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近年來，我國鋼鐵工業(yè)快速發(fā)展，鋼渣產(chǎn)量大幅增加。

從國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)來看，2020年我國粗鋼產(chǎn)量達(dá)到10.65億噸，位列全球第一；煉鋼過程中產(chǎn)生的鋼渣約為1.20億噸，累計堆存量超10億噸。大量鋼渣堆存，不僅占用土地資源，還給生態(tài)環(huán)境帶來了較大安全隱患。

當(dāng)前，合理利用鋼鐵固廢是我國開展資源綜合利用的關(guān)鍵之一，而加快鋼渣利用是全社會的共識。不可否認(rèn)的是，在鋼渣綜合利用方面，我國目前仍存在利用率普遍偏低、利用途徑單一等問題，如何進(jìn)一步實現(xiàn)鋼渣有效利用是值得人們深思的問題。

近日，由中國工業(yè)合作協(xié)會資源綜合利用分會、工業(yè)固廢網(wǎng)聯(lián)合主辦的“2021年鋼鐵冶金固廢綜合處理利用技術(shù)交流會”在江蘇省蘇州市召開。會上，多名專家學(xué)者及企業(yè)代表圍繞固廢產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，鋼鐵固廢資源化利用焦點、難點進(jìn)行了深入研討，為鋼鐵固廢處置產(chǎn)業(yè)的綠色低碳發(fā)展指明了方向。

鋼鐵減碳勢在必行

鋼鐵是工業(yè)的重要糧食，是建設(shè)的重要保障，是經(jīng)濟(jì)的重要支撐。自1996年粗鋼產(chǎn)量破億噸以來，我國鋼鐵登頂世界第一已持續(xù)25年，是世界鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)消費中心。近年來，我國對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，尤其是在“雙碳”戰(zhàn)略提出后，鋼鐵行業(yè)作為我國碳排放最多的行業(yè)之一在減少碳排放方面任重道遠(yuǎn)。

“‘1+N’政策體系內(nèi)容陸續(xù)出臺標(biāo)志著我國低碳發(fā)展由前期謀劃階段全面轉(zhuǎn)入了實質(zhì)性推進(jìn)階段。鋼鐵行業(yè)作為工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰行動的重要組成，需要完整、準(zhǔn)確、全面貫徹新發(fā)展理念，扎實做好碳達(dá)峰、碳中和工作，努力爭取率先碳達(dá)峰。”冶金工業(yè)規(guī)劃研究院黨委書記、總工程師李新創(chuàng)在談到鋼鐵行業(yè)減碳形勢時表示，加快固廢資源高效利用，可助力鋼鐵行業(yè)降碳達(dá)峰。在實施路徑方面，開展鋼鐵固廢綜合利用，減少礦石資源消耗，同時與建材等行業(yè)構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，替代高能耗的建材原料加工環(huán)節(jié)，是我國鋼鐵行業(yè)落實碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)任務(wù)的重要途徑之一。但鋼鐵行業(yè)固廢具有種類多、成分復(fù)雜、排放量大等特點，在“雙碳”背景下可以說是機遇與挑戰(zhàn)并存。

“在機遇方面，低碳發(fā)展將促進(jìn)鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)更高水平供需動態(tài)平衡、助力工藝流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化、助推行業(yè)新一輪技術(shù)革命、促進(jìn)行業(yè)智能化升級、加快推動多產(chǎn)業(yè)協(xié)同、協(xié)同促進(jìn)環(huán)保治理、深化產(chǎn)品全生命周期理念、助力行業(yè)低碳標(biāo)準(zhǔn)化工作；在挑戰(zhàn)方面，鋼鐵行業(yè)面臨低碳轉(zhuǎn)型時間短、難度大，面臨支撐系統(tǒng)不健全、結(jié)構(gòu)降碳難度大、突破性低碳技術(shù)不成熟等形勢，目前，鋼鐵固廢資源化利用仍存在重視不夠、管理水平亟待提升，底數(shù)不清、數(shù)據(jù)統(tǒng)計有待完善，技術(shù)瓶頸、技術(shù)水平有待提高，行業(yè)壁壘、上下游協(xié)同發(fā)展有待加強等問題。”因此，李新創(chuàng)建議，鋼鐵行業(yè)應(yīng)盡快建立、健全標(biāo)準(zhǔn)體系，推動鋼鐵行業(yè)固廢綜合利用綠色發(fā)展；推動鋼鐵行業(yè)固廢綠色循環(huán)利用技術(shù)創(chuàng)新和綠色產(chǎn)品推廣；開展鋼鐵行業(yè)、企業(yè)固廢循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展規(guī)劃。

