王秀秀，曹惠明

（1.山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司；2.山東省環(huán)境監(jiān)測中心，濟(jì)南 250101）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)發(fā)展進(jìn)程不斷加快，但工業(yè)發(fā)展也帶來巨大的環(huán)境問題。大量的鋼鐵工業(yè)在發(fā)展中不斷產(chǎn)生固體廢棄物，不但浪費(fèi)資源、污染環(huán)境，而且使生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞，因此改善我國鋼鐵工業(yè)的廢棄物產(chǎn)生狀況迫在眉睫。

1 鋼鐵廢棄物概述

我國鋼鐵工業(yè)的廢棄物主要體現(xiàn)在冶金固體方面，主要包括礦山開采時(shí)所產(chǎn)生的礦山廢石，選取礦石后所剩的尾礦，冶煉時(shí)所產(chǎn)生的廢渣、粉塵、污泥等。

近年來，我國在世界鋼鐵業(yè)發(fā)展中取得了顯著成果，我國鋼鐵業(yè)產(chǎn)量居世界首位，2005年，我國僅鋼鐵產(chǎn)量就已超過4億t，占世界總產(chǎn)量的50%，尤其在2008年時(shí)，鋼鐵產(chǎn)量已達(dá)發(fā)展巔峰，其產(chǎn)量更是達(dá)到5.3億。但是，鋼鐵工業(yè)也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題，巨大的鋼鐵產(chǎn)量帶來了數(shù)量龐大的廢棄物。2005年鋼渣就已達(dá)7 000萬t，礦渣達(dá)1.55億t，2008年，我國工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量已高達(dá)190 127萬t，相較去年增長8%。

從生產(chǎn)角度來看，工業(yè)固體廢棄物其實(shí)是一種資源，可以作為原料，加強(qiáng)對固體廢棄物的利用有助于貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。我國鋼鐵工業(yè)雖然通過多年努力已取得了顯著成果，但是對于工業(yè)固體廢棄物的綜合利用率還是不高，通過對廢棄物進(jìn)行有效研究，我國鋼鐵工業(yè)固體廢棄物綜合利用取得了新的發(fā)展[1]。

2 鋼鐵工業(yè)固體廢棄物資源的綜合利用

2.1 綜合利用礦業(yè)廢石和尾礦

礦山為鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)提供所需的生產(chǎn)原料。礦物開采必須遵循相關(guān)開采制度和規(guī)范要求，如果未達(dá)開采要求，將會(huì)導(dǎo)致礦山產(chǎn)生巨大數(shù)目的固體廢棄物，礦山廢石在礦物開采中占比較大。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)固體廢棄物中，我國礦山固體廢棄物占比極大，若是未能及時(shí)處理礦山固體廢棄物，將會(huì)引發(fā)一系列安全問題，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到破壞。因此，推進(jìn)礦場廢石和尾礦的資源化工作至關(guān)重要。

2.1.1 有價(jià)金屬回收

礦中含有多種金屬元素，如金、銀、鐵、鉛、銅、鎵、鋅等。有價(jià)金屬回收利用是礦山固體廢棄物資源化的重要途徑之一，人們要將有價(jià)值的各種金屬提煉出來。盡管這些有價(jià)金屬品位較低，回收成本較高，常規(guī)選取冶煉方法難以回收，但尾礦數(shù)量巨大，其含有的金屬量也較大，提煉就具有很大的價(jià)值。若是能采用新型、高效的提取方法，就能進(jìn)行良好的規(guī)模處理，加工低品位的礦石和尾砂，這樣就能提高有價(jià)金屬的回收率，降低金屬資源處理成本，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。高梯度磁選機(jī)是鐵礦尾礦在提取時(shí)主要采用的處理工具，在回收赤鐵礦時(shí)應(yīng)按照弱強(qiáng)磁選、重選和浮選的程序進(jìn)行回收。不僅要回收鐵精礦，還要將其他有用成分進(jìn)行回收，如銀、銅等。有效回收礦山廢棄物中的有價(jià)金屬，能提高資源利用率。

2.1.2 環(huán)境材料生產(chǎn)

加強(qiáng)對尾礦的利用能生產(chǎn)出具有環(huán)境保護(hù)功能的材料，如治理大氣環(huán)境污染所需的吸收劑、吸附劑、催化劑等，控制水污染所需的吸附劑、沉淀劑、殺菌消毒材料及填埋固體廢棄物場中所需的防滲材料等。人們要觀察礦物發(fā)生的變化情況，然后對其分析研究，應(yīng)將礦物的組分、結(jié)構(gòu)及凈化性能關(guān)系作為研究重點(diǎn)，拓展礦物環(huán)境功能性材料的應(yīng)用范圍，從而提高尾礦綜合利用水平。

2.1.3 建材生產(chǎn)

