中國粉體網訊 如果打敗你的不是同行，那或許更可怕。普通的碳酸鈣產品競爭者眾多，尤其是這幾年，在“雙碳”背景下，各種工業固廢綜合高效利用備受重視，尤其是含鈣固廢，應用領域直指碳酸鈣市場。
鋼渣是鋼鐵冶煉過程中產生的一種大宗且含鈣的工業固廢，大約占鋼鐵總量的15%，是各大鋼鐵公司都想處理掉的煩惱。從數據來看，中國粗鋼產量連續28年世界第一，每年產生超過1億t鋼渣，堆存量約20億t，但其綜合利用率僅為30%左右。
從可持續發展的角度看，鋼渣是放錯了位置的資源，其綜合利用問題也是備受國家層面的關注。3月5日，兩會期間政府工作報告中也提到，2024年，要大力發展綠色低碳經濟，推動廢棄物循環利用產業發展。作為唯一一個被政府工作報告里重點指出的環保細分產業，它向我們發出了一個信號——2024年，廢棄物循環利用產業將成為國家大力推動發展的一個環保細分領域。2月9日，國務院辦公廳印發《關于加快構建廢棄物循環利用體系的意見》（以下簡稱《意見》）。《意見》提出，到2025年，初步建成覆蓋各領域、各環節的廢棄物循環利用體系。尾礦、粉煤灰、煤矸石、冶煉渣、鋼渣、工業副產石膏、建筑垃圾、秸稈等大宗固體廢棄物年利用量達到40億噸，新增大宗固體廢棄物綜合利用率達到60%，資源循環利用產業年產值達到5萬億元。
1、鋼渣基功能填料概述
根據生產工藝不同和生產材料差異，鋼渣組成也不盡相同，主要化學成分有CaO、SiO、A12O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O和f-CaO、f-MgO等。而主要礦物組成有硅酸二鈣、硅酸三鈣、游離石灰以及各種金屬氧化物等。
鋼渣的密度一般處于3.2×103~3.7×103kg/m3范圍內，密度高，具有堅硬特性。其一般具有168MPa~307MPa之間的抗壓強度，沖擊強度為15次。鋼渣在放置過程中，暴露在空氣中，成分組成中的游離氧化鈣、氧化鎂會發生化學反應，生成氫氧化鈣、氫氧化鎂。
2、鋼渣綜合利用技術
目前，鋼渣通過熱悶法、陳化法、熱潑法、滾筒法、風淬法、水淬法進行預處理，再通過化學、物理、熱力活化等方式激發鋼渣活性，進而提取有價值組分、冶煉溶劑、做充填材料、做建材（水泥）以及應用于農業等方式進行綜合利用。
3、鋼渣功能材料應用
（1）橡膠填料
橡膠是一種具有可逆形變的高彈性聚合物有機材料，在制造過程中需要加入大量炭黑（市場價格約6000~8000元/t）作為補強填料，但是炭黑生產使用過程中會造成污染、對環境和人體健康有害。鋼渣可與炭黑一起作為填料使用，減少炭黑用量，增強了基體力學性能，且降本又環保。顧恒星等研究了1000目鐵水脫硫渣基橡膠填料取代部分炭黑，分別與丁苯橡膠、天然橡膠進行復合制備復合橡膠材料，結果表明，當鐵水脫硫渣基橡膠填料/炭黑比為20/30時，復合橡膠材料的力學性能與經濟效益最好。王正洲研究了鋼渣基橡膠填料對天然橡膠、丁苯橡膠和順丁橡膠復合橡膠的硫化性能和力學性能的影響，結果表明，改性鋼渣基橡膠填料與復合橡膠的相容性提高，改性鋼渣基橡膠填料填充的復合橡膠的拉伸強度和扯斷伸長率都有所提高，磨耗量降低。
（2）涂料顏填料
涂料是涂覆在被保護或被裝飾的物體表面，并能與被涂物形成牢固附著的連續薄膜，其顏填料約占總量的40%（質量分數，下同）。目前常用的涂料顏填料為氧化鉻、氧化鋅、氧化鈦、立德粉、碳酸鈣、滑石、納米黏土等，不僅含有Cr，Zn，Pb等重金屬，而且增加了對自然資源的消耗。因此，科研工作者利用鋼渣基功能填料中FexOy，SiO2，Al2O3具有的特性作為涂料顏填料取得了創新科研成果。龍紅明等利用滾筒渣基涂料顏填料和熱悶渣基涂料顏填料替代部分鐵紅粉與硫酸鋇，可以顯著提高環氧防銹涂料的耐鹽水性能與耐酸性能，這是因為鋼渣中FexOy具有較高的導電性能，可實現靜電屏蔽作用。
