我國是鋼鐵大國，鋼產(chǎn)量占全球的53%，鋼渣是鋼鐵生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物，約占鋼鐵產(chǎn)量的10%~15%，年排放鋼渣超過1億噸，累計堆存15億噸，有效利用率長期低于30%。面對我國年排放超1億噸、累計堆存15億噸的鋼渣固廢，如何合理利用逐漸發(fā)展成為制約鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)建難題之一。 鋼渣固廢到底該何去何從？行業(yè)目前是否具備規(guī)模化、高值化、可持續(xù)化的鋼渣固廢解決方案？近日，中國寶武中央研究院首席研究員肖永力向《中國冶金報》記者全面介紹了一條能夠?qū)崿F(xiàn)鋼渣從工業(yè)固廢到高等級路面材料價值重構(gòu)的技術(shù)體系。 據(jù)肖永力介紹，就目前而言，國內(nèi)外傳統(tǒng)鋼渣處理工藝，無論是熱潑法還是熱燜法（占比95%以上）均為靜態(tài)緩冷工藝，開放作業(yè)、流程長，尤其是鋼渣游離氧化鈣（f-CaO）含量波動大，一般在5%~20%，體積安定性差，遇水膨脹率超過5%，嚴(yán)重制約了鋼渣的資源利用。與此同時，聚焦國內(nèi)基建發(fā)展，我國是交通基建強國，高速公路里程于2024年達到19.07萬公里。瀝青路面是國內(nèi)外主流鋪裝形式，占95%以上。公路新建和養(yǎng)護需要巨量天然集料，僅瀝青路面抗滑表層每年就需集料4億噸~6億噸，天然集料使用年限不到15年，開采既破壞環(huán)境又面臨資源枯竭問題，亟須尋找替代資源。 “一方面，大宗鋼渣固廢排放無處去，另一方面，巨量天然集料資源枯竭，急需替代。由此可見，解決鋼渣堆存污染和道路集料資源枯竭的雙重難題，急需我們推動跨學(xué)科理論突破與顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，以實現(xiàn)鋼渣大規(guī)模替代天然集料�！毙び懒Ρ硎尽� 隨后，肖永力展開介紹了鋼渣的成分特征。就主要礦物組成而言，鋼渣中的硅酸鈣（C2S/C3S, 40%~50%）有潛在膠凝活性，游離氧化鈣（f-CaO, 5%~20%）為體積安定性風(fēng)險因子。就物理特性而言，鋼渣莫氏硬度值為6~7，可媲美玄武巖，道路用天然骨料的硬度值則為5~6；鋼渣的密度為3.2克/立方厘米~3.6克/立方厘米，較道路用天然骨料密度高出10%~15%；洛杉磯磨耗值≤18%，而道路用天然骨料的洛杉磯磨耗值為25%~30%。 “鋼渣本身的礦物相特性是比較差的。一是太硬，里面有像小鋼珠一樣特別硬的礦物，比常見的砂子還硬20%，磨鋼渣的耗電量比其他材料（礦渣）高40%。二是活性低，不容易和水發(fā)生反應(yīng)，只有礦渣粉活性的65%左右。三是難磨碎，又硬又密實，即使用力磨成粉，顆粒也比礦渣粉粗很多，效果差。”肖永力介紹，也正因這些“基因缺陷”直接導(dǎo)致了三大應(yīng)用瓶頸：磨粉成本巨高、粉體效果差、有安全隱患。“這就是目前鋼渣做粉體面臨的核心困境。除非能克服這些缺陷，比如找到更便宜的磨法或者激發(fā)它的活性，否則很難有經(jīng)濟效益�！彼f。 然而，鋼渣身上的這些“天生缺陷”，在鋪路這個用途上則全變成了閃閃發(fā)光的優(yōu)點。肖永力介紹，將鋼渣重新利用為瀝青集料，便可完美實現(xiàn)“變廢為寶”和“揚長避短”。