文章-中建进入钢渣资源化处理的研究与探讨-中建水务环保_8.28要点.pdf
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1、1 / 20 中建进入钢渣资源化处理的研究与探讨 中建水务环保有限公司市政与环境工程业务部北京 100195 鲁官友 曹向阳 苏少锋 胡英鹏 孙广东 高一帆 陈维瀚 摘要:本文对钢渣的定义、 分类、应用等进行了研究, 并结合市场环境与中建投资、 建设、运营模式,对中建进入该领域的资源化路线及其高附加值利用进行了探讨。 但是,中建进入钢渣资源化处理这一领域,不仅要考虑钢渣来源及钢渣本身的特性, 更为重要的是要考虑产品如何与市场需求、产品定位衔接等等,这对完善中建主业 上下游产业链,具有战略意义。 关键词:中建;钢渣;建材;资源化;投资运营;产业化;互联网+ 前言 我国是钢铁工业大国,钢渣是炼钢过
2、程中的必然副产物其排出量约为粗钢产量 的 15-20%,我国钢渣目前的利用率还比较低。据我国有关部门2012 年统计,我国 2011 年排放出钢渣高达9000 万吨,随着我国国民经济的持续增长,这个数字正在 已惊人的速度增加,其产量与我国的粗钢产量的增长相一致。钢渣的堆存或丢弃, 不仅耗费巨额资金,而且占用大量土地,严重污染环境。因此钢渣的资源再利用已 成为国家发展关注的焦点。 截止到目前,我国的钢渣综合利用率仅为42% ,如果以“零排放”为标准统计 的钢渣的利用率仅为25% ,大量的钢渣没有得到有效的资源再利用,从数据来看, 钢渣的再利用市场前景十分广阔。 1.定义和概况 1.1 钢渣定义:
3、 钢渣是炼钢生产的副产品, 是一种工业固体废物。 排出量约为粗钢产量的15 20。 2 / 20 在炼钢过程中,从炉料熔化起,钢渣就开始形成,一直到出钢为止。钢渣主要 来源于 :金属炉料中元素被氧化后产生的硫化物和氧化物;调整钢渣的性质而加入的 造渣材料 (如萤石、石灰石、铁矿石等 );金属炉料带入的杂质 ;被浸蚀的炉衬及炉衬材 料。 1.2 钢渣分类:钢渣的分类通常按照冶炼方法、碱度和形态进行分类。 1.2.1按碱度分类 M2.5 称为高碱度钢渣。 1.2.2按形态分类 按钢渣的形态可分为水淬粒状钢渣、块状钢渣和粉状钢渣。形态的差异是因对 钢渣进行处理时所采用工艺方法的不同所致。 水淬粒状钢
4、渣是一种表面粗糙多孔,质地轻脆 ,容易破碎的粒状渣。 1.2.3按冶炼方法分类 按冶炼方法可分为平炉钢渣、 转炉钢渣和电炉钢渣。 平炉钢渣又可分为初期渣、 精炼渣、出钢渣和浇钢余渣;电炉钢渣又有氧化渣和还原渣之分。 对于平炉钢渣和转炉钢渣的特别说明:由于转炉比平炉的能耗低、产量高,大 多数钢铁厂已淘汰了平炉。但由于没有很好地解决钢渣综合利用问题,仍然有大量 的平炉渣及平炉与转炉的混合渣产生。 由于化学成分及冷却条件不同造成钢渣颜色、 外观形态差异很大。 碱度较低的钢渣呈黑灰色, 碱度较高的钢渣呈褐灰色、 灰白色。 渣块质地坚硬密实,松散不粘结,具有较少的孔隙。渣佗和渣壳界线分明,结晶细 密。尤
5、其是渣壳,断口很整齐。自然冷却的渣块堆放一段时间后,发生膨胀、风化, 变成土块状和粉状。 1.2.3.1转炉钢渣 转炉钢渣将是钢渣的主要部分。目前,生产1t 转炉钢约产生 130-240kg钢渣。 1.2.3.2平炉钢渣 平炉炼钢周期比转炉长,分氧化期、精炼期与出钢期,并且每期终了都要出渣。 氧化期排出的渣称初期渣,精炼期排出的渣称精炼渣,出钢后排出的渣称出钢 3 / 20 渣,精炼渣与出钢渣又合称为末期渣。目前,每生产1t 平炉钢约产生钢渣 170-210kg,其中初期渣约占60%,精炼渣占 10% ,出钢渣占 30% 。 1.2.3.3电炉钢渣 电炉炼钢是以废钢为原料,主要生产特殊钢。电炉
