1鋼鐵工業大宗固體廢物基本情況


鋼鐵工業是典型的能源、資源密集型工業。在鋼鐵生產中,每生產1噸粗鋼約消耗0.7~0.8噸煤炭、1.5~1.65噸鐵礦石,以及大量的石灰石等其他原料,同時排放大量的廢渣、廢水和廢氣。根據產生界面的不同,固體廢物主要有高爐渣、鋼渣、含鐵塵泥、環境塵泥、廢舊耐材、自備電廠粉煤灰和脫硫石膏等。據初步測算,每年鋼鐵工業固體廢物產生量約占全國工業固體廢物產生量的18%。


“十二五”期間,伴隨著生鐵、粗鋼產量的增長,高爐渣、鋼渣等大宗固體廢物也呈現增長態勢。據測算,全國高爐渣由2010年2.12億噸增長至2.51億噸,年均增長3.4%;鋼渣由2010年0.89億噸增長至1.04億噸,年均增長3.2%。自2013年以來,受國家經濟轉型發展和增速放緩影響,我國粗鋼產量和表觀消費量進入峰值區的特征明顯,“十三五”我國鋼材消費強度和消費總量將呈雙下降走勢,固體廢物產生量將步入峰值弧頂下行期,呈波動緩降趨勢。


鋼鐵工業大宗固體廢物綜合利用綜述


2 鋼鐵工業主要大宗固體廢物綜合利用進展


鋼鐵工業固體廢物呈現一些特點:一是產生量大;二是由于鋼鐵生產環境界面復雜,固體廢物種類多、成分復雜。如不同工序產生的含鐵塵泥成分不同,冶煉不銹鋼與普鋼的鋼渣成分不同等;三是鋼鐵生產企業多、集中度不高(具有粗鋼冶煉能力企業500多家),單個企業對一些量小的固體廢物種類難以規模經濟利用。四是蘊含有價元素,有毒有害廢物少,易于收集、運輸、加工和處理,可作為原材料資源再利用。


近年來,鋼鐵企業的觀念在逐漸發生變化,加大廢渣處理投資,將過去直接拋棄或簡單利用的固體廢物“變廢為寶”,絕大多數固體廢物得到了綜合利用,尤其以冶金渣、含鐵塵泥為代表的固體廢棄物資源化利用水平不斷提升。


2.1 鋼鐵渣綜合利用進展


2.1.1 高爐渣綜合利用現狀


2008年前,高爐渣主要用于筑路骨料、建筑用砂石料、砌塊、免燒磚等附加值較低領域。隨著高爐渣處理技術、立磨技術及礦渣粉應用技術的完善,“十一五”期間礦渣微粉生產線在鋼鐵企業快速推廣應用,礦渣以微粉(比表面積大于420m2/kg)形式等量替代水泥摻到高標號混凝土,以改善性能、降低成本。據調研,2010年國內鋼鐵企業共建有100條大型礦渣粉生產線,礦渣粉產能5560萬噸/年,消耗了國內約30%水淬渣。但仍有一部分鋼鐵企業將水淬渣直接出售給水泥企業或預拌混凝土企業與熟料、石膏等共同粉磨,由于水淬渣易磨性較熟料差,難以磨細至理想的細度,致使水淬渣的活性不能充分發揮,限制了水淬渣在水泥中的摻量?!笆濉币詠?,國家嚴控新增粗鋼產能形勢下,鋼鐵企業積極推動多元產業的發展,加大廢渣綜合利用板塊的投資,立磨礦渣粉生產線建設發展迅速,有力的推進固體廢物的綜合利用。截止2015年,鋼鐵企業投運245條礦渣粉生產線,礦渣粉產能約1.5億噸,非鋼鐵企業投運180余條,產能8300萬噸以上。生產的礦渣粉產品廣泛應用于世博會場館、國家體育館、京滬高鐵、寧杭城際鐵路、廣深港沿江高速公路等國家重點工程中。


