钢渣磨料的应用现状_张新杰.pdf

总第 328 期2023 年第 4 期HEBEI METALLUGYTotal No 3282023，Number 4钢渣磨料的应用现状张新杰，邢宏伟，裴晶晶(华北理工大学 冶金与能源学院，河北 唐山 063009)摘要:钢渣是钢铁生产过程中产生的固体废弃物。我国作为钢铁生产大国，随着钢材生产量的增加，钢渣年排放量日渐提高。目前钢渣资源综合利用率较低，与发达国家存在一定的差距，尤其是在道路回填及制备钢渣水泥等大量消耗钢渣方面的差距尤为突出。我国未被利用的钢渣主要以露天堆存的方式进行处理，不仅占用大量土地资源，还给水资源、土壤和大气环境带来非常严重的不利影响。本文详细介绍了钢渣的主要成分及物理性质;在钢渣的理化性质基础上，论述了国内外钢渣在建筑材料、冶炼原料、金属提取、陶瓷制造、道路施工和农业生产等各方面的综合利用途径;介绍了华北理工大学课题组气淬法制备钢渣磨料的工艺流程;详述了转炉滚筒钢渣、热闷罐钢渣、慢冷钢渣和水淬钢渣等钢渣经处理后制备的钢渣磨料的使用现状。最后从钢渣实际综合利用出发，针对钢渣作为非金属磨料使用以提高钢渣资源综合利用附加值的可行性进行了探讨，为钢渣资源化综合利用的研究提供参考。关键词:钢渣;钢渣磨料;资源化;高附加值中图分类号:X756文献标志码:A文章编号:1006 5008(2023)04 0074 05doidoi:10 13630/j cnki 13 1172 2023 0417APPLICATION STATUS OF STEEL SLAG ABAPPLICATION STATUS OF STEEL SLAG AB ASIVESASIVESZhang Xinjie，Xing Hongwei，Pei Jingjing(School of Metallurgy and Energy，North China University of Science and Technology，Tangshan 063009，Hebei)AbstractAbstract:Steel slag is a solid waste generated during the production of steel Chinas annual emission of steelslag is increasing with the expansion of steel production，and the biggest problem is that the comprehensiveutilization rate of steel slag resources is low，and there is a certain gap with developed countries In particu-lar，the gap between road backfilling and the preparation of steel slag cement and other large quantities ofsteel slag is particularly prominent Chinas unused steel slag is mainly treated in the form of open storage，which not only occupies a large amount of land resources，but also has a very serious impact on water re-sources and atmospheric environment The main components and physical properties of steel slag are intro-duced in detail;based on the physical and chemical properties of steel slag，the comprehensive utilization ofdomestic and foreign steel slag in building materials，smelting raw materials，metal extraction，ceramic man-ufacturing，road construction and agricultural production is discussed The process flow of gas quenching toprepare steel slag abrasives by the research group of North China University of Science and Technology wasintroduced The use status of steel slag abrasives prepared after treatment of steel slag such as converter drumsteel slag，hot stuffy tank steel slag，slow cooling steel slag and water quenched steel slag is detailed Final-ly，starting from the actual comprehensive utilization of steel slag，the feasibility of using steel slag as a non metallic abrasive to improve the added value of comprehensive utilization of steel slag resources is dis-cussed，which provides a certain reference for the research on the