目前，我國大宗固廢累計堆存量約600億噸，年新增堆存量近30億噸。海量的固廢對應(yīng)海量的市場。

面對萬億市場規(guī)模，中國工業(yè)合作協(xié)會資源綜合利用分會秘書長杜根杰表示，當(dāng)前工業(yè)固廢綜合利用產(chǎn)業(yè)已過技術(shù)匱乏階段，但部分固廢關(guān)鍵性技術(shù)難點仍有待突破；社會資本廣泛關(guān)注，資本進(jìn)場的積極性增強；技術(shù)項目逐步產(chǎn)業(yè)化，龍頭企業(yè)引領(lǐng)不足；體制機制不斷創(chuàng)新、各項管理辦法陸續(xù)落地實施；信息不對稱；不重視前期的技術(shù)選型和市場分析等特征。建議企業(yè)層面因地制宜、因企制宜，結(jié)合固廢特性來科學(xué)定位技術(shù)路線和項目，大型產(chǎn)廢企業(yè)應(yīng)注重綜合利用產(chǎn)品的海量市場應(yīng)用；根據(jù)市場需求、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、降碳性來做好技術(shù)選型與對比，注重項目投資全過程的整體規(guī)劃設(shè)計，規(guī)避“光循環(huán)不經(jīng)濟(jì)”現(xiàn)象；產(chǎn)廢企業(yè)需進(jìn)一步強化生產(chǎn)者責(zé)任；資源化利用項目建設(shè)宜早不宜遲，宜快不宜慢。

建材或成消納主力軍

鋼鐵行業(yè)是制造業(yè)31個門類中碳排放量最大的行業(yè)，也是我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實現(xiàn)的重點領(lǐng)域。

“鋼鐵行業(yè)要想大幅度減碳有三條路徑可走。一是大量減產(chǎn)。當(dāng)前我國建設(shè)量仍然很大，大量減產(chǎn)在短期內(nèi)很難實現(xiàn)。二是關(guān)閉高爐改用電爐煉鋼。目前，電爐煉鋼增長比例基本已經(jīng)達(dá)到頂峰，每年按最多10%的速度增長。這就意味著再過30年也關(guān)閉不了全國一半的高爐，因此短時間內(nèi)也很難實現(xiàn)。三是煉鋼、煉鐵不再用焦炭，而是改用氫來還原鐵。氫氣需電解水產(chǎn)生，在我國煤電占比居高不下的情況下，這條路也很難在短時間內(nèi)實現(xiàn)。”對此，北京科技大學(xué)教授倪文表示，“遠(yuǎn)水解不了近渴”，面對節(jié)能潛力有限局面，當(dāng)前最容易做到的是少分解石灰石、少分解碳酸鈣。

“2020年，全國水泥產(chǎn)量達(dá)23.77億噸，消耗超20億噸水泥熟料，除了向大氣中排放近16億噸的二氧化碳外，也排放大量的超細(xì)粉塵和硫化物、氮氧化物等，是全國空氣質(zhì)量進(jìn)一步惡化的主要工業(yè)污染源之一。目前，我國通過多種固廢協(xié)同作用可以制備零熟料混凝土，對水泥混凝土減碳發(fā)展具有重要意義。”倪文指出，國家“863”項目“尾礦制備綠色環(huán)保新型建筑材料關(guān)鍵技術(shù)與示范”取得重大成果。這個項目成果不僅證明了京津冀地區(qū)每年開山炸石所生產(chǎn)的6億至8億噸建設(shè)用砂石料能夠100%由鐵礦的尾礦和廢石來替代，還初步證明了全國每年消耗的20億噸水泥熟料可以被水淬高爐礦渣、鋼渣、脫硫石膏、粉煤灰和尾礦微粉等多種固廢的協(xié)同作用進(jìn)一步取代，最高取代比例可以達(dá)到99%，而水泥混凝土行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈減排二氧化碳的潛力可以達(dá)到7億至10億噸。

