1钢铁工业大宗固体废物基本情况


钢铁工业是典型的能源、资源密集型工业。在钢铁生产中,每生产1吨粗钢约消耗0.7~0.8吨煤炭、1.5~1.65吨铁矿石,以及大量的石灰石等其他原料,同时排放大量的废渣、废水和废气。根据产生界面的不同,固体废物主要有高炉渣、钢渣、含铁尘泥、环境尘泥、废旧耐材、自备电厂粉煤灰和脱硫石膏等。据初步测算,每年钢铁工业固体废物产生量约占全国工业固体废物产生量的18%。


“十二五”期间,伴随着生铁、粗钢产量的增长,高炉渣、钢渣等大宗固体废物也呈现增长态势。据测算,全国高炉渣由2010年2.12亿吨增长至2.51亿吨,年均增长3.4%;钢渣由2010年0.89亿吨增长至1.04亿吨,年均增长3.2%。自2013年以来,受国家经济转型发展和增速放缓影响,我国粗钢产量和表观消费量进入峰值区的特征明显,“十三五”我国钢材消费强度和消费总量将呈双下降走势,固体废物产生量将步入峰值弧顶下行期,呈波动缓降趋势。


钢铁工业大宗固体废物综合利用综述


2 钢铁工业主要大宗固体废物综合利用进展


钢铁工业固体废物呈现一些特点:一是产生量大;二是由于钢铁生产环境界面复杂,固体废物种类多、成分复杂。如不同工序产生的含铁尘泥成分不同,冶炼不锈钢与普钢的钢渣成分不同等;三是钢铁生产企业多、集中度不高(具有粗钢冶炼能力企业500多家),单个企业对一些量小的固体废物种类难以规模经济利用。四是蕴含有价元素,有毒有害废物少,易于收集、运输、加工和处理,可作为原材料资源再利用。


近年来,钢铁企业的观念在逐渐发生变化,加大废渣处理投资,将过去直接抛弃或简单利用的固体废物“变废为宝”,绝大多数固体废物得到了综合利用,尤其以冶金渣、含铁尘泥为代表的固体废弃物资源化利用水平不断提升。


2.1 钢铁渣综合利用进展


2.1.1 高炉渣综合利用现状


2008年前,高炉渣主要用于筑路骨料、建筑用砂石料、砌块、免烧砖等附加值较低领域。随着高炉渣处理技术、立磨技术及矿渣粉应用技术的完善,“十一五”期间矿渣微粉生产线在钢铁企业快速推广应用,矿渣以微粉(比表面积大于420m2/kg)形式等量替代水泥掺到高标号混凝土,以改善性能、降低成本。据调研,2010年国内钢铁企业共建有100条大型矿渣粉生产线,矿渣粉产能5560万吨/年,消耗了国内约30%水淬渣。但仍有一部分钢铁企业将水淬渣直接出售给水泥企业或预拌混凝土企业与熟料、石膏等共同粉磨,由于水淬渣易磨性较熟料差,难以磨细至理想的细度,致使水淬渣的活性不能充分发挥,限制了水淬渣在水泥中的掺量。“十二五”以来,国家严控新增粗钢产能形势下,钢铁企业积极推动多元产业的发展,加大废渣综合利用板块的投资,立磨矿渣粉生产线建设发展迅速,有力的推进固体废物的综合利用。截止2015年,钢铁企业投运245条矿渣粉生产线,矿渣粉产能约1.5亿吨,非钢铁企业投运180余条,产能8300万吨以上。生产的矿渣粉产品广泛应用于世博会场馆、国家体育馆、京沪高铁、宁杭城际铁路、广深港沿江高速公路等国家重点工程中。


