关于日本钢铁炉渣的回收再利用

罗　晔　何琴琴　袁宇峰　季正明

(1.武汉钢铁(集团)公司研究院，湖北 武汉　430080；

2.无锡中检信安物联网检测技术有限公司，江苏 无锡　214135)

关于日本钢铁炉渣的回收再利用

罗晔1何琴琴1袁宇峰1季正明2

(1.武汉钢铁(集团)公司研究院，湖北 武汉430080；

2.无锡中检信安物联网检测技术有限公司，江苏 无锡214135)

【摘要】钢铁炉渣具有环保节能的特性，可以减少对环境的损害，因而被认作是一种可回收再利用的材料，按照其特有的性质，可用于许多领域，例如水泥、混凝土骨料、地基改良材、道路、肥料和石棉等。本文简要介绍了日本钢铁炉渣回收再利用情况。

【关键词】日本；钢铁炉渣；回收；再利用；近况

日本在1991年的《促进再生资源利用的相关法律》(回收法)中将钢铁炉渣认定为副产物；2000年《促进资源有效利用的相关法律》将其重新指定为“钢铁工业中的一种新型资源”。另外《废弃物及清扫的相关法律》(废弃物处理法)特别指出，钢铁炉渣作为有用资源使用的时候，不能算作是废弃物。目前日本钢铁炉渣总量中仅有1%尚不能回收利用，符合所谓的“废弃物”标准，而约99%的钢铁炉渣已经被称作“钢铁炉渣产品”，在社会上广泛应用。

1钢铁炉渣的概况

1.1　高炉渣

从高炉中取出的高炉渣处于1500℃的熔融状态，根据冷却方式的不同，可分为水淬渣和缓冷渣，前者用加压水喷射后急速冷却，后者倒入冷却料场后在空气中缓慢冷却。水淬渣呈粒状，同时还含有结晶水，主要作为硅酸盐水泥原料或者混凝土混合材料使用；缓冷渣是结晶质，主要用于道路路基、土木填料等骨料的替代材料。缓冷渣还具有水硬性，与水反应后固化，其强度随时间而提高，因而可以像砂石一样作为路基材料，同时不会发生碱骨料反应，可以像不含粘土或有机杂质的天然骨料一样作为混凝土粗骨料使用。水淬渣与缓冷渣一样，也具有水硬性，不会发生碱骨料反应。

2013年日本的生铁产量为8380.8万t，同比增长2.2%。高炉渣产生量为2527.1万t，同比增长2.6%，除了土木以外，在水泥混凝土和道路等方面的用量均有所增加，因而外销量为2535.7万t，增长了1.0%，外销与钢铁企业内部使用的回收利用总量为2587.1万t，同比减少了0.1%。从用途类别来看，水泥原料比重高达72.1%，比重正在逐步提高，这主要是由于高炉渣具有耐久性、经济性，以及高强度，同时还抑制了重金属污染物Cr6+的析出[1]。

1.2　炼钢炉渣

与高炉缓冷渣的处理方式相同，转炉渣在冷却料场上由空冷或水冷进行缓冷处理之后，按照不同的用途进行加工再利用。电炉渣是在废钢熔解精炼的过程中产生的，氧化精炼产生的是氧化渣，还原精炼产生的是还原渣。上世纪八十年代，在同一个电炉内进行的是双联精炼，很难对双炉渣进行分离。此后日本国内广泛引入了钢包精炼炉，可以分开进行双联精炼工艺，从而使得分离双炉渣也成为了可能。

2013年日本的粗钢产量为11150.3万t，同比增长3.9%，转炉渣与电炉渣合计的炼钢炉渣的产生量为1439.7万t，同比增加4.6%，其中转炉渣占77.2%，电炉渣为22.8%。从用途来看，除了加工用原料有所减少，在道路、土木和地基改良材等方面的外销量为1144.4万t，同比增长21.7%，其中转炉渣为903.7万t，同比增长30.9%，电炉渣为240.7万t，同比减少3.6%；钢铁企业内部使用量为411.3万t，同比减少2.5%，回收利用总量为1555.6万t，同比增长14.2%[2]。

2钢铁炉渣的具体用途

2.1　水泥

钢铁炉渣最大的需求领域是水泥，目前高炉渣约60%作为水泥原料使用，被称为高炉水泥。与普通水泥相比，高炉水泥可以保持长期的强度，抑制碱骨料反应，对于海水或化学物质的耐久性高，可以减小氯离子Cl-对钢筋的腐蚀，发热速度小，对环境的负荷少。鉴于这些优点，高炉水泥主要用于护岸、堤坝构造物，以及各种土木建筑地基工程。

2.2　混凝土骨料

钢铁炉渣骨料不含有有机杂质、粘土和贝壳等影响混凝土耐久性的物质，且电炉氧化炉渣骨料的绝干密度约为3.6g/cm3，比其他骨料高，适用于防辐射混凝土、重型混凝土等。近年来由于濑户内海海砂开采限制日趋严格，海砂替代材料的需求日益高涨，炉渣骨料可以减少对天然资源的开发，还可以减少能源消耗。

