岳崇鋒，李殿杰，白璐，洪益成，徐立軍

北京鋼研新冶工程技術中心有限公司

鋼鐵企業在整個冶煉流程中會產生大量的固體廢棄物，特別是在燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產工序中各工序都會產生一些不同種類的含鐵固體廢棄物。這些冶金固廢主要包括：采礦廢石、礦石洗選過程排出的尾礦、冶煉過程產生的各種冶煉礦渣、軋鋼過程中產生的氧化鐵皮和生產環節凈化裝置收集的各種粉塵、污泥等。冶金固廢的特點主要有：1）量大面廣：種類繁多鋼鐵生產消耗原材料和燃料多，但80%以上的消耗又以各種形式的廢物排出。2）蘊含有價元素：綜合利用價值，高鋼鐵工業原料多為各種元素共生礦物，導致排出廢物中蘊含各種不同的有價元素，如鐵、錳、釩、鉻、鉬、鋁、鈣、硅等元素。3）有毒廢物少：大部分固體廢物，如尾礦、鋼鐵渣、含鐵塵泥等，雖然量大，但基本屬于一般工業固體廢物。

面對產生量如此巨大的含鐵固廢，如果長期堆放未能及時處理不僅會造成其由于物理性能的變化而加大再處理難度，還會造成鐵礦資源的嚴重浪費和大量占用土地形成環境污染問題，嚴重時會導致土壤、空氣及水資源污染等問題。因此，鋼鐵企業冶金固廢資源化利用具有重要的環境意義和經濟效益。本文對國內鋼鐵企業冶金固廢先進綠色化深加工技術進行了回顧和總結，以期為今后冶金固廢資源化利用的發展提供借鑒和參考。

1 含鐵固廢的先進綠色化深加工技術

1.1 除塵灰的來源及分類

鋼鐵企業的除塵灰在燒結工序和煉鐵工序中的產生量最大，主要包括燒結工藝除塵灰、環境除塵灰和高爐重力除塵灰等。通常，可以把燒結機頭除塵灰、機尾除塵灰等燒結工藝除塵灰和燒結原料在轉運過程中產生的燒結環境除塵灰統稱為燒結除塵灰。各類除塵灰的成分特點如表1所示。

表1 除塵灰的化學成分（%）

根據表1中兩種除塵灰的化學成分對比可以得出，燒結除塵灰中的含鐵量更高，通過礦石構造分析可知這兩種除塵灰中礦物成分主要以磁鐵礦和赤鐵礦為主，除S、P外其他有害雜質較少。所以對于燒結除塵灰的處理應以鐵元素的資源化利用為主。而高爐重力除塵灰的特點是含有中等含量的鐵，但C元素含量比較高，部分能達到 30%以上，C的賦存形式主要以焦粉以及不定型碳形式存在。因此對于高爐重力除塵灰的處理應在資源化利用鐵元素的同時，重視對碳元素的綜合利用。

1.2 冶煉渣的來源及分類

在鋼鐵冶煉過程中產生的冶煉渣主要包括高爐渣和鋼渣，其中產生的高爐渣約占鋼產量的25%~30%，鋼渣產量約占鋼產量的11%~15%[2]。高爐渣是鋼鐵企業產生數量最多的一種固體廢棄物，主要成分包括CaO、MgO、SiO2、Al2O3等，屬于硅酸鹽質材料，其化學組成與天然礦石、硅酸鹽水泥相似。典型高爐渣主要成分范圍見表2[3]。

表2 高爐渣的化學成分（%）

由于鋼鐵生產工藝以及原料不同，所產生的鋼渣的化學成分會存在差異，但主要幾種成分大體相同，典型鋼渣主要成分范圍見表3[4-5]。從表中數據可以看出，鋼渣含有的氧化物主要是CaO、MgO、FeO和SiO2。從鋼渣的化學成分可知，鋼渣中CaO的含量最高，一般超過40%。鋼渣中鐵以FeO和Fe2O3兩種形式存在，FeO的數量高于Fe2O3。由此可見，由于鋼鐵企業的冶煉渣中含有大量的 Fe、CaO、MgO、SiO2、Al2O3等有用成分，在進行資源化利用時應注意在回收其中的有價鐵金屬資源的同時，盡可能地充分利用CaO、MgO、SiO2、Al2O3等有用成分替代石灰石等煉鋼煉鐵爐料，以降低生產成本，盡可能減少鋼鐵企業鋼鐵冶煉渣的排放堆存量。

表3 鋼渣的化學成分（%）

1.3 除塵灰的資源化利用現狀

據統計，燒結除塵灰的產生量約占燒結礦總量的1%～2%，由于其相對于燒結礦產生量不大，而且含鐵量較高，因此長期以來對燒結除塵灰資源化利用的主要形式是返回燒結配料，以充分回收利用其中的鐵。為解決燒結除塵灰粒度較小，表面疏水性強，表面能很低，難于制粒或造球，難與其他原料混合均勻等問題，國內一些重點大型鋼鐵企業采用小球燒結技術加強了除塵灰的造球性能，通過將除塵灰造小球配入燒結料中，最終改善了燒結料柱的透氣性，提升了燒結礦的質量[6]。

此外，為解決燒結除塵灰在進行燒結配料過程中產生的有害元素循環富集問題，針對燒結機頭除塵灰經多次循環配礦使用后，其富含K、Na等堿金屬和Pb、Zn、Cu等重金屬元素具有較高的回收利用價值[7]，國內研究者分別開發了用其制備氯化鉀[8-9]、 硫酸鉀及含鉀復合肥的工藝路線[10-12]; 以及制備較高質量一氧化鉛的工藝路線[13]。因此，直接燒結的方式不能徹底解決鋼鐵塵泥高效資源化回收利用問題，需要開發均質化、整粒和除雜工藝來避免對燒結生產和燒結礦質量的負面影響。

長期以來，我國鋼鐵企業對高爐重力除塵灰的處理方法大致可分為三種，一是直接外排堆存，這種方法易造成環境污染，且造成資源和能源的浪費，隨著國家環保要求的提高，這種方法要逐漸淘汰。二是直接利用，通常是作為燒結配料或建筑材料的原料，該方法簡單易行，但利用量十分有限[14-15]。三是綜合回收，通常采用物理方法或化學方法對其中的鐵、碳、有色金屬等有用礦物進行回收，該方法是目前處理高爐重力除塵灰最有效的方法，不近可以徹底消除高爐重力除塵灰對周圍生態環境的污染，還能有效地回收各類有價資源。

因煉鐵所用的礦物組成差異較大，不同鋼鐵企業的高爐重力除塵灰所采用的選礦方法也不盡相同，通常是通過采用磁選、重選和浮選等選礦方法對鐵資源進行資源化回收利用[16-18]。高爐除塵灰經回收利用后，可分離出鐵精粉、炭精粉、尾泥等。其中鐵精粉和炭精粉一般送燒結廠作為燒結原料再次返回高爐煉鐵，尾泥可作為鐵質調節劑送水泥廠制作水泥，也可作為添加原料生產內燃型節能磚，生產用水經充分生化處理后作為分選用水，并自我形成閉路循環。