钢铁行业全流程固危废处置新技术及应用实践

钢铁行业全流程固危废处置新技术及应用实践

1.前言

钢铁工业作为国民经济的重要基础产业，同时也是资源消耗和固体废物产生的主要领域。根据中国钢铁工业协会数据，2024年我国重点钢铁企业固废产生量高达3.64亿吨，同比虽略有减少（-1.6%），但总体规模依然庞大。这类固废主要包括高炉渣（2.34亿吨）、钢渣（8454万吨）和含铁尘泥（4017万吨），其处理与利用水平直接关系到行业可持续发展能力和生态环境安全。长期以来，钢铁固废处理以"低效利用"和"简单填埋"为主要方式，尤其是钢渣尾渣的实际利用率仅30%-40%，大量固废堆存不仅占用土地，还可能造成土壤、地下水污染和重金属风险。随着"双碳"目标推进和环保政策收紧，传统处理模式难以为继，开发全流程高效处置技术成为行业迫切需求。本文基于钢铁固废处理现状，系统分析各类新技术原理、应用实践及效益，通过数据对比揭示技术进展，并提出今后发展路径，为行业绿色转型提供参考。

2.钢铁固废产生与处理现状

2.1固废产生量与特征

钢铁生产流程长、工序复杂，各环节均产生特性各异的固体废物。如表1所示，三类主要固废在产生量、特性及利用途径上存在显著差异。

2024年中国重点钢铁企业主要固废产生与利用情况见表1。

表1. 2024年中国重点钢铁企业主要固废产生与利用情况

固废类型	年产生量	利用率(%)	主要特性	当前主要利用途径
高炉渣	2.34亿吨	99.43%	硅酸盐成分，潜在水硬性	矿渣微粉（85%以上）、水泥掺合料
钢渣	8454万吨	99.03%*	含铁量高，安定性差	磁选回收铁、工程回填、水泥混合材
含铁尘泥	4017万吨	>99%	含铁量高，含锌等重金属	返烧结、转底炉/回转窑处理

注：钢渣统计口径拉高利用率，实际尾渣利用率仅30-40%

（1）高炉渣作为产生量最大的固废，因其化学成分与硅酸盐水泥相似，是目前资源化利用最充分的钢铁固废，东部和中部地区利用率较高，但东北、西北等偏远地区受建材需求不足影响，冬季常出现堆存待售现象。

（2）钢渣的利用情况较为复杂，统计数据显示利用率高达99.03%，但这主要是因为将磁选回收铁和外售第三方选铁均计入"利用"，实际尾渣利用率仅30-40%。钢渣因含有游离氧化钙等成分，安定性差，易导致制品膨胀开裂，制约了其在建材领域的应用。

（3）含铁尘泥虽然利用率超高99%，但主要通过在厂内循环利用（返烧结、转底炉、回转窑工艺），但高锌、高钾钠尘泥循环会增加高炉能耗，需要预处理去除有害元素。

2.2政策环境与行业目标

国家层面高度重视工业固废资源化利用，近年密集出台多项支持政策。2021年国务院发布《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，明确建设资源综合利用基地；发改委《"十四五"循环经济发展规划》提出到2025年大宗固废综合利用率达60%、资源循环产业产值达5万亿元的目标。

2022年，八部门联合发布《关于加快推动工业资源综合利用的实施方案》，聚焦冶金渣高值化利用；2024年五部门《钢铁行业节能降碳专项行动计划》直接推动高炉渣、钢渣替代水泥原料。此外，通过《资源综合利用企业所得税优惠目录》《增值税优惠目录》等财税政策，对固废利用企业减免税费，降低企业成本。

3.全流程处理新技术创新与应用

3.1源头减量与过程控制技术

钢铁固废处理正从"末端治理"向"全过程控制"转变，通过工艺优化和流程创新实现源头减量。

(1)在钢渣预处理环节，热焖工艺已成为主流技术。宝武系企业采用滚筒法处理钢渣，马钢则应用风淬粒化技术，显著提升了后续利用效率。这些技术通过控制钢渣冷却过程，改善其物理化学性质，减少游离氧化钙含量，提高稳定性。

(2)在重钢项目中，团队创新性地提出了"存量优化+增量升级"的双轨策略。对一次渣处理，将原热泼厂房改造，引入"脱硫渣带罐打水+其余冶金渣环保渣箱"的专属工艺。脱硫渣通过密封罐车直接入箱打水，其余钢渣用环保渣箱封闭，实现粉尘有组织收集；通过精准控制打水温度与时间，一次渣冷却效率提升60%，渣坑处理周期从7天缩短至1天，年处理能力稳定在70万吨。

