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來源：互聯網

鋼渣（英文名：Steel slag），是鋼廠在煉鋼過程中排出的工業固體廢棄物，是鋼鐵行業的主要大宗固廢之一，其化學組分與水泥類似，是一種具有潛在活性的膠凝材料，約占鋼產量的12%-15%，主要包括轉爐渣、電爐渣、鑄余渣、平爐渣等，其中轉爐渣呈橢圓形結構，電爐渣則是片狀結晶結構。

鋼渣是使用轉爐、電爐、平爐等煉鋼排出的渣，主要由鈣、鐵、硅、鎂等氧化物組成，質地堅硬，難磨，鋼渣可在鋼廠內循環利用；例如對鋼渣進行還原改性回收鐵和渣，再通過進一步加工處理制備出目標產品，如微晶玻璃、保溫材料等。也可應用于燒結材料，如陶瓷磚、水泥等。另外鋼渣還可用于橡膠填料、筑路材料和改良土壤。鋼渣的處理工藝主要有冷棄法、熱潑法、盤潑法、熱悶法、水淬法、滾筒法和風淬法等。

基本組成

化學成分

鋼渣的主要化學成分為氧化鈣(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化鐵(Fe2O3)、氧化鋁(Al2O3)和氧化鎂(MgO)，并含有微量的MnO、P2O5和TiO2。鋼渣的化學成分變化很大，CaO含量約為20%~55%，SiO2含量約為10%~24%。

礦物成分

鋼渣的礦物組成有硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)、鈣鎂橄欖石(CaMg[SiO4])、氫氧化鋁鐵四鈣(C4AF)、高鐵酸二鈣(C2F)、Mg2+、Fe2+、Mn2+的氧化物固溶體、游離氧化鈣(f-CaO)等。

主要性質

鋼渣冷卻后，其顏色由本身的堿度決定，通常情況下，鋼渣堿度低呈現為灰色，鋼渣堿度高表現出褐灰色。渣塊松散不粘結，質地堅硬密孔隙較少。其密度為3.0~3.5g/cm3，由于含鐵導致其較難磨，易磨指數為0.7（標準砂為1）。渣坨和渣殼結晶細密、界限分明、斷口整齊。自然冷卻的鋼渣堆放一段時間后發生膨脹風化，變成土塊狀和粉狀。

鋼渣有較好的抗壓性能，壓碎值為20%~32%，出渣溫度高達1400~1600℃，蘊含著大量的熱能。熔融鋼渣的比熱容約為1.2kJ/(千克℃)，如果回收熱量前后熔渣的溫度分別以1400℃和500℃計，則每噸鋼渣可回收1.2GJ的顯熱，大約相當于41kg標準煤完全燃燒后所產生的熱量。

主要類別

由于煉鋼過程中使用的原料和冶煉工序多種多樣，鋼渣的礦物組成不盡相同。大部分鋼渣可分為三大類：氧氣轉爐渣（Basic 氧工業電爐 slag）、高爐渣（Blast furnace slag）和電弧爐渣（Electric arc furnace slag）。轉爐渣略微具有橢圓形結構，電爐渣則是片狀結晶結構。其中轉爐渣最多，約占中國鋼渣總量的70%。

鋼渣處理工藝

鋼渣的處理工藝主要有冷棄法、熱潑法、盤潑法、熱悶法、水淬法、滾筒法和風淬法。目前中國鋼渣處理主要以熱悶法、熱潑法、滾筒法三種工藝為主，風淬法在韓國應用較多，冷棄法主要應用于日本，德國、加拿大、英國、印度等國家鋼渣主要采用熱潑法處理。

冷棄法

冷棄法是指鋼渣從煉鋼爐進入渣罐后，直接運至渣場，然后泵水加速鋼渣的淬化，進行鋼渣處理。其優點是設備及投資少，缺點是處理后的鋼渣塊度大，而且渣鋼粘的渣比較多；渣場占地面積大；陳化時間長，通常要陳化一個月以上；尾渣綜合利用不大方便。

熱潑法

熱潑法是將高溫熱態鋼渣倒入渣罐內，通過渣罐車運輸到渣處理車間，然后將罐中的渣鋪攤在固定的渣處理場地上，向表面噴灑一定量的冷卻水，完成快速冷卻，同時在溫度驟降產生極限應力的作用下，鋼渣快速開裂，加快破碎。等到大多數水分蒸發完，用鏟車進行翻混，然后多次噴灑適量的冷卻水，大約兩到三天后鋼渣徹底凝固，用鏟車裝運到下一處理車間進行再破碎和磁選。熱潑法的優點是，處理后的鋼渣粉化膨脹率達到97%以上，能夠更好地實現渣鐵分離。缺點是渣處理占地面積大，耗水量大，而且中間過程鏟車的二次裝運會產生大量粉塵和蒸汽，無組織排放，對環境污染嚴重；渣鐵分離難，熱潑渣粒度不均勻，容易結塊等。