鋼鐵工業大宗固體廢物綜合利用綜述


2.1.2鋼渣的綜合利用進展


過去,鋼渣經簡單破碎磁選回收廢鋼后,由于尾渣體積安定性不良、鋼渣粉早期活性低、易磨性不佳等原因影響了其在水泥、混凝土中使用,主要用于工程回填或直接堆存、拋棄?!笆濉币詠?,隨著鋼渣處理、破碎磁選技術的推廣應用,以及鋼渣應用技術的突破,為鋼渣的深度綜合利用奠定了基礎。通過推廣應用鋼渣熱燜、滾筒渣等處理工藝,實現渣鐵分離、游離氧化鈣的消解,解決鋼渣不安定性(易膨脹性)問題,有利于鋼渣下一步的破碎磁選、尾渣的深度利用。據不完全統計,鋼鐵企業自建的鋼渣高效處理及破碎磁選處理能力達5100萬噸以上;處理后的鋼渣采用“破碎—篩分—磁選—磁選后廢鋼回收”處理,廢鋼的回收率可達到85%以上。


一些先進企業通過磨細激發鋼渣尾渣的活性,代替水泥用于混凝土建筑工程,可降低混凝土水化熱而產生的裂縫,提高混凝土的后期強度以及耐磨性、抗凍性、耐腐蝕性能。為進一步延伸循環經濟產業鏈,聯合建材行業相繼開發了低熱鋼渣水泥、鋼渣道路水泥、鋼渣砌筑水泥等水泥品種。鞍鋼、武鋼、唐山新寶泰等企業相繼建成60余條鋼渣粉生產線,年處理利用鋼渣尾渣約2400萬噸;寶鋼、宣鋼、武鋼、西寧特鋼、陜西龍鋼等企業建立路基材料、透水磚、花磚、彩色地磚等生產線30余條,年處理利用鋼渣尾渣約600萬噸。綜合來看,具備40%以上鋼渣深度利用能力。


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2.1.3鋼鐵渣綜合利用新進展


研究開展冶金渣余熱回收與綜合利用系統集成?!笆濉逼陂g,寶鋼2萬噸/年、太鋼8萬噸/年的熱態高爐熔渣在線制棉生產線相繼投產試運行,實現高爐渣余熱回收與綜合利用的集成。通過該技術代替常規礦棉生產的沖天爐工藝,噸棉能耗不到原工藝30%,節能350Kgce/t的同時源頭大幅削減少SO2、顆粒物。國際上日本JFE的3家企業4條生產線采用該技術,產量占日本礦棉總產量40%。需要注意的是,我國的每年礦棉需求量較?。?015年我國礦渣棉制品產量約70萬噸),生產企業以中小型企業為主,產品主要以滿足低端市場為主,市場競爭激烈。發展高質量的優質礦渣棉是新進企業最佳的切入點,如用于外墻保溫、船用、屋面板、彩鋼夾芯板等中高端市場,尤其是隨著城鎮化進程的加快、國家對建筑節能和建筑防火問題的重視,具備防火吸音功能的低成本無機礦物纖維棉越來越受到重視,市場前景良好。


探索冶金渣在農業、林業領域的應用。根據冶金渣含有錳、硅、鐵、鈣、磷等大量對農作物有益的營養元素的特點,寶鋼等企業分別研發出了包裹型緩釋肥、土壤調理劑、復合肥等多種新型冶金渣肥料,已在農業、林業領域的小規模應用,現已具備2000噸/年生產能力。太鋼建設鋼渣肥料生產線利用干燥后的細尾渣作為基礎料,加入液態粘合劑和微量營養素,造球烘干成土壤調理劑、草坪肥、復合肥。酒鋼開展了大棚蔬菜、大田玉米等種植實驗,施用高爐水渣和尾礦及其配方的多元素配方肥料、鈣硅肥配方肥料,效果良好。


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2.2含鐵塵泥的綜合利用進展


含鐵塵泥含鐵較高,具有良好的經濟價值。目前,鋼鐵企業將粒度較大的含鐵塵泥作為原料的一部分直接配入燒結混合料,過細的含鐵除塵灰經造球后再作為燒結配料煉鋼助熔劑,通過廠內循環基本實現全部綜合利用。結合資源特性(見表4),鋼鐵企業采取“分質處理、綜合利用原則,深入推進含鋅塵泥、轉爐污泥、氧化鐵皮(氧化鐵粉)的高值利用。