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2.1.2钢渣的综合利用进展


过去,钢渣经简单破碎磁选回收废钢后,由于尾渣体积安定性不良、钢渣粉早期活性低、易磨性不佳等原因影响了其在水泥、混凝土中使用,主要用于工程回填或直接堆存、抛弃。“十二五”以来,随着钢渣处理、破碎磁选技术的推广应用,以及钢渣应用技术的突破,为钢渣的深度综合利用奠定了基础。通过推广应用钢渣热焖、滚筒渣等处理工艺,实现渣铁分离、游离氧化钙的消解,解决钢渣不安定性(易膨胀性)问题,有利于钢渣下一步的破碎磁选、尾渣的深度利用。据不完全统计,钢铁企业自建的钢渣高效处理及破碎磁选处理能力达5100万吨以上;处理后的钢渣采用“破碎—筛分—磁选—磁选后废钢回收”处理,废钢的回收率可达到85%以上。


一些先进企业通过磨细激发钢渣尾渣的活性,代替水泥用于混凝土建筑工程,可降低混凝土水化热而产生的裂缝,提高混凝土的后期强度以及耐磨性、抗冻性、耐腐蚀性能。为进一步延伸循环经济产业链,联合建材行业相继开发了低热钢渣水泥、钢渣道路水泥、钢渣砌筑水泥等水泥品种。鞍钢、武钢、唐山新宝泰等企业相继建成60余条钢渣粉生产线,年处理利用钢渣尾渣约2400万吨;宝钢、宣钢、武钢、西宁特钢、陕西龙钢等企业建立路基材料、透水砖、花砖、彩色地砖等生产线30余条,年处理利用钢渣尾渣约600万吨。综合来看,具备40%以上钢渣深度利用能力。


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2.1.3钢铁渣综合利用新进展


研究开展冶金渣余热回收与综合利用系统集成。“十二五”期间,宝钢2万吨/年、太钢8万吨/年的热态高炉熔渣在线制棉生产线相继投产试运行,实现高炉渣余热回收与综合利用的集成。通过该技术代替常规矿棉生产的冲天炉工艺,吨棉能耗不到原工艺30%,十大信誉彩票平台350Kgce/t的同时源头大幅削减少SO2、颗粒物。国际上日本JFE的3家企业4条生产线采用该技术,产量占日本矿棉总产量40%。需要注意的是,我国的每年矿棉需求量较小(2015年我国矿渣棉制品产量约70万吨),生产企业以中小型企业为主,产品主要以满足低端市场为主,市场竞争激烈。发展高质量的优质矿渣棉是新进企业最佳的切入点,如用于外墙保温、船用、屋面板、彩钢夹芯板等中高端市场,尤其是随着城镇化进程的加快、国家对建筑十大信誉彩票平台和建筑防火问题的重视,具备防火吸音功能的低成本无机矿物纤维棉越来越受到重视,市场前景良好。


探索冶金渣在农业、林业领域的应用。根据冶金渣含有锰、硅、铁、钙、磷等大量对农作物有益的营养元素的特点,宝钢等企业分别研发出了包裹型缓释肥、土壤调理剂、复合肥等多种新型冶金渣肥料,已在农业、林业领域的小规模应用,现已具备2000吨/年生产能力。太钢建设钢渣肥料生产线利用干燥后的细尾渣作为基础料,加入液态粘合剂和微量营养素,造球烘干成土壤调理剂、草坪肥、复合肥。酒钢开展了大棚蔬菜、大田玉米等种植实验,施用高炉水渣和尾矿及其配方的多元素配方肥料、钙硅肥配方肥料,效果良好。


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2.2含铁尘泥的综合利用进展


含铁尘泥含铁较高,具有良好的经济价值。目前,钢铁企业将粒度较大的含铁尘泥作为原料的一部分直接配入烧结混合料,过细的含铁除尘灰经造球后再作为烧结配料炼钢助熔剂,通过厂内循环基本实现全部综合利用。结合资源特性(见表4),钢铁企业采取“分质处理、综合利用原则,深入推进含锌尘泥、转炉污泥、氧化铁皮(氧化铁粉)的高值利用。


