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摘要：为了提高钢渣的合理回收，本文介绍了钢渣的各种处理技术，从而实现了资源化综合利用，并展望了钢渣综合利用的未来前景。
关键字：转炉钢渣 可持续资源化 综合利用 前景
我国是世界上钢产量最大的国家，年产钢超过6亿t，其中钢渣占钢产量的8～10%左右，约有5500万t。随着冶金技术的不断进步，渣与钢的比例正逐步降低。这些钢渣会占用越来越多的土地、污染环境、造成资源的浪费，影响钢铁工业的可持续发展。因此，开发钢渣处理新技术和钢渣的综合利用就成为亟待解决的问题。
1、转炉钢渣处理技术
1.1转炉渣“稳定化”预处理技术
由于转炉钢渣的化学组成及物性的不稳定，使其无法直接被回收，为了更好的解决转炉钢渣的“废物”再利用问题，只有将转炉渣出炉后先进行预处理，处理好的渣一方面利于其中含铁氧化物的回收，另一方面要保证其组成与结构的基本稳定。
传统的转炉渣预处理技术有：
1） 水淬法：
利用高压水嘴喷出的高速水束把熔渣冲碎、冷却而形成的粒渣。此法排渣快，但需大型装载、挖掘和破碎机。宝钢转炉厂从新日铁引进该项技术，用渣罐车将钢渣运入炉渣间，起重机吊起渣罐，将熔渣快速泼于浅平渣盘，泼渣后，喷水冷却。该法可使钢渣淬裂成≤300 mm的块状，处理能力大，快速冷却，与露天渣坑法相比占地面积小，机械化程度高；但多次装卸、冷却钢渣，操作作业量、污水处理量都很大[1]。
2）钢渣余热自解热焖法：
利用400～800℃的高温渣淋水后产生的温度应力及SiO2-Ca0吸水消解后产生的体积膨胀应力使钢渣在冷却的过程中龟裂、粉化的冷却方式。
3） 弃渣法：
鋼渣倒入渣罐冷却后直接运至渣场抛弃。此法工艺简单，但占地面积大、污染环境。
4） 浅盘热泼水淬法：
将转炉排出的流动性好的炉渣，用渣罐倒入特制的大盘中，熔渣自流成渣饼后，喷水使之急冷，渣饼龟裂成大块渣。连续进行三次冷却，使渣进一步龟裂粉化。水渣由渣池捞出沥水后，送去加工。优点是：处理能力大、冷却快速、机械化程度高；缺点是：多次装卸浪费人力、物力，污水处理量大。
5） 露天倒渣水淬法：
一般在偏辟地点设露天渣坑，以保证安全。钢渣由渣罐车运至坑旁，倒渣于坑内，用水淬渣，钢渣水淬裂成块后，进行磁选和筛分。这种方法较原始，设施少，操作简便，但需用宝贵的土地资源挖坑。此外，水淬后污水、蒸汽和粉尘直接排放，对周围环境污染严重，地坑极易积水，安全没有保障[2]。
6） 风碎法（钢渣风碎理化技术）：
渣罐装渣后，运到风淬装置处，倾翻渣罐，熔渣经过中间罐流出，被一种特殊喷嘴喷出的空气吹散，破碎成微粒，在罩式锅炉内回收高温空气和微粒渣中所散发的热量并捕集渣粒[3]。
1.2钢渣转碟法干法处理技术
1.3转炉钢渣微粉技术
钢渣微粉研究是近几年来兴起的热门技术，其开发利用前景广阔。微粉技术不但彻底消除了作为水泥生料混合原料的易磨性，而且转化为新型建材将直接推动水泥的均化品质。钢渣微粉制作水泥起到了降低 CO2 污染源排放作用和提高了资源的高附加值利用。因此，钢渣微粉技术是钢渣资源化利用技术转化为生产力的集中体现，表示了钢渣资源化利用技术的全面进步。
1.4铸余渣处理技术
铸余渣是钢包内的钢水经连铸或铸锭后所剩余的钢水和渣的混合物，其处理流程[5]为：先对空渣罐进行喷涂，然后再进行垫罐放置格栅，放好以后将渣倒入渣罐，运输至渣处理点进行热泼；热泼后把欲加工渣归堆集中、再通过皮带式装载机转至破碎点加工成合格料，最终转化成合格渣。优点是：延长了渣灌使用寿命，节约了资源，降低了环境污染。
