中國(guó)粉體網(wǎng)訊 如果打敗你的不是同行，那或許更可怕。普通的碳酸鈣產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)者眾多，尤其是這幾年，在“雙碳”背景下，各種工業(yè)固廢綜合高效利用備受重視，尤其是含鈣固廢，應(yīng)用領(lǐng)域直指碳酸鈣市場(chǎng)。
鋼渣是鋼鐵冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的一種大宗且含鈣的工業(yè)固廢，大約占鋼鐵總量的15%，是各大鋼鐵公司都想處理掉的煩惱。從數(shù)據(jù)來(lái)看，中國(guó)粗鋼產(chǎn)量連續(xù)28年世界第一，每年產(chǎn)生超過(guò)1億t鋼渣，堆存量約20億t，但其綜合利用率僅為30%左右。
從可持續(xù)發(fā)展的角度看，鋼渣是放錯(cuò)了位置的資源，其綜合利用問(wèn)題也是備受國(guó)家層面的關(guān)注。3月5日，兩會(huì)期間政府工作報(bào)告中也提到，2024年，要大力發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟(jì)，推動(dòng)廢棄物循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展。作為唯一一個(gè)被政府工作報(bào)告里重點(diǎn)指出的環(huán)保細(xì)分產(chǎn)業(yè)，它向我們發(fā)出了一個(gè)信號(hào)——2024年，廢棄物循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)將成為國(guó)家大力推動(dòng)發(fā)展的一個(gè)環(huán)保細(xì)分領(lǐng)域。2月9日，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快構(gòu)建廢棄物循環(huán)利用體系的意見(jiàn)》（以下簡(jiǎn)稱《意見(jiàn)》）。《意見(jiàn)》提出，到2025年，初步建成覆蓋各領(lǐng)域、各環(huán)節(jié)的廢棄物循環(huán)利用體系。尾礦、粉煤灰、煤矸石、冶煉渣、鋼渣、工業(yè)副產(chǎn)石膏、建筑垃圾、秸稈等大宗固體廢棄物年利用量達(dá)到40億噸，新增大宗固體廢棄物綜合利用率達(dá)到60%，資源循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達(dá)到5萬(wàn)億元。
1、鋼渣基功能填料概述
根據(jù)生產(chǎn)工藝不同和生產(chǎn)材料差異，鋼渣組成也不盡相同，主要化學(xué)成分有CaO、SiO、A12O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O和f-CaO、f-MgO等。而主要礦物組成有硅酸二鈣、硅酸三鈣、游離石灰以及各種金屬氧化物等。
鋼渣的密度一般處于3.2×103~3.7×103kg/m3范圍內(nèi)，密度高，具有堅(jiān)硬特性。其一般具有168MPa~307MPa之間的抗壓強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度為15次。鋼渣在放置過(guò)程中，暴露在空氣中，成分組成中的游離氧化鈣、氧化鎂會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氧化鈣、氫氧化鎂。
2、鋼渣綜合利用技術(shù)
目前，鋼渣通過(guò)熱悶法、陳化法、熱潑法、滾筒法、風(fēng)淬法、水淬法進(jìn)行預(yù)處理，再通過(guò)化學(xué)、物理、熱力活化等方式激發(fā)鋼渣活性，進(jìn)而提取有價(jià)值組分、冶煉溶劑、做充填材料、做建材（水泥）以及應(yīng)用于農(nóng)業(yè)等方式進(jìn)行綜合利用。
3、鋼渣功能材料應(yīng)用
（1）橡膠填料
橡膠是一種具有可逆形變的高彈性聚合物有機(jī)材料，在制造過(guò)程中需要加入大量炭黑（市場(chǎng)價(jià)格約6000~8000元/t）作為補(bǔ)強(qiáng)填料，但是炭黑生產(chǎn)使用過(guò)程中會(huì)造成污染、對(duì)環(huán)境和人體健康有害。鋼渣可與炭黑一起作為填料使用，減少炭黑用量，增強(qiáng)了基體力學(xué)性能，且降本又環(huán)保。顧恒星等研究了1000目鐵水脫硫渣基橡膠填料取代部分炭黑，分別與丁苯橡膠、天然橡膠進(jìn)行復(fù)合制備復(fù)合橡膠材料，結(jié)果表明，當(dāng)鐵水脫硫渣基橡膠填料/炭黑比為20/30時(shí)，復(fù)合橡膠材料的力學(xué)性能與經(jīng)濟(jì)效益最好。王正洲研究了鋼渣基橡膠填料對(duì)天然橡膠、丁苯橡膠和順丁橡膠復(fù)合橡膠的硫化性能和力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，改性鋼渣基橡膠填料與復(fù)合橡膠的相容性提高，改性鋼渣基橡膠填料填充的復(fù)合橡膠的拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率都有所提高，磨耗量降低。
（2）涂料顏填料
