浅谈不锈钢废渣的资源化综合利用
张天云
广西力合城市矿产再生资源科技有限公司 543103
摘要：针对不锈钢废渣的物理和化学性质，说明国内外不锈钢废渣的传统处理方法，开拓不锈钢废渣处理的新途径，重点阐述钙渣的新用途，为变废为宝、节能环保提供借鉴。
关键词：不锈钢；废渣；资源化；综合利用。
Discussion on stainless steel comprehensive utilization of waste
residue
Zhang tianyun
Guangxi city mineral resources and technology co.,ltd. 543103
Abstract: Physical and chemical properties of stainless steel waste, that conventional treatment methods of stainless steel waste, pioneering new ways of stainless steel slag treatment, focusing on new uses of slag of calcium, providing references for treasure, energy saving and environmental protection.
Keywords: Stainless steel waste resources and comprehensive utilization. 1前言 1.1公司简介
广西力合城市矿产再生资源科技有限公司创建于2013年初，是一家集废弃金属回收、处理、再生利用于一体的高新环保企业。注册资金壹仟伍佰万元。生产一基地坐落于国家级城市矿产示范基地—梧州进口再生资源工业园区内，二基地坐落于北海市铁山港工业区内。
公司致力于专业回收处理各种工业固废（铜渣、不锈钢渣、镍渣等），进行金属弃渣的再生利用，主要经营矿粉以及各种有色金属的销售贸易，现与中国建筑材料科学研究院（中国建筑材料与无机非金属新材料专业最大的综合型研究机构和技术开发中心）战略合作，引进国内先进的快速沸腾烘干系统和开流矿渣微
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粉管磨机系统，采用全自动化机器来代替手工进行矿粉及金属生产。 1.2公司的发展目标
广西力合城市矿产再生资源科技有限公司力争成为广西工业固废的龙头企业，以梧州、北海为中心，辐射柳州、贺州、玉林、南宁、钦州等地区，规划到2016年，资源综合利用规模达到处理工业固废500万吨，其中年处理不锈钢渣200万吨，铜渣80万吨，镍渣60万吨，铁渣100万吨，铝渣40万吨，其他金属渣20万吨。综合回收65%铁渣80万吨，90%铜渣1.8万吨，镍渣1.2万吨，铝渣42万吨，矿渣微粉42万吨。实现工业总产值50亿元，利税总额 3 亿元，创造就业岗位3000个。
2 不锈钢废渣的物理及化学性质
不锈钢渣废渣外观如图1所示，经粗分离为60%的钙渣和40%的钢渣，又分为粗渣、中渣和细渣。钢渣中一般含有10％左右的金属Fe，通过破碎磁选筛分工艺可以回收其中的金属Fe。一般钢渣破碎的粒度越细，回收的金属Fe越多，将钢渣破碎到100～300mm，可从中回收2.4％的金属Fe，破碎到80～lOOmm，可回收3．6％的金属Fe，破碎到25—35mm，回收的金属Fe量达2％。
不锈钢废渣主要由钙、 铁、 硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。有的地区因矿石含钛和钒，不锈钢废渣中也稍含有这些成分。不锈钢废渣中各种成分的含量因炼钢炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同，有较大的差异。
