宝钢股份青山基地钢渣处理工艺及其资源化利用技术

摘要：本文深入阐释宝钢股份青山基地钢渣处理工艺创新体系及其资源化利用技术路径。依靠热闷处理、风淬处理、破碎磁选及立磨深加工等关键流程，实现钢渣稳定性显著提升与高值化利用。构建起涵盖建材、道路、农业及冶金回用的全链条资源化技术体系，有力推动钢渣综合利用率攀升至新高度，为钢铁行业固废低碳处理树立了成功典范。

关键词：钢渣处理；资源化利用；循环经济；二次资源；冶金固废

一、引言

在我国钢铁产业蓬勃发展的当下，钢铁年产量持续高位运行，由此产生的钢渣数量庞大。钢渣存在体积安定性差、重金属迁移风险等问题，严重阻碍钢铁行业的绿色可持续发展。传统的露天堆存和简单填埋方式，不仅大量占用宝贵的土地资源，还造成Fe、Ca等有价成分的浪费。宝钢股份青山基地作为钢铁行业的重要企业，在国家相关政策和技术支持下，积极探索并实施“稳定化预处理-多路径消纳”技术体系。通过热闷梯度冷却优化矿物相特性，利用风淬工艺实现渣粒改性和余热回收；借助“破碎磁选-微粉深加工”协同系统，使钢渣金属回收率突破95%，活性指数契合S95矿粉标准。本文从工艺原理、工程应用及技术经济等方面展开全面剖析，系统梳理钢渣在多个领域的规模化利用途径，为“双碳”目标下钢铁固废资源化提供坚实的理论依据和有效的工程实践指导。

二、宝钢股份青山基地钢渣预处理工艺

（一）热闷处理技术

热闷处理技术是宝钢股份青山基地解决高温熔融钢渣稳定性难题的关键工艺。该技术将温度超1500℃的熔融钢渣快速转移至密闭热闷罐内，通过精准调控罐内温度，使其稳定保持在600-800℃，并借助专门设计的喷水系统实现钢渣分阶段降温。在密闭环境中，钢渣里的游离氧化钙与水分充分发生化学反应，生成氢氧化钙，同时高温蒸汽环境促使钢渣矿物晶型发生转变。整个处理周期控制在48-72小时，通过对温度、压力和喷水量的分阶段精准调控，游离氧化钙消解率稳定保持在85%以上，极大降低钢渣体积膨胀风险。处理后的钢渣经破碎筛分，粒径分布更为均匀，为后续资源化利用提供优质原料。热闷处理过程中，喷水系统采用智能控制，根据钢渣的初始温度、热闷时间等参数自动调节喷水量和喷水频率，确保钢渣均匀降温，提高处理效果。

（二）风淬处理技术

风淬处理技术是宝钢股份青山基地为实现钢渣显热回收和资源品质提升而研发的创新工艺。利用0.6-1.2MPa的高压空气对熔融钢渣进行高速雾化，将液态钢渣破碎成粒径在0.1-5mm的球形颗粒。这一工艺实现熔渣快速冷却固化的同时，通过余热锅炉系统回收超60%的显热，有效降低能源消耗。风淬形成的多孔结构增加了钢渣的比表面积，使活性组分（硅酸钙、铁酸钙）能更迅速参与后续反应。产品活性指数相比传统处理工艺提升30%，尤其适用于处理含铁量较高的转炉钢渣，所得钢渣颗粒可直接用作水泥掺合料或道路工程骨料。

（三）破碎磁选工艺

宝钢股份青山基地构建的三级破碎与多段磁选协同系统，实现钢渣高效金属回收。粗碎阶段运用颚式破碎机将钢渣处理至小于100mm；中碎阶段借助圆锥破碎机进一步破碎至30mm；细碎阶段利用立式冲击破碎机将钢渣破碎至5mm以下。配套的磁选流程采用粗选（场强0.15T）、精选（场强0.25T）、扫选（场强0.35T）三段式设计，通过梯度磁场强度依次萃选金属铁。系统配备涡电流分选装置，可初步分离非磁性不锈钢颗粒。实践证明，该工艺使金属回收率超95%，尾渣含铁量控制在3%以内。回收的金属料可直接返回炼钢流程，尾渣符合建材领域应用标准。

（四）粉磨深加工

在粉磨深加工环节，宝钢股份青山基地采用立式辊磨设备体系对磁选尾渣进行超细粉磨。通过优化磨盘转速（35-45r/min）和分级机参数，将钢渣粉比表面积稳定控制在450-550m²/kg。自主研制的复合助磨剂（包含三乙醇胺、木质素磺酸盐等成分），通过降低颗粒表面能，降低粉磨电耗15%，同时提升钢渣粉早期水化活性。经检测，钢渣微粉7天活性指数提升至65%-75%，28天活性指数接近85%-95%，满足GB/T18046标准中S95级矿粉要求。深度加工后的钢渣微粉可作为混凝土掺合料替代30%-40%的水泥，已在基地配套的商品混凝土站规模化应用。

