664 工程科学学报，第42卷.第6期 typical ferroalloy slags.The differences of their chemical and mineral phase composition were also systematically analyzed in this study, which discussed different properties of different slags and provided the basic theoretical guidelines on how to efficiently utilize these slags.This study also emphatically summarized the latest domestic and foreign research advancements about their utilization in traditional building materials such as cement and concrete,and in new functional materials such as geopolymer,inorganic mineral fiber, microcrystalline glass,artificial light aggregate,and refractory materials required to build walls and as alternative raw materials to prepare functional ceramics.Based on the results of this study,we summarized the advantages and disadvantages of using the abovementioned ferroalloy slags as raw materials to generate different materials,and put forward the prospects for its future utilization direction and approach.The study also guided the key development areas for further studying and breaking through the bottleneck of the main utilization mode,formulating and improving the relevant application and pollution control standards,and developing and promoting high value-added products. KEY WORDS ferroalloy slags;silicon-manganese slag;nickel-iron slag;chrome-iron slag;traditional building materials;new functional materials:comprehensive utilization 铁合金是由一种、多种金属或者非金属元素 而且对企业的可持续发展和良好的生态环境都造 与铁元素组成的合金物质，在钢铁工业中一般将 成了严重影响.在我国大力推崇节能减排和循环 炼钢过程中所使用的中间合金（不管是否含有铁 经济的背景下，除了企业不断提高生产技术水平 元素)都统称为铁合金.铁合金是我国钢铁工业和 外，对这些铁合金渣进行二次综合利用，实现高附 机械制造业必不可少的辅助原料，主要的工业用 加值产品的研制和利用是亟需解决的难题 途包括：脱氧剂，脱除钢水中的氧以及硫氮（如硅 本文将重点针对产渣量大的3种典型铁合金 铁、硅锰)；合金添加剂，改善钢材的性能（如铬铁、 渣，即硅锰渣，镍铁渣，铬铁渣，对其合金渣的来 镍铁)：孕育剂，改善铸件的结晶组织（如硅钙、硅 源、化学成分及矿物组成和近几年综合利用研究 铁).我国作为钢铁产量位居世界第一的大国，我 进展进行详细介绍、对比和评价，从而对今后铁合 国铁合金行业也不断发展壮大，其产量占全世界 金渣资源化利用的发展方向和途径提出展望 生产总量的40%以上川根据中商产业研究院数据 1典型铁合金渣的来源及分类 库数据报告，2019年我国铁合金产量为3657.7万 吨，累积增长16.4%，并且还有继续上升的趋势 硅锰渣是冶炼硅锰合金时排放的一种含锰量 我国合金产量的不断增大会同时产生大量的 较高的冶金渣，是硅锰矿在矿热炉中经过石灰和 铁合金渣.铁合金的冶炼主要通过矿热电炉还原 焦炭高温熔融还原后形成的一种工业副产品.根 熔炼，部分产品采用高炉或转炉冶炼.炉料经过高 据其冷却方式，可以分为空气缓冷渣和水淬急冷 温熔融还原后，其氧化物杂质与合金分离后得到 渣.硅锰渣经过水淬急冷后形成疏松多孔的绿色 炉渣.根据治炼不同产品产生的渣量相对大小，铁 颗粒状硅锰渣，其玻璃体含量高，活性较高；经过 合金冶炼分为无渣法和有渣法四无渣过程通常指 空气缓冷或由于水淬不充分形成结构密实的浅绿 铁合金冶炼产生渣量不大，约为金属量的3%~ 色块状硅锰渣，其玻璃体含量低，活性较低.不同 10%,如硅铁、硅钙和硅铝等合金的冶炼.有渣过 存在形式的硅锰渣在性质和特征上会有显著的区 程则指在合金的生产过程中伴随着大量渣的生 别，在具体的实际应用过程中也会存在显著差异， 成，如硅锰、镍铁和铬铁等合金的冶炼.铁合金渣 需要进一步分析和研究 量大小与产品种类、生产工艺以及产品质量有密 镍铁渣是腐殖土型红土矿在电炉或高炉中还 切联系.根据国家统计局和中商产业研究院数据 原熔炼镍铁后产生的浅绿色的冶金废渣.根据冶 库的数据统计，2019年我国硅锰、镍铁和铬铁的 炼设备的不同，可以分为高炉镍铁渣和电炉镍铁 产量分别为1045万吨、58万吨和600万吨，其总 渣.两种工艺的原料体系和工艺流程差别较大，因 和约占该年全国铁合金总产量的47%：硅锰渣、镍 此导致渣的化学组成和基本性能也具有较大的差 铁渣和铬铁渣的产量分别为125~1358.5万吨、232~ 异.其中，电炉镍铁渣的活性和易磨性相对较差. 348万吨和720~1080万吨，其产量总量为2206~ 铬铁渣是冶炼不同碳含量的碳素铬铁合金时 2786.5万吨.