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2.2.1氧化铁皮(氧化铁粉)综合利用


主要用于生产铁氧体预烧料、氧化铁红、磁性材料、还原铁粉和粉末冶金产品等产品,充分利用了氧化铁皮(氧化铁粉)含铁品位较高特性,实现铁素的价值提升。大中型钢铁企业合资建设利用热轧氧化铁皮生产永磁铁氧体预烧料生产线19条,约占全国永磁铁氧体预烧料产能30%;利用冷轧铁粉可生产不同品质氧化铁红生产线30余条,产能达38万吨。宝钢利用氧化铁皮还原的氧化铁红开发出二十多种锰锌铁氧体低损耗软磁材料品种,随着氧化铁鳞的产生量逐年增多,研发了高品质永磁材料,推动了磁性材料行业的发展。马钢采用杂质低的优质铁鳞作为原料,建成了万吨级的还原铁粉生产线,莱钢依托氧化铁皮自主研发了轿车用高性能水雾化钢铁粉末规模化生产技术,形成年产8000吨和一条年产4万吨水雾化钢铁粉末生产线,为粉末冶金行业提供了优质原料。


2.2.2含锌含铁尘泥综合利用


含锌的含铁尘泥主要包括高炉炼铁煤气净化过程中收集的粉尘或尘泥、电炉炼钢烟气收集的粉尘等。大部分企业简单处理后作为烧结辅料进行利用,不仅影响烧结工艺,Zn、Pb、钾钠碱性氧化物等长期闭路循环富集影响高炉顺行和寿命等。随着国家对固体废物、重金属污染的关注,钢铁企业愈来愈关注含锌尘泥的综合利用。宝钢湛江20万吨含锌含铁尘泥转底炉生产线2016年建成投产,截至到目前已投产5条转底炉生产线;通过将高锌尘泥造块后生产金属化球团,回收利用铁,产生副产品氧化锌(氧化锌含量60%~70%,锌元素回收率≥85%),可作为锌冶炼厂原料,解决含锌尘泥的循环资源化利用难题,降低二次污染、优化资源利用。永钢、韶钢,红河锌联等企业建立10余条回转窑工艺处理含锌含铁尘泥。鞍钢通过铁水罐添加1.0%~2.25%的含锌含铁尘泥制备的自还原性复合球团,利用了铁水罐铁水潜热的同时,实现金属收得率≥95%、锌回收率>90%,拓展了尘泥处理新途径。


2.2.3其他含铁尘泥综合利用


首钢、沙钢、本钢、宁波钢铁等企业建成26条污泥除尘灰冷固球团生产线,处理能力300万吨。通过将回收的各种含铁尘泥经沉淀烘干制球后作为转炉冶炼辅料,在转炉冶炼初期替代石灰石、烧结矿有利于初期造渣、化渣。太钢2011年投产了OxyCup竖炉生产厂,处理能力为60万t/a;通过富氧竖炉对转炉粉尘、高炉粉尘和污泥、块状渣壳等固体废弃物进行冶炼,生产出铁水直接供给炼铁炼钢工序,排出的水渣进入太钢高炉矿渣超细粉装置加工成水泥原料,生成的煤气进入公司煤气管网统一调配使用,实现了废水、废气和废弃物的全部循环利用。武钢、济钢、邯钢分别投资建设万吨级t/a90%铁粉生产线、转炉污泥粗颗粒生产活性铁项目,分离出炼钢污泥中的铁粉(MFe≥90%、TFe≥96%)作为钛白粉生产的还原剂;或二次还原用于粉末冶金、焊接材料、表面处理等。北科大等单位结合烧结电除尘灰钾高特点,通过将除尘灰经过浸出、蒸发浓缩、结晶、干燥等过程得到氯化钾产品,解决了返回烧结的难题,实现有价元素提取。


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3 面临的形势及存在问题


3.1面临的形势


党的十八大以来,国家把生态文明建设摆在更加重要的战略位置,生态文明建设的认识高度、实践深度、推进力度前所未有,并作出了一系列重要部署。十八届五中全会提出了创新、协调、绿色、开放、共享五大发展理念,绿色发展越来越成为民心所向。国家相继出台了《生态文明体制改革总体方案》,修订了《环保法》、《环保税法》,发布了《“十三五”生态环境保护规划》《钢铁工业调整升级规划(2016-2020年)》《工业绿色发展规划(2016年-2020年)》《绿色制造工程实施指南(2016-2020年)》等一批规划、政策。从环保法规对钢铁发展的长期影响看,环境保护已成为影响钢铁企业竞争力和生存能力的重要因素。


