中国的钢渣：处理，回收和管理外文翻译资料

 2022-01-09 21:38:23

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中国的钢渣：处理，回收和管理

郭建龙，延平宝，王敏

钢渣是炼钢过程中的主要废物。因为它的化学成分和技术性能，可以作为钢铁厂的原材料利用，也可以作为替代品替代土木工程中的集料。在本文中，我们回顾了中国的钢渣处理，回收和管理。虽然中国每年的炉渣产量超过1亿吨，但其利用率仅为29.5％。截至2016年，尚未有效使用超过3亿吨钢渣。大量钢渣排放对中国造成了环境问题。中国的钢渣利用率与工业国家相比，利用率较低：日本的利用率为98。4％，2007年欧洲为87.0％，美国为84.4％。与其他国家相比，中国矿渣在道路建设和农业上的利用也存在差距。虽然中国政府一直积极创造实现有效钢渣处理和回收的立法和制度框架，但努力有限。过时的补救方法是导致利用率低的原因之一。中国，大多数中国钢铁厂对钢渣进行初步处理（如家庭作坊），没有一个系统可用于所有黑色金属废物回收，47％企业的钢渣稳定后治疗不符合后续产品的要求。道路建设问题造成的高成本和政策有限，法律限制和缺乏农业应用标准是另外两个钢渣利用率低的原因。需要新的政策来提高利用率。我们提出逐步利用的概念，促进钢渣的有效利用。

1.简介

钢渣是炼钢时，随着石灰石、白云石和其他辅助材料加入产生的一系列氧化物质，氧气吹入高炉生产的生铁上，除去碳（C），磷（P），硫（S）和其他组分，在碱性氧气炉（BOF）中生产粗钢。钢渣是钢铁生产的主要副产品。中国的粗钢产量根据国家局的数据，2016年为8.08亿吨（中国统计2016），钢渣产量超标1亿吨。在中国，炼钢后，钢渣是从转炉倒出，运到渣堆放处，并通过老化治疗。然后将钢渣磁分离回收金属铁（Fe）。磁选后，钢炉渣不规则地堆放在空地上。粉末形成开始凝固并储存在地面上的钢渣放电后立即进行，这是一个连续的过程。在由钢渣形成的大量粉末期间，大量的运输和处理过程中产生的灰尘会污染空气。铬（Cr）和砷（As）等有害成分可溶于水。另外，加工简单设施将导致钢渣经过处理后不能有效使用，其处置会污染农田。因此，钢渣是随着中国钢渣储量的不断增加，中国在数量和排放方面都存在严重问题。在2012年，中国中部和东部的阴霾开始吸引公民，国际媒体和中国政府的关注。毫不奇怪，75％的中国钢铁企业和66％该国的钢铁产量在这些地区。当钢渣不能及时有效地使用，其处置成为对社会和工业来说是一个严重的问题（Dippenaar，2005）。为了解决钢渣问题，有两种不同的努力已经成型。第一个努力是减少钢渣的数量。铁水预处理可用于去除硅（Si），磷（P），生铁脱碳前的硫。在日本，由BOF炼钢产生的炉渣产量从138kgt-steel1减少到121kgt-steel1就是通过简单地使用这种方法做到的。运用双相工艺也可以减少钢渣量（Ogawa等，2001）。在此过程中，脱碳和脱磷分为两个转炉。使用这种方法，该钢渣的含量从传统BOF工艺中的130 kgt钢1减少到60 kgt钢1（Tanaka等，2000）。 这个过程在日本和一些先进的中国钢铁厂中得到广泛应用。 大多数中国企业采用传统的炼钢方法，并采用钢渣生产这些方法约为100-150公斤（Semykina等，2010;高等人，2015）

减少钢渣量的第二个措施是促进钢渣的利用。钢渣的利用历史悠久。早在1880年，欧洲就开始将钢渣用于磷肥（Geiseler，1996）。由于其化学成分，包括氧化钙（CaO），铁（Fe），氧化铁（FeO），二氧化硅（SiO2），氧化镁（MgO）和氧化锰（MnO）钢渣可以作为钢铁厂的原料再利用（包括烧结和转换器）; （Topkaya等，2004; Diao等，2016; Sarfo等，2017a，b）。由于其多孔结构和碱性，钢渣可用于废水处理（Ortiz等，2001; Yildirim和Prezzi 2011; Ponsot和贝尔纳多，2013年）。 Sarfo研究了碳热还原有价值的金属可以从炉渣中回收用于炼钢的方法，残留的炉渣可以用于玻璃和陶瓷工业（Sarfo等，2016; Sarfo等，2017a，b）。一些研究人员肯定钢渣可以成功地用作道路和水利建筑的骨料，因为它有好的物理和机械性能，包括硬度，耐磨性，粘合性，粗糙度和韧性（Pasetto等，2017; Ferreira等，2016; Shen等，2009;埃默里，1984年;）。Mahieux等，2009）。存在硅酸钙（C2S），硅酸三钙（C3S），铁铝酸四钙（C4AF）等矿物成分赋予钢渣以及胶结性能，钢渣被认为是水泥的潜在材料生产（Tsakiridis等，2008; Kourounis等，2007;Amuchi和Piatak，2015年; Gonccedil;alves等，2016）。此外，因为它含有CaO和MgO，钢渣可以重复利用来捕获和储存二氧化碳（CO2）（Ma et al。，2011; Pan et al。，2016年张等人，2017年; Tong 等。，2018），以及它含有促进植物生长的有益元素，如Si，Ca，Mg，P和Fe，钢渣也可以作为肥料再利用土壤改良（Fujisawa等，2012;Goacute;mez-Nubla等，2017年）。表1显示了特征之间的关系钢渣及其潜在应用领域Mahieux等，2009）。