不锈钢废渣在温度 1500～1700℃下形成，高温下呈液态，缓慢冷却后呈块状，一般为深灰、深褐色。有时因所含游离钙、镁氧化物与水或湿气反应转化为氢氧化物，致使渣块体积膨胀而碎裂；有时因所含大量硅酸二钙在冷却过程中由β型转变为 γ型而碎裂。如以适量水处理液体钢渣，能淬冷成粒。
不锈钢废渣的主要化学成分为氧化钙，属碱性氧化物，在矿渣中化合成具有活性的矿物，如硅酸二钙等。氧化钙是决定矿渣活性的主要因素，因此，其含量越高，矿渣活性越大。氧化铝属酸性氧化物，是矿渣中较好的活性成分，他在矿渣中形成铝酸盐或铝硅酸钙等矿物，有熔融状态经水淬后形成玻璃体。氧化铝含
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量越高，活性越大，越适合水泥使用。
40%的钢渣在钢铁企业内部循环传统上得到普遍采用，配加转炉渣的烧结矿可改善高炉的流动性，增加铁的还原产量，但是过度使用会造成Ｐ等有害元素的富集。研究表明，当高炉炉料使用100%自熔性球团矿时，5%转炉渣作为溶剂加入会引起高炉运行不畅，原因是明显影响球团矿的软熔特性，增大软熔温度间隔，使炉渣粘性有增大趋势。另外钢渣的成分波动较大，烧结配矿时要求钢渣各种氧化物成分波动≤±2%，粒度要求一般小于3mm，钢渣在成分上很难满足要求，对钢渣破碎和筛分的要求也高。由于这些不利因素存在，只能少量的返回钢冶炼使用。
60%的钙渣的化学成分如下表所示。按化学成分，可作为助熔剂，用于陶瓷釉料、熔块或者玻璃行业。
表1 钙渣的化学成分
元素
Al
Si
Fe
Ca
Mg
Na
Ti
F
Mn
S
Cr
灼减
成分，% 2.74 26.1 0.24 51.1 7.52 0.38 0.48 3.47 1.25 0.81 0.40 5.43
3国内外不锈钢废渣处理背景
国外工业发达国家20世纪初期就开始研究不锈钢废渣的处理和利用方法，特别是20 世纪70年代后，工业发达国家面临严重的资源不足，推动废渣的处理和综合利用技术进一步发展，迅速提高其综合利用率。根据国际权威部门对美、俄、日、英、德、法等发达国家的调查和统计，废渣利用率最少45%，最多达100%，但其中十几个国家的废渣50%用于填海和筑路，而应用在水泥、冶金配料、农业化肥等生产中，仅为31%- 50%。
日本的废渣处理主要有露天式蒸汽陈化处理和热闷罐陈化处理工艺。露天式蒸汽陈化处理工艺是用三面封闭的陈化箱，陈化箱内壁嵌钢板，底部设蒸汽管道，空气冷却的废渣倒入陈化箱内，通人蒸汽，处理周期144h。处理后的废渣用装载机运走。此方法的主要缺点是不能自动化控制，蒸汽消耗量大，处理周期长。热闷罐陈化处理工艺过程是:将慢冷废渣破碎后装入料仓中，用移动台车将料仓放入压力罐内，密封通人蒸汽，温度为158℃，压力为0.6MPa，处理周期为3h,此处理工艺的处理周期短，废渣稳定性好。
德国废渣处理是利用露天进行风化，使废渣中f-CaO、f-MgO与湿气反应使
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废渣稳定，但这种传统方法时间长、占地大。近几年德国研究了通过喷枪向熔融废渣中吹入一定量的SiO2和废渣中f-CaO反应生成硅酸钙，Fe2O3与f-CaO反应生成铁酸钙来消除废渣中f-CaO所造成的不稳定。
加拿大、英国、印度对废渣的利用主要是用作回填道路材料，都提出必须将废渣中f-CaO、f-MgO消解处理。
