李宇等：我国冶金固废大宗利用技术的研究进展及趋势 1719 晶玻璃、岩棉的研究逐渐发展起来并成为研究热 价格上涨.直接利用高温熔渣制备人造石材则是 点.由于微晶玻璃、岩棉等组分与熔渣存在一定 一 条熔渣大宗高值化利用的有效途径. 差距，需要添加质量分数10%以上的改质剂，同时 如果微晶玻璃/俦石要替代天然花岗岩，降低 微晶玻璃制备对成分均匀性要求严格，因此需要 熔渣微晶玻璃/俦石的成本是关键.目前，相对 使用电炉作为额外的改质设备进行补热并根据需 70~150元m2的低档石材，利用熔渣制备铸石的 要控制改质熔渣质量6m目前围绕高温治金渣 成本还需要进一步降低.利用熔渣余热熔解少量 熔态改质装备与工艺、改质熔渣料性调整及质量 改质剂后直接制备铸石，简化熔渣改质工艺，避免 控制、改质剂种类及提高成品率等方面开展了大 复杂的改质剂与熔渣混溶补热过程，是降低成本 量的研究-目前，在山西、内蒙和宁夏等铁合 的有效途径.而选择成分合适的冶金渣是实现以 金企业利用硅铁熔渣或者硅锰熔渣制备岩棉方面 上低成本工艺制备铸石的关键，也是这一技术有 已获得了工业化应用，而熔渣微品玻璃的研究仍 望突破的重要方向. 然未能实现工业化 在热处理方面，从工艺和处理成本角度，采用 微晶玻璃和岩棉在全国产量为百万吨到千万 降温过程一步法的“Petrurgic"”工艺是一种较佳的选 吨级，利用熔渣的市场空间仍然有限.虽然熔渣岩 择，如图1所示.研究表明，冶金渣微晶玻璃适合 棉技术获得工业化应用，但是也因产品市场容量 采用一步法制备，其中的CrO3,FezO3,Mn2O3等金 受限，难以复制推广.要利用千万吨乃至亿吨级的 属离子是其中最有效的晶核剂8别，因此存在成核 冶金渣，还需要开发新的熔渣产品市场 和析晶重合的温度区间，如图1中的成核析晶温 大宗量利用熔渣需要两个条件：一是大宗量 度TG采用这一热处理制度，利用镍铁渣、高炉 的资源化产品出口；二是相对低廉的价格优势.花 渣、含钛高炉渣、硅锰渣、钢渣和粉煤灰等已制备 岗岩是我国广泛使用的大宗建筑材料，目前我国 了合格的实验样品2-)将熔渣简单调质后采用 石材的产能超过1亿吨.随着国家对生态环境的 “Petrurgic'”工艺热处理的方法能够显著降低俦石成 保护，大量天然石材的开采受到限制，石材短缺， 本，目前还需要进一步开展放大规模的实验研究. a) Rate of crystal growth (b) Rate of nucleation and growth Rates of nucleation and growth Time 图1“Petrurgic'"方法工艺.(a)形核及品体生长速率曲线：(b)直接冷却制度 Fig.1 "Petrurgic"process:(a)nucleation and crystal growth rate curve:(b)direct cooling system 3冶金固废大宗资源化利用的发展趋势 是企业思考的重要方向.对于大型冶金企业，“固 我国在工业固废资源化利用方面进入了新的 废不出厂”是企业对环保的要求，如何大宗消纳这 阶段，冶金固废资源化利用具有如下发展趋势： 些固废成为企业发展目标.虽然冶金固废企业对 固废的大宗量利用技术需求更加迫切.随着 大宗建材领域并不熟悉，要理清适合市场及固废 我国环保相关政策法规出台和严格的监督执法， 特点的大宗资源化利用技术需要一定的时间.但 传统简单堆存、填埋在环境、安全、经济等方面的 是，固废大宗量消纳的趋势越来越明显，大宗量固 成本越来越高.大部分冶金企业将不会获批废渣 废利用技术的转化正迎来一个加速期. 填埋场，将废渣转交给专业渣场需要支付15~ 固废的协同利用是加快固废资源化利用的有 50元t的费用，这部分堆存费成为了企业固定的 效途径.大型冶金企业或冶金产业聚集区通常会 环保负担，将其转变为资源化利用的投资费用则 排放多类别固废，将这些固废协同利用，不仅能够晶玻璃、岩棉的研究逐渐发展起来并成为研究热 点. 