在鋼鐵固廢綜合利用方面倪文表示，北京科技大學(xué)研究團(tuán)隊初步建立了“復(fù)鹽效應(yīng)”理論和“硅的四配位同構(gòu)化效應(yīng)”理論，并采用這兩個效應(yīng)協(xié)同調(diào)控的方法，已經(jīng)基本掌握了水淬粒化高爐礦渣在形成C-S-H凝膠和類沸石相的過程中對硅氧四面體和鋁氧四面體貢獻(xiàn)潛力接近100%的技術(shù)，初步實現(xiàn)1噸水淬高爐礦渣對混凝土的強度貢獻(xiàn)相當(dāng)于3噸水泥熟料的技術(shù)實用化。如果按我國每年產(chǎn)生高爐水淬礦渣3.3億噸計算，其對混凝土強度的貢獻(xiàn)約相當(dāng)于99億噸水泥熟料。因此，用這些膠凝材料代替水泥制造預(yù)拌泵送混凝土、混凝土預(yù)制件和用于膠結(jié)充填采礦，理論上可以減排二氧化碳7.72億噸。

“鋼渣在降碳方面發(fā)展?jié)摿薮螅梢栽谒嗍炝仙a(chǎn)中作為鈣質(zhì)、鐵質(zhì)校正原料使用。”寶武環(huán)科寶鋼建材公司高級工程師趙玉靜指出，當(dāng)前鋼渣排放量約為1.６億噸，約占鋼鐵工業(yè)固體廢棄物總量的24％，綜合利用率卻不足40％，亟待發(fā)展提高。而從寶武環(huán)科鋼渣利用情況來看，寶武環(huán)科11個基地2020年排放鋼渣1439萬噸，利用率99.9%，全量化處置利用處于國內(nèi)前列。用于建材領(lǐng)域占了很大部分，其中水泥混凝土摻合料占65%，用于瀝青混凝土、地基及路基處理等占18%。盡管鋼渣利用仍然存在性能波動大且不可控、處理工藝與市場需求不匹配、質(zhì)量問題、標(biāo)準(zhǔn)限制等難點，但在建材領(lǐng)域的應(yīng)用前景趨于光明。

“吃螃蟹”企業(yè)不止一家

在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級過程中，必須要有“第一個吃螃蟹”的企業(yè)。在鋼鐵固廢綜合利用產(chǎn)業(yè)中，這樣的企業(yè)遠(yuǎn)不止一家。

盈創(chuàng)建筑科技（上海）有限公司（以下簡稱盈創(chuàng)）是全球首批真正實現(xiàn)3D打印建筑的高新技術(shù)企業(yè)之一。盈創(chuàng)的3D打印技術(shù)，可將多種固廢制作成為多達(dá)156種3D打印“油墨”，其性能由常規(guī)C30至C150不等，可以滿足各種不同應(yīng)用場景。

“鋼鐵固廢以前賣的都是白菜價，而通過3D打印制成制品后，它的價值可以提高數(shù)倍，真正實現(xiàn)了點‘廢’成金。”盈創(chuàng)公司董事長馬義和說。3D打印建筑是一項新興的建筑構(gòu)筑技術(shù)，以“輪廓工藝”為基礎(chǔ)，噴墨粉末和熔融擠出等成型方式，采用工業(yè)機器人逐層重復(fù)鋪設(shè)材料層構(gòu)建房屋。相較傳統(tǒng)建筑施工方式，具有環(huán)保、節(jié)能、質(zhì)優(yōu)、高效、成本節(jié)省、施工安全等優(yōu)勢，在協(xié)同處置大宗固廢領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是城市化建設(shè)的不斷深入，人們對居住的環(huán)境要求越來越高。如果你認(rèn)為資源化利用產(chǎn)品單一，那就想錯了。針對這些問題，福建泉工股份有限公司副總經(jīng)理、董事傅國華介紹說，公司通過成本低、使用范圍廣、綠色循環(huán)的廢鋼渣制磚工藝，為國內(nèi)鋼鐵企業(yè)鋼渣尾渣綜合利用提供了解決方案。以破碎篩分的廢鋼渣作為主要骨料進(jìn)行制磚，可實現(xiàn)透水磚、仿石磚、路緣磚、護(hù)坡磚、砌塊等各類制品的自動化生產(chǎn)。產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于市政廣場、園林景觀及水利、公路等工程，既實現(xiàn)了尾渣的循環(huán)利用，又為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

