016《混凝土用矿渣集料 第2部分 镍铁渣集料》、A5011-3-2016《混凝土用矿渣集料 第3部分 铜渣集料》、A5011-4-2018《混凝土用矿渣集料 第4部分 电炉氧化渣集料》。

所以,在JIS标准体系中,钢渣的利用主要是在道路领域。

我国钢渣综合利用标准化研究情况

尽管我国钢渣综合利用率低,但围绕钢渣综合利用的研究和应用从未间断。在标准化方面,在钢渣所属的冶金固废领域已经建立相对完善的标准体系架构,根据标准本身的结构划分为基础、产品、试验方法三部分。在此标准体系框架下,围绕钢渣的检化验、产品等内容,制定了系列标准(见图1),为推动我国钢渣综合利用打下坚实基础。基础标准方面,制定有YB/T 804-2009《钢铁渣及处理利用术语》、GB/T 29514-2018《钢渣处理工艺技术规范》、GB/ T 32546-2016《钢渣应用技术要求》等。产品标准方面,水泥混凝土用钢渣领域,制定有GB 13590-2006《钢渣硅酸盐水泥》、GB/T 20491-2017《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》等;道路用钢渣领域,制定有GB/T 24765-2009《耐磨沥青路面用钢渣》、YB/T 4488-2015《沥青玛蹄脂碎石混合料用钢渣》等;回填用钢渣领域,制定有YB/T 801-2008《工程回填用钢渣》;混凝土制品用钢渣领域,制定有GB/T 24763-2009《泡沫混凝土砌块用钢渣》、YB/T 4602-2018《防火石膏板用钢渣粉》等;另有YB/T 4713-2018《喷砂磨料用钢渣》、YB/T 4728-2018《陶粒用钢渣粉》等。试验方法标准方面,制定有GB/ T 24175-2009《钢渣稳定性试验方法》、YB/T 4710-2018《钢渣 氧化亚铁含量的测定 重铬酸钾滴定法》等一系列标准。

总之,在钢渣综合利用方面,与美日相比:一是,从标准标龄看,我国的研究进展与国外基本同步;二是,我国建立了更为完善的标准体系,尤其在产品领域,除了在道路领域有关钢渣标准研究外,我国对钢渣在其他领域的应用也进行了相应的标准化,如水泥混凝土、工程回填等领域。

今后钢渣综合利用标准化工作重点

随着我国钢渣综合利用研究及应用实践的不断深入,标准化工作将继续发挥在推动科技创新、促进产业发展、提升行业治理水平等方面的综合作用,推进我国钢渣“零排放”的这一历史进程。当前在研项目包括:《水泥铁质校正原料用钢渣》、《耐磨混凝土用钢渣》、《钢渣 氟和氯含量的测定 离子色谱法》等产品标准和方法标准,未来将进一步加大钢渣应用于农林肥力、土壤修复改良等领域的产品标准以及应用于道路工程领域的技术规程标准等方面研究。

总而言之,我国在钢渣综合利用标准化方面已经走在世界前列,相应的标准体系已建立,并在不断丰富、完善,已基本能够满足当前的生产需要。当前,全国钢标准化技术委员会冶金固废资源分技术委员会是我国钢渣综合利用标准化工作的中坚力量,承担着国标、行标、团标的制修订以及国标外文版等方面大量的研究工作,委员会由来自钢铁、建材、道路、农林等行业以及专业固废处理企业的专家、学者组成,深刻理解、掌握钢渣综合利用技术及其发展动向、产品市场动态及产业发展方向。加强现有标准的宣贯,加大相关技术咨询服务力度,提高行业钢渣综合利用水平,服务行业高质量发展,将是未来钢渣综合利用标准化工作的重点内容。 (任江涛 仇金辉 王姜维)

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