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2.2.1氧化鐵皮(氧化鐵粉)綜合利用


主要用于生產鐵氧體預燒料、氧化鐵紅、磁性材料、還原鐵粉和粉末冶金產品等產品,充分利用了氧化鐵皮(氧化鐵粉)含鐵品位較高特性,實現鐵素的價值提升。大中型鋼鐵企業合資建設利用熱軋氧化鐵皮生產永磁鐵氧體預燒料生產線19條,約占全國永磁鐵氧體預燒料產能30%;利用冷軋鐵粉可生產不同品質氧化鐵紅生產線30余條,產能達38萬噸。寶鋼利用氧化鐵皮還原的氧化鐵紅開發出二十多種錳鋅鐵氧體低損耗軟磁材料品種,隨著氧化鐵鱗的產生量逐年增多,研發了高品質永磁材料,推動了磁性材料行業的發展。馬鋼采用雜質低的優質鐵鱗作為原料,建成了萬噸級的還原鐵粉生產線,萊鋼依托氧化鐵皮自主研發了轎車用高性能水霧化鋼鐵粉末規?;a技術,形成年產8000噸和一條年產4萬噸水霧化鋼鐵粉末生產線,為粉末冶金行業提供了優質原料。


2.2.2含鋅含鐵塵泥綜合利用


含鋅的含鐵塵泥主要包括高爐煉鐵煤氣凈化過程中收集的粉塵或塵泥、電爐煉鋼煙氣收集的粉塵等。大部分企業簡單處理后作為燒結輔料進行利用,不僅影響燒結工藝,Zn、Pb、鉀鈉堿性氧化物等長期閉路循環富集影響高爐順行和壽命等。隨著國家對固體廢物、重金屬污染的關注,鋼鐵企業愈來愈關注含鋅塵泥的綜合利用。寶鋼湛江20萬噸含鋅含鐵塵泥轉底爐生產線2016年建成投產,截至到目前已投產5條轉底爐生產線;通過將高鋅塵泥造塊后生產金屬化球團,回收利用鐵,產生副產品氧化鋅(氧化鋅含量60%~70%,鋅元素回收率≥85%),可作為鋅冶煉廠原料,解決含鋅塵泥的循環資源化利用難題,降低二次污染、優化資源利用。永鋼、韶鋼,紅河鋅聯等企業建立10余條回轉窯工藝處理含鋅含鐵塵泥。鞍鋼通過鐵水罐添加1.0%~2.25%的含鋅含鐵塵泥制備的自還原性復合球團,利用了鐵水罐鐵水潛熱的同時,實現金屬收得率≥95%、鋅回收率>90%,拓展了塵泥處理新途徑。


2.2.3其他含鐵塵泥綜合利用


首鋼、沙鋼、本鋼、寧波鋼鐵等企業建成26條污泥除塵灰冷固球團生產線,處理能力300萬噸。通過將回收的各種含鐵塵泥經沉淀烘干制球后作為轉爐冶煉輔料,在轉爐冶煉初期替代石灰石、燒結礦有利于初期造渣、化渣。太鋼2011年投產了OxyCup豎爐生產廠,處理能力為60萬t/a;通過富氧豎爐對轉爐粉塵、高爐粉塵和污泥、塊狀渣殼等固體廢棄物進行冶煉,生產出鐵水直接供給煉鐵煉鋼工序,排出的水渣進入太鋼高爐礦渣超細粉裝置加工成水泥原料,生成的煤氣進入公司煤氣管網統一調配使用,實現了廢水、廢氣和廢棄物的全部循環利用。武鋼、濟鋼、邯鋼分別投資建設萬噸級t/a90%鐵粉生產線、轉爐污泥粗顆粒生產活性鐵項目,分離出煉鋼污泥中的鐵粉(MFe≥90%、TFe≥96%)作為鈦白粉生產的還原劑;或二次還原用于粉末冶金、焊接材料、表面處理等。北科大等單位結合燒結電除塵灰鉀高特點,通過將除塵灰經過浸出、蒸發濃縮、結晶、干燥等過程得到氯化鉀產品,解決了返回燒結的難題,實現有價元素提取。


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3 面臨的形勢及存在問題


3.1面臨的形勢


黨的十八大以來,國家把生態文明建設擺在更加重要的戰略位置,生態文明建設的認識高度、實踐深度、推進力度前所未有,并作出了一系列重要部署。十八屆五中全會提出了創新、協調、綠色、開放、共享五大發展理念,綠色發展越來越成為民心所向。國家相繼出臺了《生態文明體制改革總體方案》,修訂了《環保法》、《環保稅法》,發布了《“十三五”生態環境保護規劃》《鋼鐵工業調整升級規劃(2016-2020年)》《工業綠色發展規劃(2016年-2020年)》《綠色制造工程實施指南(2016-2020年)》等一批規劃、政策。從環保法規對鋼鐵發展的長期影響看,環境保護已成為影響鋼鐵企業競爭力和生存能力的重要因素。