2、钢渣资源化综合利用
炼钢生产主要包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸等几个生产环节。在炼钢过程中会产生铁水预处理渣、炼钢炉渣、炉外精炼渣、连铸保护渣等。一般来说，钢渣综合利用的途径，主要包括水泥、农业、医药用方面、陶瓷行业、工程应用、冶金工业等几个领域。
2.1生产为水泥的应用
钢渣生产的水泥主要有钢渣矿渣水泥、钢渣矿渣硅酸盐水泥、钢渣沸石水泥、白钢渣水泥（钢渣白水泥）等。孙家英等[6]以无熟料转炉渣水泥（ 熟料用量≤5%） 代替普通硅酸盐水泥，发现无熟料转炉渣水泥可以提高水泥稳定再生集料的延时强度。杨杨等[7]采用高温煅烧石膏激发转炉渣的活性，制得了强度达到42.5 MPa的转炉渣无熟料水泥，其安定性和膨胀性均符合国家标准。王玉吉等[8～10]研究转炉渣及其在水泥应用中的胶凝性问题，也取得一定的效果。国内一般认为转炉渣在生料中的掺量以10～15%为宜，但也有专家认为掺量可达20～30%。
2.2钢渣在农业方面的应用
钢渣是一种以钙、硅氧化物为主的复合矿质肥料，含多种养分、具有速效又有后劲。钢渣中含有微量的锌、锰、铁、铜等元素，对缺乏此元素的不同土壤和不同作物，也同时起不同程度的肥效作用。
1） 钢渣做磷肥
不仅钢渣磷肥（P205>10%）肥效显著，即使是普通钢渣（4～7% P205）也有肥效；不仅适用于酸性土壤，而且在缺磷碱性土壤使用也可增产；不仅水田施用效果好，即使是旱田钢渣肥效仍起作用。我国许多地区土壤缺磷或呈酸性，充分合理利用钢渣资源，将促进农业发展，一般可增产5～10%。
2）钢渣作硅肥
硅是水稻生长需要量大的元素，它有提高其抗病虫害的能力。将SiO2含量>15%钢渣细磨至60目以下，可用于水稻施肥，但需要量较大时才具有增产效果。水稻施用钢渣制作的硅肥，能抗病虫害，有稻谷生长饱满，空壳率低，干粒重等优点。 3）钢渣作钾肥
利用钢渣生产缓释性钾肥，是近年来资源化利用钢渣的一种新兴技术。其生产工艺为在炼钢铁水进行脱硅处理时，将碳酸钾（K2CO3）连续加入到铁水包内，在向包内吹入的氮气的搅动下融入炉渣中，铁水脱硅处理后的炉渣经冷却后磨成粉状肥料。
4）钢渣作复合微量元素肥料
施用微量元素肥料的重要性已逐渐被人们所重视，随着化肥施用技术的发展，制约农作物的生长的因素已经转为氮、磷、钾以外的锌、锰、铁、硼、铝等微量元素。将复合肥料作为农业基肥施用到所耕种的土壤里，可以解决长期耕作土壤的综合缺素问题，并增加作物内的微量元素含量水平，提高其品质。
5）作酸性土壤改良剂
含钙约50%的钢渣，磨细后，可用作土壤改良剂，调整土壤的酸碱度并供给土壤钙素营养，同时也达到利用钢渣中P、S等有益元素的目的。钢渣是无毒的，但相关的长期性对地下水的污染以及对生物毒理学的研究不多，目前还缺少钢渣对环境影响的基础性定量研究。因此钢渣产品作为农用肥应进行定期测定。
2.3钢渣在医药用价值方面的应用
在国外有一些国家，为了充分利用转炉炉渣中硫、钙、镁、铁等化合物含量较高的特性，将钢渣溶于水中形成矿化水，可以用来治疗风湿性关节炎、皮肤病以及神经痛等疾病，开辟了钢渣在医学中的使用。
2.4转炉渣作工程材料的应用
转炉渣作为道路建筑材料，美国和日本等认为转炉渣力学性能较轧制碎石好，不但稳定性好、不滑移、强度高及耐磨，而且具有一定的水化活性，适合作为沥青混合料和基层料，并制定了转炉渣道路集料的技术标准和施工规范[11]。由于钢渣具有一定的活性，能板结成大块，特别适于沼泽地筑路。还广泛应用于各种路基材料、修砌加固堤坝、填海工程和工程回填等方面代替天然碎石。
