·1726 工程科学学报，第43卷，第12期 various inorganic materials such as cement,glass ceramics,and sintered ceramics prepared using Cr-containing solid wastes in the stainless steel industry was summarized.Bottleneck problems in the preparation of various inorganic materials from chromium- containing solid wastes in the stainless steel industry were analyzed to provide a basis for the future harmless,high-value,resource-based treatment of stainless steel Cr-containing solid wastes and the realization of industrial applications in China. KEY WORDS Cr-containing solid waste:solidification mechanism;inorganic materials;safety performance;stainless steel slag 我国是不锈钢生产大国，随着国内不锈钢行 的方法是将铬元素化学固化或物理封存到某一矿 业的快速发展，不锈钢产量逐年增加.根据世界不 相或结构中，抑制其浸出.诸多学者探讨利用这类 锈钢论坛(ISSF)提供的数据显示，2019年中国不 低铬含量固废制备微晶玻璃例、陶瓷o、陶粒山 锈钢产量达2940万吨占世界总产量的56.3%.据 水泥/混凝土2-)等无机材料.但以上研究基本均 统计，每生产1t不锈钢会产生18~33kg粉尘四、 限于实验室阶段，极少实现工业应用，除了经济成 250kg的钢渣四.此外，轧钢铁皮和酸洗污泥分别 本的考虑以外，更重要的原因是缺乏对Cr元素长 占不锈钢产量的1%~3%和3%~5%B-鉴于铬 期浸出行为的科学有效的安全评估机制 元素对环境和社会的潜在危害，不锈钢酸洗污泥 为了全面掌握Cr在不同矿相/材料结构中的 等已被明确列为危险固体废弃物，这类固废的综 固化效果，以及利用AOD渣等含铬固废制备的无 合治理尤为引人关注. 机材料的安全性能，本文综述了前人在该领域的 当前关于含铬固废的处理技术，主要分为 相关研究工作，包括国内外不锈钢工业固废的化 2类：一是以铬等有价金属元的分离回收，二是铬 学和物相组成、铬在环境中的循环富集规律、含 元素的解毒及固化.针对Fe/CrNi含量高、回收价 Cr矿相演变、Cr在不同矿相中的固化机理以及目 值大的高铬含量的固废中的铬元素，主要以分离 前利用AOD渣等制备各类无机材料的研究进展 回收为主5-副，核心原理是在高温条件下，借助于 以期为未来中国无害化、高值化、资源化处理不 C等还原剂，将其中的Cr/FeNi等还原至金属熔体 锈钢含铬固废并实现产业化应用提供基础借鉴. 中，再与残渣分离，但也会产生具有一定残铬含量 1不锈钢工业含铬固废的基本特征 的二次固废.而对于铬质量分数较低（如3%以 下)的固废，如氩氧脱碳(AOD)渣或以上处理高铬 1.1化学成分和铬的存在形式 含量粉尘后产生的二次残渣等，金属回收困难、经 不锈钢工业产生的含铬固废包括电炉(EAF) 济效益低，处理重点以铬的解毒及固化为主.常见 渣、AOD渣、不锈钢粉尘和不锈钢酸洗污泥.表1 表1不锈钢行业含铬固体废物的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of Cr-containing solid wastes in the stainless steel industry % Types Ca0 Mgo Al2O3 Fe2O3/FeO MnO Nio CaSO CaF2 Resource 47.78 28.68 7.67 4.83 3.57 021 4.73 一 一 一 [14 46.5 28.0 7.4 4.3 2.7 1.7 8.0 1时 EAF slag 46.9 33.5 6.22 2.30 1.43 2.60 2.92 [16 36 32 4.4 7.9 1.6 5.8 10.4 一 一 一 [17刀 64.02 26.51 4.68 1.54 0.28 0.47 0.43 [14 54.1 26.5 6.30 4.91 1.81 1.02 1.83 一 [16 AOD slag 56.4 29.7 8.5 1.6 1.1 0.3 1.6 一 18 55.7 33.0 7.6 1.3 03 0.4 0.7 一 [19 28.70 0.70 3.71 0.12 22.18 13.19 0.03 [20] Stainless steel dust 10.8 3.42 2.12 1.45 47.6 11.1 2.12 一 2 19.3 5.8 3.2 0.5 37.1 16.3 2.98 [8 14.68 0.17 0.99 11.48 20.09 4.12 0.96 51.61 8.92 [22 Stainless steel pickling 7.95 1.15 0.92 17.5 5.07 3.18 8.50 42.7 sludge 4 14.61 2.37 0.38 0.88 15.48 6.12 1.03 5.32 13.86 23]various  inorganic  materials  such  as  cement,  glass  ceramics,  and  sintered  ceramics  prepared  using  Cr-containing  solid  wastes  in  the stainless  steel  industry  was  summarized.  