盤潑法

盤潑法是將熔融鋼渣倒人渣罐，運到盤潑車間，倒入受渣淺盤，形成100mm厚渣層，再灑水急冷，使鋼渣沖卻并破裂，溫度降到500℃時，倒入受渣車，第二次灑水冷卻，溫度降到90一200℃，倒人渣池，冷卻至70℃，用抓斗抓出，送后一道工序。處理后的渣，大部分粒徑為30mm以下的碎塊或碎粒。

熱悶法

熱悶法是將熱態渣通過渣罐車或渣罐吊倒入悶熱池 ( 或悶罐) ，然后進行噴水、封罐、熱悶，反復熱悶12小時左右。在封閉的空間內產生大量蒸汽，同時具有一定的溫度和壓力，經過物理化學反應，使飽和水蒸氣與渣中游離的金屬氧化物反應，達到破碎、粉化的目的。該工藝的主要特點是處理周期短，與現代煉鋼節奏匹配；處理過程自動化程度高；處理過程煙氣有組織排放，運行過程環保達標；粉化率高，便于后續破碎篩分磁選。

水淬法

水淬法的處理方法是液態渣在流動下降過程中被壓力水切割破碎，高溫熔渣遇水急冷收縮產生應力集中而破裂，并在水幕中粒化。水淬法的有點是能更好的節省處理場地，設備投資小，對環境的污染程度較輕。缺點是易發生爆炸，鋼渣粒度無法保證均勻性，只適合液態渣的處理。

滾筒法

滾筒法處理流程：熱熔鋼渣-滾簡裝置-鏈板輸送機振動給料器-渣鋼分離-分流-外運。滾筒法鋼渣處理率85%以上，處理過程清潔環保，處理后的鋼渣穩定性好，可直接用于制造產品。滾筒法主要在寶鋼和馬鋼應用

風淬法

風淬法處理流程：熱熔鋼渣-渣罐中間包-風淬粒化器-皮帶帶至堆場進行后續分選。該工藝具有金屬回收率低，占污染大，處地小，理率低的特點，適用流動性好的渣，流程短，鋼渣呈球形顆粒，粒度均勻，屬中砂和粗砂范圍，風淬法主要在馬鋼和石鋼應用。

主要加工工藝

鋼渣一般需要二次加工以后才能進行應用，普遍的加工方式一般為將鋼渣破碎、粉磨、分揀挑選以及陳化堆存。

破碎

鋼渣多成塊狀，且硬度大，采用破碎比大、耐用的顎式破碎機對鋼渣進行粗碎，進入粗碎的鋼渣粒度一般在300mm左右。粗碎過后粒度小于100mm的鋼渣進入細碎碎石機（如圓錐式破碎機），否則返回粗破。細破后如果粒度能達到相應磨機的入磨粒度要求，那么可以直接送入磨機內進行研磨，否則需要送入細粒破碎機進行二次破碎。

粉磨

僅僅通過破碎機無法將鋼渣徹底打碎，還需將鋼渣進行研磨，常用磨機有：鋼渣球磨機、鋼渣棒磨機和鋼渣立磨機。目前不少鋼渣微粉生產企業采用多段聯合粉磨工藝，主流工藝有：軋機+球磨；棒磨+立磨；立磨+球磨等。磨機的選擇應根據實際生產需求具體選擇，如對鋼渣成品均勻度要求較高，則可選擇鋼渣棒磨機；若對鋼渣研磨成品需求為粉狀，則可選擇多段粉磨工藝設備；若要盡可能提高鋼渣粉活性則可采用超細球磨技術。

分選

鋼渣一般含有10%-30%的金屬鐵，其回收不但可以提高鋼鐵冶金原料的利用率，為鋼鐵企業帶來巨大的經濟效益，同時也是鋼渣綜合利用的先決條件。國內鋼鐵企業采用的鋼渣選鐵工藝方法一般為多段破碎和磁選相結合。其中：磁選機有懸掛式永磁除鐵器、平板磁選機、強磁磁選機、永磁筒式磁選機、管式磁選機等；篩子有格篩、單層振動篩和雙層振動篩；設備之間用皮帶運輸機和提升機連接。

陳化處理

鋼渣中存在f-CaO，將f-CaO消除的最好方式就是將鋼渣陳化堆存，使得鋼渣性能趨于穩定，以便下一步的處理與應用。雖然陳化處置是消除膨脹組分的簡單有效方法，但是陳化需經歷漫長的過程。陳化處置時會占用大量堆放場地，且在陳化過程中鋼渣膨脹粉化，活性有所降低。為了縮短陳化時間，日本開發了溫水陳化、蒸汽陳化和蒸汽加壓陳化法。現已有多家鋼鐵公司建有蒸汽陳化鋼渣設施。

鋼渣利用

利用價值

鋼渣的出渣溫度高達1400℃~1600℃，蘊含著大量的熱能。熔融鋼渣的比熱容約為1.2kJ/(千克℃)，如果回收熱量前后熔渣的溫度分別以1400℃和500℃計，則每噸鋼渣可回收1.2GJ的顯熱，大約相當于41kg標準煤完全燃燒后所產生的熱量。同時，鋼渣含有金屬鐵，可以作為鐵資源回收；由于含有硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)及鐵鋁酸鹽等礦相，使得鋼渣具有一定的膠凝活性，具有膠凝材料使用價值。