(3)对于含铁尘泥处理，火法工艺占据主导地位。永锋钢铁、山钢等企业采用回转窑提锌（占比62%），中国宝武、首钢京唐则采用转底炉生产金属化球团，虽然投资较大，但环保水平高。湿法工艺作为补充，山西建龙、抚顺新钢铁采用铁碳锌湿法分离技术，具有能耗低、投资小的优势，分离出的铁粉可循环利用。

3.2末端资源化创新技术

3.2.1 高炉渣余热回收技术

高炉渣传统上主要用于生产矿渣微粉，供应水泥行业（如长三角、珠三角因缺粉煤灰需求旺盛）。近年来，余热回收成为高炉渣资源化的新方向。中国宝武梅钢中试项目年处理25万吨高炉渣，显热回收超60%，吨铁产蒸汽93千克；安阳永通铸管建成60吨/时干法粒化示范线，投资1亿元，有效解决了"显热浪费"难题。

3.2.2钢渣高值化利用技术

(1)钢渣的高值化利用是行业技术创新的热点。包钢建成百万吨级湿法碳化产线，产出高纯碳酸钙；邢台德龙建设30万吨火法碳化线，可吸附CO?；宝钢、太钢试点钢渣磷肥，附加值较回填提升10倍以上。

(2)在重庆钢铁的"固废焕新工厂"中，新建了一条专业化二次渣磁选处理线，将炼钢厂转运的滚筒渣与一次渣处理后的钢渣通过"密闭皮带运输+鄂破+圆锥破+棒磨+多级筛分+高效磁选"的全封闭深加工流程，实现渣与铁的"精准分离"。该产线年处理能力达120万吨，产出的渣钢块、渣钢粒铁品位均≥80%，渣钢粉铁品位≥45%，尾渣全铁含铁量≤18%、金属铁含量＜2%，真正做到了"吃干榨净"。

3.2.3钢渣路用技术创新

(1)钢渣在道路工程中的应用是近年来值得关注的技术方向。在南京市生态环境部门指导下，宝钢股份梅山钢铁与宝武环科南京资源利用有限公司携手打造了南京市首条钢渣"零碳"示范路。该项目采用"钢渣替代天然骨料"的创新模式，使用"5cm厚AC-16中粒式+4cm厚AC-13细粒式"双层钢渣沥青混凝土铺筑方案，钢渣骨料掺量高达60%，大幅减少天然石材消耗。数据显示，钢渣比玄武岩表现出更优异性能，抗压强度、耐磨等提升15%以上。

(2)在江西沪昆高速昌傅至金鱼石段改扩建工程中，中交一公局集团研发了高性能钢渣沥青混合料技术，将钢渣含量提高到73%，使钢渣路面与传统路面相比高温稳定性提升30%，抗滑性提升26%，使用寿命平均延长50%。每公里钢渣路面可减少二氧化碳排放432.346吨，相当于超过19000棵成熟树木一年的碳吸收量。

(3)该技术核心是"热焖-筛分-陈放"钢渣原材控制体系：首先在1600℃的高温热焖池中使有害物质挥发；接着通过磁选车间用强大磁场将游离氧化钙含量过高的部分剥离；最后经过6个月的陈放期，使体内不稳定的成分充分释放。这一流程有效解决了钢渣在道路应用中的稳定性与环保性难题。

(4)新余钢铁集团也将转炉渣应用到城市道路建设中，在S312省道罗坊段与G533国道南安段改造工程中，使用500余吨转炉渣铺筑了2.8公里的试验路段。经过预处理的转炉渣，其物理力学性能与道路铺设常用的玄武岩、石灰岩相近，且具有更高的密度、更强的黏附性以及更大的磨光值等优势，成功替代了项目80%的传统材料。

4.数据对比与效益分析

4.1环境效益分析

(1)新技术的应用带来了显著的环境效益。重庆钢铁固废焕新工厂项目每月能产出渣钢块和钢渣粒1万吨、钢渣粉1.5万吨。分离出的渣钢可直接回炉炼钢，磁选粉可作为烧结原料，过去低价处理的"废渣"则能做成水泥生料或道路基层材料，价值成倍增长。

(2)钢渣路用技术的碳减排效果尤为突出。根据测算，相较于传统沥青路面，每平方米钢渣示范道路可减少二氧化碳排放48kg（按全生命周期测算）。这一显著的减碳成果主要得益于钢渣产品替代了矿石开采、运输及加工环节所产生的碳排放。

(3)在企业层面，环保投入持续加大。宝钢股份2024年环保投入达105.59亿元（含资本化投入），是鞍钢股份（55.97亿元）、华菱钢铁（39亿元）等五家企业投入总和的1.3倍。这些投入带来了显著的环境效益，如首钢京唐余热供暖覆盖150万㎡居民区，年减碳12万吨。

