一、鋼鐵工業(yè)固體廢物概況

隨著鋼鐵工業(yè)的蓬勃發(fā)展，近幾年我國鋼鐵產(chǎn)量已穩(wěn)居世界首位，2003年我國鋼產(chǎn)量已達(dá)到2.2億噸，接近世界總產(chǎn)量的20％；但同時也排放了約1.7億噸的廢物，包括開采廢石、選礦尾礦、高爐渣、鋼渣、鐵合金渣、含鐵塵泥、粉煤灰等，其典型組成如表8-8所示。

鋼鐵工業(yè)廢物的組成和性質(zhì)不同，綜合利用水平和途徑也有差異，2003年不同鋼鐵皮物的產(chǎn)量和利用率列于表8-9，比較后可發(fā)現(xiàn)，高爐渣、化鐵爐渣、鐵合金渣、含鐵塵泥的綜合利用水平較高，基本可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；而尾礦、鋼渣、粉煤灰、工業(yè)垃圾的利用率較低，若不及時處理和綜合利用，勢必渣滿為患、污染環(huán)境，進(jìn)而影響到鋼鐵上業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

下面以高爐渣為例，對鋼鐵工業(yè)廢物的處理和資源化做以簡單探討。

二、高爐渣的處理與資源化

高爐渣是冶煉生鐵時從高爐中排出的一種廢渣，其主要化學(xué)成分是CaO、Al2O3、SiO2、MgO、MnO、FeO和S等組成的硅酸鹽和鋁酸鹽。此外有些礦渣還含有微量的TiO2、V2O5、Na2O、BaO、P2O5、Cr2O3等，其中，CaO、AL2O3、MgO、SiO2等四種主要成分在高爐渣中占90％以上。目前，我國除17％的釩鐵高爐渣、含放射性稀土元素的高爐礦這沒有利用外，普通高爐礦渣基本上全部利用。

高爐渣的產(chǎn)量與礦石的品位有關(guān)，一般為生鐵產(chǎn)量的25％-100％，目前我國冶煉1t生鐵大約排出高爐渣0.6-0.7t，據(jù)統(tǒng)計，我國渣場積存的高爐渣約2.2億噸，占地約200萬公頃，為了處理這些廢渣，國家每年要花費(fèi)巨資修筑排渣場和鐵路線，浪費(fèi)了大量人力物力；同時，由于高爐渣屬于硅敷鹽質(zhì)材料，又是高溫下形成的熔融體，因而可以加工成多品種、高質(zhì)量的建筑材料。

在利用高爐渣之前，需要對其加工處理。其用途不向，加工處理的方法也不相同。我國通常是將高爐渣加工成水渣、礦渣碎石、膨脹礦渣和膨脹礦渣珠等形式加以利用。

高爐渣主要處理利用途徑如圖8-11所示。

1．生產(chǎn)礦渣水泥、濕碾礦渣混凝土和礦渣磚

水渣在水泥熟料、石灰、石膏等激發(fā)劑作用下，可顯爾優(yōu)越的水硬膠凝性能，由水渣為原料制成的水泥主要是礦藍(lán)硅酸鹽水泥、石膏礦渣水泥和石灰礦渣水泥。

①礦渣硅酸鹽水泥是用硅酸鹽水泥熟料與粒化高爐礦渣再加入3％-5％的石膏混合磨細(xì)或分別磨后再加以混合均勻而制成的，與普通水泥相比，它具有較強(qiáng)的抗溶出性和抗侵蝕性，水化熱較低，耐熱性較強(qiáng)，早期強(qiáng)度低但后期強(qiáng)度增加率高。

②石膏礦渣水泥是將干燥的水渣和石膏、硅酸鹽水泥熟料或石灰按照一定的比例混合磨細(xì)或分別磨紉后再混合均勻所得到的一種水硬性膠凝材料。在配制石膏礦渣水泥時，高爐水渣是主要的原料，一放配入量可高達(dá)80％左右。這種石膏礦渣水泥成本較低，具有較好的抗蝕性和抗?jié)B透性，適用于混凝土的水工建筑物和各種預(yù)制砌塊。