2.5钢渣作陶瓷产品的应用
钢渣的基本化学组成就是硅酸盐成分，其成分一般都在微晶玻璃形成范围内，能满足制備微晶玻璃化学组分的要求，可以提高钢渣的利用率和减轻环境污染。美国的Agarwal G等人[12]利用钢铁炉渣制造富CaO的微晶玻璃陶瓷，具有比普通玻璃高2倍的耐磨性及较好的耐化学腐蚀性。西欧的Goktas AA[13]用废钢铁炉渣制造出透明玻璃和彩色玻璃陶瓷，拟用作墙面装饰块及地面瓷砖，拟用作墙面装饰块及地面瓷砖。
2.6在冶金领域的应用
2.6.1回收有益金属及其氧化物的应用
2.6.2微波加热还原钢渣回收磷的应用
传统转炉渣除磷方法包括浮选法、磁选法和还原法。而微波作为一个新兴学科应用于冶金过程，可以利用其所具有的对吸波材料体积加热、选择性加热特点的热效应，有选择地促进化学反应的进行。利用微波处理钢渣还原回收磷，则钢渣脱磷率和气化脱磷率相应地比传统方式脱磷更高。优点是：升温快速、节约能源、全程惰性气体保护、降低环境污染。
2.6.3生产钢渣砖的应用
钢渣砖通常是以粉状钢渣和水淬钢渣为主要原料，掺入部分高炉水渣或粉煤灰和激发剂（石灰、石膏粉），加水搅拌，经各种处理手段制成的建筑用砖。此工艺简单、成本低、性能好、能耗低、生产周期短及投产快等特点。
2.6.4熔渣作冶炼熔剂的应用
3、转炉渣综合利用前景
利用各种处理技术，将转炉渣物性特性改变为适宜各种用途的新特性，正成为国内外研究热点。其好处在于： 利于促成转炉渣低成本、大宗量、多途径的综合利用技术的根本性的突破；不足之处：因为针对性强，某些改性方式的普适性和移植性相对较差。
1）提高钢铁渣的潜在利用价值和回收有益元素是今后钢铁渣利用应遵循的方向之一。
2）以提升转炉渣的资源特性为主旨，从本质上解决其劣质资源问题，并向大宗量、多途径、高附加值利用方向发展。
3）以实现真正意义上转炉渣高效利用与全部利用为目的，开发钢渣处理新技术和综合利用新工艺，将是转炉渣未来发展的大趋势。
参考文献：
[1]吴启兵，杨家宽，肖波．钢渣热态资源化利用新技术[J]．工业安全与环保，2001，27（9）：11～13．
[2]宋坚民．几种钢渣处理技术[J]．上海金属，1999，21（5）：14～17．
[3]王雄，吴引淳．冶金炉渣资源化探讨[J]．河南冶金，2006（14）：21～24．
[4]Barry Feetherstone．Slag treatment improvement by dry granulation[J]．Iron and steel Engineer，1998，（7）．
[5]李希军，田月平．铸余渣的综合利用和利用技术[J]．中国科技纵横，2010，15．
[6]孙家瑛，耿健． 无熟料钢渣水泥稳定再生集料性能研究与应用[J]． 建筑材料学报，2010，13（ 1） ： 52～56．
[7]杨杨，许四法，方诚．电炉钢渣胶凝材料的研究[J]．浙江工业大学学报，1995，23（ 4） ： 348～353．
[8]王玉吉，叶贡欣．氧气转炉钢渣主要矿物相及其胶凝性能的研究[J]．硅酸盐学报，1981，9（ 3）：302～308．
[9]朱明，胡曙光，丁庆军．钢渣用作水泥基材料的问题研讨[J]．武汉理工大学学报，2005，27（ 6） ： 48～51．
[10]侯新凯，李文卿，范莲花．钢渣代替铁粉配料生产优质熟料[J]．水泥工程，1996（ 6） ： 30～34．
