一、鋼鐵工業固體廢物概況

隨著鋼鐵工業的蓬勃發展，近幾年我國鋼鐵產量已穩居世界首位，2003年我國鋼產量已達到2.2億噸，接近世界總產量的20％；但同時也排放了約1.7億噸的廢物，包括開采廢石、選礦尾礦、高爐渣、鋼渣、鐵合金渣、含鐵塵泥、粉煤灰等，其典型組成如表8-8所示。

鋼鐵工業廢物的組成和性質不同，綜合利用水平和途徑也有差異，2003年不同鋼鐵皮物的產量和利用率列于表8-9，比較后可發現，高爐渣、化鐵爐渣、鐵合金渣、含鐵塵泥的綜合利用水平較高，基本可實現產業化；而尾礦、鋼渣、粉煤灰、工業垃圾的利用率較低，若不及時處理和綜合利用，勢必渣滿為患、污染環境，進而影響到鋼鐵上業的可持續發展。

下面以高爐渣為例，對鋼鐵工業廢物的處理和資源化做以簡單探討。

二、高爐渣的處理與資源化

高爐渣是冶煉生鐵時從高爐中排出的一種廢渣，其主要化學成分是CaO、Al2O3、SiO2、MgO、MnO、FeO和S等組成的硅酸鹽和鋁酸鹽。此外有些礦渣還含有微量的TiO2、V2O5、Na2O、BaO、P2O5、Cr2O3等，其中，CaO、AL2O3、MgO、SiO2等四種主要成分在高爐渣中占90％以上。目前，我國除17％的釩鐵高爐渣、含放射性稀土元素的高爐礦這沒有利用外，普通高爐礦渣基本上全部利用。

高爐渣的產量與礦石的品位有關，一般為生鐵產量的25％-100％，目前我國冶煉1t生鐵大約排出高爐渣0.6-0.7t，據統計，我國渣場積存的高爐渣約2.2億噸，占地約200萬公頃，為了處理這些廢渣，國家每年要花費巨資修筑排渣場和鐵路線，浪費了大量人力物力；同時，由于高爐渣屬于硅敷鹽質材料，又是高溫下形成的熔融體，因而可以加工成多品種、高質量的建筑材料。

在利用高爐渣之前，需要對其加工處理。其用途不向，加工處理的方法也不相同。我國通常是將高爐渣加工成水渣、礦渣碎石、膨脹礦渣和膨脹礦渣珠等形式加以利用。

高爐渣主要處理利用途徑如圖8-11所示。

1．生產礦渣水泥、濕碾礦渣混凝土和礦渣磚

水渣在水泥熟料、石灰、石膏等激發劑作用下，可顯爾優越的水硬膠凝性能，由水渣為原料制成的水泥主要是礦藍硅酸鹽水泥、石膏礦渣水泥和石灰礦渣水泥。

①礦渣硅酸鹽水泥是用硅酸鹽水泥熟料與粒化高爐礦渣再加入3％-5％的石膏混合磨細或分別磨后再加以混合均勻而制成的，與普通水泥相比，它具有較強的抗溶出性和抗侵蝕性，水化熱較低，耐熱性較強，早期強度低但后期強度增加率高。

②石膏礦渣水泥是將干燥的水渣和石膏、硅酸鹽水泥熟料或石灰按照一定的比例混合磨細或分別磨紉后再混合均勻所得到的一種水硬性膠凝材料。在配制石膏礦渣水泥時，高爐水渣是主要的原料，一放配入量可高達80％左右。這種石膏礦渣水泥成本較低，具有較好的抗蝕性和抗滲透性，適用于混凝土的水工建筑物和各種預制砌塊。

③石灰礦值水泥是將干燥的粒化高爐渣、生石灰或消石灰以及5％以下的天然石膏，按適當的比例配合磨細而成的一種水硬性膠凝材料。石灰的摻入量一般為10％-30％，它的作用是激發礦渣中的活性成分，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣。石灰礦渣水泥可用于蒸汽養護的各種混凝土預制品，水中、地下、路面等的無筋混凝土和工業與民用建筑砂漿。

濕碾礦渣混蹬土是以水渣為主要原料制成的一種混凝土。它的制造方法是將水痘和激發劑(水泥、石灰和石膏)放在碾機上加水碾磨制成砂漿后，與粗骨料拌合而成。濕碾礦渣混凝土的各種物理力學性能，如抗拉強度、彈性模量、耐疲勞性能和鋼筋的黏結力與普通混凝土相似。而其主要優點在于具有良好的抗水滲透性能，可以制成不遠水性能很好的防水混凝土；具有很好的耐熱性能，可以用于工作溫度在600℃以下的熱工工程中，能制成強度在50MPa的混凝土。此種混凝土適宜生產混凝上構件，僅不適宜在施工現場澆筑使用。

礦渣磚的主要原料是水渣和石灰，它是經過攪拌、成型和蒸汽養護而成的磚。水渣既是礦渣磚的膠結材料又是骨料，用量占85％以上。水渣質量的好壞直接影響礦渣磚的強度，一般要求水渣應有較高活性和顆粒強度。由于水渣不具有足夠的獨立水硬性，所以在生產礦渣磚時，需加入激發劑。常用的有堿性激發劑(石灰或水泥)和硫酸鹽激發劑(石膏)兩種。礦值磚具有很好的物理力學性能，但是密度比較大，一般為2120-2160kg／m3。

2．礦渣碎石的利用

礦渣碎石具有緩饅的水硬性，可用于公路、機場、地基工程、鐵路道浚、混凝土骨料和瀝青路面等。用礦誼碎石配制混凝土具有與普通泥凝土相近的物理力學性能，而且還有良好的保溫、隔熱、耐熱、抗摻和耐久性能。礦渣碎石混凝土的應用范圍較為廣泛，可以作預制、現撓和系送混凝土的骨料。

3．膨脹礦渣和膨脹礦渣珠的利用

膨脹礦渣主要用作混凝土輕骨料，也用作防火隔熱材料，用膨脹礦渣制成的輕質混凝土可用作建筑物的圍護和承重結構。膨脹礦渣珠可以用于輕混凝土制品及結構，如用于制作砌磚、樓板、頸制墻板及其他輕質混凝十制品。由于膨脹礦渣珠內孔隙封閉，吸水少，混凝土干燥時產生的收縮就很小，這是膨脹頁巖或天然浮石等輕骨料所不及的。

直徑小于3mm的膨脹礦渣珠與水渣的用途相同，可供水泥廠作礦渣水泥的摻合料用，也可作為公路路基材料和混凝土細骨料使用。

4．其他利用方式

(1)生產礦渣棉

礦渣棉是酸性高爐渣用噴吹法制成的一種白包絲狀萬物纖維材料，可用作保溫、隔熱及吸聲材料。

(2)制取鑄石制品

適當控制熔渣冷卻速度，可澆注鑄石制品。鑄石強度高，耐磨性好，在一些場合可代替而材及鋼材。

(3)小產高爐礦渣微晶玻璃

將礦渣與硅石和結晶促進劑一起熔化成液體，用吹、壓等玻璃成型刀法成型，可制成礦渣微晶粒玻璃。這種玻璃具有抗腐蝕、耐熱、耐磨、絕緣性能好等一系列優點，可用于工業部門。