鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是高消耗、高排放行業(yè)，其最大的排放是鋼鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生的固體廢棄物。2015年，我國粗鋼產(chǎn)量8.04億噸，以每噸鋼產(chǎn)生固體廢棄物600千克~800千克估算，全年共產(chǎn)生固體廢棄物4.8億噸~6.4億噸，主要構(gòu)成為冶煉過程形成的爐渣、含鐵塵泥、燒結(jié)脫硫產(chǎn)物等，僅冶金渣就超過2億噸。固體廢棄物占用大量的土地資源，污染周邊環(huán)境，為此，提高鋼鐵流程固體廢棄物資源化高附加值利用效率，是鋼鐵企業(yè)必須解決的重大問題。
我國鋼鐵業(yè)追求綠色發(fā)展
我國是全球最大的鋼鐵生產(chǎn)國和消費(fèi)國，支撐我國大規(guī)模鋼鐵生產(chǎn)的主要是以高爐、轉(zhuǎn)爐為主的長流程鋼鐵企業(yè)，我國鋼產(chǎn)量中約90%采用長流程生產(chǎn)。近年來，我國陸續(xù)投產(chǎn)了一批先進(jìn)長流程生產(chǎn)工藝的鋼鐵廠，包括鞍鋼鲅魚圈鋼鐵廠，首鋼京唐鋼鐵廠、寶武集團(tuán)寶鋼股份湛江鋼鐵廠等。這些廠在規(guī)劃建設(shè)之初就規(guī)避了以往鋼鐵廠工程投資高、生產(chǎn)成本高、能耗高、碳排放高的被動(dòng)局面，側(cè)重打造節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的新特點(diǎn)。
“十三五”期間，我國將繼續(xù)加快處理鋼鐵工業(yè)大宗固體廢棄物的步伐。國務(wù)院發(fā)布的《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》要求，鋼鐵行業(yè)把“綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展、兩化融合”作為實(shí)施途徑，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，拓寬鋼鐵生產(chǎn)流程中固體廢棄物協(xié)同處置渠道。我國鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展仍面臨挑戰(zhàn)，固體廢棄物再利用和全量處理是須要重點(diǎn)解決的課題。
鋼企固廢資源化處理模式
固體廢棄物產(chǎn)生情況與特性分析。研究者以年粗鋼生產(chǎn)規(guī)模約900萬噸的某長流程鋼鐵廠為研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)得出，伴隨鋼鐵生產(chǎn)各工序，年固體廢棄物約為608.5萬噸，主要為含鐵類固廢產(chǎn)物、含碳類固廢產(chǎn)物和其他類固廢產(chǎn)物3類。
含鐵類固體廢棄物。圖1和圖2分別為主要含鐵類固體廢棄物細(xì)分情況和產(chǎn)量分布，合計(jì)產(chǎn)生26種約253萬噸，噸鋼產(chǎn)生量約280千克。其中，鐵前與煉鐵工序產(chǎn)生9種，占總重的29.8%;煉鋼工序產(chǎn)生8種，占總重的58.5%;軋鋼和其他工序產(chǎn)生9種，占總重的11.7%。
圖1 鋼鐵生產(chǎn)工序主要含鐵類固廢細(xì)分情況
圖2 鋼鐵生產(chǎn)工序含鐵類固廢產(chǎn)物年產(chǎn)量分布
表1是3種含鐵類固廢的主要化學(xué)成分，該類固廢含較高的鐵錳等元素，利用價(jià)值很大。
表1 三種含鐵類固體廢棄物主要化學(xué)成分
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含碳類固體廢棄物。圖3為各工序含碳類固體廢棄物細(xì)分情況，包括篩下焦末、焦化環(huán)境灰、生化污泥和焦油渣。
圖3 鋼鐵生產(chǎn)工序主要含碳類固體廢棄物細(xì)分情況
表2是各種含碳類固體廢棄物年產(chǎn)生量，總計(jì)約55.5萬噸，相當(dāng)于噸鋼產(chǎn)生量65千克，篩下焦末占比達(dá)87.5%，主要作為燒結(jié)燃料使用。
表2 鋼鐵生產(chǎn)工序含碳類固體廢棄物年產(chǎn)生量
表3是典型含碳類固體廢棄物的主要化學(xué)成分，該類固廢碳含量較高，適合回收利用。
表3 典型含碳類固廢產(chǎn)物主要化學(xué)成分
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其他固體廢棄物。其他固廢年產(chǎn)生量約為300萬噸，主要包括：煉鐵工序產(chǎn)生的脫硫灰、高爐渣，配套電廠產(chǎn)生的粉煤灰及爐渣，廢棄耐火磚和冷軋工序鋅渣等，其中，高爐渣占比約90%，目前水淬高爐渣細(xì)磨成超細(xì)粉用于建筑工程。
固體廢棄物資源化再利用實(shí)踐。鋼廠是生態(tài)工業(yè)鏈中重要的一環(huán)，而固體廢棄物再利用是鋼廠重新獲取資源的重要渠道之一。鋼廠結(jié)合自身技術(shù)工藝特性，選擇經(jīng)濟(jì)合理的再利用策略，確定內(nèi)部循環(huán)使用路徑;對(duì)于暫時(shí)不能處理的固體廢棄物，采用工程堆存或外銷的處理模式。