4.2经济效益对比

新技术的应用不仅带来环境效益，也创造出可观的经济价值。以下为主要新技术经济效益对比，钢铁固废处理新技术经济效益对比见表2。

表2.钢铁固废处理新技术经济效益对比

技术类型	投资成本	运行成本	产品价值	投资回收期	应用案例
钢渣磁选深加工	较高	中等	渣钢(≥80%铁品位)	3-5年	重钢二次渣处理线
钢渣碳化固碳	高	较高	高纯碳酸钙	5-8年	包钢百万吨级产线
钢渣路用技术	较低	低	路基材料(省石料80%)	2-3年	南京"零碳"示范路
高炉渣余热回收	高	中等	蒸汽(93kg/吨铁)	4-6年	梅钢中试项目
含铁尘泥提锌	中等	较高	锌锭、金属化球团	3-4年	永锋钢铁回转窑

从表2中可以看出，不同技术的经济性存在差异。钢渣路用技术和磁选深加工投资回收期较短，而碳化固碳和高炉渣余热回收技术虽然投资大、回收期长，但产品价值高，环境效益显著。

以新余钢铁的转炉渣应用为例，将转炉渣用于道路建设不仅解决了固废堆放的难题，也比传统方法更经济、更环保。项目负责人指出，经过预处理的转炉渣成功替代了项目80%的传统材料，减少了自然山体的开挖，节约了资源，还降低了传统筑路材料生产中的能耗。

5.挑战与对策

5.1当前面临的主要挑战

尽管钢铁固废处理技术取得了显著进展，但行业仍面临多方面挑战。

（1）管理粗放是首要问题。企业固废归属不清、计量缺失，流向监管薄弱，精细化管理不足。许多企业缺乏完善的固废管理体系和专门的团队，导致资源浪费和处理效率低下。

（2）数据不全影响决策与监管。中钢协仅统计100余家重点企业，全国400余家钢企数据缺失，利用技术、途径等关键信息未纳入统计。这导致政策制定和行业规划缺乏充分的数据支持。

（3）技术单一制约高值化发展。固废多流向建材、回填，高值化技术（如钢渣陶瓷、稀有金属提取）仍处瓶颈，研发推广机制不健全。虽然已有一些创新技术，但大规模推广应用仍面临困难。

（4）协同不足阻碍跨行业合作。与建材、化工等上下游行业壁垒高，如新版《通用硅酸盐水泥》（GB175—2023）实施后，钢渣在水泥行业应用受限。行业间标准不统一，产品认证体系不完善，制约了钢铁固废在更广泛领域的应用。

5.2发展建议与对策

（1）建立标准体系是基础。需要完善钢企固废统计制度，扩大统计样本至全行业；加快制定固废利用技术、产品标准（如钢渣建材质量标准），推动绿色发展水平评价体系落地。通过标准化工作，为行业提供统一规范和技术指导。

（2）攻克技术瓶颈是关键。应当建立钢铁-建材-化工跨行业技术联盟，攻关钢渣碳化固碳、含铁尘泥稀有金属提取等技术；推广高炉渣余热回收、钢渣磷肥等成熟技术，提升产品附加值。企业应增加研发投入，与高校、研究机构合作，推动技术创新。

（3）降低应用成本是动力。在钢铁主业效益下行背景下，将固废利用纳入降本方案（如回收铁资源替代铁矿石），制定企业绿色发展专项规划，明确技术升级路径。政府可以通过财税优惠政策，鼓励企业采用新技术，提高固废资源化水平。

6.结语与展望

钢铁固废不是"废物"，而是待开发的"二次资源"。随着今后政策加码、技术突破，若能破解协同壁垒、提升高值化水平，3.64亿吨固废将成为钢铁行业低碳转型的"新动能"。

未来钢铁固废处理技术将呈现以下发展趋势如下。

（1）源头减量化趋势明显。通过工艺优化和流程创新，减少固废产生量，从源头上降低处理压力。清洁生产工艺和循环经济模式将得到更广泛应用。

（2）资源高值化成为方向。钢渣碳化固碳、高炉渣余热回收、含铁尘泥稀有金属提取等技术将不断完善和推广，提高资源利用价值和企业经济效益。

（3）产业协同化加速推进。钢铁、建材、化工等行业间的壁垒将逐步打破，形成跨行业的资源循环利用产业链，实现固废的最大化利用。

（4）管理精细化水平提升。随着物联网、大数据等技术的应用，固废产生、处理和利用全过程将实现精准管理和优化，提高资源利用效率。

固废处理项目的投运，是践行"绿水青山就是金山银山"的生动注脚，它从根本上改善了周边生态环境，为"超低排创A"注入了强劲动力。未来，钢铁企业将继续提升钢渣、矿渣、尘泥等冶金固废的综合利用能力，不仅让固废处置线成为"环保标杆"，更要推动工业固废向"绿色化、高值化、资源化"转型，为"无废集团""无废城市"建设提供"可复制、可推广"的解决方案。

参考文献

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