山東埃爾派粉體科技有限公司是國內(nèi)著名的超細(xì)粉體解決方案提供商。公司項目總監(jiān)蔣世禎指出，影響鋼渣綜合利用的關(guān)鍵共性問題主要有3個方面，分別是易磨性差、活性差、安定性差。公司利用超微粉體技術(shù)及多固廢復(fù)配協(xié)同膠凝配合處理，將冶金渣等工業(yè)固廢處理后，得到優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的建筑材料。在解決廢物堆存、保護(hù)環(huán)境的同時，提取了固廢建材的潛在價值。

山東高唐華通液壓機械有限公司專注于大宗固廢的高效利用及智能一體化解決方案。公司總經(jīng)理朱敏表示，近年來隨著化工、鋼鐵、煤炭、有色金屬等行業(yè)的發(fā)展，工業(yè)固廢產(chǎn)生量持續(xù)攀升，年產(chǎn)生量近40億噸，累計堆存量超過600億噸。如此大規(guī)模的工業(yè)固廢該往哪里去成為一個亟需解決的問題。對此，公司通過收集全國各地各種固廢材料，不斷進(jìn)行試驗，開發(fā)出砌塊成型機、液壓成型機、行星式攪拌機、加氣混凝土砌塊設(shè)備等新產(chǎn)品。目前，采納公司綜合利用技術(shù)設(shè)備的項目已在全國多地正式投產(chǎn)運營，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的完美結(jié)合。

固廢利用之路任重道遠(yuǎn)

鋼鐵工業(yè)固廢和市政垃圾是我國大宗固體廢棄物的主要來源。盡管前景廣闊，很多企業(yè)取得了突破性進(jìn)展，實現(xiàn)鋼鐵固廢的資源化之路依舊任重道遠(yuǎn)，需要全行業(yè)共同努力。

東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授秦鴻根在書面報告中指出，在混凝土原材料短缺背景下，鋼渣在建材行業(yè)中的應(yīng)用將逐漸擴大。但很多因采用鋼渣作為混凝土骨料使用產(chǎn)生膨脹而造成的工程質(zhì)量事故應(yīng)引起人們的重視。鋼渣顆粒越大，其膨脹爆裂的潛在危害就越大。因此，未經(jīng)有效處理的鋼渣不宜作為混凝土骨料使用。磨細(xì)的鋼渣微粉在膠凝材料中分布均勻，顆粒膨脹率小，在合適摻量下才不會出現(xiàn)安定性不良問題。

秦鴻根認(rèn)為，鋼渣是一種未能充分利用的工業(yè)廢渣，面廣量大、成分復(fù)雜，應(yīng)該加大鋼渣粉的應(yīng)用技術(shù)研究，并制定和完善應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。在優(yōu)質(zhì)粉煤灰供不應(yīng)求、質(zhì)量難以保證、大量使用礦渣粉的情況下，充分利用鋼渣微粉與其復(fù)合，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，有待于政府部門、企業(yè)和研究工作者繼續(xù)努力推廣應(yīng)用。

我國鋼鐵行業(yè)每年約產(chǎn)生5億噸爐渣和1億噸塵泥，其中80%得到了較好的利用，每年產(chǎn)生危廢、鋼渣、軋鋼油泥等約1億噸難以利用，亟需處理。對此，北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點實驗室教授王靜松建議，健全鋼鐵產(chǎn)業(yè)固廢處理技術(shù)體系，實現(xiàn)減量化、無害化、資源化全量利用。

“我國赤泥累積堆存量近5億噸，產(chǎn)量大、危害大，且綜合利用率僅為4%，大規(guī)模處置刻不容緩。”在談到赤泥的綜合利用時，北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點實驗室余闞說，“赤泥綜合利用當(dāng)前面臨脫堿技術(shù)缺乏、返堿問題嚴(yán)重、難以規(guī)模化處置等問題，這就使得鋼鐵企業(yè)一方面提高了技術(shù)指標(biāo)，另一方面要具有消納赤泥的能力，需要開展大量技術(shù)研究工作。”