不锈钢尾渣处理和利用的探讨

[摘 要]近几年我国不锈钢粗钢产量大幅提高，随之产生的不锈钢钢渣日益增多。目前国内外不锈钢钢渣的一次和二次处理日趋成熟。但进过一次和二次处理后的不锈钢尾渣如何经济地无害化处理和循环利用还是一个世界性难题，仍需要进行更多的研究。本文着重介绍目前国内外不锈钢尾渣的无害化处理方法和不锈钢尾渣的利用情况。

[关键词]不锈钢尾渣；尾渣处理；循环利用；

中图分类号：X53；X758 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0331-01

前言

2013年我国不锈钢粗钢产量达到1898.4万吨，并且不锈钢粗钢产能仍有很大的释放空间。按照每吨不锈钢产生20%的渣量估算，2013年我国不锈钢钢渣为379.7万吨。按照每吨不锈钢钢渣回收9%的金属估算，2013年我国不锈钢尾渣为345.5万吨。目前国内不锈钢尾渣一般都是在露天渣场堆放，不锈钢尾渣不仅占用大量的土地，而且严重污染当地的环境，所以必须对不锈钢尾渣进行无毒化处理，同时把尾渣利用起来，进一步降低炼钢成本，保护生态环境。

1 不锈钢尾渣基本性质

不锈钢尾渣为碱性渣，主要由CaO，SiO2，MgO，Cr2O3等组成。不锈钢尾渣粒径主要集中于0～5mm范围内，且分布较均匀[1]。不锈钢尾渣的化学组成如表1所示[2]。

不锈钢尾渣中含有Cr6+的化合物。Cr6+的毒性剧烈，不仅危害生态环境，影响动植物生长，而且可通过消化道和皮肤进入人体，分布于肝和肾中，或经呼吸道积存于肺部，引起皮炎、铬疮及支气管炎等疾病发生[2]。所以，不锈钢尾渣不能随意堆放，需要进行无害化处理，并充分利用处理后的尾渣资源。

2 不锈钢尾渣无害化处理

目前国内外不锈钢尾渣无害化处理的方法主要有：还原法、固化法。

2.1 还原法

还原法是利用特定的还原剂，在一定的条件下，将不锈钢尾渣中的Cr6+还原成Cr3+或生成稳定的三价铬的沉淀物。按还原剂相态的不同，还原法可分为液相和固相还原法。

① 液相还原法

液相还原法也称为湿法，采用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸盐、碱金属硫化物等。工艺流程为：不锈钢尾渣粉同酸液或碱液混合溶解，向混合溶液中加入还原剂，将Cr6+还原成 Cr3+，并在碱性溶液中沉淀析出Cr（OH）3回收循环使用。但该工艺会造成水体的二次污染，且工艺处理费用高。王春琼[3]等利用工业废酸处理不锈钢尾渣，试验证明利用工业废酸可以处理不锈钢尾渣，可实现以废治废。

② 固相还原法

固相还原法也称为干法，常用的还原剂有炭粉、木屑、稻皮、煤矸石等。此法利用还原剂中的过量碳与不锈钢尾渣高温熔融反应，将渣中Cr6+转为Cr3+。该工艺原料便宜，处理流程简单，可以得到有价值的产品。但该工艺还存在Cr6+还原不彻底，Cr6+有回升的问题。

2.2 固化法

固化法是指以物理或化学方法将不锈钢尾渣固定或封闭在以固体为基质的最终产物之中，这种产物具有高抗渗透性。目前有熔融固化法和水泥固化法二种。

① 融固化法

熔融固化法是以玻璃原料为固化剂，在高温熔融条件下，使渣中Cr6+还原为Cr3+，进入玻璃熔融体中，借助玻璃体的致密结构和稳定性，达到固化解毒的目的。但该工艺将大量物料升温到熔点以上，需要的能源和费用相当高。

② 水泥固化法

水泥固化法是通过向不锈钢尾渣中加入一定量的无机酸或硫酸亚铁做还原剂，再加入一定量的水泥，加水混合、搅拌、成型、凝固，随着水泥的水化和凝结硬化，铬化物和其他物质形成稳定的晶体结构，被封固在水泥硬化体内不再溶出，达到高度稳定和无毒害的目的。