[11]舒型武．钢渣特性及其综合利用技术[J]．有色冶金设计与研究，2007，28（ 5） ： 31～34．
[12]Agarwal G，Speyer RF．Devitrifying Cupola slag for Use in Abrasive Products[J]．JOM，1992，44（3）：32～37．
[13]Goktas AA．Manufacture and Properties of Slag-based Transparent glass and Light Coloured Glass-ceramic[J]．Second International Ceramics Congress，1994：405～413．
[14]树振．钢渣在炼钢领域中的应用[J]．炼钢，1998，（6）：54～59．
关键字：转炉钢渣 可持续资源化 综合利用 前景
我国是世界上钢产量最大的国家，年产钢超过6亿t，其中钢渣占钢产量的8～10%左右，约有5500万t。随着冶金技术的不断进步，渣与钢的比例正逐步降低。这些钢渣会占用越来越多的土地、污染环境、造成资源的浪费，影响钢铁工业的可持续发展。因此，开发钢渣处理新技术和钢渣的综合利用就成为亟待解决的问题。
1、转炉钢渣处理技术
1.1转炉渣“稳定化”预处理技术
由于转炉钢渣的化学组成及物性的不稳定，使其无法直接被回收，为了更好的解决转炉钢渣的“废物”再利用问题，只有将转炉渣出炉后先进行预处理，处理好的渣一方面利于其中含铁氧化物的回收，另一方面要保证其组成与结构的基本稳定。
传统的转炉渣预处理技术有：
1） 水淬法：
利用高压水嘴喷出的高速水束把熔渣冲碎、冷却而形成的粒渣。此法排渣快，但需大型装载、挖掘和破碎机。宝钢转炉厂从新日铁引进该项技术，用渣罐车将钢渣运入炉渣间，起重机吊起渣罐，将熔渣快速泼于浅平渣盘，泼渣后，喷水冷却。该法可使钢渣淬裂成≤300 mm的块状，处理能力大，快速冷却，与露天渣坑法相比占地面积小，机械化程度高；但多次装卸、冷却钢渣，操作作业量、污水处理量都很大[1]。
2）钢渣余热自解热焖法：
利用400～800℃的高温渣淋水后产生的温度应力及SiO2-Ca0吸水消解后产生的体积膨胀应力使钢渣在冷却的过程中龟裂、粉化的冷却方式。
3） 弃渣法：
鋼渣倒入渣罐冷却后直接运至渣场抛弃。此法工艺简单，但占地面积大、污染环境。
4） 浅盘热泼水淬法：
将转炉排出的流动性好的炉渣，用渣罐倒入特制的大盘中，熔渣自流成渣饼后，喷水使之急冷，渣饼龟裂成大块渣。连续进行三次冷却，使渣进一步龟裂粉化。水渣由渣池捞出沥水后，送去加工。优点是：处理能力大、冷却快速、机械化程度高；缺点是：多次装卸浪费人力、物力，污水处理量大。
5） 露天倒渣水淬法：
一般在偏辟地点设露天渣坑，以保证安全。钢渣由渣罐车运至坑旁，倒渣于坑内，用水淬渣，钢渣水淬裂成块后，进行磁选和筛分。这种方法较原始，设施少，操作简便，但需用宝贵的土地资源挖坑。此外，水淬后污水、蒸汽和粉尘直接排放，对周围环境污染严重，地坑极易积水，安全没有保障[2]。
6） 风碎法（钢渣风碎理化技术）：
渣罐装渣后，运到风淬装置处，倾翻渣罐，熔渣经过中间罐流出，被一种特殊喷嘴喷出的空气吹散，破碎成微粒，在罩式锅炉内回收高温空气和微粒渣中所散发的热量并捕集渣粒[3]。
1.2钢渣转碟法干法处理技术
1.3转炉钢渣微粉技术