单从钢铁固废综合利用领域,为保护和改善环境,减少污染物排放,近几年制修定的《固体废物污染环境防治法》、《土壤污染防治行动计划》中,均对工业固体废物的规范化管理提出了明确规定,要求全面清理整治工业副产石膏、粉煤灰、冶炼渣以及脱硫、脱硝、除尘产生固体废物的堆存场所,完善防扬散、防流失、防渗漏等设施,制定整治方案,并将企业固体废物环境信息纳入企业信用信息征信系统。2016年修订的《环境保护税法》也提出“企业事业单位和其他生产经营者贮存或者处置固体废物不符合国家和地方环境保护标准的,应当缴纳环境保护税。纳税人综合利用的固体废物,符合国家和地方环境保护标准的,暂予免征环境保护税”(见表5)。这对冶金渣处理及综合利用形成倒逼机制,同时也是发展的契机,以钢渣、含铁尘泥、烧结脱硫副产物的工业化利用、产业化、高值利用势在必行。


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3.2钢铁固体废物综合利用存在问题


3.2.1固体废物利用板块管理粗放,综合利用企业经营困难


钢铁企业自身来看,相当多企业管理相对粗放,固体废物产生、流转、回用没有统一的部门协调,缺乏系统的固体废物集中管理机制。固体废物综合利用是系统工程,现由下属多个辅业单位分别自行处置或外委处置,固体废物综合利用业务经营分散,影响综合利用板块的发展和利用水平的提升。另外,由于钢铁、水泥行业产能过剩的影响,固体废物综合利用企业生产经营困难,直接影响综合利用水平。受北方施工冬歇期市场形势低迷的影响,一些钢铁产能集中地区的水渣出现大量堆存、填埋;由于技术、市场认可、生产成本等原因,钢渣粉产线产能利用率未能充分发挥,很多钢铁企业钢渣微粉生产线亏损严重,处于停产半停产状态。


3.2.2固体废物资源化利用单一,部分难以实现利用


钢渣深度综合利用一直是行业的困扰,其中钢渣产品磁选粉由于铁品位低、磷硫杂质含量高等因素限制了返内部生产循环利用量;钢渣粉作为钢渣尾渣主导产品,主要是通过与矿渣微粉调配生产钢铁渣复合粉应用水泥或混凝土,由于活性低、磨机故障率高、投资大、成本高等因素,钢渣粉在水泥中掺加比例仅在5%-7%,用量有限,钢渣粉生产线产能难以发挥,实际生产中将给生产企业带来巨大的成本压力。含铁尘泥以简单返回生产为主,利用途径单一,尤其是含锌的含铁尘泥直接返生产利用,影响生产工艺,难以实现有价元素综合回收利用。一些非钢企业利用含锌的含铁尘泥仅简单回收锌,过程污染严重。轧钢铁皮生产磁粉等初级产品,造成低端产品竞争激烈,高品质氧化铁红不能供给不足。此外,随着烧结脱硫工程技术的普及应用,脱硫石膏、脱硫灰等脱硫副产物品质差价值低,以及销售市场区域半径限制等因素影响,综合利用难度较大,应引起重视。此外,钢渣和铁渣在余热回收及综合利用系统集成方面,是钢铁生产过程尚未解决、并且亟待解决的难点。


3.2.3与其它行业、社会之间缺乏有效协同,循环有待加强


经过近些年发展,钢铁行业内循环经济取得很大进步,与水泥行业之间的循环经济产业链也取得较大进展;但在新产品开发、产品深加工领域与建材、道路工程、农业、电磁材料、化工等产业链还只停留在初步运用阶段,钢厂消纳、处理含Cr渣、赤泥、废塑料等社会或其它企业的废弃物功能尚未充分发挥,行业之间循环产业链、行业与社会之间大循环工作有待进一步加强,发挥协同效应。如钢渣在公路应用主要用于半刚性基层材料,作为沥青混合料的系统研究有待进一步深入,利用量远低于美国等发达国家;钢渣、炉渣、脱硫副产物硫胺等综合利用产品在农田中使用的安全性、适用性和商品化等问题,未有农田长期施用无害化影响的综合评价报告,导致综合利用产品处于限制登记状态。