鋼鐵流程內(nèi)部循環(huán)使用。圖4為主流程清潔生產(chǎn)內(nèi)循環(huán)設(shè)計(jì)路徑，綜合考慮各種固體廢棄物的冶金性能、產(chǎn)生量與煉鐵—煉鋼工序相匹配等因素，盡量利用不同過程的排放物、廢棄物和剩余能量進(jìn)行過程間體系設(shè)計(jì)。
圖4 鋼鐵主流程清潔生產(chǎn)內(nèi)循環(huán)路徑
工程堆存或外銷。針對(duì)目前不能處理的固體廢棄物，鋼廠采用工程堆存或外銷的處理方式。每年約有92萬噸煉鋼渣燜渣提取渣鋼后的尾渣須要堆存，成為鋼廠亟須解決的難題。
其他類固廢產(chǎn)物基本采用外銷方式，包括高爐渣、冷軋的氧化鐵粉等。每年約有27萬噸的含鐵類固體廢棄物外銷。
固廢資源化利用存在問題
含有害元素的除塵灰處理方式。鋼廠每年產(chǎn)生含鉀、鈉、鋅等有害元素的固體廢棄物約8.5萬噸，含鉀、鈉、鋅、鉛等有害元素的固體廢棄物在高爐中循環(huán)富集對(duì)生產(chǎn)危害極大，造成高爐懸料、結(jié)瘤、爐況不順等惡劣影響。實(shí)踐證明，含鋅量超過2.0%的除塵灰循環(huán)利用會(huì)明顯增加高爐的鋅負(fù)荷，影響高爐穩(wěn)定生產(chǎn)。部分企業(yè)為了控制鋅負(fù)荷而配置轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線來處理含鋅塵泥，但是處理費(fèi)用高，有必要探尋更優(yōu)更經(jīng)濟(jì)的處理方法。
危險(xiǎn)廢棄物處置方式。鋼廠每年產(chǎn)生約5000噸的含油垃圾、含油污泥等危險(xiǎn)廢棄產(chǎn)物，其處理費(fèi)用貴。我國危險(xiǎn)廢棄物處理處在初級(jí)階段，處理能力存在較大缺口。為降低鋼廠處理成本，結(jié)合鋼廠危險(xiǎn)廢棄物產(chǎn)量大的特點(diǎn)，建議在政府相關(guān)部門指導(dǎo)監(jiān)管下，由鋼鐵廠設(shè)立集中危險(xiǎn)廢物處置加工中心。這樣，既能滿足鋼廠內(nèi)部危險(xiǎn)廢物處置要求，又能完成對(duì)周邊園區(qū)和社會(huì)的危險(xiǎn)廢物集中處置，擴(kuò)充鋼廠的城市垃圾處理功能。鋼廠應(yīng)積極爭取國家政策支撐和相關(guān)措施鼓勵(lì)，參與城市垃圾處理工作。
冶金渣高溫轉(zhuǎn)換與余熱利用方式。煉鐵和煉鋼工序產(chǎn)生大量的高溫渣，包括高爐渣、脫硫渣、脫碳渣、精煉渣等。這些渣的冶金性質(zhì)不同，均采用水冷處理，消耗了大量的水資源，還造成熱能浪費(fèi)。以高爐渣為例，2015年全國高爐爐渣產(chǎn)量約2.51億噸，其熱量可折算為1367萬噸標(biāo)煤，再利用潛力巨大。以冶金渣高溫轉(zhuǎn)換與余熱利用為標(biāo)志的新型處理方法將是固體廢棄物節(jié)能的重要發(fā)展方向之一。
建設(shè)鋼企固廢處理大平臺(tái)
鋼廠的固體廢棄物種類繁多、特性各異、產(chǎn)生量差異很大。固廢集中管理和新技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)固廢資源化高效利用的有效手段。有鑒于此，研究者提出了搭建鋼鐵企業(yè)固廢處理大平臺(tái)的構(gòu)想，見圖5。
圖5 鋼鐵廠固廢資源化處理工作路線圖
鋼鐵廠固廢處理向4個(gè)方向開展工作，一是持續(xù)推進(jìn)鋼鐵廠內(nèi)部固體廢棄物高價(jià)值循環(huán)再利用，通過采取優(yōu)化物料走向和技術(shù)研發(fā)等多種措施，提高產(chǎn)物的自消納率。二是充分利用高溫渣系中富含有價(jià)元素和熱能的特點(diǎn)，開發(fā)新型的渣冶煉工藝技術(shù)，對(duì)高溫渣中金屬鐵、磷和錳等元素進(jìn)行提取，通過渣系調(diào)質(zhì)生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。三是針對(duì)含鉀、鈉、鋅、鉛等有害元素的灰類產(chǎn)物，須進(jìn)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，研發(fā)經(jīng)濟(jì)性新工藝，以替代投資運(yùn)行成本高的轉(zhuǎn)底爐工藝。四是危險(xiǎn)廢棄產(chǎn)物屬于鋼鐵廠固廢處理的薄弱環(huán)節(jié)，通過建設(shè)鋼廠處置中心，既處理鋼廠內(nèi)部的危險(xiǎn)固廢，又兼具社會(huì)垃圾的處置功能。
通過以上固體廢棄物綜合處置路線，實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理和資源綜合利用相結(jié)合，有望打造“零”排放的鋼鐵廠。
來源:中國冶金報(bào)社 作者:張壽榮
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