單從鋼鐵固廢綜合利用領域,為保護和改善環境,減少污染物排放,近幾年制修定的《固體廢物污染環境防治法》、《土壤污染防治行動計劃》中,均對工業固體廢物的規范化管理提出了明確規定,要求全面清理整治工業副產石膏、粉煤灰、冶煉渣以及脫硫、脫硝、除塵產生固體廢物的堆存場所,完善防揚散、防流失、防滲漏等設施,制定整治方案,并將企業固體廢物環境信息納入企業信用信息征信系統。2016年修訂的《環境保護稅法》也提出“企業事業單位和其他生產經營者貯存或者處置固體廢物不符合國家和地方環境保護標準的,應當繳納環境保護稅。納稅人綜合利用的固體廢物,符合國家和地方環境保護標準的,暫予免征環境保護稅”(見表5)。這對冶金渣處理及綜合利用形成倒逼機制,同時也是發展的契機,以鋼渣、含鐵塵泥、燒結脫硫副產物的工業化利用、產業化、高值利用勢在必行。


鋼鐵工業大宗固體廢物綜合利用綜述


3.2鋼鐵固體廢物綜合利用存在問題


3.2.1固體廢物利用板塊管理粗放,綜合利用企業經營困難


鋼鐵企業自身來看,相當多企業管理相對粗放,固體廢物產生、流轉、回用沒有統一的部門協調,缺乏系統的固體廢物集中管理機制。固體廢物綜合利用是系統工程,現由下屬多個輔業單位分別自行處置或外委處置,固體廢物綜合利用業務經營分散,影響綜合利用板塊的發展和利用水平的提升。另外,由于鋼鐵、水泥行業產能過剩的影響,固體廢物綜合利用企業生產經營困難,直接影響綜合利用水平。受北方施工冬歇期市場形勢低迷的影響,一些鋼鐵產能集中地區的水渣出現大量堆存、填埋;由于技術、市場認可、生產成本等原因,鋼渣粉產線產能利用率未能充分發揮,很多鋼鐵企業鋼渣微粉生產線虧損嚴重,處于停產半停產狀態。


3.2.2固體廢物資源化利用單一,部分難以實現利用


鋼渣深度綜合利用一直是行業的困擾,其中鋼渣產品磁選粉由于鐵品位低、磷硫雜質含量高等因素限制了返內部生產循環利用量;鋼渣粉作為鋼渣尾渣主導產品,主要是通過與礦渣微粉調配生產鋼鐵渣復合粉應用水泥或混凝土,由于活性低、磨機故障率高、投資大、成本高等因素,鋼渣粉在水泥中摻加比例僅在5%-7%,用量有限,鋼渣粉生產線產能難以發揮,實際生產中將給生產企業帶來巨大的成本壓力。含鐵塵泥以簡單返回生產為主,利用途徑單一,尤其是含鋅的含鐵塵泥直接返生產利用,影響生產工藝,難以實現有價元素綜合回收利用。一些非鋼企業利用含鋅的含鐵塵泥僅簡單回收鋅,過程污染嚴重。軋鋼鐵皮生產磁粉等初級產品,造成低端產品競爭激烈,高品質氧化鐵紅不能供給不足。此外,隨著燒結脫硫工程技術的普及應用,脫硫石膏、脫硫灰等脫硫副產物品質差價值低,以及銷售市場區域半徑限制等因素影響,綜合利用難度較大,應引起重視。此外,鋼渣和鐵渣在余熱回收及綜合利用系統集成方面,是鋼鐵生產過程尚未解決、并且亟待解決的難點。


3.2.3與其它行業、社會之間缺乏有效協同,循環有待加強


經過近些年發展,鋼鐵行業內循環經濟取得很大進步,與水泥行業之間的循環經濟產業鏈也取得較大進展;但在新產品開發、產品深加工領域與建材、道路工程、農業、電磁材料、化工等產業鏈還只停留在初步運用階段,鋼廠消納、處理含Cr渣、赤泥、廢塑料等社會或其它企業的廢棄物功能尚未充分發揮,行業之間循環產業鏈、行業與社會之間大循環工作有待進一步加強,發揮協同效應。如鋼渣在公路應用主要用于半剛性基層材料,作為瀝青混合料的系統研究有待進一步深入,利用量遠低于美國等發達國家;鋼渣、爐渣、脫硫副產物硫胺等綜合利用產品在農田中使用的安全性、適用性和商品化等問題,未有農田長期施用無害化影響的綜合評價報告,導致綜合利用產品處于限制登記狀態。