钢渣微粉研究是近几年来兴起的热门技术，其开发利用前景广阔。微粉技术不但彻底消除了作为水泥生料混合原料的易磨性，而且转化为新型建材将直接推动水泥的均化品质。钢渣微粉制作水泥起到了降低 CO2 污染源排放作用和提高了资源的高附加值利用。因此，钢渣微粉技术是钢渣资源化利用技术转化为生产力的集中体现，表示了钢渣资源化利用技术的全面进步。
1.4铸余渣处理技术
铸余渣是钢包内的钢水经连铸或铸锭后所剩余的钢水和渣的混合物，其处理流程[5]为：先对空渣罐进行喷涂，然后再进行垫罐放置格栅，放好以后将渣倒入渣罐，运输至渣处理点进行热泼；热泼后把欲加工渣归堆集中、再通过皮带式装载机转至破碎点加工成合格料，最终转化成合格渣。优点是：延长了渣灌使用寿命，节约了资源，降低了环境污染。
2、钢渣资源化综合利用
炼钢生产主要包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸等几个生产环节。在炼钢过程中会产生铁水预处理渣、炼钢炉渣、炉外精炼渣、连铸保护渣等。一般来说，钢渣综合利用的途径，主要包括水泥、农业、医药用方面、陶瓷行业、工程应用、冶金工业等几个领域。
2.1生产为水泥的应用
钢渣生产的水泥主要有钢渣矿渣水泥、钢渣矿渣硅酸盐水泥、钢渣沸石水泥、白钢渣水泥（钢渣白水泥）等。孙家英等[6]以无熟料转炉渣水泥（ 熟料用量≤5%） 代替普通硅酸盐水泥，发现无熟料转炉渣水泥可以提高水泥稳定再生集料的延时强度。杨杨等[7]采用高温煅烧石膏激发转炉渣的活性，制得了强度达到42.5 MPa的转炉渣无熟料水泥，其安定性和膨胀性均符合国家标准。王玉吉等[8～10]研究转炉渣及其在水泥应用中的胶凝性问题，也取得一定的效果。国内一般认为转炉渣在生料中的掺量以10～15%为宜，但也有专家认为掺量可达20～30%。
2.2钢渣在农业方面的应用
钢渣是一种以钙、硅氧化物为主的复合矿质肥料，含多种养分、具有速效又有后劲。钢渣中含有微量的锌、锰、铁、铜等元素，对缺乏此元素的不同土壤和不同作物，也同时起不同程度的肥效作用。
1） 钢渣做磷肥
不仅钢渣磷肥（P205>10%）肥效显著，即使是普通钢渣（4～7% P205）也有肥效；不仅适用于酸性土壤，而且在缺磷碱性土壤使用也可增产；不仅水田施用效果好，即使是旱田钢渣肥效仍起作用。我国许多地区土壤缺磷或呈酸性，充分合理利用钢渣资源，将促进农业发展，一般可增产5～10%。
2）钢渣作硅肥
硅是水稻生长需要量大的元素，它有提高其抗病虫害的能力。将SiO2含量>15%钢渣细磨至60目以下，可用于水稻施肥，但需要量较大时才具有增产效果。水稻施用钢渣制作的硅肥，能抗病虫害，有稻谷生长饱满，空壳率低，干粒重等优点。 3）钢渣作钾肥
利用钢渣生产缓释性钾肥，是近年来资源化利用钢渣的一种新兴技术。其生产工艺为在炼钢铁水进行脱硅处理时，将碳酸钾（K2CO3）连续加入到铁水包内，在向包内吹入的氮气的搅动下融入炉渣中，铁水脱硅处理后的炉渣经冷却后磨成粉状肥料。
4）钢渣作复合微量元素肥料
施用微量元素肥料的重要性已逐渐被人们所重视，随着化肥施用技术的发展，制约农作物的生长的因素已经转为氮、磷、钾以外的锌、锰、铁、硼、铝等微量元素。将复合肥料作为农业基肥施用到所耕种的土壤里，可以解决长期耕作土壤的综合缺素问题，并增加作物内的微量元素含量水平，提高其品质。
5）作酸性土壤改良剂
含钙约50%的钢渣，磨细后，可用作土壤改良剂，调整土壤的酸碱度并供给土壤钙素营养，同时也达到利用钢渣中P、S等有益元素的目的。钢渣是无毒的，但相关的长期性对地下水的污染以及对生物毒理学的研究不多，目前还缺少钢渣对环境影响的基础性定量研究。因此钢渣产品作为农用肥应进行定期测定。