礦石建材生產(chǎn)主要包括三方面，一是生產(chǎn)磚塊，二是生產(chǎn)玻璃，三是生產(chǎn)水泥的替代品凝石。

其一，因尾礦種類繁多，廢物產(chǎn)生大，人們可以用尾礦代替黏土來生產(chǎn)免燒磚、蒸壓磚、飾面磚、鋪路磚等。各項(xiàng)性能測試表明，其各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，其制作成本比黏土制磚還要低，同時(shí)能將廢棄物有效利用，減少環(huán)境污染，提高土地資源的利用率，保護(hù)耕地。

其二，加強(qiáng)對尾礦、礦山廢石等固體廢料利用，能為微晶玻璃提供主要生產(chǎn)原料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)其較高的附加價(jià)值。鋼材的良好替代材料之一就是微晶玻璃，它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。鐵礦尾礦含有很多鈣、鎂、鐵的氧化物，因此在冶煉、?；瘯r(shí)容易發(fā)生鑄石化現(xiàn)象，這就需要工作人員選取合適的熔制工藝，從而制作出高級飾面玻璃。飾面玻璃具有有一定優(yōu)勢，其不僅理化性能好，還能提高尾礦的利用率，使其保持在70%～80%。研究表明，鐵礦尾礦可以用于微晶玻璃生產(chǎn)，能進(jìn)一步改善微晶玻璃的理化性能。山東某微晶玻璃廠通過對尾礦砂的利用，研發(fā)出一種能夠保溫、隔音、隔熱的微晶玻璃復(fù)合板。目前，我國已有很多企業(yè)利用尾礦砂來生產(chǎn)微晶玻璃晶板材，從經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度來看，其具有十分廣闊的市場前景。從環(huán)境環(huán)保角度來看，它是將固體廢棄物資源化利用的良好途徑。

其三，鐵礦尾礦含有較高量的二氧化硅，它能代替黏土生產(chǎn)水泥熟料，降低能耗和成本，提高產(chǎn)量。大地成巖原理分析發(fā)現(xiàn)，采用新型的巖石礦物學(xué)和地球化學(xué)理論進(jìn)行膠凝材料分子設(shè)計(jì)，聚合尾礦、粉煤灰以及冶金廢渣等，能生成凝石，凝石是一種類似于天然巖石的綠色膠凝材料。凝石可在某些場合代替水泥。相較水泥，凝石更具耐腐蝕性，其密度、強(qiáng)度、生產(chǎn)成本和清潔生產(chǎn)等方面都具有突出的特點(diǎn)，制作工藝簡單，還能為環(huán)境治理提供良好的發(fā)展方向，緩解目前嚴(yán)重的資源危機(jī)和能源短缺問題，為其開辟良好的發(fā)展道路。

2.1.4 化肥和農(nóng)藥生產(chǎn)

尾礦可以用于生產(chǎn)化肥和農(nóng)藥。部分尾礦因尾砂中含有部分微量元素，如植物所需的氮、磷、鉀等，它所含的成分適宜，能對其進(jìn)行直接加工，然后將這些微量元素制成土壤改良所需的肥料或改良劑，同時(shí)改善土壤結(jié)構(gòu)，提高它的透水性、透氣性等。鐵尾礦含有少數(shù)的磁鐵礦，磁鐵礦通過磁化，將氮磷鉀參入其中就可制出磁化復(fù)合肥。另外，還能將尾礦礦砂進(jìn)行有效利用，將其通過加工處理制作出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的殺蟲劑。這樣既能促進(jìn)作物增產(chǎn)，又能保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

2.2 爐渣的綜合利用

歐美發(fā)達(dá)國家對高爐渣的利用水平整體比我國高，能將高爐渣全部利用。水淬工藝是提煉高爐渣內(nèi)金屬元素時(shí)最常使用的一種處理技術(shù)。它主要用于生產(chǎn)礦渣水泥、混凝土制品、礦渣磚、碎石和替代普通砂，其一般用于工程建設(shè)。其中，膨脹礦渣可以作為防火隔熱材料，或用于制作輕質(zhì)混凝土制品，生產(chǎn)出的礦渣棉具有隔音和保溫等性能。

2.2.1 生產(chǎn)爐渣水泥

要想將高爐渣變成水渣，就必須在高爐渣生產(chǎn)前對其進(jìn)行加工處理，水渣在各種熟料和催化劑的作用下，能改善其水硬膠凝性能。人們可以以水渣為原料制作水泥，根據(jù)礦渣成分不同，水泥類型也不同，有石灰礦渣水泥、礦渣硅酸鹽水泥和石膏礦渣水泥等。通常，都將爐渣制成粉末摻入水泥中，以改善水泥的物理性能。