4 鋼鐵工業固體廢物綜合利用發展重點


鋼鐵工業固體廢物綜合利用應以零排放為目標,堅持“減量化、再利用、資源化”原則,構建固體廢物資源的三個層次的循環,培育一批具有一定規模、技術裝備水平較高,具有較高市場競爭力的冶金渣綜合利用專業化企業。一是深入推進鋼鐵企業內部小循環,突出減量化優先,從源頭和鋼鐵生產全過程控制污染物產生和排放。內部產生的鋼渣含鐵物料、普通含鐵塵泥等返生產利用。二是構建跨產業間的循環經濟產業鏈,推動鋼鐵工業固體廢物綜合利用產品在建材、交通、化工、有色、農業、電磁材料等行業間的應用。三是打造鋼鐵與社會之間大循環。利用鋼鐵生產高溫和還原性特點,進一步挖掘鋼鐵企業社會廢棄物處理功能,如消納處理社會廢塑料、醫療塑料;無害化處置劇毒鉻渣、赤泥;處理回用城市污水、中水,使企業與城市、社會融合共存。


發展重點:


(1)推進以鋼渣為代表的冶金渣資源綜合利用板塊發展。推廣應用鋼渣熱燜、高效破碎磁選等處理技術;開展鋼鐵渣復合粉在水泥及混凝土高比例應用技術研究;鋼渣作海工混凝土摻合料、公路用瀝青混凝土面層混合料集料的系統研究;開拓鋼渣尾渣新產品與用途((見圖1),提高冶煉廢渣高附加值利用;燒結和焦化脫硫石膏、脫硫灰、硫酸鎂的利用研究;開展冶金渣余熱回收、處理與綜合利用系統集成、高溫熔渣直接產品化。


鋼鐵工業大宗固體廢物綜合利用綜述


(2)構建以除塵灰、氧化鐵皮高值利用為核心的新興產業。利用氧化鐵皮(氧化鐵粉)生產還原鐵粉和高性能磁性材料等技術,電爐灰、瓦斯灰(泥)等含鋅塵泥綜合利用,燒結機頭電場除塵灰(堿金屬)綜合利用。


(3)探索推動社會廢棄物的綜合利用。逐步建立和完善廢鋼、廢塑料等社會廢棄物相應回收體系,開展廢塑料、赤泥等處理應用技術的研究


5 固廢綜合利用發展建議


5.1 戰略重視,統籌規劃


在粗鋼產能過剩、市場倒逼和環保壓力新形勢下,從生態環境保護的角度重新定位企業的固體廢物協同利用板塊的發展,促進主業的可持續發展。與主業統籌規劃,整合企業鋼渣、高爐渣、含鐵塵泥、磁性材料等資源綜合利用板塊,形成合理的固體廢物利用業務布局,培育新的經濟增長點。


5.2加強管理,推進生產模式創新


建立并完善集中統一的固體廢物管理體系和機制,制定相關標準體系、評價指標體系和目標考核體系。兩化融合、智能制造戰略背景下,運用物聯網技術建立固體廢物信息管理平臺系統,實現固體廢物產出、流轉和回用全過程的精細化、智能化管控,提升管理水平。為保證資源綜利用產品的質量穩定性,鼓勵實施一體化、專業化模式運行。


5.3 堅持產品創新,提升產品附加值


堅持技術創新,全面提高自主創新水平,加大鋼渣等綜合利用新產品的開發力度,提高產品的科技含量;推行高、中、低全方位綜合利用產品的循環經濟模式,持續優化固體廢物資源利用途徑,為用戶提供產品一攬子整體技術解決方案。


5.4多產業協作,構建跨界綠色產業鏈


與下游產業加強合作,突破技術瓶頸、利益障礙。協作推進固體廢物資源綜合利用新產品標準、應用領域技術規范、綜合評價方法等標準制修定,提供技術支撐,破除市場準入障礙。產學研用一體化推動原料處理技術、產品開發技術、使用技術、檢測技術等研究,加快推進新產品的研發、產業化及市場應用。以資本為紐帶,加強與建材、農業、公路等產業合作,實現在原料供應、市場準入、市場共享、經營管理、行業發展等領域的優勢互補,共同應對市場風險。


鋼鐵工業大宗固體廢物綜合利用綜述