comprehensive utilization of steel slag re-sourcesKey wordsKey words:steel slag;steel slag abrasives;recycling;high added value收稿日期:2022 12 02作者简介:张新杰(1989 )，女，硕士，主要研究方向为冶金节能与资源综合利用，E mail:787257539 qq com0引言根据世界钢铁协会的统计数据，即使在新冠疫情的影响下，2020 年 9 月全球粗钢产量同比增加47河北冶金2023 年第 4 期2 9%，而中国粗钢产量最大，占总产量的 50%以上，数据显示美国、日本等发达国家钢渣综合利用率已达到 100%，俄罗斯的钢渣利用率也超过 40%，而我国作为全球钢铁生产大国之一，每年钢渣产出量约有 1 亿 t，钢渣的堆存总量已达到了 2 亿多吨，但钢渣综合利用率极低，仅为 30%左右，与发达国家之间的差距较大1 3。近年来，我国政府也出台了一系列环境保护法律法规来推进钢铁固废综合利用，促 进 钢 铁 行 业 的 低 碳 绿 色、可 持 续 发 展。2020 年实施的 中央预算内投资生态文明建设专项资金支持 中明确指出，对满足相应条件的包括冶金工程渣在内的固废资源综合利用项目，进行适当的补贴投资;2020 年修订的中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法 中明确提出了固体废弃物污染环境防治过程要坚持减量化、资源化和无害化等原则;2019 年我国发改委出台的关于推进大宗固体废弃物综合利用产业聚集发展的通知 提出要积极推动钢渣尾渣的深化研究、分级分类利用、优质利用和规模化使用等措施，推广耗渣大、能耗低的高附加值产品，全面实现钢渣的“零排放”4。由此可见，提高钢铁企业废渣的资源化处置能力和高附加值利用已成为国内钢铁行业亟待解决的主要问题。1钢渣1 1钢渣主要成分钢渣作为钢铁工序的副产品，主要是由金属氧化物、炉衬耐火材料、冶炼造渣材料以及各种金属炉料中带入的杂质等组成5，6。钢渣的组成成分因冶炼工艺的不同而存在一定差异，根据熔炼方式的不同，可将钢渣分为转炉渣、精炼渣、电炉渣、电渣重熔渣等。钢渣的主要化学成分是氧化钙、氧化铁、二氧化硅和一些含氧化镁等的氧化物，不同钢渣的主要化学成分如表 1 所示。除此之外，钢渣的主要化学成分还受原矿的性质、钢种类型以及冶金工艺流程中各种其他因素的影响，不同钢厂钢渣的化学成分也有所不同，但一般是以硅、铝、铁、钙、镁、钾和钠等元素的金属氧化物为主要成分，我国部分钢铁企业的钢渣化学组成7，8 如表 2 所示。表 1不同钢渣的主要化学成分(质量分数)Tab 1Main chemical composition of different steel slagswt%组分SiO2Al2O3CaOFeOMgOMnOCaF2P2O5转炉渣14 186 933 4210 232 88 121 2电炉渣10 223 640 528 156 127 1005 1 5精炼渣16 185 750 55100 10058 11电渣重熔渣3070表 2部分钢铁公司的钢渣化学成分(质量分数)Tab 2Chemical composition of steel slag in some steel companieswt%组分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO2Of CaO首钢14 7040622674800762008102马钢0 16269252441301361467628鞍钢12 50198232941721141012076宝钢10 9236418203985701002167武钢13 73627251045403839791511 2钢渣综合利用现状在钢铁生产过程产生的大量固体废弃物中，产量最高的是高炉渣，其次是转炉钢渣9。在我国，每年钢渣总产量约为 1 亿 t，但其利用率仅为 30%左右。目前，除了传统的垃圾填埋或堆积的处理方式外，国内外研究人员还成功地将钢渣应用在建筑材料、冶炼原料、金属提取、陶瓷制造、道路路面施工和农业化肥生产等诸多领域。在建筑材料方面，Ameri10 等人研究钢渣作为骨料替代物对冷拌再生沥青路面机械性能的影响，结果表明钢渣的使用可以提高混合料稳定性、抗拉强度等性能。Lcbc11 评估了钢渣为骨料和钢渣粉掺合料生产的混凝土抗氯离子侵蚀的耐久性，与常规混凝土相比，钢渣骨料与钢渣粉配制的混凝土具有较低的氯离子渗透深度，用钢渣骨料配制的混凝土吸水率更小，抗压抗拉强度更高。Haijun12 等人采用湿磨技术对钢渣进行精制，随着 3 m 粒度钢渣掺量的增加，初凝时间和终凝时间延长，湿磨钢渣水泥试件的黏度显著增加，抗压强度明显提高，孔隙率降低，有利于水泥浆体孔结构的力学性57总第 328 期HEBEI METALLUGY能和致密性的提高。王超13 等用气淬钢渣微珠代替了部分细骨料配制混凝土，结果表明 3 d、7 d 抗压强度改变并不明显，而 28 d 抗压强度下明显提高;在金属提取方面，Owais14，15 等人通过湿法萃取磨矿的方法从炼钢渣中高效回收钙，与机械混合相比，该工艺钙的产量提高了35%70%。Jinrong16 等人研究了一种协同利用工艺，该工艺可有效处理钒钛磁铁矿冶炼过程中产生的酸性废水和含钒钢渣这两种废弃物，与此同时回收了钒、钛、铁等资源。李东明17 等人通过钒铁合金冶炼工艺关键技术将湿基钒酸铁脱水烘干后获得钒平均含量达到30 73%的高铁钒铁合金，有效提高了钒的回收率;在陶瓷制造方面，Wu18 等人以钢渣和高岭土为主要原料，以聚氨酯海绵为模板，通过研究钢渣粒度、料浆固含量以及聚羧酸减水剂添加量对陶瓷性能的影响，制备出高孔隙率、低容重的多孔陶瓷，为多孔陶瓷的主要原料找到了替代品，同时也解决了钢渣的回收问题。Chukwudi19 等人以高岭石黏土和钢渣为主要原料研究了陶瓷砖的烧结特性，试验数据显