此法是应用最为广泛的技术之一。该工艺设备比较简单，设备和运行费用低。产品可作路基或建筑物基础材料。

3 不锈钢尾渣综合利用

不锈钢尾渣含有Ca、Mg、Si等元素，完全可以作为资源进行再利用，使之变害为利。不锈钢尾渣可以在钢厂内循环利用，主要包括返回烧结、和返回高炉，也可以应用于其他工业生产，如生产耐火材料、水泥和肥料等。

3.1 厂内循环利用

① 作高炉熔剂

不锈钢尾渣中含有大量的CaO、SiO2和MgO，可作为高炉助熔剂，从而减少石灰石和白云石的用量，减少碳酸盐分解热，并降低焦比。但不锈钢尾渣中含有的有害成分磷，随着返回次数的增多而富集，造成铁水磷含量高，对后续炼钢生产带来高负荷的脱磷任务。

② 返回烧结

不锈钢尾渣中含有CaO、MgO和Fe2O3，与炼铁烧结熔剂料的化学成分类似，具有自熔性和半自熔性。其物理特性（粒度、粘度）也适合于作烧结矿熔剂。同时在烧结生产过程中Cr6+可以充分还原成稳定的Cr3+和金属铬。不锈钢尾渣在烧结上的使用，能使烧结的结块率提高，粉化率降低，成品率增加，提高了生产效率。但是不锈钢尾渣粒度需保证粒度均匀性，如粒度过大，造成烧结矿的碱度发生波动，给高炉冶炼带来不利影响。

3.2 厂外循环利用

厂外循环主要指不锈钢尾渣在非冶金领域的应用，主要有：

① 生产耐火材料

将不锈钢尾渣与轻烧氧化镁合理配比，成球后经高温烧结，将有毒的Cr6+还原成无毒的Cr3+，并以镁铬尖晶石的形态稳定存在。所生产的耐火材料，可用作转炉和电炉喷补料的原料。制成的镁铬砖还可用于不锈钢冶炼、有色金属冶炼、水泥窑的高温带等。

② 生产水泥

由于不锈钢尾渣的化学组成和矿物组成与水泥类似，利用不锈钢尾渣生产复合硅酸盐水泥，可使不锈钢尾渣中的Cr6+得到有效固化，解除毒性，变废为宝。水泥窑炉内的高温和还原气氛可使不锈钢尾渣解毒，可把不锈钢尾渣与石灰石、粘土、铁粉、煤混配煅烧成水泥熟料。石洪志等[1]经过实验研究，认为不锈钢尾渣用作水泥混合材安全、可行。

③ 生产微晶玻璃

不锈钢尾渣中掺入硅质、纯碱等校正原料，在高温熔融状态下使Cr6+彻底还原为Cr3+以达到除毒效果，同时生产出微晶玻璃。该生产流程不锈钢尾渣处理量大，除毒彻底。作为装饰石材，其性能指标优于天然花岗石和天然大理石，且造价低廉，经济效益好。

④ 生产硅钙肥

太钢与美国哈斯科集团公司合作，对太钢不锈钢尾渣进行深加工，生产出优质的钢渣肥料。据实际种植实验表明这种钢渣肥料可以使农作物增15%以上，其毒性浸出指标、肥料各种微量元素的稳定性指标等，结果均达到或超标准达到国家有关标准的规定。

四、结束语

我国不锈钢行业每年产生大量的不锈钢尾渣，不但占用大量的宝贵土地资源，而且不锈钢尾渣含有Cr6+严重污染当地土壤、水体等生态环境。为了保护环境，降低不锈钢成本，使资源能循环利用，必须对不锈钢尾渣进行无害化处理，同时充分利用尾渣资源。

不锈钢尾渣无害化处理，目前采用固化法处理较多。不锈钢尾渣的综合利用可以分为厂内循环和厂外循环，厂内可以做高炉溶剂或返回烧结，厂外可以生产水泥、肥料等。

参考文献

[1]石洪志，王如意等.不锈钢钢渣用作水泥混合材及其安全性分析[J].建筑材料学报，2010，13（6）：802-806.

[2]李建立，徐安军等.不锈钢渣的无害化处理和综合利用技术研究[J].炼钢， 2010，26（6）：74-77.

[3]王春琼，李剑等.工业废酸处理不锈钢冶炼钢渣的可行性分析[J]. 现代冶金，2010，38（1）：1-3.