三、资源化利用技术体系

（一）建材领域应用

在水泥混合材应用上，宝钢股份青山基地通过精确调整钢渣微粉掺量，运用纳米SiO₂与硫酸盐复配的复合激发剂技术，充分激发钢渣潜在胶凝活性。这一技术使钢渣水泥3天抗压强度提升至18MPa以上，28天强度达到42.5MPa，成功实现年产100万吨钢渣水泥的工业化生产，每吨水泥成本降低30元，减少约0.6吨CO₂排放量。在混凝土骨料应用方面，构建分级利用体系，将粗骨料（5-20mm）用于结构混凝土，细骨料（0-5mm）用于砌筑砂浆。采用蒸汽养护（85℃×8h）和碳化预处理技术，将骨料体积膨胀率控制在0.15%以内。在基地商品混凝土公司的示范工程中，C30混凝土用30%钢渣骨料替代天然砂石，28天抗压强度达36.8MPa，工作性满足泵送要求，已在周边建筑项目中规模化应用。目前，钢渣在建材领域面临市场竞争压力，需进一步提升产品质量和品牌知名度，拓展市场份额。

（二）道路工程应用

作为路基填料，宝钢股份青山基地将钢渣与石灰、粉煤灰按6：2：2比例混合，通过振动压实（压实度≥95%）构建稳定结构层，替代率可达50%。在基地周边道路建设中，钢渣路基厚度40cm，经多年服役监测，弯沉值小于0.8mm，综合性能优于传统碎石路基。在沥青混合料领域，钢渣集料按40%-60%替代率应用于AC-16型路面，其棱角性和与沥青的良好粘附性使马歇尔稳定度提高到12kN，构造深度为0.8mm，抗滑性能比普通沥青路面提升30%。某城市主干道试验段应用钢渣沥青混合料后，路面摩擦系数保持在0.55以上，运营多年未出现车辙病害，养护成本降低40%。但钢渣在道路工程应用中，面临运输半径限制和施工技术标准需进一步完善的问题。

（三）农业与环境领域

宝钢股份青山基地以钢渣为主要原料，运用改性造粒技术制备2-5mm的钙硅调理剂。每公顷施用3-5吨，可使土壤pH值升高0.8-1.2个单位，有效钝化镉、铅等重金属，钝化率分别达65%和78%。在周边地区农田改良示范项目中，500亩受污染稻田施用钢渣调理剂后，稻米镉含量从0.6mg/kg降至0.1mg/kg以下。在污水处理方面，通过酸活化-焙烧工艺制备的多孔钢渣滤料，比表面积约为120m²/g，孔隙率约65%，对磷的吸附容量达15mg/g。基地污水处理厂采用该滤料后，出水总磷浓度从3.5mg/L降至0.3mg/L以下，滤料再生周期为6个月，每年节约处理成本200万元。不过，在农业和环境领域应用时，需针对不同土壤和水质条件开展更深入的适应性研究，确保应用效果的稳定性。

（四）冶金原料回用

在冶金循环利用过程中，钢渣作为烧结熔剂可替代5%-8%的石灰石。其所含的CaO（45%-50%）与FeO（15%-20%）可降低烧结燃料比1.5kg/t，提高烧结矿转鼓强度2%-3%。作为转炉助熔剂，粒度为3-10mm的钢渣，加入量为30kg/t钢时，可缩短冶炼时间4-6分钟，每吨钢石灰消耗降低8kg。在高炉护炉料方面，宝钢股份青山基地将钢渣与钛精粉按7：3比例烧结制成护炉料，TiO₂含量为12%-15%。该护炉料在高炉炉缸侵蚀区域形成保护层，可延长高炉使用寿命2-3年，单座高炉年经济效益增加5000万元。例如，某高炉采用该护炉料后，炉缸温度从680℃降至550℃，连续运行周期显著延长，处于行业先进水平。但钢渣成分波动会对冶金工艺产生一定影响，需加强钢渣成分的管控和均化处理。

四、结束语

宝钢股份青山基地的钢渣处理与资源化技术，通过工艺创新和跨行业合作，成功实现钢渣从“废弃物”到“城市矿藏”的价值转变。热闷-风淬耦合预处理有效缩短钢渣安定性周期，破碎磁选系统带来显著的金属回收效益，钢渣微粉替代水泥实现可观的CO₂减排。尽管在成分均质化控制、长效环境安全性评价等方面还有待深入研究，但凭借现有技术体系，已建成完善的钢渣资源化生产线，在过去几年消纳大量钢渣，创造了可观的直接经济效益。随着钢铁行业“双碳”目标的推进，以及钢渣碳化固结、AI驱动分选等前沿技术的发展，钢渣在低碳建材、生态修复等领域的应用潜力将不断被挖掘，推动钢铁行业循环经济模式持续升级。

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