4 钢铁工业固体废物综合利用发展重点


钢铁工业固体废物综合利用应以零排放为目标,坚持“减量化、再利用、资源化”原则,构建固体废物资源的三个层次的循环,培育一批具有一定规模、技术装备水平较高,具有较高市场竞争力的冶金渣综合利用专业化企业。一是深入推进钢铁企业内部小循环,突出减量化优先,从源头和钢铁生产全过程控制污染物产生和排放。内部产生的钢渣含铁物料、普通含铁尘泥等返生产利用。二是构建跨产业间的循环经济产业链,推动钢铁工业固体废物综合利用产品在建材、交通、化工、有色、农业、电磁材料等行业间的应用。三是打造钢铁与社会之间大循环。利用钢铁生产高温和还原性特点,进一步挖掘钢铁企业社会废弃物处理功能,如消纳处理社会废塑料、医疗塑料;无害化处置剧毒铬渣、赤泥;处理回用城市污水、中水,使企业与城市、社会融合共存。


发展重点:


(1)推进以钢渣为代表的冶金渣资源综合利用板块发展。推广应用钢渣热焖、高效破碎磁选等处理技术;开展钢铁渣复合粉在水泥及混凝土高比例应用技术研究;钢渣作海工混凝土掺合料、公路用沥青混凝土面层混合料集料的系统研究;开拓钢渣尾渣新产品与用途((见图1),提高冶炼废渣高附加值利用;烧结和焦化脱硫石膏、脱硫灰、硫酸镁的利用研究;开展冶金渣余热回收、处理与综合利用系统集成、高温熔渣直接产品化。


钢铁工业大宗固体废物综合利用综述


(2)构建以除尘灰、氧化铁皮高值利用为核心的新兴产业。利用氧化铁皮(氧化铁粉)生产还原铁粉和高性能磁性材料等技术,电炉灰、瓦斯灰(泥)等含锌尘泥综合利用,烧结机头电场除尘灰(碱金属)综合利用。


(3)探索推动社会废弃物的综合利用。逐步建立和完善废钢、废塑料等社会废弃物相应回收体系,开展废塑料、赤泥等处理应用技术的研究


5 固废综合利用发展建议


5.1 战略重视,统筹规划


在粗钢产能过剩、市场倒逼和环保压力新形势下,从生态环境保护的角度重新定位企业的固体废物协同利用板块的发展,促进主业的可持续发展。与主业统筹规划,整合企业钢渣、高炉渣、含铁尘泥、磁性材料等资源综合利用板块,形成合理的固体废物利用业务布局,培育新的经济增长点。


5.2加强管理,推进生产模式创新


建立并完善集中统一的固体废物管理体系和机制,制定相关标准体系、评价指标体系和目标考核体系。两化融合、智能制造战略背景下,运用物联网技术建立固体废物信息管理平台系统,实现固体废物产出、流转和回用全过程的精细化、智能化管控,提升管理水平。为保证资源综利用产品的质量稳定性,鼓励实施一体化、专业化模式运行。


5.3 坚持产品创新,提升产品附加值


坚持技术创新,全面提高自主创新水平,加大钢渣等综合利用新产品的开发力度,提高产品的科技含量;推行高、中、低全方位综合利用产品的循环经济模式,持续优化固体废物资源利用途径,为用户提供产品一揽子整体技术解决方案。


5.4多产业协作,构建跨界绿色产业链


与下游产业加强合作,突破技术瓶颈、利益障碍。协作推进固体废物资源综合利用新产品标准、应用领域技术规范、综合评价方法等标准制修定,提供技术支撑,破除市场准入障碍。产学研用一体化推动原料处理技术、产品开发技术、使用技术、检测技术等研究,加快推进新产品的研发、产业化及市场应用。以资本为纽带,加强与建材、农业、公路等产业合作,实现在原料供应、市场准入、市场共享、经营管理、行业发展等领域的优势互补,共同应对市场风险。


钢铁工业大宗固体废物综合利用综述