钢铁厂钢渣固废资源化处理方案及设备

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钢铁厂经过预处理的钢渣通过棒磨机设备提纯、磁选，实现渣、钢分离,渣钢的铁品位在85%以上可直接返回转炉，磁选粉的铁品位在40%以上可以返回作烧结矿配料。尾渣中金属铁含量小于2%，可用于生产钢渣粉，减少金属资源浪费;整体生产环节噪音低，粉尘少，减少环境污染。

钢铁厂钢渣固废资源化处理方案及设备通过破碎、磁选，回收各种粒度的废钢是我国大部分中小型钢铁企业利用钢渣的主要手段，其主体工艺基本成熟，设备已经全部实现国产化，各企业亦能根据实际情况对工艺进行灵活调整优化，以满足废钢回收率和尾渣品质要求等关键指标，其盈利水平一般较好。

钢渣的破碎、磁选筛分工艺流程是基本的钢铁厂钢渣固废资源化处理方案，所用的设备包括颚式破碎机、圆锥破碎机、反击式破碎机和双辊破碎机等，磁选机包括跨带式磁选机和电磁铁式磁选机，筛分设备包括格栅、单层及双层振动筛等。

钢铁厂钢渣固废资源化处理方案其中几个关键设备有：

1)钢渣破碎机

一般选用液压颚式破碎机作为一级钢渣破碎设备。早在上世纪八十年代我国引进了德国KHD公司的成套设备，其核心设备就包括带有液压保护的颚式破碎机，应用于鞍钢和首钢。目前，其国产化设备已经应用成熟，有二十多年的使用历史，完全可以取代国外进口设备。此种破碎机的选型需要考虑物料的最大给料粒度、给料量和排料粒度等指标综合考虑。如果采用两级颚式破碎机，一般一级进料口尺寸用400mm×600mm，二级用250mm×400mm。

颚式破碎机和圆锥破碎机都具有破碎效率高、处理量大、损耗低、维护简便的特点，不同的是圆锥破碎机一般用于中破或细破，破碎比较大，出料粒度更加均匀。圆锥破碎机选型时应注意是否采用了液压调整排料口以及设置自动保护系统，以便一旦有铁件等不可破碎物进入破碎腔时，可自动调节动锥将其排出。

2)钢渣磁选机

钢渣磁选机有电磁自卸式除铁器、磁滚筒、单辊双辊磁选机及带磁机等，每种设备都有其适用的场合。由于带磁机的磁场强度、带速、悬挂高度及角度可方便调整，以适应不同的粒径、品位及含水率的钢渣，因此成为钢渣二次处理的核心磁选设备，其国产化亦已成熟。

3)钢渣棒磨机

钢渣棒磨机可以破碎剥离钢渣，在磨矿过程中具有一定的选择性磨碎作用，产品粒度均匀，过粉碎矿粒少，既可用于渣钢的提纯，也可用于钢渣的破碎。用于渣钢提纯时可将粒级为10mm-80mm、TFe为50~60%的渣钢的提纯至TFe大于90%；用于钢渣破碎时可将10mm-80mm的钢渣破碎至10mm以下。在应用于上述两种工艺时，棒磨机的型号及其内部结构（如衬板、钢棒）需要做相应调整。

综上，钢渣经过上述一次和二次处理，最后得到的尾渣粒度一般小于10mm，含金属铁含量在2%以下。若要制备钢渣微粉（比表面积至少为400m²/kg），后续还需要经过粉磨设备。目前，国内外粉磨设备主要有管磨机、立磨、卧辊磨和挤压磨等，高效节能的粉磨设备是国内外设备厂家研究开发的重点。任何设备的产生都是针对某种物料的性质和加工细度而设计的，一种设备不可能适应硬度不同、易磨性不同和细度要求不同的物料的生产。鉴于篇幅所限，钢渣磨细粉工艺和设备不在此文中论述。

