冶金渣处理和利用(disposal and utilization of metallurgical slag)

使冶金工业在冶炼生产过程中排出的废渣变为无公害物和发挥其效能的过程。

种类    冶金渣通常按照其金属类别分钢铁冶金渣和有色冶金渣。钢铁冶金渣包括有高炉渣、钢渣、化铁炉渣、铁合金渣、铬渣等；有色冶金渣包括有铝电解渣、铜渣、铅渣、锌渣、锡渣、锑渣、钴渣、镍渣、汞渣、砷渣、砷尘、赤泥、钨渣、铍渣、锂渣、氟石膏及铝电解槽废炭块……等等。

危害    随着冶金工业的发展，冶炼过程中排出的废渣量也在不断增加。中国已堆存钢铁渣两亿t，占地两万亩，此外，每年还要排出数千万吨的钢铁渣，如不加以利用，势必对环境造成污染。冶金渣对环境的污染是通过大气、水及固体废物本身三种途径造成的。冶金渣在冷却或风化过程中逸出某些有害气体或形成粒径很小的粉尘受到风的吹扬作用，经大气传播而进行污染。如在高炉熔渣进行水淬处理时有H₂S气体和矿渣棉的逸出，会对环境造成一定的污染。冶金渣中有害物质被流水冲刷造成对地表水的污染，渣中的有害成分经降水的淋溶渗出。会造成土壤甚至地下水的污染。中国某铁合金厂的铬渣堆场，因未采取相应的防渗措施，致使地下水六价铬离子含量严重超标，形成严重的污染公害，污染范围达15～20km²。由此可知，冶金渣的处理和利用是三废治理的重要内容。

处理和利用    冶金渣是冶金生产的必然产物，它浓聚了炉料被冶炼后剩余的各种元素，这些元素对冶金产品可能是有害的，但对另一些产品却可能是宝贵的成分。处理方法依冶金渣种类的不同而异，目前已研究出许多行之有效的处理方法。在高炉渣处理方面有急冷处理、慢冷处理和半急冷处理。钢渣的处理工艺则有热泼法、盘泼法、水淬法、风淬法、粉化法和弃渣法等。化铁炉渣或者采用水淬急冷处理，或送至处理场进行自然冷却处理。对铁合金渣的处理，则首先考虑回收有用元素，暂时不能利用的，可采用堆弃处理，对一些有毒的铁合金渣，需进行无害化处理，或在堆场采取防渗和防流失措施。对有色冶金渣的处理，依处理对象的不同，可分别采用水淬法、熔炼法、烟化法、自然冷却法等。在管理措施方面，首先考虑改革生产工艺，少排废物，采用精料，减少生产过程中的废物排放量。例如在选矿工序中，提高铁矿石品位，可以少加造渣剂和焦炭。从而减少高炉渣的排放量。工业发达国家采用这种方法后，高炉渣排放量比原来可减少50％以上。其次应发展物质循环利用工艺，使生产第一种产品的废物，成为第二种产品的原料，使生产第二种产品的废物又成为生产第三种产品的原料等等，最后只剩下少量废物排入环境。如美国、日本等发达国家大多将钢渣返回高炉或烧结矿中作为炼铁熔剂使用，不再外排钢渣；对含有不同金属的有色冶金渣可送到适当的冶金炉中作为原料冶炼，回收其中的金属。

从16世纪起，就有应用高炉渣的记载。到18世纪，发现高炉渣具有和水泥相近似的化学成分和天然岩石相仿的强度，引起人们的注意，陆续研制出热铸矿渣块、矿渣水泥、矿渣棉等。高炉渣的利用发展很快，许多国家如法国、美国、联邦德国等高炉渣的利用率早已达到100％。根据各国的资源情况，高炉渣的利用途径也不相同。从总的状况来看，用于筑路约占50％，用于水泥约30％，用作混凝土骨料约为10％，还有少量作其他用途，如用于制造微晶玻璃，制作耐磨耐腐蚀铸石、矿渣棉、过滤用吸附剂等。中国有90％以上的高炉渣作为水泥混合材料，1988年全国年产2亿多吨水泥中，有50％掺用了不同数量的高炉渣。钢渣的利用比高炉渣晚，利用率也较低。硫、磷含量低碱度高的转炉钢渣、电炉还原渣、平炉精炼和出钢渣可代替石灰石作炼铁和烧结熔剂，使渣中的钙、镁、锰、铁等组分均得到充分利用，钢渣的循环利用，是钢铁企业发展清洁工艺的一部分。钢渣还可作为水泥原料。积存的钢渣经分解后体积安定，可用作道路路基、垫层、回填材料和沥青混凝土骨料等路面材料。在钢铁渣的加工、利用过程中，可进行磁选，回收其中金属。铁合金渣中因含有铬、锰、钼、镍、钛等价值较高的金属，故其主要用途是从中回收这些金属。有色冶金渣中的赤泥、铜镍渣、铅锌渣等均可作为水泥、墙体材料、铸石材料及筑路等工程建设材料用。在经济上合理，工艺切实可行的情况下，可从中回收稀有金属。冶金渣的处理和利用不仅对环境保护有重要作用，而且还可产生十分显著的技术经济效益。