2.3钢渣在医药用价值方面的应用
在国外有一些国家，为了充分利用转炉炉渣中硫、钙、镁、铁等化合物含量较高的特性，将钢渣溶于水中形成矿化水，可以用来治疗风湿性关节炎、皮肤病以及神经痛等疾病，开辟了钢渣在医学中的使用。
2.4转炉渣作工程材料的应用
转炉渣作为道路建筑材料，美国和日本等认为转炉渣力学性能较轧制碎石好，不但稳定性好、不滑移、强度高及耐磨，而且具有一定的水化活性，适合作为沥青混合料和基层料，并制定了转炉渣道路集料的技术标准和施工规范[11]。由于钢渣具有一定的活性，能板结成大块，特别适于沼泽地筑路。还广泛应用于各种路基材料、修砌加固堤坝、填海工程和工程回填等方面代替天然碎石。
2.5钢渣作陶瓷产品的应用
钢渣的基本化学组成就是硅酸盐成分，其成分一般都在微晶玻璃形成范围内，能满足制備微晶玻璃化学组分的要求，可以提高钢渣的利用率和减轻环境污染。美国的Agarwal G等人[12]利用钢铁炉渣制造富CaO的微晶玻璃陶瓷，具有比普通玻璃高2倍的耐磨性及较好的耐化学腐蚀性。西欧的Goktas AA[13]用废钢铁炉渣制造出透明玻璃和彩色玻璃陶瓷，拟用作墙面装饰块及地面瓷砖，拟用作墙面装饰块及地面瓷砖。
2.6在冶金领域的应用
2.6.1回收有益金属及其氧化物的应用
2.6.2微波加热还原钢渣回收磷的应用
传统转炉渣除磷方法包括浮选法、磁选法和还原法。而微波作为一个新兴学科应用于冶金过程，可以利用其所具有的对吸波材料体积加热、选择性加热特点的热效应，有选择地促进化学反应的进行。利用微波处理钢渣还原回收磷，则钢渣脱磷率和气化脱磷率相应地比传统方式脱磷更高。优点是：升温快速、节约能源、全程惰性气体保护、降低环境污染。
2.6.3生产钢渣砖的应用
钢渣砖通常是以粉状钢渣和水淬钢渣为主要原料，掺入部分高炉水渣或粉煤灰和激发剂（石灰、石膏粉），加水搅拌，经各种处理手段制成的建筑用砖。此工艺简单、成本低、性能好、能耗低、生产周期短及投产快等特点。
2.6.4熔渣作冶炼熔剂的应用
3、转炉渣综合利用前景
利用各种处理技术，将转炉渣物性特性改变为适宜各种用途的新特性，正成为国内外研究热点。其好处在于： 利于促成转炉渣低成本、大宗量、多途径的综合利用技术的根本性的突破；不足之处：因为针对性强，某些改性方式的普适性和移植性相对较差。
1）提高钢铁渣的潜在利用价值和回收有益元素是今后钢铁渣利用应遵循的方向之一。
2）以提升转炉渣的资源特性为主旨，从本质上解决其劣质资源问题，并向大宗量、多途径、高附加值利用方向发展。
3）以实现真正意义上转炉渣高效利用与全部利用为目的，开发钢渣处理新技术和综合利用新工艺，将是转炉渣未来发展的大趋势。
参考文献：
[1]吴启兵，杨家宽，肖波．钢渣热态资源化利用新技术[J]．工业安全与环保，2001，27（9）：11～13．
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[7]杨杨，许四法，方诚．电炉钢渣胶凝材料的研究[J]．浙江工业大学学报，1995，23（ 4） ： 348～353．
[8]王玉吉，叶贡欣．氧气转炉钢渣主要矿物相及其胶凝性能的研究[J]．硅酸盐学报，1981，9（ 3）：302～308．
[9]朱明，胡曙光，丁庆军．钢渣用作水泥基材料的问题研讨[J]．武汉理工大学学报，2005，27（ 6） ： 48～51．
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