目前我国铁合金渣的累积堆存量不 排放的外观呈灰黑色的冶金渣，是铬铁矿通过矿 断增加，其大量的堆存不仅占用大量的土地资源， 热电炉在1700℃下，以碳为还原剂经过高温还原typical ferroalloy slags. The differences of their chemical and mineral phase composition were also systematically analyzed in this study, which discussed different properties of different slags and provided the basic theoretical guidelines on how to efficiently utilize these slags.  This  study  also  emphatically  summarized  the  latest  domestic  and  foreign  research  advancements  about  their  utilization  in traditional building materials such as cement and concrete, and in new functional materials such as geopolymer, inorganic mineral fiber, microcrystalline  glass,  artificial  light  aggregate,  and  refractory  materials  required  to  build  walls  and  as  alternative  raw  materials  to prepare  functional  ceramics.  Based  on  the  results  of  this  study,  we  summarized  the  advantages  and  disadvantages  of  using  the abovementioned ferroalloy slags as raw materials to generate different materials, and put forward the prospects for its future utilization direction and approach. The study also guided the key development areas for further studying and breaking through the bottleneck of the main  utilization  mode,  formulating  and  improving  the  relevant  application  and  pollution  control  standards,  and  developing  and promoting high value-added products. KEY  WORDS    ferroalloy  slags； silicon ‒manganese  slag； nickel ‒iron  slag； chrome ‒iron  slag； traditional  building  materials； new functional materials；comprehensive utilization 铁合金是由一种、多种金属或者非金属元素 与铁元素组成的合金物质，在钢铁工业中一般将 炼钢过程中所使用的中间合金（不管是否含有铁 元素）都统称为铁合金. 铁合金是我国钢铁工业和 机械制造业必不可少的辅助原料，主要的工业用 途包括：脱氧剂，脱除钢水中的氧以及硫氮（如硅 铁、硅锰）；合金添加剂，改善钢材的性能（如铬铁、 镍铁）；孕育剂，改善铸件的结晶组织（如硅钙、硅 铁）. 我国作为钢铁产量位居世界第一的大国，我 国铁合金行业也不断发展壮大，其产量占全世界 生产总量的 40% 以上[1] . 根据中商产业研究院数据 库数据报告，2019 年我国铁合金产量为 3657.7 万 吨，累积增长 16.4%，并且还有继续上升的趋势. 我国合金产量的不断增大会同时产生大量的 铁合金渣. 铁合金的冶炼主要通过矿热电炉还原 熔炼，部分产品采用高炉或转炉冶炼. 炉料经过高 温熔融还原后，其氧化物杂质与合金分离后得到 炉渣. 根据冶炼不同产品产生的渣量相对大小，铁 合金冶炼分为无渣法和有渣法[2] . 无渣过程通常指 铁合金冶炼产生渣量不大，约为金属量的 3%～ 10%，如硅铁、硅钙和硅铝等合金的冶炼. 有渣过 程则指在合金的生产过程中伴随着大量渣的生 成，如硅锰、镍铁和铬铁等合金的冶炼. 铁合金渣 量大小与产品种类、生产工艺以及产品质量有密 切联系. 根据国家统计局和中商产业研究院数据 库的数据统计，2019 年我国硅锰、镍铁和铬铁的 产量分别为 1045 万吨、58 万吨和 600 万吨，其总 和约占该年全国铁合金总产量的 47%；硅锰渣、镍 铁渣和铬铁渣的产量分别为 125～1358.5 万吨、232～ 348 万吨和 720～1080 万吨，其产量总量为 2206～ 2786.5 万吨. 目前我国铁合金渣的累积堆存量不 断增加，其大量的堆存不仅占用大量的土地资源， 而且对企业的可持续发展和良好的生态环境都造 成了严重影响. 在我国大力推崇节能减排和循环 经济的背景下，除了企业不断提高生产技术水平 外，对这些铁合金渣进行二次综合利用，实现高附 加值产品的研制和利用是亟需解决的难题. 本文将重点针对产渣量大的 3 种典型铁合金 渣，即硅锰渣，镍铁渣，铬铁渣，对其合金渣的来 源、化学成分及矿物组成和近几年综合利用研究 进展进行详细介绍、对比和评价，从而对今后铁合 金渣资源化利用的发展方向和途径提出展望. 1    典型铁合金渣的来源及分类 硅锰渣是冶炼硅锰合金时排放的一种含锰量 较高的冶金渣，是硅锰矿在矿热炉中经过石灰和 焦炭高温熔融还原后形成的一种工业副产品. 根 据其冷却方式，可以分为空气缓冷渣和水淬急冷 渣. 硅锰渣经过水淬急冷后形成疏松多孔的绿色 颗粒状硅锰渣，其玻璃体含量高，活性较高；经过 空气缓冷或由于水淬不充分形成结构密实的浅绿 色块状硅锰渣，其玻璃体含量低，活性较低. 不同 存在形式的硅锰渣在性质和特征上会有显著的区 别，在具体的实际应用过程中也会存在显著差异， 需要进一步分析和研究. 镍铁渣是腐殖土型红土矿在电炉或高炉中还 原熔炼镍铁后产生的浅绿色的冶金废渣. 根据冶 炼设备的不同，可以分为高炉镍铁渣和电炉镍铁 渣. 两种工艺的原料体系和工艺流程差别较大，因 此导致渣的化学组成和基本性能也具有较大的差 异. 其中，电炉镍铁渣的活性和易磨性相对较差. 铬铁渣是冶炼不同碳含量的碳素铬铁合金时 排放的外观呈灰黑色的冶金渣，是铬铁矿通过矿 热电炉在 1700 ℃ 下，以碳为还原剂经过高温还原 · 664 · 工程科学学报，第 42 卷，第 6 期