高建勇杜根杰，石曉莉杜建磊張 銘

（1.中循新科環(huán)保科技（北京）有限公司；2.北京固廢通固廢資源化利用有限公司）

中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，黑色與有色冶金工業(yè)功不可沒。國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2020 年我國粗鋼產(chǎn)量10.6 億t，10 種有色金屬產(chǎn)量6 188.4 億t，伴隨而來的是大量的冶金固體廢物。據(jù)工業(yè)固廢網(wǎng)統(tǒng)計，2020 年，我國共產(chǎn)生工業(yè)固體廢物37.87 億t，其中冶金渣6.89億t，占比18.19%［1］，是除尾礦及煤矸石以外產(chǎn)生量第三的大宗工業(yè)固體廢物。冶金渣的堆存占用大量土地的同時，也給空氣、土壤及水資源帶來了巨大的污染風(fēng)險，造成沉重的環(huán)境負(fù)擔(dān)，“雙碳”背景下，加強(qiáng)冶金渣的綜合利用已刻不容緩。

1 冶金渣的分類

冶金渣是冶金工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種固體廢棄物，主要包括鋼鐵冶金渣（高爐渣、鋼渣、鐵合金渣、鋼鐵塵泥等）、有色冶煉渣（銅渣、鉛渣、鋅渣、鎂渣等）、電解錳渣和赤泥，此文統(tǒng)稱冶金渣。因赤泥產(chǎn)生量巨大，本文僅針對前3種冶煉渣進(jìn)行討論。

高爐渣是高爐煉鐵過程中產(chǎn)生的多孔、無定形硅酸鹽熔融副產(chǎn)物，主要成分為CaO、MgO、SiO2及Al2O3，與天然礦石類似，同時具有潛在的化學(xué)活性［2］；鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的熔融態(tài)固體廢棄物，化學(xué)成分復(fù)雜，波動性大，同時由于游離氧化鈣及游離氧化鎂的存在，安定性差，給其綜合利用帶來極大的難度［3］；鋼鐵塵泥是鋼鐵全流程冶煉及軋制過程中產(chǎn)生含鐵固體廢物，同時含有不等量有價金屬鋅，具有一定回收價值［4］。

有色冶煉渣種類繁多，以銅渣為例，銅渣是銅冶煉過程中產(chǎn)生的含鐵鉛鋅固體廢物，屬于典型有色冶煉渣，可分為鼓風(fēng)爐冶煉銅渣和反射爐冶煉銅渣，主要成分除Ca、Mg、Si、Al 的氧化物外，同時含有20%～40%的鐵及一定量的鉛鋅，具有較高的綜合利用價值。

電解錳渣是電解硫酸錳生產(chǎn)金屬錳過程中產(chǎn)生的黑色細(xì)小泥糊狀粉體廢棄物，主要成分為SiO2和CaSO4·2H2O，含水量較高［5］。

2 冶金渣的產(chǎn)生及綜合利用情況

2.1 產(chǎn)生情況

2020 年，盡管存在新冠疫情影響，受益于相關(guān)經(jīng)濟(jì)政策及下游行業(yè)拉動，鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)仍保持在較高水平。鋼價高漲疊加多地產(chǎn)能釋放、復(fù)工復(fù)產(chǎn)等影響，全年全國鋼鐵呈增長趨勢。2020年，全國生鐵產(chǎn)量8.87億t、粗鋼10.6億t、鐵合金3 419.6萬t，全年產(chǎn)生高爐渣3.11 億t、鋼渣1.28 億t、鐵合金渣6 839.2 萬t、含鐵塵泥9 761.46 萬t，鋼鐵冶金渣共計6.04億t。

有色金屬以銅為例，2020 年，全球銅市場供應(yīng)短缺近140 萬t，中國銅表觀消費(fèi)量有所上漲，國內(nèi)銅價呈先抑后揚(yáng)走勢，銅生產(chǎn)企業(yè)動能十足。2020 年，全國精煉銅產(chǎn)量1 002.5 萬t，其中礦產(chǎn)銅784.39 萬t，伴隨產(chǎn)生銅渣約3 137.58 萬t。全年約產(chǎn)生有色冶煉渣7 338.8萬t，主要產(chǎn)量占比見圖1。

2020 年初，受疫情影響，國內(nèi)電解錳生產(chǎn)企業(yè)大面積停產(chǎn)，產(chǎn)量出現(xiàn)下滑，盡管二季度開始有所恢復(fù)，產(chǎn)業(yè)總體仍呈供過于求狀態(tài)，電解錳價格一路走低。同時，全國電解金屬錳聯(lián)盟成立，行業(yè)內(nèi)部開啟供給側(cè)改革，有效產(chǎn)能減少。2020 年，中國電解錳產(chǎn)量約138.97 萬t，較2019 年有所下降，伴隨產(chǎn)生電解錳渣約1 111.76萬t。

