鋼鐵渣主要包括高爐渣和鋼渣。
當前,我國高爐渣基本實現(xiàn)完全利用,鋼渣尾渣(鋼渣經(jīng)破碎磁選處理后所得的金屬鐵含量小于2%的鋼渣)利用率僅為 25%-30%。從上世紀 90年代初至今,鋼渣尾渣累計堆存量近20億噸。2019年,國家發(fā)改委和工信部聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于推進大宗固體廢棄物綜合利用產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的通知》,其重點任務(wù)中提出:積極推動鋼渣及尾渣深度研究、分級利用、優(yōu)質(zhì)優(yōu)用和規(guī)?;?;全面實現(xiàn)鋼渣“零排放”。
長期以來,國外學者及相關(guān)工程機構(gòu)對鋼鐵渣綜合利用進行了大量研究和應(yīng)用實踐,歐、美、日等地鋼鐵渣尤其鋼渣的綜合利用率顯著高于我國。筆者通過對歐美日等地鋼鐵渣綜合利用現(xiàn)狀以及相關(guān)的標準規(guī)范、政策法規(guī)等內(nèi)容進行系統(tǒng)調(diào)研,以期他山之石可以攻玉,助力我國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)鋼鐵渣“零排放”。
1、鋼鐵渣分類及用途
1.1 高爐渣
高爐渣分為水渣、干渣、風碎渣,產(chǎn)量在310千克/噸鐵左右。
高爐渣處理工藝及主要用途見圖1。
圖1 高爐渣處理工藝及用途
1.2 鋼渣
鋼渣包括轉(zhuǎn)爐渣、電爐渣以及鐵水預處理渣、精煉渣和鑄余渣等。轉(zhuǎn)爐渣產(chǎn)量大約為130千克/噸粗鋼,電爐渣產(chǎn)量受原料條件及產(chǎn)品要求波動較大,大約為100千克/噸粗鋼。
轉(zhuǎn)爐渣處理工藝及用途見圖2。
圖2 轉(zhuǎn)爐渣處理工藝及用途
電爐渣分為碳鋼電爐渣(電爐渣-C)和不銹鋼電爐渣(電爐渣-S)。大氣環(huán)境下,在渣坑內(nèi)自然緩冷形成晶體材料,最大粒度300mm。經(jīng)風化,實現(xiàn)滿意的體積穩(wěn)定性。根據(jù)用途進行破碎、篩分、分級,作為骨料用于道路施工或水工結(jié)構(gòu)。
2、歐洲鋼鐵渣產(chǎn)量及利用情況
2019年,歐盟28國粗鋼產(chǎn)量為1.594億噸。
2.1 高爐渣產(chǎn)量及利用情況
2016年,歐盟28國生鐵產(chǎn)量0.913億噸。統(tǒng)計范圍內(nèi)歐洲地區(qū)生鐵產(chǎn)量0.852億噸,高爐渣產(chǎn)量0.246億噸,其中78.9%為水渣,21.1%為干渣。高爐渣利用總量0.258億噸,其中81.4%用于水泥、混凝土添加劑。高爐渣利用總量略高于產(chǎn)渣量,主要是利用部分往年臨時存儲的渣。具體情況見圖3。
圖3 2016年統(tǒng)計范圍內(nèi)歐洲地區(qū)高爐渣產(chǎn)生(左)和利用情況(右)
2000年統(tǒng)計范圍內(nèi)歐洲地區(qū)高爐渣產(chǎn)生和利用情況見圖4。高爐渣產(chǎn)生總量0.25億噸,利用總量0.294億噸。
圖4 2000年統(tǒng)計范圍內(nèi)歐洲地區(qū)高爐渣產(chǎn)生(左)和利用情況(右)
盡管2016年和2000年統(tǒng)計范圍略有不同,但在各項占比上仍有一定可比性。2016年與2000年相比,水渣占比提高約10個百分點;2000年有大約2%的風碎渣,2016年已沒有統(tǒng)計量。由于水渣主要用于生產(chǎn)水泥,干渣和風碎渣主要用于骨料。所以,2016年與2000年相比,用作水泥或混凝土添加劑高爐渣的占比更高。
總體而言,歐洲地區(qū)高爐渣的類型及其利用方向與我國還是有較明顯區(qū)別的。我國高爐渣基本上都是水渣,用于水泥生產(chǎn);歐洲地區(qū)有20%左右的干渣,這部分干渣主要作為骨料用于道路施工等;還有部分高爐渣用于肥料、水工工程等。歐洲的高爐渣利用方向較我國更加廣泛。
2.2 鋼渣產(chǎn)量及利用情況
2016年,歐盟28國粗鋼產(chǎn)量1.620億噸。統(tǒng)計范圍內(nèi)歐洲地區(qū)粗鋼產(chǎn)量1.382億噸,鋼渣產(chǎn)量0.184億噸,其中56.6%為轉(zhuǎn)爐渣,32.2%為電爐渣,精煉渣等其他渣占比11.1%。
2016年鋼渣利用的總量為0.142億噸,占當年鋼渣處理總量的77.3%,其中道路施工占46.0%,用于水泥、混凝土生產(chǎn)僅為4.4%。需經(jīng)自然風化等過程,臨時儲存待用的鋼渣占比8.6%;另有14.1%鋼渣最終堆存處置。最終堆存的鋼渣大部分是二次精煉渣,主要原因是它們的晶粒過于細小以及浸出方面的不良屬性等。作為肥料使用的鋼渣占比約2.7%,另據(jù)相關(guān)資料,自1880年起,大約有1.4億噸鋼渣被用作磷化劑/石灰劑,所以鋼渣用作肥料是一個傳統(tǒng)技術(shù)方向。