由于微晶玻璃、岩棉等组分与熔渣存在一定 差距，需要添加质量分数 10% 以上的改质剂，同时 微晶玻璃制备对成分均匀性要求严格，因此需要 使用电炉作为额外的改质设备进行补热并根据需 要控制改质熔渣质量[76−77] . 目前围绕高温冶金渣 熔态改质装备与工艺、改质熔渣料性调整及质量 控制、改质剂种类及提高成品率等方面开展了大 量的研究[78−79] . 目前，在山西、内蒙和宁夏等铁合 金企业利用硅铁熔渣或者硅锰熔渣制备岩棉方面 已获得了工业化应用，而熔渣微晶玻璃的研究仍 然未能实现工业化. 微晶玻璃和岩棉在全国产量为百万吨到千万 吨级，利用熔渣的市场空间仍然有限. 虽然熔渣岩 棉技术获得工业化应用，但是也因产品市场容量 受限，难以复制推广. 要利用千万吨乃至亿吨级的 冶金渣，还需要开发新的熔渣产品市场. 大宗量利用熔渣需要两个条件：一是大宗量 的资源化产品出口；二是相对低廉的价格优势. 花 岗岩是我国广泛使用的大宗建筑材料，目前我国 石材的产能超过 1 亿吨. 随着国家对生态环境的 保护，大量天然石材的开采受到限制，石材短缺， 价格上涨. 直接利用高温熔渣制备人造石材则是 一条熔渣大宗高值化利用的有效途径. 如果微晶玻璃/铸石要替代天然花岗岩，降低 熔渣微晶玻璃/铸石的成本是关键. 目前，相对 70～150 元·m2 的低档石材，利用熔渣制备铸石的 成本还需要进一步降低. 利用熔渣余热熔解少量 改质剂后直接制备铸石，简化熔渣改质工艺，避免 复杂的改质剂与熔渣混溶补热过程，是降低成本 的有效途径. 而选择成分合适的冶金渣是实现以 上低成本工艺制备铸石的关键，也是这一技术有 望突破的重要方向. 在热处理方面，从工艺和处理成本角度，采用 降温过程一步法的“Petrurgic”工艺是一种较佳的选 择，如图 1 所示. 研究表明，冶金渣微晶玻璃适合 采用一步法制备，其中的 Cr2O3，Fe2O3，Mn2O3 等金 属离子是其中最有效的晶核剂[80−81] , 因此存在成核 和析晶重合的温度区间，如图 1 中的成核析晶温 度 TNG. 采用这一热处理制度，利用镍铁渣、高炉 渣、含钛高炉渣、硅锰渣、钢渣和粉煤灰等已制备 了合格的实验样品[82−85] . 将熔渣简单调质后采用 “Petrurgic”工艺热处理的方法能够显著降低铸石成 本，目前还需要进一步开展放大规模的实验研究. Temperature Temperature TNG TNG Rate of crystal growth Rate of nucleation and growth Rates of nucleation and growth Time (a) (b) 图 1    “Petrurgic”方法工艺. （a）形核及晶体生长速率曲线；（b）直接冷却制度 Fig.1    “Petrurgic” process: (a) nucleation and crystal growth rate curve; (b) direct cooling system 3    冶金固废大宗资源化利用的发展趋势 我国在工业固废资源化利用方面进入了新的 阶段，冶金固废资源化利用具有如下发展趋势： 固废的大宗量利用技术需求更加迫切. 随着 我国环保相关政策法规出台和严格的监督执法， 传统简单堆存、填埋在环境、安全、经济等方面的 成本越来越高. 大部分冶金企业将不会获批废渣 填埋场 ，将废渣转交给专业渣场需要支付 15～ 50 元·t−1 的费用，这部分堆存费成为了企业固定的 环保负担，将其转变为资源化利用的投资费用则 是企业思考的重要方向. 对于大型冶金企业，“固 废不出厂”是企业对环保的要求，如何大宗消纳这 些固废成为企业发展目标. 虽然冶金固废企业对 大宗建材领域并不熟悉，要理清适合市场及固废 特点的大宗资源化利用技术需要一定的时间. 但 是，固废大宗量消纳的趋势越来越明显，大宗量固 废利用技术的转化正迎来一个加速期. 固废的协同利用是加快固废资源化利用的有 效途径. 大型冶金企业或冶金产业聚集区通常会 排放多类别固废，将这些固废协同利用，不仅能够 李    宇等： 我国冶金固废大宗利用技术的研究进展及趋势 · 1719 ·