2.3　地基改良材

用于改良地基的炼钢炉渣颗粒表面粗糙，为棱角形状，与天然的砂石非常类似，粒度在37.5～0.075mm的范围，粒子密度为?3.3～3.6g/cm3，比天然石材大，单位体积质量在湿润状态下为21～23kN/m3。炼钢炉渣溶出水的pH值较高，但由于受到海水的缓冲和稀释作用，因此不会使得周边海域pH值明显上升，完全符合防止海洋污染和海上灾害相关法律所制定的判定标准。

2.4　道路骨料

炼钢炉渣的水硬性很高，主要作为路基材使用，其颗粒密度和硬度较高，因而具有优良的耐磨性能，可作为沥青混凝土专用骨料使用。另外，其抗剪切角、粒子密度和单位体积重量等指标也很高，也可作为土木工程材料和地基改良材(振动压实砂桩材料)使用。

2.5　肥料

高炉渣含有CaO、SiO2、MgO等成分，因而可作为水稻的“硅酸盐肥料”使用。炼钢炉渣除了以上成分，还含有FeO、MgO、P2O5等成分，不仅适宜于水稻生长，还可以用于培育旱田作物和牧草。另外，炉渣的碱性成分还可以有效改善土壤的酸性。

2.6　石棉

高炉渣在熔铁炉或电炉中用1500～1600℃的高温再次熔化，或者从高炉中流出，熔融状态的炉渣在离心力的作用下会形成纤维状的石棉，在集绵室内进行聚集，制成粒状棉，加入粘合剂后固化，从而加工成不同规格的板状或垫状等成型品。

3日本钢铁企业的创新实践[3]

3.1　钢铁炉渣水合固化体

钢铁炉渣水合固化体是作为水泥混凝土的替代材料开发的。JFE公司西日本制铁所仓敷地区的护岸工程，以及新日铁住金光畑制铁所的护岸工程均采用了40万t以上的钢铁炉渣水合固化体。

3.2　钢铁炉渣碳酸固化体

JFE公司将炼钢炉渣按模板成形开发出名为“Marine block”的产品，炉渣中所含的CaO与工厂排放的CO2反应后生成CaCO3，减少了CO2的排放，粒子间的相互结合而固化成块。该材料的成分与贝壳和珊瑚相同，对于海底生物亲和性很高，具有多孔结构，便于海藻生长，有助于修复海底生态环境。

3.3　铁分供应单元

为了修复沿海白化区域的生态系统，培育海洋森林及水产资源，提高渔民收入，新日铁住金特别开发出这一名为“Beverly?series”的新型产品，将钢铁炉渣、废木材与腐殖土等混合物密封装袋后投入海中，为海底的海藻生长提供了腐植酸铁。

3.4　石炭灰与钢铁炉渣混合材料

神户制钢与新日铁住金共同开发出名为“Ash stone”制造技术，将火力发电站产生的石炭灰与钢铁炉渣混合后进行造粒固化，可以成为碎石的替代材料。这种混合型材料在2004年以后分别应用于兵库县、神户市和姫路市道路工程，每月使用量达到了4万t以上，已被日本国土交通省新技术情报供应系统收录。

4展望

日本未来将从以下三个方面继续有效利用钢铁炉渣：①钢铁炉渣的碱性在中性化过程中可以吸收CO2，这项技术可以作为未来防止地球变暖的对策之一；②钢铁炉渣中含有的铁分和矿物质可以修复海洋生态系统，而钢铁炉渣制成的人工石材还可用于海域的防灾治理；③将不同种类的钢铁炉渣进行组合，或者将钢铁炉渣与其他材料组合能达到混合材料的效果。

参考文献：

[1]鉄鋼スラグ統計年報(平成25年度実績)[EB/OL].http：//www.slg.jp/statistics/report.html[2014-7-1].

[2]環境資材 鉄鋼スラグ[EB/OL].http：//www.slg.jp/publication/slag.html[2014-7-1].

引用文献格式：罗晔等.关于日本钢铁炉渣的回收再利用[J].环境与可持续发展，2015，40(1)：177-179.

On the Recycling of Iron and Steel Slag in Japan

LUO Ye1HE Qinqin1YUAN Yufeng1JI Zhengming2

(1.Research and Development Center of WISCO，Wuhan 430080，China；

2.CCIC-ISCCC IOT Testing Technology CO.，Ltd.，Wuxi 214135，China)

Abstract：The iron and steel slag is highly regarded as a recycled material that can reduce impacts on the environment due to its resource-conservation and energy-saving effects.The iron and steel slag can be applied in many fields according to its unique characteristics，such as cement，concrete aggregate，road，ground improvement，fertilizers and rock wool，etc.The recycling of iron and steel slag was briefly introduced in this paper.

Keywords：Japan；iron & steel slag；recovery；reuse；recent development

中图分类号：X75

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2015)01-0177-02

作者简介：罗晔，硕士，工程师，研究方向为日韩钢铁冶金信息情报