鋼渣綜合利用技術

利用概況

日本、德國鋼渣利用率超過95%，日本鋼渣的主要利用途徑包括外銷、自用和填埋。德國的鋼渣主要用于土木建筑、磷肥和鋼廠內循環。美國的鋼渣利用率超過98%，其中用于燒結和高爐再利用、筑路方面利用的鋼渣用量占總鋼渣利用量的65%以上。瑞典通過鋼渣改性技術，將鋼渣用于水泥的生產。加拿大處理后的鋼渣主要用于道路建設。阿拉伯地區利用電爐鋼渣作為混凝土摻合料配制出屬性更好的混凝土。中國鋼渣利用率約30%。

工業

鋼廠內循環利用；對鋼渣進行還原改性回收鐵和渣，再通過進一步加工處理制備出目標產品，如微晶玻璃、保溫材料等。在冶煉造渣過程，鋼渣在鋼液表面處于噴濺狀態，有部分鋼液以鋼珠形態和鋼渣粘附包裹在一起，隨渣排出。所以，鋼渣中含有約5%~10%的金屬鐵以及20%左右的含鐵相，冷卻粒化后的鋼渣經過破碎、篩分、磁選選出渣鋼和磁選粉。通過工藝控制可以獲得鐵品位＞85%的渣鋼，直接返回煉鋼。獲得鐵品位＞40%磁選粉，可直接返回燒結使用。同時獲得金屬鐵低于2%的尾渣，根據產品性能要求，通過不同的處理手段，制備出不同性能的產品。但是由于鋼渣中僅含有20%~30%左右的含鐵相，超過70%的鋼渣尾渣不能在鋼廠內循環。

應用于燒結材料，如陶瓷磚、水泥等。在硅酸鹽水泥中按一定比例摻入鋼渣粉可制備出鋼渣硅酸鹽水泥、低燒鋼渣水泥、鋼渣道路水泥等水泥品種。目前中國已有《鋼渣硅酸鹽水泥（GB13590）》《低熱鋼渣礦渣水泥（YB/T057）》《鋼渣道路水泥（YB4098）》《鋼渣砌筑水泥（YB4099）》的標準和產品。由于摻鋼渣的水泥自身性能特性，其只能用于要求較低的建筑物。另外鋼渣還可用于橡膠填料。

道路材料

鋼渣擁有較高耐磨性和硬度，處理后安定性良好的鋼渣尾渣可用于道路墊層、基層和面層，也可作瀝青混凝土路面，提高公路抗壓、抗折強度，改變公路抗彎沉性能。用做道路材料是大量消納鋼渣的一種有效途徑，但隨著時間的延長，鋼渣中f-CaO的會慢慢消解，導致地基開裂，出現安全事故。

鋼渣磚制備

經穩定化處理后的鋼渣和粒化高爐礦渣為主要原料摻入少量激發劑可產生建筑用磚，地面磚和砌塊等建筑材料，其強度和耐久性高于粘土磚。鋼渣用做骨料制備鋼渣磚，會導致磚體開裂粉化，破壞鋼渣磚強度。

環境工程

鋼渣中含有大量的堿性氧化物，既能與廢水或土壤中的重金屬離子發生化學反應，也可用于CO2的捕集和封存，是處理廢水的理想吸附劑。

農業

鋼渣作為堿性渣可以用于酸性土壤中，其中的CaO、MgO可改良土壤土質。鋼渣中含有豐富的Ca、Si、P等元素和各種微量元素，有利于作物的生長，且高溫煅燒后的鋼渣中這些元素的溶解度大大提高。

發展趨勢

應用趨勢

由于鋼渣含有金屬鐵，使得鋼渣可以作為鐵資源回收的物質；由于含有C3S、C2S及鐵鋁酸鹽等礦相，使得鋼渣具有一定的膠凝活性，具有膠凝材料使用價值。如果能夠實現鋼渣廢熱、鐵資源、尾渣的回收利用，是實現鋼鐵企業節能減排、增效降碳的重要手段，并助力“雙碳”目標的實現。

面臨挑戰

鋼渣的穩定性不良

在潮濕的環境下，鋼渣中的游離氧化鈣( f - Cao)遇水生成氫氧化鈣[Ca (OH) 2 ]體積增大達1-2倍；當鋼渣內含硫量> 3%時，鋼渣中的硫化亞鐵[ FeS]和硫化亞錳[MnS ]與水生成氫氧化鐵膠體[ Fe (OH) 2 ]和氫氧化錳[Mn (OH) 2 ] ，體積將分別增大35%-40%及25%-30%；硅酸鹽晶體轉化鋼渣中的硅酸二鈣在500～845℃溫度區間內，由α及β型向γ型晶體轉變，體積增大10%-20%，致使鋼渣碎裂。