我国冶金固废资源化利用标准体系研究概况

1、第2期2009年4月中国废钢铁IRONSTEEL SCRAP OF CHINANO.2April 2009 冶金渣利用 我国冶金固废资源化利用标准体系研究概况中冶集团冶金建筑研究总院有限公司 张亮亮 卢忠飞 朱桂林摘要：“十一五”规划要求冶炼渣综合利用率要达到86。加快冶金固体废弃物资源化利用的标准体系研究是科学、有效利用冶金固废、提高冶金固废综合利用率的前提和基础。冶炼渣中产生量最大的是钢铁渣，经过多年努力，已基本建立起钢铁渣资源化利用的标准体系。关键词：冶金固废；钢铁渣；钢渣；矿渣；标准前言中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议明确提出，要把节约资源作为基本国策，发展循环

2、经济，保护生态环境，加快建设资源节约型、环境友好型社会。开展资源综合利用，是实施节约资源基本国策，转变经济增长方式，发展循环经济，建设资源节约型和环境友好型社会的重要途径和紧迫任务。钢铁工业是能源密集、资源密集型的冶金行业，2008年我国粗钢产量达到5.01亿吨，占世界粗钢总产量的38。钢铁工业在高速发展的同时，也排放大量的固体废弃物，占用土地，污染环境。国家发改委发布的“十一五”资源综合利用指导意见中提出到2010年工业固体废物综合利用率要达到60%，其中冶炼渣达到86%。然而我国目前冶金固废资源化利用的情况并不令人乐观，因此加快冶金固体废弃物资源化利用的标准体系研究是科学、有效利用冶金固体

3、废弃物、提高冶金固废综合利用率的前提和基础。1 冶金固废综合利用现状冶金固体废弃物主要包括尾矿、冶炼渣、尘泥、自备电厂粉煤灰和冶金垃圾等，分类情况见表1-1。表1-1 冶金固体废弃物主要分类1 尾矿尾矿砂、废石等有色冶炼渣冶金固体废弃物铜渣、铅渣、镍渣、锌渣、镁渣、锂渣、赤泥钢渣2 冶炼渣黑色冶炼渣高炉矿渣铁合金渣化铁炉渣3 尘泥4 自备电厂粉煤灰5 冶金垃圾高炉瓦斯灰、高炉瓦斯泥、转炉尘泥、氧化铁皮普通钢渣、不锈钢钢渣、铸余渣、脱硫脱磷渣粒化高炉矿渣、高炉重矿渣、钒钛渣、含稀土元素渣碳素铬铁渣、硅锰渣、锰铁高炉渣、其它铁合金渣等冶金固体废弃物中绝大多数为钢铁工业固废废弃物，因此钢铁工业固体废

4、弃物成为冶金行业资源化利用的重点。据统计，目前钢铁工业固体废弃物堆置量约10亿余吨，占地10万亩，每年仍继续排放固体废弃物约1.5亿吨，平均利用率为47。钢铁工业固体废弃物主要利用途径见表1-2。·43·第2期2009年4月中国废钢铁IRONSTEEL SCRAP OF CHINANO.2April 2009表1-2 钢铁工业固体废弃物主要利用途径尾矿1 作井下充填料2 尾矿免烧砖3 生产快硬水泥4 代替砂、石作砂浆、混凝土骨料和工程材料5 作微晶玻璃、花岗岩、陶瓷、建材原料1 粒化高炉矿渣作水泥混合材3 粒化高炉矿渣作砖4 高炉矿渣作硅肥5 重矿渣作混凝土骨料和道路材料6