6、生产周期也长,分氧化期和 还原期,并分期出渣,所出渣分别称氧化渣和还原渣。目前,每生产1t 电炉钢 约产生 150-200kg 的钢渣,其中氧化渣约占55% 。 1.3 钢渣成分: 钢渣主要由钙、铁、 硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物 相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、 锰、磷的氧化物形成的固熔体,还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。 有的地区因矿石含钛和钒,钢渣中也稍含有这些成分。钢渣中各种成分的含量因炼 钢炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同,有较大的差异。 钢渣性质:钢渣的容重一般为1.32-2.26 t/m3,含水量为 3%
7、-8%。平炉渣比重略 小,孔隙稍多,稳定性相对较好。在温度15001700下形成,高温下呈液态,缓 慢冷却后呈块状,一般为深灰、深褐色。有时因所含游离钙、镁氧化物与水或湿气 反应转化为氢氧化物,致使渣块体积膨胀而碎裂;有时因所含大量硅酸二钙在冷却 过程中 (约为 675时)由 型转变为 型而碎裂。如以适量水处理液体钢渣,能淬 冷成粒。 处理方法:20 世纪初期即开始有人研究钢渣的利用,但由于钢渣的成分波动较 大,迟迟未能实际应用。70年代初,美国首先把每年排放的1700万吨钢渣全部利 用起来。世界许多国家处理钢渣的通行方法是热泼法,即将液体钢渣泼入专门的处 理场,渣层厚度在 30 厘米以下 ,
8、喷淋适量的水促其冷却, 然后进行破碎、 筛分、磁选, 以回收其中金属,渣块则进行综合利用。美国伯利恒钢铁公司和中国一些钢厂都采 用水力冲渣法使电炉渣、平炉前期渣实现粒化。冲水水压为2.58 千克力 /厘米 2, 渣和水之比为 1 比 10 以上。此法工艺简单 ,得到的钢渣粒度大多在1 厘米以下 , 便于 利用。但用水量大,须解决水的处理和循环利用问题。1974 年以来,日本的新日本 钢铁公司采用浅盘 (ISC 盘) 水淬法 (见图) 处理转炉渣。处理方法是将液体钢渣泼入 浅盘,渣层厚度约10 厘米,喷水使渣冷却到500左右 , 固化后将渣倾倒在运渣车 4 / 20 上, 再度喷水使渣冷却到20
9、0左右,然后倒入泡渣池, 冷却至常温。 经过处理的渣, 颗粒大多在 10 厘米以下。此法节省处理场地, 操作较水力冲渣法安全, 周转快,节 省投资和设备,对环境的污染程度较轻。 1.4 钢渣的应用概况 钢渣的用途因成分而异。美国每年以排渣量的2/3 作为炼铁熔剂 , 直接加入高 炉或加入烧结矿,在钢铁厂内部循环使用。钢渣的成分中,除硅无用和磷有害外, 钙、铁、镁和锰(共占钢渣总量的80% )都得到利用。但硫、磷含量较高的钢渣作 为熔剂,会使高炉炼铁的利用系数降低,焦比增加。法国、德国、加拿大等国都把 这类钢渣用作铁路道碴和道路材料。做法是先将加工后的钢渣存放36 个月,待体 积稳定以后使用。这
10、类钢渣广泛用于道路路基的垫层、结构层,尤宜用作沥青拌合 料的骨料铺筑路面层。钢渣筑路,具有强度高,耐磨性和防滑性好, 耐久性好 , 维护 费用低等优点。西欧各国用高磷钢渣作肥料有悠久的历史。钢渣中的钙、硅、锰以 及微量元素均有肥效,可作为渣肥施于酸性土壤。各类钢渣均可作为填坑、填海造 地材料。中国目前生产少量钢渣水泥,多用转炉钢渣掺50% 左右高炉粒化渣, 10% 左 右石膏,磨制无熟料钢渣水泥,或以15% 左右水泥熟料代替钢渣磨制少熟料水泥。 中国有些地方利用电炉钢渣生产白钢渣水泥。日本、德国利用钢渣作为水泥生料, 焙烧铁酸盐水泥,可节约能源。此外,钢渣还可制造砖、瓦、碳化建筑材料等。 5
11、/ 20 1.5 钢渣的具体应用和处理方法 1.5.1 钢渣用于生产钢渣砖 钢渣砖所用的材料是水淬平炉初期渣(简称钢渣 ) 、高炉水渣 (简称水渣 )或粉煤 灰、石灰和石膏。钢渣是钢渣砖的主要材料,用量占50以上 (重量比 ) 。钢渣的外 观呈亮黑色;粒度一般存5 毫米以下;松散容重约为1400 公斤米 3;自然含水率 为 26;渣中含有 510的钢粒,全铁含量达2628。钢渣砖是以平炉水淬 初期渣为主要原料,掺入部分高炉水渣(或粉煤灰 )和激发剂 ( 石灰和石膏 ),并加水 湿搅拌,经轮碾、压制成型,然后蒸汽养护而制成的。其标号在100 号以上,可广 泛地用于工业与民用建筑中。 1.5.2