綜上所述，2020 年我國冶金渣總產(chǎn)生量約6.89億t，主要以鋼鐵冶金渣為主，具體產(chǎn)生量及占比見表1。

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從表1可以看出，鋼鐵冶金渣占比高達(dá)87%以上，有色冶煉渣占比不足11%，電解錳渣占比不足2%。

2.2 綜合利用情況

由于各類冶金渣的組成成分及含量不盡相同，其綜合利用方式也有所差別。高爐礦渣由于其良好的化學(xué)活性，可以作為優(yōu)質(zhì)原料用于水泥或混凝土產(chǎn)品的生產(chǎn)；鋼鐵塵泥則能夠利用回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐、熔融爐進(jìn)行高溫還原，有效回收其中的鐵、鋅等有價金屬，所得二次廢渣可用于水泥等建筑材料的生產(chǎn)；鋼渣則由于安定性及易磨性差等，是冶金渣中較難利用的一類工業(yè)固廢，目前利用方式主要有鋼渣選鐵、制備鋼渣微粉、路基料等，但受限于上述原因，市場對其綜合利用產(chǎn)品仍持保守態(tài)度。

有色冶煉渣提取有價組分后的綜合利用方式較復(fù)雜，其中銅渣的主要用途有水泥、砂石骨料、鑄石、路基料等；鉛鋅渣預(yù)處理后主要用于火法冶金或生產(chǎn)微晶玻璃等；鎳渣預(yù)處理后主要用于生產(chǎn)纖維、鎳鐵銅合金、微晶材料、陶瓷集熱板、氧化鐵紅、礦山充填材料；鈷渣主要用于生產(chǎn)電極材料；鎂渣無害化處理后主要用于生產(chǎn)型炭復(fù)合黏結(jié)劑、鎂渣發(fā)熱體、陶粒、水泥等建筑材料，或制備脫硫劑、脫磷劑、陶瓷濾料等環(huán)境治理材料；鋰渣主要用于制備水泥、混凝土等建材，或生產(chǎn)吸附劑、化工原料、13X分子篩等。

電解錳渣的利用主要涉及回收錳和硒、制備肥料、生產(chǎn)水泥、活性微粉、制備免燒磚、燒結(jié)磚、陶瓷磚、新型墻體、陶瓷、路基材料、耐酸磚、微晶玻璃等。2020 年，冶金渣綜合利用量約5.06 億t，綜合利用率73.48%，2012—2020 年冶金渣產(chǎn)生及利用情況見圖2。

3 冶金渣綜合利用相關(guān)專利、標(biāo)準(zhǔn)與示范工程

3.1 專利及標(biāo)準(zhǔn)

鋼渣的綜合利用一直是大宗工業(yè)固廢綜合利用中的難點。近年來，關(guān)于鋼渣綜合利用的研究逐漸增多，2020 年，鋼渣相關(guān)專利申請576 項，授權(quán)299項。相關(guān)研究主要集中在鋼渣制備建材原料、鋼渣預(yù)處理、鋼渣中有價組分回收等領(lǐng)域。其中，北京科技大學(xué)取得專利授權(quán)11 項，主要涉及鋼渣協(xié)同制備膠凝材料、鋼渣回收鐵資源等方向；武漢理工大學(xué)取得專利授權(quán)9 項，主要涉及鋼渣制備水泥、瀝青混合料和鋼渣預(yù)處理改善安定性等方向；中冶建筑研究總院有限公司取得專利授權(quán)9項，主要方向為鋼渣的預(yù)處理。

現(xiàn)行冶金渣相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)54 項，其中推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)18項，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)24項（黑色冶金方向19項，建材方向4 項，交通方向1 項）；地方標(biāo)準(zhǔn)12 項（河北省3 項，江西省2 項，山西省1 項，湖北省1 項，遼寧省1 項，河南省1 項，四川省1 項，江蘇省1 項，上海市1 項），主要集中在路基料、路面磚、多孔磚、水泥混凝土等領(lǐng)域。

3.2 示范項目

本文主要以鋼鐵塵泥、鋼渣及高爐礦渣等鋼鐵冶金固廢綜合利用為例進(jìn)行闡述。

（1）鋼鐵塵泥。寶武集團(tuán)永鋼、韶鋼、湛鋼等鋼鐵基地，以及江蘇沙鋼建設(shè)有多臺轉(zhuǎn)底爐，采用直接還原工藝處理鋼鐵廠含鋅塵泥，得到氧化鋅產(chǎn)品及DRI 球團(tuán)，處理規(guī)模20～30 t/a；舞陽鋼鐵、鑫聯(lián)環(huán)保等公司建設(shè)多臺回轉(zhuǎn)窯，用于從鋼鐵塵泥中回收鐵、鋅資源。