除了以上提到的钢渣处理常规技术及其新发展，近年来也产生了一些全新的技术值得关注。例如，清华大学向兰教授开发了一种基于纳微米颗粒结构与界面调控的固固分离技术，采用了高选择性化学药剂，经过浸泡、碾磨、磁选、多级沉降等步骤，溶解或软化结晶颗粒之间的粘接物质，实现不同成分结晶颗粒空间解离；这种高选择性化学药剂还会通过择性改变某些结晶颗粒的表面特性来强化不同组分沉降性能差异，便于多级沉降完成分离，提高分离效率。与常规机械粉碎研磨相比，解离彻底，回收率更高，能耗大幅降低，适用于钢铁、冶金及化工行业所产生的固体废渣的回收利用；山西大学廖洪强教授开发了一项专利技术，采用全干法技术高效回收高温钢渣的余热产生过热蒸汽，回收金属铁资源之后，再利用超音速蒸汽粉碎技术，将钢渣尾渣进行超微粉化，制备耐磨颗粒料和超微粉体材料。所得的尾渣耐磨颗粒料可以制备人造彩砂产品，尾渣超微粉可以用于水泥和建筑材料、烟气脱硫固碳剂、橡塑制品的功能填料以及金属和建筑表面装饰的功能涂料等，实现其高值化利用。其技术核心是高温钢渣余热回收技术结合超音速蒸汽粉碎技术，具有全流程密闭干法加工，显著的节能、节水和清洁生产特点，回收热量和超微粉加工一体化，具有良好的经济效益。

钢渣的一次处理是把热熔渣处理成粒径符合一定要求的常温块渣，以有利于钢渣的二次处理。目前国内钢渣一次处理主要工艺有：热泼法、风淬法、滚筒法、粒化轮法、热闷法等，其中热泼法、滚筒法、热闷法最为常用。

钢渣经一次处理后需要再进行二次处理，以使钢渣达到合适的粒度并回收其中铁资源。目前回收尾渣中铁及氧化物的方法主要包含三种：磁选、还原和氧化。还原法是利用高温下无机碳的还原作用将钢渣中氧化亚铁还原成单质铁，但整个过程需要较高温度，同时会产生温室气体；氧化法是将钢渣内部的非磁性FeO转化成磁性Fe₃O4的工艺，仅是新的研究方向，暂时无法工业化应用。也有钢渣重选和浮选的技术，但磁选是主导工艺。

钢渣磁选生产线的产品主要是渣钢和磁选粉，前者返回炼钢用，后者返回烧结用，渣钢又分为大块渣钢及粒钢。渣钢和磁选粉的粒级和品位是有要求的，但不同钢厂的冶炼要求不同而有所区别，但设定的产品方案要求尽可能的选出铁，尽可能的保证渣钢和磁选粉的品位。目前国内钢铁企业一般要求返回炼钢的渣钢TFe大于80%，返回烧结的磁选粉TFe大于40%。至于粒度要求，一般而言，渣钢粒度大于30mm、颗粒钢粒度5~30mm、精矿粉粒度不大于8mm，尾渣粒度小于10mm。尾渣也可进一步深加工，如生产钢渣粉等。

基于以磁选为主导选铁手段的钢渣二次处理工艺主要包括渣钢铁回收工艺、渣钢提纯工艺以及铁精粉提纯工艺等。风淬法、水淬法、粒化轮法和滚筒法处理后的钢渣，由于粒度不大，一般经脱水后直接磁选回收其中渣钢，不再进一步破碎或只做简单破碎；热闷法和热泼法处理后的钢渣，由于粒度较大，需进行多级破碎、筛分和磁选。较早期的钢渣二次处理工艺主要为简单的破碎和筛分，目前都已升级为多级破碎、多级筛分和多级磁选，例如梅钢升级为3破7选5筛分，太钢为2破6选3筛分等。破碎、筛分及磁选应该根据一次钢渣处理的情况进行灵活调整。

