一、研究的背景與問題

我國鋼渣產生量巨大，每年排放1.5億噸，大量鋼渣堆存，不僅嚴重破壞土壤平衡、污染周邊生態(tài)環(huán)境，還導致資源的極大浪費鋼渣包括鐵水脫硫渣、轉爐渣和精煉渣等，其中轉爐渣產出量最大，100~150Kg/t鋼，轉爐渣中雖有與水泥熟料相近的等活性物相，但由于其MgORO相、f-CaO含量較高導致鋼渣存在水化活性低、體積穩(wěn)定性差、易磨性差、粉磨能耗高等問題，同時CaOSiO等成分波動大，這使得其綜合利用率30%左右。此外，依據《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2023的規(guī)定，鋼渣嚴禁作為混合材使用，這進一步限制了鋼渣的應用范圍。與之形成鮮明對比的是，國家各部委相繼頒布了一系列政策，如《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》、《關于加快推動工業(yè)資源綜合利用實施方案》、《國務院關于加快經濟社會發(fā)展綠色轉型的意見》等，均大力鼓勵并支持擴大原生砂石資源替代規(guī)模、推進冶金固廢綜合利用及開發(fā)新型低碳膠凝材料等。鑒于此，本項目聚焦于煉鋼源頭的鋼渣改性與減量工作，開展一系列相關技術研發(fā)，旨在降低鋼渣中的 MgORO相含量，提高鋼渣活性，并減少鋼渣產生量。

轉爐僅作為混凝土礦物摻合料其自身膠凝性難以完全發(fā)揮我國每年產生大約440萬噸鐵水脫硫渣，因硫高（＞5%）而不能消納，因此，與礦渣脫硫石膏等工業(yè)固廢協同開發(fā)固廢基膠凝材料是鋼渣高值化利用的關鍵方向在此過程中，如何充分發(fā)揮鐵水脫硫渣高堿的特性挖掘精煉渣鋁酸鈣物相作用，開發(fā)出多固廢協同的膠凝材料技術和制備工藝，實現鋼渣高值化利用是本項目的重要研究內容。

此外，鋼渣作為水穩(wěn)料應用于鋪設道路基層或底基層鋼渣大宗資源化利用重要途徑之一。然而，當鋼渣用于路面瀝青混凝土時，由于鋼渣游離CaOf-CaO含量較高，在發(fā)生水化反應后，會導致體積膨脹，進而引發(fā)混凝土開裂，這一問題極大限制了鋼渣在路面瀝青混凝土中的普遍應用。因此，如何高效且穩(wěn)定地消解鋼渣中的f-CaO，并研發(fā)出適配的骨料加工與制備工藝，以實現鋼渣的大宗化利用，成為本項目的重要研究內容之一。

歐洲、日本和美國等國家對鋼渣的處置和利用方式與我國類似，主要用于燒結配料、道路建設的路基料、土木工程回填、水泥鐵質校正原料等但與我國不同的是，這些國家鋼產量相對較低，鋼渣堆存問題不突出因而缺乏鋼渣用于固廢基膠凝材料方面的高值化研究然而，我國鋼渣不僅累計堆存量巨大，新增量也不容小覷，因此，迫切需要開發(fā)鋼渣源頭減量技術大宗資源化高值化利用技術。

基于上述背景，首鋼集團聯合北京科技大學、北科蘊宏公司組建了“產學研用”一體化團隊，圍繞鋼渣源頭改性、減量全量資源化利用技術和產品開發(fā)開展深入研究并建設產線以推動成果轉化歷時十多年的不懈努力，成功攻克上述難題，并探索出了一條將鋼渣用于固廢基膠凝材料的新路徑，實現了鋼渣這一難利用固廢的全量資源化利用。

二、解決問題的思路與技術方案

本項目總體思路如下圖所示，以鋼渣的全量資源化利用為出發(fā)點，通過開發(fā)轉爐低MgO、低FeO鋼渣冶煉技術，實現了鋼渣的源頭改性和減量；通過復鹽效應、硅的四配位同構化效應等理論創(chuàng)新，開發(fā)多類型鋼渣固廢基膠凝材料性能調控技術、輥壓立磨強力混合和實時循環(huán)除鐵粉磨工藝，開發(fā)了鋼渣礦渣脫硫石膏全固廢膠凝材料等高附加值產品；通過輥壓熱悶工藝的優(yōu)化升級，實現了穩(wěn)定可靠的f-CaO消解；通過開發(fā)輥壓熱悶破碎精細篩分高效磁選水洗的鋼渣骨料加工工藝，形成全配鋼渣道路集料最終實現鋼渣全量資源化利用。