表格1

钢渣特性与潜在应用的关系。

特点应用

坚硬，耐磨，粘合剂，

粗

道路和液压的集料

施工

多孔，碱性废水处理;玻璃 - 陶瓷

复合材料

FeOx，Fe组分铁回收

CaO，MgO，FeO，MgO，MnO

组件

助焊剂

水泥组件

（C3S，C2S和C4AF）

水泥和混凝土生产

CaO，MgO组分CO2捕获和烟气脱硫

FeO，CaO，SiO2组分水泥熟料的原料

肥料成分

（CaO，SiO2，MgO和FeO）

肥料和土壤改良

然而，对钢渣的使用存在许多限制。 当钢渣在内部使用时，在钢铁厂中出现最多且

明显的问题是P和S的富集（Drissen等人，2009）。 印度的Bhilai钢厂被关闭因为它的S和P含量很高（Das等，2007）。由于其体积稳定性，游离石灰和游离MgO的量对于钢渣在建筑中的利用是重要的。 总Fe（T.Fe）含量和重元素浸出的可能性，如As，Cr和钒（V）（Nakase）et al。，2013）是影响钢渣使用于水泥生产和肥料的关键因素。 因为经济和社会因素，这些钢渣问题一直没有在中国彻底解决了。

各国钢渣利用率各不相同。 一些工业国家，如日本，美国和一些欧洲国家的利用率很高。 然而，中国的利用率仅为约处理了29.5％，超过7000万吨的钢渣每年（Yi 等，2012）。 截至2016年，近300万吨钢渣在中国尚未得到有效利用。 中国政府正在努力制定政策和开发技术回收和管理钢渣。 正如将在更多中讨论的那样，在本文中，由于法律限制，政策限制，处理和使用成本等原因，这些努力受到限制环境保护。

本文的目的是研究导致钢渣处理，回收利用和当前状态的因素以及中国的管理。 从概述钢渣开始，我们描述了钢渣的化学成分和不同国家的钢渣利用率。 然后我们介绍概述中国钢渣管理，包括其利用历史;以及与钢铁有关的法律，法规，政策和标准矿渣。 我们分析了中国利用率低的原因，并介绍了中国钢渣利用面临的挑战。 最后，我们从环境的角度分析渣的利用和管理。 我们提出一个新的逐步利用钢渣的概念，以改善这种废物的管理。

2.钢渣概述

2.1 钢渣的化学成分

钢渣的产生通常取决于冶炼过程，Si含量和白云石的使用（Gao等，2015）。该CaO / SiO2比通常用作确定的基础需要的石灰量; 石灰在控制中起主要作用的数量，化学成分和矿物成分炉渣（Kitamura等，2009）。

表2显示了化学组成的典型实例不同国家的钢渣。 钢渣的主要成分是CaO，Fe，SiO2，MgO和MnO。 钢渣是钙硅酸盐，具有CaO范围为38-48％，SiO 2范围为11-20％。 Fe in钢渣是钢，FeO和含铁矿物的形式。这些组分可以通过烧结和高炉的磁分离与钢渣分离或者可以使用在炼钢。 此外，高含量的CaO，MgO和钢渣中的MnO意味着它可以用作石灰石，白云石和锰矿石的替代品，以降低铁的成本和炼钢（Shen 等。，2003）。

表2

不同国家的钢渣含量（重量％）。

国家 CaO SiO2 Al2O3 MgO MnO P2O5 Fet S.