（2）鋼渣。江蘇永鋼集團(tuán)有限公司建設(shè)一條3D打印建筑生產(chǎn)線，利用鋼渣為3D 打印建筑“油墨”原料制備新型建筑材料；山西建龍實業(yè)有限公司年產(chǎn)60萬m2路面磚生產(chǎn)線，年消納鋼渣32萬t；哈斯科（唐山）冶金材料科技有限公司利用鋼渣制備路基混凝土、機(jī)制砂、干混砂漿等材料，年消納鋼渣120 萬t；臺鋼資源股份有限公司年產(chǎn)30 萬t 新型建材制品原材料生產(chǎn)線；金泰成環(huán)境資源股份有限公司HC-高性能混凝土膠凝材料、超細(xì)礦渣微粉生產(chǎn)線，年消納鋼渣等固廢200 萬t；上海寶鋼寧波紫恒有限公司年產(chǎn)30 萬t 鋼渣磨細(xì)粉和年產(chǎn)60 萬t 礦渣磨細(xì)粉生產(chǎn)線；鑌鑫鋼鐵集團(tuán)70 萬t/a 鋼渣有壓熱悶處理及加工提純生產(chǎn)線。

（3）高爐渣。濰坊特鋼集團(tuán)建有年產(chǎn)12萬t礦渣棉生產(chǎn)線。

4 冶金渣綜合利用存在的問題

由于鋼渣為利用難度最大的冶金渣，綜合利用率不足40%，本文僅以鋼渣為例，分析其綜合利用產(chǎn)業(yè)存在的問題。

（1）利用途徑單一、綜合利用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)缺失。鋼渣綜合利用主要以混凝土摻合料、路基料為主，存在產(chǎn)品渠道單一、產(chǎn)業(yè)鏈單薄等問題。由于技術(shù)壁壘低、技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)欠缺，質(zhì)量不穩(wěn)定，難以與天然產(chǎn)品形成競爭，在同等條件下，施工單位仍然首選天然建材，產(chǎn)品市場接受度低［6-7］。

（2）綜合利用技術(shù)水平有待提高。鋼渣因含有游離氧化鈣、氧化鎂，安定性較差；目前，各大鋼鐵企業(yè)解決安定性問題的主要技術(shù)途徑為熱燜、熱潑等工藝，但不能完全消除游離氧化鈣、游離氧化鎂問題。鋼渣制備鋼渣微粉，是鋼渣最主要的利用途徑，因技術(shù)裝備水平低、技術(shù)研發(fā)能力不足等問題，難以粉磨依然是行業(yè)面臨的共性難題，限制了其在水泥、混凝土中的大規(guī)模利用。

（3）綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺乏統(tǒng)一的布置和調(diào)控。鋼渣的綜合利用缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和布置，科研開發(fā)、技術(shù)引進(jìn)、資金投入未能形成科學(xué)合理的運(yùn)作模式。綜合利用企業(yè)之間，大企業(yè)占據(jù)優(yōu)勢或壟斷資源存在成本優(yōu)勢，而小企業(yè)由于規(guī)模小、成本高、產(chǎn)品質(zhì)量低，在市場中處于劣勢。

5 冶金渣綜合利用建議

中國鋼鐵行業(yè)碳排放量占全國碳排放總量的15%左右，是碳排放最大的行業(yè)。開展鋼鐵固廢資源高效利用，可減少一次資源等的消耗，是我國鋼鐵行業(yè)落實碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)任務(wù)的重要途徑之一。針對鋼鐵固廢存在的問題，提出以下建議。

（1）建立健全標(biāo)準(zhǔn)體系，提高綜合利用產(chǎn)品市場接受度。加強(qiáng)固廢綜合利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的宣傳、定期舉辦相關(guān)培訓(xùn)，提高行業(yè)從業(yè)人員的標(biāo)準(zhǔn)化意識。完善固廢綜合利用產(chǎn)品及全過程利用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定和修正，將實現(xiàn)固廢綜合利用產(chǎn)業(yè)綠色低碳資源化目標(biāo)納入生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行評價考核。

（2）加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，提高鋼渣綜合利用水平。加強(qiáng)“產(chǎn)、學(xué)、研、用”間的合作，積極研發(fā)先進(jìn)的技術(shù)和裝備，特別是在落實“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略部署情況下，提高冶金渣綜合利用產(chǎn)品品類，提高綠色低碳綜合利用技術(shù)研發(fā)，減少綜合利用過程的二次污染，實現(xiàn)冶金渣制備多元化綠色建材產(chǎn)品，填補(bǔ)市場空白。

（3）開展冶金渣綜合利用產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展規(guī)劃。各大鋼鐵企業(yè)應(yīng)重視冶金渣等固廢綜合利用產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展規(guī)劃的制定，加強(qiáng)固廢綜合利用統(tǒng)籌規(guī)劃，合理布局產(chǎn)業(yè)鏈，提高技術(shù)與裝備研發(fā)、節(jié)能與環(huán)保工藝設(shè)施建設(shè)的資金投入，鼓勵現(xiàn)有冶金產(chǎn)業(yè)園區(qū)、工業(yè)園區(qū)開展提升冶金渣綜合利用行動計劃方案的制定，進(jìn)一步提升冶金渣綜合利用水平。