钢渣处理工艺经常设置磨制环节，例如文献和中。这是因为钢渣中的渣钢分离是比较困难的，尤其对于细粒钢渣，包裹有微细粒的金属铁或与金属铁连生的浮氏体及具有一定磁性的铁酸盐易进入磁性分离物中，导致磁性分离物中铁品位的降低，因此对于细颗粒需要进行磨制使其单体解离，尽可能地回收利用钢渣中的金属铁。

例如，单纯采用破碎机，即使把钢渣破碎到5mm粒径以下，也很难实现渣钢有效分离，且选出的精矿粉品位一般低于45%。若在工艺中加入磨制工序，如自磨、棒磨或球磨，在相同粒径条件下，通过合理的磁选过程，基本可以获得TFe 80%以上的粒钢、品位55%以上的精矿粉金属铁质量分数小于1%的尾渣。

渣钢铁回收技术具有良好的经济效益。例如，某钢厂处理热闷后的钢渣，年处理规模45万吨，闷渣粉化率：10mm以下占65%，渣产品含水率：6~10%，水耗：每吨钢渣0.4吨水，电耗2.35度/吨。热闷后的钢渣二次处理后产渣钢2.5万吨（销售价格2500元/吨，单位成本751元/吨），富集磁粉2.8万吨（销售价格500元/吨，单位成本292元/吨），尾渣36万吨（销售价格13元/吨，单位成本292元/吨），含上钢渣资源费和企业增值税后，年效益高达3341万元。

钢渣资源的利用方向包括钢铁企业的内部循环和外部循环，后者主要是生产钢渣微粉、用于公路材料、制砖、制微晶玻璃、制岩棉、处理废水、改良土壤等。虽然钢渣综合利用的方法较多，但到目前尚未找到大规模资源化利用钢渣资源的有效途径，钢渣“零排放”成为我国钢铁行业的难题，大量堆存的渣场，造成资源的浪费和环境的污染。

钢渣的资源化利用应以消纳钢渣的巨大产量为目的，借鉴国外经验，应着重放在两个方向：一是建筑和建材行业，在水泥、混凝土掺和料、路面和建材制品中的利用，这方面不仅适用范围广，而且需求量大，能够消化钢渣的巨大产量；二是鉴于我国拥有海岸线1.8万公里，且沿海钢企分布较多，开发钢渣新产品以应用并改善海洋环境成为我国钢渣大规模利用的又一个方向。

我国要实现钢渣的大规模资源化利用，从研究角度讲，一方面要继续加大对钢渣有效处理工艺的研究，如渣铁分离效果，钢渣稳定性，早期活性，尾渣粉磨能耗，以及降低投资和运行成本等，即在现有技术上不断研究优化，不断扩大工业应用规模，这将会是一个艰难而漫长的过程；另一方面，行业亟需一种具有开创性的全新技术出现，以快速破解钢渣利用难题。

钢铁厂钢渣固废资源化处理方案向四个方向开展工作，分别是：

(1)持续推进钢铁厂内部固体废弃物高价值循环再利用，通过优化物料走向和技术研发等多种措施，提高产物的自消纳率。

(2)充分利用高温渣系中富含有价元素和热能的特点，开发新型的“渣冶炼”工艺技术，对高温渣中金属Fe、P 和 Mn 等元素进行提取，通过渣系调质生产高附加值产品。

(3)针对含钾、钠、锌、铅等有害元素的灰类产物，需进行系统的基础研究，研发经济性新工艺以替代投资运行成本高的转底炉工艺。

(4)危险废弃产物属于钢铁厂固废处理的薄弱环节，通过建设钢厂处置中心，既处理钢厂内部的危险固废，又兼容社会垃圾的处置功能。

通过以上固体废弃物综合处置路线，实现环境治理和资源综合利用相结合，打造“零排放”的钢铁厂。