（3）塑料填料
聚氯乙烯（PVC）是世界上產量最大的塑料產品之一，因其價格便宜，被廣泛應用。由于聚氯乙烯為白色或淺黃色粉末，單獨不能使用，因此在使用過程中需要添加硅藻土、石棉、炭黑、輕質碳酸鈣等塑料填料以改善聚氯乙烯制品的物理性能和力學性能。龍紅明、程崢明等將有壓熱悶渣基橡膠填料按摻量25%與聚氯乙烯等混合后，利用高溫低密度發泡技術生產PVC微發泡板材。結果表明，PVC微發泡板材穩定性高，可長期處于室外各種惡劣環境，尤其處在潮濕、酸堿度高的海邊、湖泊等特殊場所，使用年限在30年以上。
鋼渣基功能填料的制備原理 圖源：桂林鴻程
（4）生產碳酸鈣
許多研究者以低鈣鋼渣中鈣、鐵元素回收利用為目標，開展綜合利用工藝優化研究。趙樹海等研究表明，在鋼渣粒徑為58、74μm、浸出時間為1h、固液比為1:10、酸濃度為2mol/L、浸出溫度為40℃的條件下，鈣鐵分離的效果最佳。浸出液改性后通入模擬煙氣，每t轉爐渣能固定103.72kgCO2，可回收240.1kgCaCO3，CaCO3純度可達到98.18%。在0.14T的磁場強度下浸出渣的磁選效果最好，富鐵礦物回收量可達每t鋼渣201kg，同時鐵品位也能達到57.3%。固碳產物碳酸鈣可以作為填充劑用于橡膠、塑料行業，富鐵礦物則可返回鋼鐵生產流程。
（5）農肥和土壤調理劑
鋼渣在中國農業生產應用的時間較晚，但研究進展迅速，主要應用方向為土壤改良、提高土壤硅素肥力及增加作物產量方面。使用鋼渣能有效提升土壤pH和有效硅含量，促進水稻對硅素養分的吸收，顯著促進水稻生長。研究表明，鋼渣和變形球囊霉復合處理可以提高土壤pH和土壤總提取球囊霉素的質量分數，降低土壤DTPA-Cd/Pb的質量分數，從而促進玉米的生長，降低玉米地上部和根部Cd/Pb的積累。此外，與常規施肥相比，增施鋼渣對于提高大豆產量也有積極影響。
4、導致鋼渣未能規模化利用的4個問題
其一，鋼渣來源不穩定，化學成分與物相組成復雜、變化大；其二，冷卻方式多樣，導致鋼渣形成不同的微觀特性與宏觀特征；其三，礦物結晶粗大，活性組分難被以解離的玻璃體包裹；其四，易磨性差，鋼渣難以實現更大比表面積和更高的活性。
有研究表明，利用常溫造孔與助磨-改性協同技術制備的鋼渣基功能填料，其具有吸附性強、粒徑小、與有機體系相容性好的特征，可以廣泛應用于橡膠輸送帶，鋼結構防銹涂料、建筑外墻涂料、人造復合板材等領域，實現鋼鐵企業“以廢增效”和橡膠、涂料、塑料企業“以廢降本”的雙贏格局。
結語
我們在面臨資源日益枯竭的困局時，又必須解決因資源消耗帶來的固廢難處理問題。鋼鐵文明一直在進步，而鋼渣是挑戰，也是機會。
參考來源：
張浩，等：鋼渣基功能填料的高附加值非建材領域應用研究進展，安徽工業大學
趙樹海，等：低鈣鋼渣中鈣、鐵分離及回收利用，內蒙古科技大學
王新鳳，等：鋼渣處理與綜合利用探析，中鋼石家莊工程設計研究院有限公司
伍秀群，等：淺談鋼渣的綜合利用現狀，中鋼集團天澄環保科技股份有限公司
國務院辦公廳等
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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