10亿吨钢渣何去何从?建材业或成消纳主力

2021-12-29 15:59:15

近年来,我国钢铁工业快速发展,钢渣产量大幅增加。

从国家统计局数据来看,2020年我国粗钢产量达到10.65亿吨,位列全球第一;炼钢过程中产生的钢渣约为1.20亿吨,累计堆存量超10亿吨。大量钢渣堆存,不仅占用土地资源,还给生态环境带来了较大安全隐患。

当前,合理利用钢铁固废是我国开展资源综合利用的关键之一,而加快钢渣利用是全社会的共识。不可否认的是,在钢渣综合利用方面,我国目前仍存在利用率普遍偏低、利用途径单一等问题,如何进一步实现钢渣有效利用是值得人们深思的问题。

近日,由中国工业合作协会资源综合利用分会、工业固废网联合主办的“2021年钢铁冶金固废综合处理利用技术交流会”在江苏省苏州市召开。会上,多名专家学者及企业代表围绕固废产业发展状况,钢铁固废资源化利用焦点、难点进行了深入研讨,为钢铁固废处置产业的绿色低碳发展指明了方向。

钢铁减碳势在必行

钢铁是工业的重要粮食,是建设的重要保障,是经济的重要支撑。自1996年粗钢产量破亿吨以来,我国钢铁登顶世界第一已持续25年,是世界钢铁工业的生产消费中心。近年来,我国对环境保护的要求越来越高,尤其是在“双碳”战略提出后,钢铁行业作为我国碳排放最多的行业之一在减少碳排放方面任重道远。

“‘1+N’政策体系内容陆续出台标志着我国低碳发展由前期谋划阶段全面转入了实质性推进阶段。钢铁行业作为工业领域碳达峰行动的重要组成,需要完整、准确、全面贯彻新发展理念,扎实做好碳达峰、碳中和工作,努力争取率先碳达峰。”冶金工业规划研究院党委书记、总工程师李新创在谈到钢铁行业减碳形势时表示,加快固废资源高效利用,可助力钢铁行业降碳达峰。在实施路径方面,开展钢铁固废综合利用,减少矿石资源消耗,同时与建材等行业构建循环经济产业链,替代高能耗的建材原料加工环节,是我国钢铁行业落实碳达峰、碳中和目标任务的重要途径之一。但钢铁行业固废具有种类多、成分复杂、排放量大等特点,在“双碳”背景下可以说是机遇与挑战并存。

“在机遇方面,低碳发展将促进钢铁行业实现更高水平供需动态平衡、助力工艺流程结构优化、助推行业新一轮技术革命、促进行业智能化升级、加快推动多产业协同、协同促进环保治理、深化产品全生命周期理念、助力行业低碳标准化工作;在挑战方面,钢铁行业面临低碳转型时间短、难度大,面临支撑系统不健全、结构降碳难度大、突破性低碳技术不成熟等形势,目前,钢铁固废资源化利用仍存在重视不够、管理水平亟待提升,底数不清、数据统计有待完善,技术瓶颈、技术水平有待提高,行业壁垒、上下游协同发展有待加强等问题。”因此,李新创建议,钢铁行业应尽快建立、健全标准体系,推动钢铁行业固废综合利用绿色发展;推动钢铁行业固废绿色循环利用技术创新和绿色产品推广;开展钢铁行业、企业固废循环经济产业低碳发展规划。

目前,我国大宗固废累计堆存量约600亿吨,年新增堆存量近30亿吨。海量的固废对应海量的市场。

面对万亿市场规模,中国工业合作协会资源综合利用分会秘书长杜根杰表示,当前工业固废综合利用产业已过技术匮乏阶段,但部分固废关键性技术难点仍有待突破;社会资本广泛关注,资本进场的积极性增强;技术项目逐步产业化,龙头企业引领不足;体制机制不断创新、各项管理办法陆续落地实施;信息不对称;不重视前期的技术选型和市场分析等特征。建议企业层面因地制宜、因企制宜,结合固废特性来科学定位技术路线和项目,大型产废企业应注重综合利用产品的海量市场应用;根据市场需求、经济性、环保性、降碳性来做好技术选型与对比,注重项目投资全过程的整体规划设计,规避“光循环不经济”现象;产废企业需进一步强化生产者责任;资源化利用项目建设宜早不宜迟,宜快不宜慢。