土耳其（Alanyalı等，2006）38.62 19.28 2.71 8.05 7.52 - 22.61 0.28

日本（Gao 等，2015） 45.8 11.0 1.9 6.5 5.3 17.4 0.06

巴西（Oliveira等，2004） 45.2 12.2 0.8 5.5 7.1 - 18.8 0.07

瑞典（Tossavainen，2007） 45.0 11.1 1.9 9.6 3.1 0.23 23.9 -

法国（Waligora等，2010）47.71 13.25 3.04 6.37 2.64 1.47 24.36 -

中国（Rao等，2014） 42.92 11.51 1.4 4.36 4.04 0.83 23.74

2.2。 不同国家的钢渣利用率

根据世界钢铁协会（2016年）的数据，2015年世界粗钢产量达到1620万吨如图1所示，中国，欧洲，日本和美国都是世界粗钢产量排名前四位的地区，占总产量的71.7％。 了解主要的应用在世界主要地区的钢渣中，描述了这四个区域钢渣的生产和利用方法。本节（另见图2）。

钢渣主要用于日本，欧洲，美国和中国的道路建设，水泥生产，内部回收，土木工程和农业。根据来自Nippon Slag Association的数据（2016），日本钢渣生产2016年达到约1410万吨，利用率是98.4％。其中，30.9％的钢渣用于民用领域，包括沿海保护回填，用于修正软土地基的地面覆盖物，道路路基和路堤。在日本，钢铁炉渣也用于降低海水中的硫化氢含量（Hayashi等，2013; Hayashi等，2014）。有效使用钢材炉渣可以显着改善沿海海洋环境（日野，2003年）。欧洲联盟协会发布信息关于欧洲（包括17个国家）的钢渣利用率两年。钢渣利用量约为2180万吨2012年，利用率为87.0％（Euroslag Association，2012）。在一些欧洲国家，如德国和法国，钢渣利用率大于90％。根据数据根据美国地质调查局（2013年），钢渣产量达到2013年在美国780万吨。约占49.7％钢渣用于道路施工，16％用于沥青混凝土;最终只有15.6％的美国钢渣被放入垃圾填埋场。在中国，钢渣产量达到1亿吨由于钢渣利用率如此之低，已经丢弃了累计3亿吨的钢渣。中国落后了其他国家在农业以及道路上对钢铁的使用。

3.中国钢渣利用概况

3.1。 中国钢渣利用的历史

钢渣固体废弃物作为工业用途在中国有一段较短的历史。 据报道中国在20世纪70年代才开始回收钢渣（Shan，2000）。钢渣的利用在中国经历了三个阶段，如图所示，图3.第一阶段是处置阶段，发生于20世纪50年代到70年代; 在这个阶段，只有一小部分可用的矿渣用于水泥。 剩下的炉渣被排出进入环境并用来填补沟渠; 它也被抛弃了到农田。 每个钢铁厂都有一座矿渣山，这些矿山造成的污染相当严重。 在这第一阶段，钢渣利用率由钢铁生产率决定。 当时中国钢铁生产率低，难度大。财务状况转化为钢渣利用率差不多0％。

第二阶段是广泛的发展阶段，其中发生在20世纪80年代至2005年。在这一阶段，中国的粗钢产量从3710万吨增加到3.558亿吨，使中国成为钢铁生产的世界领先者。在这第二阶段，根据钢渣利用率确定回收技术;钢渣经过简单处理手动或机械磁分离。废料被回收利用在转炉中，尾矿用于回填和道路。然而，许多钢渣使用失败的原因在于缺乏成熟的钢渣处理技术和必要的标准。例如，武汉钢铁公司使用1992年产生了17万吨钢渣作为回填总基础扩建390平方米。;这个基础在项目完成六个月后完全被破坏（Gan，2007）。 20世纪80年代，宝钢在建造室内体育场时使用了钢渣，这个基础也破裂了（张，2006）。鞍钢使用钢渣作为建筑材料墙壁，这些墙壁由于其高Fe含量而破裂（Zhang et al。，2008）。由于使用钢渣的结果不佳在此期间，其利用率低于10％。

第三阶段是综合利用阶段始于2005年，一直持续到今天。中国协会金属废料利用首先宣布生产和2005年（2005年）使用钢渣; 2005年至2013年间，中国的钢渣产量随着增长而大幅上升在粗钢生产中。达到钢渣量2013年产量为1.013亿吨。钢渣利用率从2004年的10％增加到2013年的29.5％。但是，超过仍未有效使用7000万吨钢渣。该大量钢渣排放引起了人们的关注环保团体，公众和政府。在这阶段，钢渣利用的主要驱动力来自增加社会压力和相关的实施。

此外，中国各地钢渣的利用率不均衡。东部地区钢渣利用率高于中西部地区。 利用率

在沿海地区，包括上海，江苏，浙江和山东省，高于内陆地区。法律，政策，法规和标准。精制产品采用钢渣分离技术从尾矿制成。在中国大多数钢铁企业都成功回收钢渣作为废料和烧结。另外，由于需求量大用于中国的水泥生产和基础设施建设，近10.1％的钢渣现在用于

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