其他国家处理废渣的方法是热泼法，即将液体废渣泼入专门的处理场,渣层厚度在30厘米以下,喷淋适量的水促其冷却，然后进行破碎、筛分、磁选，以回收其中金属，渣块则进行综合利用。美国伯利恒钢铁公司和中国一些钢厂都采用水力冲渣法使电炉渣、平炉前期渣实现粒化。冲水水压为2.5～8kgf/cm2,渣和水之比为1：10以上。此法工艺简单,得到的废渣粒度大多在1cm以下,便于利用。但用水量大，须解决水的处理和循环利用问题。1974年以来，日本的新日本钢铁公司采用浅盘(ISC盘)水淬法处理转炉渣。处理方法是将液体废渣泼入浅盘，渣层厚度约10cm，喷水使渣冷却到500℃左右,固化后将渣倾倒在运渣车上,再度喷水使渣冷却到200℃，然后倒入泡渣池，冷却至常温。经过处理的渣，颗粒大多在10cm以下。此法节省处理场地，操作较水力冲渣法安全，周转快，节省投资和设备，对环境的污染程度较轻。
目前国内外废渣的用途因成分而异。美国每年以排渣量的2/3作为炼铁熔剂,直接加入高炉或加入烧结矿，在钢铁厂内部循环使用。废渣的成分中，除硅无用和磷有害外，钙、铁、镁和锰（共占废渣总量的80%）都得到利用。但硫、磷含量较高的废渣作为熔剂，会使高炉炼铁的利用系数降低，焦比增加。法国、德国、加拿大等把这类废渣用作铁路道碴和道路材料。做法是先将加工后的废渣存放3～6个月，待体积稳定以后使用。这类废渣广泛用于道路路基的垫层、结构层，尤宜用作沥青拌合料的骨料铺筑路面层。废渣筑路，具有强度高，耐磨性和防滑性好,耐久性好,维护费用低等优点。西欧各国用高磷废渣作肥料有悠久的历史。废渣中的钙、硅、锰以及微量元素均有肥效，可作为渣肥施于酸性土壤。各类废渣均可作为填坑、填海造地材料。中国目前生产少量废渣水泥，多用转炉废渣掺50%左右高炉粒化渣，10%左右石膏，磨制无熟料废渣水泥，或以15%左右水泥熟料代替废渣磨制少熟料水泥。中国有些地方利用电炉废渣生产白废渣水泥。日本、德国利用废渣作为水泥生料，焙烧铁酸盐水泥，可节约能源。此外，废渣还可制
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造砖、瓦、碳化建筑材料等。
4钙渣处理的传统使用 4.1生产水泥
钙渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的硅酸二钙和硅酸三钙。高碱度转炉钙渣中两者含量在50％以上，中、低碱度的钙渣中主要为氧化钙。钙渣的生成温度在1560℃以上。而硅酸盐水泥熟料的烧成温度在1400℃。钙渣的生成温度高。结晶致密，晶粒较大。水化速度缓慢。因此可以将钙渣称为过烧硅酸盐水泥熟料。以钙渣为主要成分。加入一定量的其他掺合料和适量石膏，经磨细而制成的水硬性胶凝材料，称为钙渣水泥。
钙渣可作混凝土掺合料，将足够的钙渣分散到水泥基料中，可起到改善混凝土导电性的作用。普通水泥基复合材料在干燥条件下是一种高电阻率的非导电材料，而钙渣中含有较多的铁氧化物以及未氧化的Fe，因此是一种导电性能良好的材料。
4.2钙渣用于路基垫层
钙渣在路基垫层中应用,其粒度应控制60mm以下,自然堆放或稍加喷淋3个月以上其粒度基本符合要求,钙渣中游离CaO随着钙渣龄期的增长而明显减少,3个月后基本稳定在<5.5%的水平,其粉化率亦不断下降,稳定性提高。影响钙渣作路基垫层使用的另一个要求是钙渣的力学强度。 4.3造纸钙粉
造纸工业是碳酸钙的一大市场,每年的消耗量很大,今后对碳酸钙的用量和品种都会有更多更高的要求, 造纸用重质钙粉325目，白度要求：95%，钙粉含量：98%，钙粉在造纸工业的重要作用，能保证纸张的强度和白度,且成本较低，碳酸钙在纸张中大量用作填料和涂布颜料,随着纸张向着高填充量的发展,碳酸钙消耗量也增长很快，市场前景十分广阔。 4.4作冶金炉助熔剂、造渣剂
在二十世纪四十年代，国外就开始用钙渣作冶金炉助熔剂、造渣剂。钙渣做冶金炉助熔剂、造渣剂的主要优点有：主要利用了渣中大量的钙硅含量。利用钙渣，可大量节省石灰石用量，可提高冶金炉的脱硫能力和造渣脱杂能力，使冶金炉的流动性和稳定性变好，提高冶金渣的透气性。冶金炉配用钙渣量，主要取决
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浅谈不锈钢废渣的资源化综合利用-中国绿色建材产业发展联盟
