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废弃钢渣资源化存在问题
钢渣是钢材冶炼过程中的废弃产物,一般认为钢渣约占钢产量的1/6到1/5,在不锈钢的冶炼过程中钢渣产量更高.我国是产钢大国,产钢量占全世界总量的一半,巨大的钢产量背后是天文数字的钢渣废弃物.虽然对废弃钢渣的资源化应用已经被推广,但是受到我国冶炼技术的限制,在实际的钢渣利用上仍存在潜在风险.
一、钢渣的产生
炼钢时利用氧化作用去除铁矿石中的不良元素,在冶炼过程中会产生大量的钢渣废弃物.按照产生的形式,钢渣可以分为自然冷却破碎渣和水冷破碎渣.研究表明,钢渣主要由硅酸盐和氧化钙等构成,同时还有不同量的剩余铁、铬等.由于原铁矿石成分以及冶炼技术的影响,不同钢厂所产出的钢渣成分并不完全一致,但是一般认为钢渣的主要成分有：Ca0、S102、Al203、Fe0、Fe203、以及Mn和Mg的氧化物等.在炼制初期,钢渣中以FeO+Fe20?+Ca0三元系统为主,由于冶炼过程中不断加入Ca0,会发生如下反应,其中RO是氧化物：
2(Ca0´ RO´ S102)+Ca0—}3Ca0´ RO´ 2S102+RO
3(Ca0´ RO´ 2S102)+Ca0—}2(2Ca0´ 2S102)+RO
2CaO+Ca0—}3Ca0´ S102
二,钢渣的处理现状
（一）钢渣的破碎
钢渣的处理目前主要有回收其中的金属或者直接在其他领域综合利用钢渣.由于钢渣的初始形态为大块的冷却物,所以在处理之前都会将钢渣破碎,目前常采用冷却破碎或者机械破碎.
冷却破碎由于较小的能源消耗而被广泛采用,其中具有代表性的是热泼法、水碎法等.热泼法就是在钢渣出炉后立即喷水,然后在冷却应力作用下,钢渣收缩变形进而破碎,这种方法节约能源但是易浸出有毒物质；水碎法是用高压水冲击熔融态的钢渣,这种方法同时利用了水力切割和冷却应力,具有高效的特点,但是对操作技术要求较高,与此方法类似的还有盘泼碎冷法.机械破碎法除直接破碎研磨外主要是风碎法,即向熔融态的钢渣吹气,钢渣会成为液态颗粒进而在表面张力作用下收缩成小球状,这种方法安全性较高,但是提高了成本.
（二）钢渣的利用
由于钢渣中仍然含有一定量金属,所以对其进行回收利用是较为简单可行的办法,目前主要的利用方式是利用钢渣中的氧化钙作为冶炼原料,但是此种方法会释放出钢渣中的磷和硫,影响炼钢质量；更为简单的方法是直接用磁选回收含铁量较高的钢渣,重新进行冶炼；钢渣也可以作为熔剂投入到冶炼过程,但是控制不好就会影响产钢质量.
目前对于钢澶资源化的研究主要是将其应用到建筑材料中,如钢渣混凝土、道路垫层等.含有氧化钙和二氧化硅组成的复杂活性物质( 3Ca0．S102、2Ca0．S102)的钢渣具有良好的水硬性,可以作为水泥的外加剂,也可以与水泥混合作为混凝土的胶结物质增强其和易性.但是,当钢渣中含有较高的不良物质时（如Ti0,）,混凝土强度会受到影响.由于国内冶炼技术限制,钢渣中经常含有金属氧化物,所以在以开发新型建材为目的的资源化过程中受到限制.含有碱性氧化物（如氧化钙）的钢渣作为改良剂时可以调节酸性土壤的酸碱度；钢渣中含有Si、K、P等元素,可以制作成化：钢渣还可以作为副原料制备微晶玻璃.
将钢渣作为吸附材料是目前广泛开展的对钢渣资源化的研究热点,在对多种污染物的去除方面已经得到验证.由于钢渣呈碱性并且为碎渣状,所以可以同时对水中的重金属离子起到吸附和化学沉淀的双重去除作用.对钢渣吸附的研究发现由于其较大的比表面积,所以在吸附能力上超过活性炭等常规吸附剂.刘懿颉等利用矿渣进行了除砷的研究,提出了利用小粒径的石灰石和铁矿以一定质量比混合,在偏碱性条件下可以有效去除水中的砷.一般认为Ca、Mg、Al、Fe等金属的氧化物会在吸咐剂吸附过程中增加有效吸附点,当这些氧化物含量升高时,会提高吸附剂的吸附容量.以废弃钢渣作为吸附材料,可以有效去除水中的多种污染物,所以对钢渣的资源化开发过程中将其作为水处理材料是具有可行性的.
不难看出,废弃钢渣在多个领域都可以实现资源化利用,但是由于钢渣成分复杂,在使用过程中有可能发生物理、化学变化,所以在综合利用时需要进行多角度论证.
三、钢渣性质的研究
（一）钢渣的表征
本次研究所用钢渣取自吉林铁合金有限公司的转炉渣（2016年5月）,在取样前钢渣已经过该厂粉碎机破碎,并于实验室中进行筛分处理.
(1) SEM分析.对所取钢渣样品进行扫描电镜观察,可以观察到,粗钢渣与细钢渣的表面存在明显的差别,细钢渣表面有较大孔洞并且比粗钢渣表面更加粗糙,细钢渣具有更大的比表面积.
(2) XRD分析.为了考察钢渣的主要成分,对所取钢渣样品进行X射线衍射分析.通过对XRD谱图进行分析发现,钢渣中的主要矿物成分是Si0,、kidwellite少量的铬化合物.
（二）钢渣毒性浸出实验
由于钢渣在各种资源化应用的情况下都面临雨水等淋洗,所以需要测定其浸出液的酸碱变化规律.将lOg钢渣浸泡于lOOml超纯水中,恒温震荡,连续取样20小时测定溶液的pH值.
（二）有毒物浸出潜力实验
通过调整将溶液调整为强酸性对钢渣进行消解来验证极端条件下可能逸出的有毒重金属物质,将溶液pH调整为3左右,液固比为l kg：10L,结果如表l.
四、钢渣浸出毒性实验
通过对取样钢厂历史数据的调研,确定铬为主要风险研究对象,调节溶液pH为值为5、6、7、8、9、10、11、12左右,将钢渣浸泡并恒温震荡48小时后过滤.实验结果显示钢渣中的铬会随着溶液pH变化而呈现不同程度的浸出,其中在强碱条件下可以大量浸出超过国家标准.发生这种现象的主要原因是强碱条件下会生成可溶的Cr(OH).,造成铬的反溶现象从而使浸出浓度升高.
五、结语
在冶炼过程中产生的钢渣占用大量土地资源,在一定条件下还会造成对环境的污染.目前对钢渣资源化的研究得到了广泛开展并得到较多成果,但是受到钢渣特性的制约,很多成果不能市场化推广.通过对钢渣的表征发现钢渣表面粗糙,细钢渣比粗钢渣具有更大的比表面积.由于钢渣中含有冶炼过程中的氧化钙,所以钢渣浸出液呈碱性.对钢渣的有毒物浸出实验表明,在酸性条件下钢渣不易释放重金属污染物,但是在强碱性条件下,钢渣中的铬会发生反溶而造成二次污染.所以,在钢渣资源化的研究中,应该重点关注其中的金属氧化物含量以及使用环境的酸碱性.
存在问题论文范文结:
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