③石灰礦值水泥是將干燥的粒化高爐渣、生石灰或消石灰以及5％以下的天然石膏，按適當(dāng)?shù)谋壤�配合磨�?xì)而成的一種水硬性膠凝材料。石灰的摻入量一般為10％-30％，它的作用是激發(fā)礦渣中的活性成分，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣。石灰礦渣水泥可用于蒸汽養(yǎng)護(hù)的各種混凝土預(yù)制品，水中、地下、路面等的無筋混凝土和工業(yè)與民用建筑砂漿。

濕碾礦渣混蹬土是以水渣為主要原料制成的一種混凝土。它的制造方法是將水痘和激發(fā)劑(水泥、石灰和石膏)放在碾機(jī)上加水碾磨制成砂漿后，與粗骨料拌合而成。濕碾礦渣混凝土的各種物理力學(xué)性能，如抗拉強(qiáng)度、彈性模量、耐疲勞性能和鋼筋的黏結(jié)力與普通混凝土相似。而其主要優(yōu)點在于具有良好的抗水滲透性能，可以制成不遠(yuǎn)水性能很好的防水混凝土；具有很好的耐熱性能，可以用于工作溫度在600℃以下的熱工工程中，能制成強(qiáng)度在50MPa的混凝土。此種混凝土適宜生產(chǎn)混凝上構(gòu)件，僅不適宜在施工現(xiàn)場澆筑使用。

礦渣磚的主要原料是水渣和石灰，它是經(jīng)過攪拌、成型和蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的磚。水渣既是礦渣磚的膠結(jié)材料又是骨料，用量占85％以上。水渣質(zhì)量的好壞直接影響礦渣磚的強(qiáng)度，一般要求水渣應(yīng)有較高活性和顆粒強(qiáng)度。由于水渣不具有足夠的獨立水硬性，所以在生產(chǎn)礦渣磚時，需加入激發(fā)劑。常用的有堿性激發(fā)劑(石灰或水泥)和硫酸鹽激發(fā)劑(石膏)兩種。礦值磚具有很好的物理力學(xué)性能，但是密度比較大，一般為2120-2160kg／m3。

2．礦渣碎石的利用

礦渣碎石具有緩饅的水硬性，可用于公路、機(jī)場、地基工程、鐵路道浚、混凝土骨料和瀝青路面等。用礦誼碎石配制混凝土具有與普通泥凝土相近的物理力學(xué)性能，而且還有良好的保溫、隔熱、耐熱、抗摻和耐久性能。礦渣碎石混凝土的應(yīng)用范圍較為廣泛，可以作預(yù)制、現(xiàn)撓和系送混凝土的骨料。

3．膨脹礦渣和膨脹礦渣珠的利用

膨脹礦渣主要用作混凝土輕骨料，也用作防火隔熱材料，用膨脹礦渣制成的輕質(zhì)混凝土可用作建筑物的圍護(hù)和承重結(jié)構(gòu)。膨脹礦渣珠可以用于輕混凝土制品及結(jié)構(gòu)，如用于制作砌磚、樓板、頸制墻板及其他輕質(zhì)混凝十制品。由于膨脹礦渣珠內(nèi)孔隙封閉，吸水少，混凝土干燥時產(chǎn)生的收縮就很小，這是膨脹頁巖或天然浮石等輕骨料所不及的。

直徑小于3mm的膨脹礦渣珠與水渣的用途相同，可供水泥廠作礦渣水泥的摻合料用，也可作為公路路基材料和混凝土細(xì)骨料使用。

4．其他利用方式

(1)生產(chǎn)礦渣棉

礦渣棉是酸性高爐渣用噴吹法制成的一種白包絲狀萬物纖維材料，可用作保溫、隔熱及吸聲材料。

(2)制取鑄石制品

適當(dāng)控制熔渣冷卻速度，可澆注鑄石制品。鑄石強(qiáng)度高，耐磨性好，在一些場合可代替而材及鋼材。

(3)小產(chǎn)高爐礦渣微晶玻璃

將礦渣與硅石和結(jié)晶促進(jìn)劑一起熔化成液體，用吹、壓等玻璃成型刀法成型，可制成礦渣微晶粒玻璃。這種玻璃具有抗腐蝕、耐熱、耐磨、絕緣性能好等一系列優(yōu)點，可用于工業(yè)部門。