一是超高硬度在鋪路領(lǐng)域可變身“抗壓王”和“填縫高手”。那些讓磨粉機頭疼的“小金剛石”鋪在路面上就成了抵抗車輪碾壓的“神器”。大貨車再多，路面也不容易被壓出深深的車轍。與此同時，微膨脹特性讓鋼渣在瀝青路里擁有了“自動填縫劑”。它能自己悄悄地、一點點地膨脹，把瀝青混合料里那些看不見的小縫隙都塞得嚴(yán)嚴(yán)實實，讓路面像一塊密實的鐵板，更結(jié)實、更耐用。二是鐵氧化物的妙用處。那些又重又密的鐵氧化物讓鋼渣石子比普通石子更沉、更實在。這也證明，同樣一堆石子，鋼渣的表面積相對小，當(dāng)滾燙的瀝青潑上去時就能更厚、更均勻地“擁抱”住每一顆鋼渣石子，黏性極強，路面壽命也能得到延長。三是抗壓、防滑性能優(yōu)異。據(jù)肖永力介紹，模擬壓路機重壓的試驗（壓碎值）證明，鋼渣石子比玄武巖石子抗壓能力強3成多，用其鋪路地基更穩(wěn)，不怕重載。與此同時，模擬輪胎長期摩擦的試驗（磨光值）證明，鋼渣路面即使被磨了很久，依然比玄武巖路面粗糙近3成，這意味著下雨天剎車，鋼渣路面能提供更強的抓地力，助力行車更安全。 反觀瀝青路面集料技術(shù)，緣何天然集料成為了瓶頸？鋼渣集料又將如何解決這些問題？ “瀝青技術(shù)經(jīng)歷了天然瀝青、人造瀝青、改性瀝青的發(fā)展歷程，但集料仍依賴天然石子原料，技術(shù)無突破，不耐磨、易出坑，粘不牢、易剝落，搭配差、易開裂，拖累路面整體性能改善�！毙び懒娬{(diào)，未來必須跳出天然石子的限制，研發(fā)新型人工集料，比如用鋼渣等替代材料，通過優(yōu)化硬度、表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，才能讓石子更“咬”得住瀝青，更抗壓抗磨，最終造出壽命更長的道路。 在此背景下，肖永力引出了鋼渣高溫調(diào)控制備高性能瀝青路面材料技術(shù)路線。據(jù)他介紹，該技術(shù)路線有4個重點優(yōu)勢。 一是鋼渣巖相高溫調(diào)控工藝。針對傳統(tǒng)潑渣和燜渣工藝存在的有f-CaO高、安定性差的難題，該工藝揭示了高溫鋼渣冷卻過程抑制有害物析出、富集、晶粒巖相結(jié)構(gòu)調(diào)控及快速水化消解機制，開發(fā)了鋼渣f-CaO預(yù)測模型，發(fā)明了高溫鋼渣動態(tài)混合破碎和精細(xì)快冷相耦合工藝及滾筒法快冷�；自O(shè)備，將有害f-CaO含量由5%~20%穩(wěn)定降至2%以下，為替代天然集料奠定基礎(chǔ)。與此同時，該工藝滿足f-CaO消解和全形態(tài)鋼渣滾筒化處理的雙重要求，可以幫助構(gòu)建覆蓋從轉(zhuǎn)爐出渣到集料成型的全流程閉環(huán)系統(tǒng)。該工藝通過集成密閉輸送（鱗板→刮板→磁選→篩分→料倉）技術(shù)，實現(xiàn)了鋼渣從源頭到末端的全程無塵化控制，解決了傳統(tǒng)處理線的二次污染問題�！芭c此同時，我們還開發(fā)了多級霧化凝聚與高效旋風(fēng)分離的尾氣凈化技術(shù)，粉塵排放濃度≤30毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，達到了鋼渣超低排放要求制備出的鋼渣性能優(yōu)良，f-CaO含量<3%，顆粒度<15毫米，礦物晶粒尺寸降低30%，體積膨脹率<2%，為制備鋼渣瀝青路面材料奠定了基礎(chǔ)�！彼f。