建材或成消纳主力军

钢铁行业是制造业31个门类中碳排放量最大的行业,也是我国碳达峰、碳中和目标实现的重点领域。

“钢铁行业要想大幅度减碳有三条路径可走。一是大量减产。当前我国建设量仍然很大,大量减产在短期内很难实现。二是关闭高炉改用电炉炼钢。目前,电炉炼钢增长比例基本已经达到顶峰,每年按最多10%的速度增长。这就意味着再过30年也关闭不了全国一半的高炉,因此短时间内也很难实现。三是炼钢、炼铁不再用焦炭,而是改用氢来还原铁。氢气需电解水产生,在我国煤电占比居高不下的情况下,这条路也很难在短时间内实现。”对此,北京科技大学教授倪文表示,“远水解不了近渴”,面对节能潜力有限局面,当前最容易做到的是少分解石灰石、少分解碳酸钙。

“2020年,全国水泥产量达23.77亿吨,消耗超20亿吨水泥熟料,除了向大气中排放近16亿吨的二氧化碳外,也排放大量的超细粉尘和硫化物、氮氧化物等,是全国空气质量进一步恶化的主要工业污染源之一。目前,我国通过多种固废协同作用可以制备零熟料混凝土,对水泥混凝土减碳发展具有重要意义。”倪文指出,国家“863”项目“尾矿制备绿色环保新型建筑材料关键技术与示范”取得重大成果。这个项目成果不仅证明了京津冀地区每年开山炸石所生产的6亿至8亿吨建设用砂石料能够100%由铁矿的尾矿和废石来替代,还初步证明了全国每年消耗的20亿吨水泥熟料可以被水淬高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏、粉煤灰和尾矿微粉等多种固废的协同作用进一步取代,最高取代比例可以达到99%,而水泥混凝土行业全产业链减排二氧化碳的潜力可以达到7亿至10亿吨。

在钢铁固废综合利用方面倪文表示,北京科技大学研究团队初步建立了“复盐效应”理论和“硅的四配位同构化效应”理论,并采用这两个效应协同调控的方法,已经基本掌握了水淬粒化高炉矿渣在形成C-S-H凝胶和类沸石相的过程中对硅氧四面体和铝氧四面体贡献潜力接近100%的技术,初步实现1吨水淬高炉矿渣对混凝土的强度贡献相当于3吨水泥熟料的技术实用化。如果按我国每年产生高炉水淬矿渣3.3亿吨计算,其对混凝土强度的贡献约相当于99亿吨水泥熟料。因此,用这些胶凝材料代替水泥制造预拌泵送混凝土、混凝土预制件和用于胶结充填采矿,理论上可以减排二氧化碳7.72亿吨。

“钢渣在降碳方面发展潜力巨大,可以在水泥熟料生产中作为钙质、铁质校正原料使用。”宝武环科宝钢建材公司高级工程师赵玉静指出,当前钢渣排放量约为1.6亿吨,约占钢铁工业固体废弃物总量的24%,综合利用率却不足40%,亟待发展提高。而从宝武环科钢渣利用情况来看,宝武环科11个基地2020年排放钢渣1439万吨,利用率99.9%,全量化处置利用处于国内前列。用于建材领域占了很大部分,其中水泥混凝土掺合料占65%,用于沥青混凝土、地基及路基处理等占18%。尽管钢渣利用仍然存在性能波动大且不可控、处理工艺与市场需求不匹配、质量问题、标准限制等难点,但在建材领域的应用前景趋于光明。

“吃螃蟹”企业不止一家

在技术创新和产业升级过程中,必须要有“第一个吃螃蟹”的企业。在钢铁固废综合利用产业中,这样的企业远不止一家。

盈创建筑科技(上海)有限公司(以下简称盈创)是全球首批真正实现3D打印建筑的高新技术企业之一。盈创的3D打印技术,可将多种固废制作成为多达156种3D打印“油墨”,其性能由常规C30至C150不等,可以满足各种不同应用场景。