涂料是涂覆在被保護(hù)或被裝飾的物體表面，并能與被涂物形成牢固附著的連續(xù)薄膜，其顏填料約占總量的40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。目前常用的涂料顏填料為氧化鉻、氧化鋅、氧化鈦、立德粉、碳酸鈣、滑石、納米黏土等，不僅含有Cr，Zn，Pb等重金屬，而且增加了對(duì)自然資源的消耗。因此，科研工作者利用鋼渣基功能填料中FexOy，SiO2，Al2O3具有的特性作為涂料顏填料取得了創(chuàng)新科研成果。龍紅明等利用滾筒渣基涂料顏填料和熱悶渣基涂料顏填料替代部分鐵紅粉與硫酸鋇，可以顯著提高環(huán)氧防銹涂料的耐鹽水性能與耐酸性能，這是因?yàn)殇撛蠪exOy具有較高的導(dǎo)電性能，可實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽作用。
（3）塑料填料
聚氯乙烯（PVC）是世界上產(chǎn)量最大的塑料產(chǎn)品之一，因其價(jià)格便宜，被廣泛應(yīng)用。由于聚氯乙烯為白色或淺黃色粉末，單獨(dú)不能使用，因此在使用過(guò)程中需要添加硅藻土、石棉、炭黑、輕質(zhì)碳酸鈣等塑料填料以改善聚氯乙烯制品的物理性能和力學(xué)性能。龍紅明、程崢明等將有壓熱悶渣基橡膠填料按摻量25%與聚氯乙烯等混合后，利用高溫低密度發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)PVC微發(fā)泡板材。結(jié)果表明，PVC微發(fā)泡板材穩(wěn)定性高，可長(zhǎng)期處于室外各種惡劣環(huán)境，尤其處在潮濕、酸堿度高的海邊、湖泊等特殊場(chǎng)所，使用年限在30年以上。
鋼渣基功能填料的制備原理 圖源：桂林鴻程
（4）生產(chǎn)碳酸鈣
許多研究者以低鈣鋼渣中鈣、鐵元素回收利用為目標(biāo)，開(kāi)展綜合利用工藝優(yōu)化研究。趙樹(shù)海等研究表明，在鋼渣粒徑為58、74μm、浸出時(shí)間為1h、固液比為1:10、酸濃度為2mol/L、浸出溫度為40℃的條件下，鈣鐵分離的效果最佳。浸出液改性后通入模擬煙氣，每t轉(zhuǎn)爐渣能固定103.72kgCO2，可回收240.1kgCaCO3，CaCO3純度可達(dá)到98.18%。在0.14T的磁場(chǎng)強(qiáng)度下浸出渣的磁選效果最好，富鐵礦物回收量可達(dá)每t鋼渣201kg，同時(shí)鐵品位也能達(dá)到57.3%。固碳產(chǎn)物碳酸鈣可以作為填充劑用于橡膠、塑料行業(yè)，富鐵礦物則可返回鋼鐵生產(chǎn)流程。
（5）農(nóng)肥和土壤調(diào)理劑
鋼渣在中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的時(shí)間較晚，但研究進(jìn)展迅速，主要應(yīng)用方向?yàn)橥寥栏牧�、提高土壤硅素肥力及增加作物產(chǎn)量方面。使用鋼渣能有效提升土壤pH和有效硅含量，促進(jìn)水稻對(duì)硅素養(yǎng)分的吸收，顯著促進(jìn)水稻生長(zhǎng)。研究表明，鋼渣和變形球囊霉復(fù)合處理可以提高土壤pH和土壤總提取球囊霉素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低土壤DTPA-Cd/Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，降低玉米地上部和根部Cd/Pb的積累。此外，與常規(guī)施肥相比，增施鋼渣對(duì)于提高大豆產(chǎn)量也有積極影響。
4、導(dǎo)致鋼渣未能規(guī)模化利用的4個(gè)問(wèn)題
其一，鋼渣來(lái)源不穩(wěn)定，化學(xué)成分與物相組成復(fù)雜、變化大；其二，冷卻方式多樣，導(dǎo)致鋼渣形成不同的微觀特性與宏觀特征；其三，礦物結(jié)晶粗大，活性組分難被以解離的玻璃體包裹；其四，易磨性差，鋼渣難以實(shí)現(xiàn)更大比表面積和更高的活性。
有研究表明，利用常溫造孔與助磨-改性協(xié)同技術(shù)制備的鋼渣基功能填料，其具有吸附性強(qiáng)、粒徑小、與有機(jī)體系相容性好的特征，可以廣泛應(yīng)用于橡膠輸送帶，鋼結(jié)構(gòu)防銹涂料、建筑外墻涂料、人造復(fù)合板材等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)“以廢增效”和橡膠、涂料、塑料企業(yè)“以廢降本”的雙贏格局。
結(jié)語(yǔ)
我們?cè)诿媾R資源日益枯竭的困局時(shí)，又必須解決因資源消耗帶來(lái)的固廢難處理問(wèn)題。鋼鐵文明一直在進(jìn)步，而鋼渣是挑戰(zhàn)，也是機(jī)會(huì)。
參考來(lái)源：
張浩，等：鋼渣基功能填料的高附加值非建材領(lǐng)域應(yīng)用研究進(jìn)展，安徽工業(yè)大學(xué)
趙樹(shù)海，等：低鈣鋼渣中鈣、鐵分離及回收利用，內(nèi)蒙古科技大學(xué)
王新鳳，等：鋼渣處理與綜合利用探析，中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司
伍秀群，等：淺談鋼渣的綜合利用現(xiàn)狀，中鋼集團(tuán)天澄環(huán)保科技股份有限公司
國(guó)務(wù)院辦公廳等
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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