5、 膨胀矿渣珠作混凝土轻骨料7 作矿渣棉、铸石、微晶1 作炼铁烧结矿原料2 作炼铁熔剂3 作水泥混合材5 钢渣粉作水泥和混凝土掺合料6 作道路工程材料7 作工程回填材料8 作路面砖和墙体材料1 作水泥混合材2 作墙体材料4 作铸石制品1 作水泥混合材2 作建筑工程骨料1 作烧结矿原料2 作球团矿原料1 作水泥混合材2 作混凝土掺合料4 作烧结砖和炉渣砖6 分选漂珠，作耐火和保温材料7 作道路路基材料8 作肥料高炉矿渣钢渣铁合金渣化铁炉渣尘泥粉煤灰2 国冶金固体废弃物资源化利用的标准情况2.1 标准体系结构冶金固废资源化利用的标准体系结构图见图2-1。B有色金属固废 冶金固废资源化利用A钢铁渣 C

6、尾矿 B1有色金属渣标准 A1基础标准 A2钢铁渣产品标准 A3试验方法标准 A4设计应用规范 尾矿砂浆技术规程 B11镁渣 A21高炉矿渣 A31化学分析方法B12锂渣 A22铁合金渣 A32物理检验方法 B13铜渣 A23钢渣B14镍渣 A24化铁炉渣B15铅锌渣图2-1 冶金固废资源化利用标准体系结构图·44·第2期2009年4月2.2 钢铁渣资源化利用标准体系基本建立起钢铁渣资源化利用的标准体系，见图2-2。中国废钢铁IRONSTEEL SCRAP OF CHINA钢铁渣是所有冶炼渣中产生量最大的，一直是资源化利用的重点。经过多年来的努力，我国已NO.2April

7、2009图2-2 钢铁渣资源化利用标准体系框架图第2期2009年4月中国废钢铁IRONSTEEL SCRAP OF CHINANO.2April 20093 主要标准说明3.1 基础标准YB/T804钢铁渣及处理利用术语于1995年制定，并于2008年完成修订。标准中主要规定了钢铁渣的术语和定义、处理工艺、加工工艺、钢铁渣产品、钢铁渣性能和有关技术参数术语等。3.2 施工应用技术规范钢渣作路面基层材料可以实现钢渣的大宗利用，并在许多国家得到了广泛应用。相比水泥稳定类和石灰粉煤灰稳定类的半刚性基层材料而言，钢渣混合料以其早期强度高、良好的抗冲刷性、水稳性和抗裂性，且后期强度不断增长而成为高等级公

8、路基层材料的首选。但钢渣在作基层材料之前必须经稳定化处理，否则易引起路面基层不均匀膨胀、开裂。此次修订的YBJ230钢渣混合料路面基层施工技术规程参照日本标准将钢渣稳定性检验方法改为浸水膨胀率试验方法，规定筑路用钢渣的浸水膨胀率不应大于2.0，金属铁含量亦不大于2.0。另外根据胶凝材料的类别将钢渣混合料分为四类：水泥稳定钢渣混合料、石灰粉煤灰稳定钢渣混合料、水泥粉煤灰稳定钢渣混合料和石灰稳定钢渣混合料，四类钢渣混合料的压实度、无侧限抗压强度及集料级配均作了详细规定。3.3 尾矿标准尾矿是金属矿、非金属矿在开采和加工主矿产品过程中剥离的围岩、丢弃的低品位岩石及加工工程中产生的废弃物，是工业固体废

9、弃物的主要组成部分之一。绝大部分尾矿的技术指标与特细砂接近，适合配制建筑砂浆。随着大城市周围天然砂资源的枯竭，尾矿砂的利用逐渐提上日程，现已为建材和建工行业接受，北京等大城市已在大量使用，北京市仅在2006年就消耗约5000万吨尾矿砂石用于预拌混凝土和预拌砂浆，大大减少了天然砂石的开采，北京西郊多年来堆积如山的铁尾矿也得到了有效利用。尾矿砂浆是指用尾矿砂作细集料配制而成的普通砂浆（包括砌筑砂浆、抹灰砂浆和地面砂浆），按其生产方式分为干混砂浆和湿拌砂浆。规定尾矿砂浆中尾矿砂的掺加量不少于30，尾矿砂浆生产企业可以享受国家资源综合利用的税收优惠政策。规程主要技术内容有：（1）总则；（2）术语和定义