2016年鋼渣產(chǎn)量及利用具體情況見圖5。
圖5 2016年統(tǒng)計范圍內(nèi)歐洲地區(qū)鋼渣產(chǎn)生(左)和利用情況(右)
梳理統(tǒng)計范圍內(nèi)歐洲地區(qū)不同年份鋼渣利用情況,如圖6。鋼渣綜合利用率由2000年70%左右提高至接近80%;最終堆存量占比波動較大,2000年高達24%,2008年最低為6%,2016年又達到14.1%。
圖6 2000-2016年統(tǒng)計范圍內(nèi)歐洲地區(qū)鋼渣最終堆存率和綜合利用率情況
總之,統(tǒng)計范圍內(nèi)歐洲地區(qū)鋼渣產(chǎn)生量結(jié)構(gòu)與我國差別明顯,這與鋼鐵生產(chǎn)的流程結(jié)構(gòu)有關(guān)。另外,歐洲地區(qū)鋼渣的去向?qū)ξ覈撛眉夹g(shù)方向以及“零排放”政策具有重要參考意義。
3、德國鋼鐵渣產(chǎn)量及利用概況
2019年,德國粗鋼產(chǎn)量0.397億噸。
2010年,德國生鐵產(chǎn)量0.281億噸,粗鋼產(chǎn)量0.438億噸,全年鋼鐵渣生產(chǎn)、利用(處理)量0.1365億噸,具體情況見圖7。
圖7 2010年德國鋼鐵渣生產(chǎn)(左)和利用(右)情況
德國近30年的統(tǒng)計情況(圖8)表明,建筑材料和水泥工業(yè)利用一直是大宗鋼鐵渣的最主要去向,并且水泥工業(yè)的利用占比呈增長趨勢,其用量與作為建筑材料的用量逐漸接近。作為肥料的用量,盡管占比不高,但長久以來一直存在。同時,一直有一定的填埋量,德國鋼鐵渣利用的目標是“零廢棄、無填埋”。另外,無論是產(chǎn)生量還是利用情況,德國在鋼鐵渣的分類統(tǒng)計上都非常詳細,這也體現(xiàn)了德國鋼鐵工業(yè)的精細化管理能力。
圖8 1982-2010年德國鋼鐵渣噸鋼產(chǎn)量及應(yīng)用情況
4、鋼鐵渣相關(guān)標準/技術(shù)指南
在歐洲,長期使用鋼鐵渣的前提是存在已獲批的標準,其針對具體應(yīng)用領(lǐng)域規(guī)定了相應(yīng)的要求。市場上流通的鋼鐵渣產(chǎn)品均應(yīng)符合與預期用途有關(guān)的技術(shù)、環(huán)境等方面的標準、規(guī)范要求。如EN197-1規(guī)定了3種不同的早期高強度高爐水泥和2種耐硫酸鹽低早期高爐水泥的成分、規(guī)格等;EN 15167-1規(guī)定了在混凝土生產(chǎn)中用作II型添加劑的高爐渣的化學物理性質(zhì)以及質(zhì)量控制程序要求等內(nèi)容;ISO 11126-6 規(guī)定了用于噴砂清理工藝的鋼鐵渣磨料的要求,包括粒度和表觀密度的范圍、莫氏硬度、水分含量、電導率等。
涉及鋼鐵渣的相關(guān)標準見表1。
表1 涉及鋼鐵渣的相關(guān)歐洲標準/技術(shù)指南
5、鋼鐵渣相關(guān)法規(guī)
在歐洲,涉及鋼鐵渣使用的環(huán)保法規(guī)和指令較多(見表2)。其中,具有基礎(chǔ)性的意義的是,根據(jù)歐盟-廢棄物框架指令[2008](WFD)相關(guān)條款,定義了鋼鐵渣是產(chǎn)品、副產(chǎn)品還是廢棄物的法律地位。在大多數(shù)情況下,鋼鐵渣被視為副產(chǎn)品。
表2 涉及鋼鐵渣的相關(guān)歐洲法規(guī)/指令
如果最初被定義為廢棄物,可以以用于特定目的進行加工處理后,將不再被視為廢棄物,即滿足WFD第六條所規(guī)定的相關(guān)條件:(a)該物質(zhì)或物體通常用于特定目的;(b)該物質(zhì)或物體存在市場或需求;(c)該物質(zhì)或物體滿足特定目的的技術(shù)要求,并符合適用產(chǎn)品的現(xiàn)行法律和標準;(d)使用該物質(zhì)或物體不會對環(huán)境或人類健康產(chǎn)生總體不利影響。
鋼鐵渣法律地位判定的具體流程如圖9。
圖9 根據(jù)WFD2008/98/CE判定鋼鐵渣法律地位的流程圖
6、結(jié)論
歐洲尤其德國,在鋼鐵渣的產(chǎn)生和利用方面有詳細的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,反映其管理過程的精細化程度,而鋼鐵渣的精細化管理也是實現(xiàn)鋼鐵渣高效利用的前提和基礎(chǔ)。
歐洲的鋼鐵渣結(jié)構(gòu)與我國有明顯區(qū)別:高爐渣有20%以上的干渣;由于生產(chǎn)流程的原因,電爐渣在鋼渣中占比在30%以上。在鋼鐵渣利用方面:建筑材料和水泥是最重要方向;作為肥料使用是一個傳統(tǒng)技術(shù)方向;存在一定比例的鋼鐵渣需填埋處理。
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