“钢铁固废以前卖的都是白菜价,而通过3D打印制成制品后,它的价值可以提高数倍,真正实现了点‘废’成金。”盈创公司董事长马义和说。3D打印建筑是一项新兴的建筑构筑技术,以“轮廓工艺”为基础,喷墨粉末和熔融挤出等成型方式,采用工业机器人逐层重复铺设材料层构建房屋。相较传统建筑施工方式,具有环保、节能、质优、高效、成本节省、施工安全等优势,在协同处置大宗固废领域具有广阔的发展前景。

随着我国社会经济的快速发展,特别是城市化建设的不断深入,人们对居住的环境要求越来越高。如果你认为资源化利用产品单一,那就想错了。针对这些问题,福建泉工股份有限公司副总经理、董事傅国华介绍说,公司通过成本低、使用范围广、绿色循环的废钢渣制砖工艺,为国内钢铁企业钢渣尾渣综合利用提供了解决方案。以破碎筛分的废钢渣作为主要骨料进行制砖,可实现透水砖、仿石砖、路缘砖、护坡砖、砌块等各类制品的自动化生产。产品被广泛应用于市政广场、园林景观及水利、公路等工程,既实现了尾渣的循环利用,又为企业创造了良好的经济效益。

山东埃尔派粉体科技有限公司是国内著名的超细粉体解决方案提供商。公司项目总监蒋世祯指出,影响钢渣综合利用的关键共性问题主要有3个方面,分别是易磨性差、活性差、安定性差。公司利用超微粉体技术及多固废复配协同胶凝配合处理,将冶金渣等工业固废处理后,得到优质稳定的建筑材料。在解决废物堆存、保护环境的同时,提取了固废建材的潜在价值。

山东高唐华通液压机械有限公司专注于大宗固废的高效利用及智能一体化解决方案。公司总经理朱敏表示,近年来随着化工、钢铁、煤炭、有色金属等行业的发展,工业固废产生量持续攀升,年产生量近40亿吨,累计堆存量超过600亿吨。如此大规模的工业固废该往哪里去成为一个亟需解决的问题。对此,公司通过收集全国各地各种固废材料,不断进行试验,开发出砌块成型机、液压成型机、行星式搅拌机、加气混凝土砌块设备等新产品。目前,采纳公司综合利用技术设备的项目已在全国多地正式投产运营,实现了经济效益和社会效益的完美结合。

固废利用之路任重道远

钢铁工业固废和市政垃圾是我国大宗固体废弃物的主要来源。尽管前景广阔,很多企业取得了突破性进展,实现钢铁固废的资源化之路依旧任重道远,需要全行业共同努力。

东南大学材料科学与工程学院教授秦鸿根在书面报告中指出,在混凝土原材料短缺背景下,钢渣在建材行业中的应用将逐渐扩大。但很多因采用钢渣作为混凝土骨料使用产生膨胀而造成的工程质量事故应引起人们的重视。钢渣颗粒越大,其膨胀爆裂的潜在危害就越大。因此,未经有效处理的钢渣不宜作为混凝土骨料使用。磨细的钢渣微粉在胶凝材料中分布均匀,颗粒膨胀率小,在合适掺量下才不会出现安定性不良问题。

秦鸿根认为,钢渣是一种未能充分利用的工业废渣,面广量大、成分复杂,应该加大钢渣粉的应用技术研究,并制定和完善应用技术规范。在优质粉煤灰供不应求、质量难以保证、大量使用矿渣粉的情况下,充分利用钢渣微粉与其复合,具有良好的经济效益和社会效益,有待于政府部门、企业和研究工作者继续努力推广应用。

我国钢铁行业每年约产生5亿吨炉渣和1亿吨尘泥,其中80%得到了较好的利用,每年产生危废、钢渣、轧钢油泥等约1亿吨难以利用,亟需处理。对此,北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室教授王静松建议,健全钢铁产业固废处理技术体系,实现减量化、无害化、资源化全量利用。

“我国赤泥累积堆存量近5亿吨,产量大、危害大,且综合利用率仅为4%,大规模处置刻不容缓。”在谈到赤泥的综合利用时,北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室余阚说,“赤泥综合利用当前面临脱碱技术缺乏、返碱问题严重、难以规模化处置等问题,这就使得钢铁企业一方面提高了技术指标,另一方面要具有消纳赤泥的能力,需要开展大量技术研究工作。”

中国建材报记者:吴跃

责编:丁涛

校对:张健

监审:韩凤凤