10、；（3） 技术要求；（4）原材料；（5）配合比设计；（6）生产质量控制；（7）施工质量控制；（8）检验规则；（9）施工质量验收。3.4 高炉矿渣GB/T203用于水泥中的粒化高炉矿渣已于2008年发布实施，标准中规定了用作水泥活性混合材的粒化高炉矿渣的技术指标，见表3-1。表3-1 水泥混合材用粒化高炉矿渣主要技术指标项 目质量系数（K）二氧化钛的质量分数/氧化亚锰的质量分数/氟化物的质量分数（以F计）/硫化物的质量分数（以S计）/堆积密度/（kg/m3）最大粒度/mm大于10mm颗粒的质量分数/玻璃体质量分数/ab技 术 指 标1.22.0a2.0b2.03.01.2×103508

11、70以钒钛磁铁矿为原料在高炉冶炼生铁时所得的矿渣，二氧化钛的质量分数可以放宽到10。 在高炉冶炼锰铁时所得的矿渣，氧化亚锰的质量分数可以放宽到15。·46·第2期2009年4月中国废钢铁IRONSTEEL SCRAP OF CHINANO.2April 2009GB/T18046用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉亦于2008年重新修订，标准规定了用作水泥混合材和混凝土掺合料的粒化高炉矿渣粉的技术指标，见表3-2。级 别S95S753005575表3-2 用作水泥混合材和混凝土掺合料的粒化高炉矿渣粉的主要技术指标项 目密度/（g/cm3） 比表面积/（m2/ kg） 活性指数

12、/ 7d28d2.84007595高炉重矿渣是高炉熔渣经空气自然冷却或经热泼淋水处理后得到的块状渣。国内使用重矿渣作混凝土粗骨料已有四十多年的历史，重矿渣碎石混凝土不仅具有与普通混凝土相似的物理性能，而且还具有良好的保温隔热、耐热、抗渗和耐久性能，广泛应用在建筑工程中。修订版已于2008年实施（YB/T4178-2008混凝土用高炉重矿渣碎石）。主要修订内容有：（1） 增加了重矿渣的颗粒级配要求、针片状颗粒含量和坚固性指标。（2） 参照国外标准修订了石灰分解检验方法和铁分解检验方法。3.5 钢渣钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的水硬性矿物硅酸三钙（C3S）和硅酸二钙（C2S），转炉钢渣中两种矿物

13、含量在50以上，另外钢渣的形成温度约1700，比硅酸盐水泥熟料烧成温度高200，故又称过烧硅酸盐水泥熟料，可用来生成钢渣水泥或钢渣粉。1992年我国发布了YB/T022用于水泥中的钢渣作为生产钢渣水泥的原材料标准。考虑到近年来钢渣粉生产规模逐渐扩大，因此在2008年修订时扩大了钢渣的适用范围，规定钢渣可作为水泥生产中的混合材及钢渣粉生产使用。主要技术指标见表3-3。表3-3 用于水泥中的钢渣主要技术指标项 目钢渣的碱度， 不小于金属铁含量，% 不大于含水率，% 不大于沸 煮 法安 定 性压 蒸 法级2.2级1.8合格当钢渣中MgO含量大于13时须检验合格·47·第2期200

14、9年4月中国废钢铁IRONSTEEL SCRAP OF CHINANO.2April 2009GB/T20491用于水泥和混凝土中的钢渣粉已于2006年颁布。利用引进的节能降耗粉磨设备（卧式辊磨机）和高效选粉机，将钢渣粉磨至比表面积在400m2/kg以上，粉磨电耗为32kW·h/t，比传统的球磨机电耗低50以上。山东日照京华建材公司引进法国卧式辊磨机，正在建设年产80万吨钢渣粉生产线，这将为钢渣粉的推广起到示范作用。钢渣粉的主要技术指标见表3-4。表3-4 钢渣粉主要技术指标项 目比表面积（m2/kg）密度（g/cm3）含水量（%）游离氧化钙含量（%）三氧化硫含量（%）碱度系数活性指