Bottleneck  problems  in  the  preparation  of  various  inorganic  materials  from  chromium￾containing solid wastes in the stainless steel industry were analyzed to provide a basis for the future harmless, high-value, resource-based treatment of stainless steel Cr-containing solid wastes and the realization of industrial applications in China. KEY WORDS    Cr-containing solid waste；solidification mechanism；inorganic materials；safety performance；stainless steel slag 我国是不锈钢生产大国，随着国内不锈钢行 业的快速发展，不锈钢产量逐年增加. 根据世界不 锈钢论坛（ISSF）提供的数据显示，2019 年中国不 锈钢产量达 2940 万吨占世界总产量的 56.3%. 据 统计，每生产 1 t 不锈钢会产生 18～33 kg 粉尘[1]、 250 kg 的钢渣[2] . 此外，轧钢铁皮和酸洗污泥分别 占不锈钢产量的 1%～3% 和 3%～5% [3−4] . 鉴于铬 元素对环境和社会的潜在危害，不锈钢酸洗污泥 等已被明确列为危险固体废弃物，这类固废的综 合治理尤为引人关注. 当前关于含铬固废的处理技术 ，主要分 为 2 类：一是以铬等有价金属元的分离回收，二是铬 元素的解毒及固化. 针对 Fe/Cr/Ni 含量高、回收价 值大的高铬含量的固废中的铬元素，主要以分离 回收为主[5−8] ，核心原理是在高温条件下，借助于 C 等还原剂，将其中的 Cr/Fe/Ni 等还原至金属熔体 中，再与残渣分离，但也会产生具有一定残铬含量 的二次固废. 而对于铬质量分数较低（如 3% 以 下）的固废，如氩氧脱碳（AOD）渣或以上处理高铬 含量粉尘后产生的二次残渣等，金属回收困难、经 济效益低，处理重点以铬的解毒及固化为主. 常见 的方法是将铬元素化学固化或物理封存到某一矿 相或结构中，抑制其浸出. 诸多学者探讨利用这类 低铬含量固废制备微晶玻璃[9]、陶瓷[10]、陶粒[11]、 水泥/混凝土[12−13] 等无机材料. 但以上研究基本均 限于实验室阶段，极少实现工业应用，除了经济成 本的考虑以外，更重要的原因是缺乏对 Cr 元素长 期浸出行为的科学有效的安全评估机制. 为了全面掌握 Cr 在不同矿相/材料结构中的 固化效果，以及利用 AOD 渣等含铬固废制备的无 机材料的安全性能，本文综述了前人在该领域的 相关研究工作，包括国内外不锈钢工业固废的化 学和物相组成、铬在环境中的循环富集规律、含 Cr 矿相演变、Cr 在不同矿相中的固化机理以及目 前利用 AOD 渣等制备各类无机材料的研究进展. 以期为未来中国无害化、高值化、资源化处理不 锈钢含铬固废并实现产业化应用提供基础借鉴. 1    不锈钢工业含铬固废的基本特征 1.1    化学成分和铬的存在形式 不锈钢工业产生的含铬固废包括电炉（EAF） 渣、AOD 渣、不锈钢粉尘和不锈钢酸洗污泥. 表 1 表 1 不锈钢行业含铬固体废物的化学成分（质量分数） Table 1  Chemical composition of Cr-containing solid wastes in the stainless steel industry % Types CaO SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 /FeO MnO Cr2O3 NiO CaSO4 CaF2 Resource EAF slag 47.78 28.68 7.67 4.83 3.57 0.21 4.73 — — — [14] 46.5 28.0 7.4 4.3 2.7 1.7 8.0 — — — [15] 46.9 33.5 6.22 2.30 1.43 2.60 2.92 — — — [16] 36 32 4.4 7.9 1.6 5.8 10.4 — — — [17] AOD slag 64.02 26.51 4.68 1.54 0.28 0.47 0.43 — — — [14] 54.1 26.5 6.30 4.91 1.81 1.02 1.83 — — — [16] 56.4 29.7 8.5 1.6 1.1 0.3 1.6 — — — [18] 55.7 33.0 7.6 1.3 0.3 0.4 0.7 — — — [19] Stainless steel dust 28.70 0.70 3.71 0.12 22.18 / 13.19 0.03 — — [20] 10.8 3.42 2.12 1.45 47.6 / 11.1 2.12 — — [21] 19.3 5.8 3.2 0.5 37.1 / 16.3 2.98 — — [8] Stainless steel pickling sludge 14.68 0.17 0.99 11.48 20.09 / 4.12 0.96 51.61 8.92 [22] 7.95 1.15 0.92 / 17.5 / 5.07 3.18 8.50 42.7 [4] 14.61 2.37 0.38 0.88 15.48 / 6.12 1.03 5.32 13.86 [23] · 1726 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期