項目總體思路

三、主要創(chuàng)新性成果

開發(fā)了轉爐低MgO、低FeO冶煉技術和成分波動控制技術實現了冶煉流程鋼渣的源頭改性和減量，解決了鋼渣安定性差、易磨性差、活性低的難題，鋼渣中MgO平均含量降至4%以下，鋼渣產出量小于80kg/噸鋼，CaOSiO成分波動降低50%

開發(fā)了多類型鋼渣固廢基膠凝材料性能調控技術，結合復鹽效應為水化驅動力和硅的四配位同構化效應理論，以鐵水脫硫渣、轉爐鋼渣、精煉渣等冶金渣為原料，開發(fā)了多類型鋼渣礦渣脫硫石膏體系固廢基膠凝材料，達到同等PO42.5水泥的性能要求，實現鋼渣高值化利用，并完成碳排放方法學核算，實現較水泥熟料CO減排90%

開發(fā)了輥壓立磨強力混合和實時循環(huán)除鐵的微粉粉磨工藝裝備技術，實現了粒級與活性雙重優(yōu)化，提高了微米級金屬鐵顆粒回收率，降低了粉磨能耗，制備出超細鋼渣粉、鋼鐵渣粉和固廢基膠凝材料等多種高附加值產品，已在礦山充填、道路建設、裝配式建筑、地坪鋪設、市政管廊工程和海工防波堤等領域廣泛應用。

開發(fā)了“輥壓熱悶破碎精細篩分高效磁選水洗”的鋼渣骨料生產工藝技術，解決了傳統鋼渣加工流程中，粒度大、-CaO消解難、設備維修成本高、粉塵污染嚴重等問題。發(fā)明了40mm粒徑，100%鋼渣全級配生產道路混合料技術，實現了鋼渣骨料加工技術與高效利用的整合與應用。

四、應用情況與效果

該項目獲得授權專利35件（其中國際專利件）編制標準15項（其中國家標準項），取得軟件著作權項。項目技術成果在北京、河北、山西等多地跨企業(yè)、跨行業(yè)推廣應用，社會經濟效益顯著。

開發(fā)的轉爐低MgO、低FeO冶煉技術首鋼應用，取得良好的經濟效益和社會效益轉爐終渣平均TFe14%，平均MgO4%，滿足水泥行業(yè)對原材料MgO<6%標準限制，RO相≤10%，鋼渣產出量小于80kg/實現鋼渣源頭改性及減量，為鋼渣在建材行業(yè)大規(guī)模使用奠定基礎。

開發(fā)“輥壓熱悶破碎精細篩分高效磁選水洗”的鋼渣骨料生產工藝技術經濟效果顯著首鋼京唐公司自主設計建設一條年產100萬噸鋼渣集料生產線，可提供五種集料產品，滿足道路集料標準要求，可全部替代天然石料作為道路集料使用，在京津冀周邊地區(qū)及京唐公司內部廣泛應用

同時，開發(fā)出固廢基膠凝材料鋼鐵渣粉等高附加值產品，并針對固廢基膠凝材料生產與應用無標準可依的問題，制定相關國家標準、地方標準15項標準，其中產品標準項，應用技術標準項，形成完備的標準體系保證了膠凝材料在建筑、道路礦山充填海工等多場景的應用固廢基膠凝材料技術入選《2021年北京市創(chuàng)新型綠色技術推薦目錄》和《2024年度建材行業(yè)三品典型案例》。目前已建設千萬噸級產能，開發(fā)出C15-C60不同等級固廢基混凝土在北京、河北、山西等多地累計澆筑量50，推廣應用2021年中國國際服務貿易交易會首鋼園展區(qū)地坪重點工程雄安新區(qū)、石太高速公路等項目

本項目對鋼渣源頭改性、減量及全量利用技術的創(chuàng)新思路，為大宗固廢鋼渣產生及后續(xù)利用難題的解決提供了理論和技術支撐，同時推動了鋼鐵與建材、交通等多領域的協同應用，對促進跨行業(yè)綠色低碳循環(huán)經濟發(fā)展具有重要意義。

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