12、钢渣用于生产水泥 钢渣中含有与 (硅酸盐) 水泥熟料相似的成分(硅酸二钙和硅酸三钙) ,因此可 做生产水泥的基础原料。高碱度转炉钢渣中两者含量在50以上,中、低碱度的钢 渣中主要为硅酸二钙。钢渣的生成温度在1560以上。而水泥熟料的烧成温度在 1400左右。钢渣的生成温度高,结晶致密,晶粒较大。水化速度缓慢。因此可以 将钢渣称为过烧水泥熟料。以钢渣为主要成分。加入一定量的其他掺合料和适量石 膏,经磨细而制成的水硬性胶凝材料,称为钢渣水泥。 1.5.3 钢渣用于路基垫层 钢渣在路基上能否得到广泛使用, 决定于钢渣是否符合道路工程的各项使用要 求, 钢渣在路基垫层中应用 , 其粒度应控制在60mm
13、 以下, 自然堆放或稍加喷淋3 个月以上其粒度基本符合要求 , 钢渣中游离 CaO随着钢渣龄期的增长而明显减少, 3 个月后基本稳定在 9.5mm达 18% ) ,活性差、 设 备较复杂, 故障率 高,容易粘渣, 设 备投资大。 只能处 理液态渣。 宝钢二炼 钢、马钢、 宣钢 风淬法 用压缩空气作冷却 介质,使液态钢渣 急冷、改质、粒化 安全高效、 排渣快、 工艺成熟,占地面 积较小。污染小, 渣粒性能稳定,粒 度小、均匀且光滑 (5mm ) ,投资少 只能处理液态渣 日本钢管 公司福山 厂、台湾 中钢集 团、重钢 粒化轮法 将液态钢渣落到高 速旋转的粒化轮 上,是熔渣破碎渣 化,喷水冷却 排
14、渣快、适宜于流 动性好的高炉渣 设备磨损大, 寿命 短, 处理量大则水 量小时易发生爆 炸,处理率低。 粒 度不均匀(9.5mm 达 29% ) 沙钢 选择处理工艺一般从钢渣综合利用途径、节能和环境保护、投资等几方面加以 综合考虑,在满足炼钢工艺顺利进行的前提下,结合考虑液态钢渣的黏度和流动性, 12 / 20 选择相对合理的处理工艺,达到渣铁的有效分离,尽量保持钢渣的活性,降低钢渣 的不稳定性。 2.3 我国现阶段钢渣市场的整体状况 目前国内钢渣市场的主要产品(下图) 我国的钢铁工业体积十分庞大, 同时面临着巨大转机。 国家发改委于 2005 年提 出的钢铁产业发展政策中指出“企业应根据发展
15、循环经济的要求,建设污水和 废渣综合处理系统,采用干熄焦,焦炉、高炉、转炉煤气回收和利用,煤气蒸汽 联合循环发电,高炉余压发电、汽化冷却,烟气、粉尘、废渣等能源、资源回收再 利用技术,提高能源利用效率、资源回收利用率和改善环境。” ,以政策带动市场, 推进我国的产业政策改革,而中东部沿海地区在十二五之后,地区内的产业结构升 级刻不容缓,钢渣作为钢铁产业所产生的极为重要的可资源化的产品,其市场前景 也相对比较乐观。 从目前的市场形式来看,钢渣市场的发展仍然十分缓慢,同大宗工业固体废 物综合利用“十二五”规划国家规定的要求75% 有很大差距,具体分析有以下几 个原因: (1) 市场对于钢渣作为二次
16、资源的认识不足,目前对于钢渣的利用主要是获取废 钢,二是对钢渣的性质、资源化工艺、设备,认识不足,没有将钢渣利用作为 发展循环经济的核心内容如认识。 (2) 钢渣的处理仅仅依附于钢铁企业, 而它们对钢渣的利用的生产装备整体落后 13 / 20 重视不足,对于钢渣的处理资金不能及时到位。 (3) 存在地区发展不平衡, 企业大小发展不平衡, 钢渣利用率高的企业基本集中 在东、中部地区,且特大企业做的相对较好。 (4) 政策法规的指导性和可操作性不强,缺乏有效的鼓励和监督机制。 目前我国的钢渣市场尚处于起步阶段,同发达国家相比仍然有很大的距离,市 场方面也没有真正成熟的能在全国推广的钢渣产品,各个企
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