15、数(%) 不小于不小于不小于不大于不大于不大于不小于7d28d6580一 级二 级5565流动度比(%) 不小于安定性沸煮法压蒸法90合格当钢渣中MgO含量大于13%时须检验合格我国自二十世纪七十年代即开始生产和使用钢渣硅酸盐水泥，历年来已有几千万吨钢渣硅酸盐水泥在建筑工程中应用，三十年的使用证明该品种水泥具有后期强度高、抗折强度高、水化热低、耐腐性好、耐磨性好等多种特性。GB13590 钢渣硅酸盐水泥已于2006年发布。将钢渣与水泥熟料分开粉磨，不会出现混合粉磨中钢渣难以磨细的现象，不仅可提高钢渣掺量和水泥产量，降低水泥生产成本，还可以为工程提供大量具有特种性能的水泥。使用钢渣作混合材生产的

16、水泥还有GB13693道路硅酸盐水泥（钢渣掺量不大于10）、国标钢渣道路水泥（钢渣掺量1040）、国标低热钢渣矿渣水泥（钢渣掺量1040）、JC/T1093钢渣砌筑水泥。钢渣密度大，且有较好的水硬胶凝性，对软弱地基的回填加固十分有利。YB/T801工程回填用钢渣于1993年颁布实施，但在使用中由于对钢渣体积安定性估计不足，再加上部分钢铁企业回填时甚至将粒度超过200mm的钢渣用于回填，造成地基隆起、墙体开裂等，因此急需对钢渣的体积安定性、颗粒粒度指标进行修改。2008年修订后除保留粉化率外，还增加了浸水膨胀率作为体积安定性试验方法，另外将最大粒度降至90mm。YB/T802冶金炉料用钢渣于19

17、93·48·第2期2009年4月中国废钢铁IRONSTEEL SCRAP OF CHINANO.2April 2009年制定，当时规定钢渣可作烧结、高炉、化铁炉、转炉的熔剂和铁料等，但随着钢铁行业普遍采用富矿冶炼，对炼铁原料质量的要求越来越严格，因此钢渣中P2O5对炼铁和烧结矿的不良影响很突出，同时烧结和炼铁过程皆不能除磷，磷的富集对冶炼过程十分不利。因此含P2O5高的钢渣不再返回冶金使用，而脱磷钢渣或低磷钢渣仍在一些钢厂在烧结矿中使用，2009年修订时将用途仅限于烧结矿使用。主要技术内容有：（1）化学成分要求：CaO不小于40，MgO不小于7，TFe不小于20， P2O5

18、不大于1，碱度系数大于2；（2）粒度范围为08mm。这种体积膨胀性而制定了钢渣稳定性试验方法。标准中规定了两种稳定性试验方法，浸水膨胀率和压蒸粉化率。浸水膨胀率测定方法适用于道路路基和基层材料用钢渣、沥青路面集料用钢渣、工程回填用钢渣，压蒸粉化率方法适用于建筑砂浆、建材制品及混凝土骨料用钢渣。浸水膨胀率试验方法参照日本JIS A5015筑路用钢铁炉渣标准中的钢渣稳定性试验方法，采用90水浴连续养护10d，每天6h（日本标准为80），检验10d后压实钢渣试件的体积膨胀率。3.6 试验方法YB/T140水泥用钢渣化学分析方法对钢渣中游离氧化钙测定方法参照了硅酸盐水泥熟料中游离氧化钙的乙醇乙二醇法，但这种方法不能区分水化和未水化的游离氧化钙。如今钢厂中熔融钢渣均需经水冷却处理（热闷、热泼、风淬等），处理后的钢渣中或多或少存在部分水化后生产的Ca(OH)2，这种方法实际测出的是f-CaO和Ca(OH)2总和。水泥用钢渣化学分析方法正在修订，计划采用热重法等其它方法准确测定钢