2.2.2 生成膨脹礦渣珠和膨脹礦渣

膨脹礦渣是一種多孔礦渣，其是通過對高爐渣的利用，采取適量冷卻水急劇制冷而形成的。其主要生產(chǎn)方法包括噴霧法、滾筒法、塹溝法、噴射法等。其主要用于混凝土輕骨料和防火隔熱材料，膨脹礦渣能制出一種輕質(zhì)混凝土，它可于建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，還能用于建筑承重結(jié)構(gòu)。目前，國內(nèi)外已研發(fā)出一種新的礦渣利用方式——生產(chǎn)膨珠。膨珠表面光滑、多孔，質(zhì)地輕盈，生產(chǎn)時(shí)所需水量極少，硫化氫排放量較少，能減少對生態(tài)環(huán)境的破壞。膨珠要想成為混凝土骨料，必須保證自身完整。因膨珠本身具有吸水少、內(nèi)孔隙封閉的特點(diǎn)，所以在干燥時(shí)混凝土產(chǎn)生的收縮也小，天然浮石等輕骨料和膨脹頁巖不能與之相比。直徑小于3 mm的膨珠，其用途與水渣用途相同，都能用作水泥摻合料，也能作為骨料或路基材料。膨脹礦渣和膨珠生產(chǎn)相較黏土陶粒、粉煤灰陶粒生產(chǎn)而言，其制作工藝簡單，制作成本也不高。

2.2.3 生產(chǎn)碎石

高爐渣在渣場或渣坑經(jīng)過自然冷卻或淋水冷卻形成了一種致密的礦渣，即高爐礦渣碎石，它是經(jīng)過多道工藝程序加工完成的一種石質(zhì)碎石材料，其主要加工程序?yàn)橥诰颉⑵扑?、磁選和篩分。經(jīng)過破碎處理后，碎石具有緩慢水硬性的特點(diǎn)，能作為混凝土的骨料。礦渣碎石所制的混凝土不僅具有其他普通混凝土具備的理化性能，還具有較強(qiáng)的隔熱性、耐久性和保溫性。我國一般用礦渣碎石代替天然石料，用于機(jī)場、公路、鐵路等工程建設(shè)。利用礦渣碎石作基料鋪設(shè)的瀝青路面，其不僅具有較好的耐磨性和防滑性，而且地面通透明亮。將它運(yùn)用于鐵路道砟，能有效吸收列車運(yùn)動(dòng)時(shí)所發(fā)出的噪音。

3 鋼鐵企業(yè)固體廢棄物綜合利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路徑

3.1 建立有效的固體廢棄物回收利用體系

鋼鐵工業(yè)應(yīng)建立統(tǒng)一的固體廢棄物回收和利用管理模式，嚴(yán)格監(jiān)控和系統(tǒng)跟蹤各種鋼鐵工業(yè)固體廢棄物的產(chǎn)生、流轉(zhuǎn)及加工處理等環(huán)節(jié)，防止造成環(huán)境的二次污染，將固體廢棄物的綜合利用率提高。例如，馬鞍山鋼鐵股份有限公司以產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、精細(xì)化管理、規(guī)范操作為主線，建立冶金固體廢棄物回收利用所配套的一體化體制機(jī)制，完善了固體廢棄物的各類綜合管理制度要求和標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3.2 改進(jìn)固體廢棄物的利用方式

鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物種類較多，按照不同的成分，人們要合理規(guī)范固體廢棄物的利用途徑，同時(shí)改進(jìn)利用工藝，避免固體廢棄物在利用過程中產(chǎn)生二次污染。例如，將傳統(tǒng)利用方式轉(zhuǎn)爐除塵污泥制成污泥球進(jìn)行改進(jìn)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橐运斔偷男问酵ㄟ^含水污泥直接泵送至燒結(jié)一次混合加濕機(jī)以噴漿形式加濕配料。經(jīng)過改造后，固體廢棄物工藝只需要排泥、泵送、接收這三個(gè)工序就能輕松完成污泥的輸送與處理，這樣既省去了污泥脫水過程，也減少了泥餅造球后序加工處理所產(chǎn)生的二次污染問題，很大程度上減少了污泥再利用的成本，能確保企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

3.3 深入開展固體廢棄物處理工作

鋼鐵工業(yè)固體廢棄物既要立足于鋼鐵工業(yè)自身的循環(huán)利用，還要為鋼鐵主業(yè)生產(chǎn)提供多種類型的鐵素資源和冶金原料。鋼鐵工業(yè)固體廢棄物朝深加工方向發(fā)展是最為重要的，開發(fā)有市場發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值的產(chǎn)品，能提升工業(yè)固體廢棄物的綜合利用價(jià)值和產(chǎn)品的高附加值利用水平。

4 結(jié)論

加強(qiáng)對鋼鐵工業(yè)固體廢棄物的綜合利用，對我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展具有重要意義。綜合利用鋼鐵工業(yè)固體廢棄物，可以助力我國對礦山石、高爐渣等資源的循環(huán)利用，這樣既提高了資源的再利用率，保護(hù)了環(huán)境，也促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的提升。