科技新进展：钢渣源头改性、减量化及全量资源化利用技术研究及应用

一、研究的背景与问题

我国钢渣产生量巨大，每年排放约1-1.5亿吨，大量钢渣的堆存，不仅严重破坏土壤平衡、污染周边生态环境，还导致资源的极大浪费。钢渣中虽有与水泥熟料相近的C₃S、C₂S等活性物相，但由于其MgO、RO相、f-CaO含量较高，导致钢渣存在水化活性低、体积稳定性差、易磨性差、粉磨能耗高等问题，这使得其综合利用率低于40%。此外，依据《通用硅酸盐水泥》（GB175-2023）的规定，钢渣严禁作为混合材使用，这进一步限制了钢渣的应用范围。与之形成鲜明对比的是，国家各部委相继颁布了一系列政策，如《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》、《关于加快推动工业资源综合利用实施方案》、《国务院关于加快经济社会发展绿色转型的意见》等，均大力鼓励并支持扩大原生砂石资源替代规模、推进冶金固废综合利用及开发新型低碳胶凝材料等。鉴于此，本项目聚焦于炼钢源头的钢渣改性与减量工作，开展一系列相关技术研发，旨在降低钢渣中的 MgO和RO相含量，提高钢渣活性，并减少钢渣产生量。

目前，钢渣作为水稳料应用于铺设道路基层或底基层，是钢渣大宗资源化利用的重要途径之一。然而，当钢渣用于路面沥青混凝土时，由于钢渣中f-CaO含量较高，在发生水化反应后，会导致体积膨胀，进而引发混凝土开裂，这一问题极大限制了钢渣在路面沥青混凝土中的普遍应用。因此，如何高效且稳定地消解钢渣中的f-CaO，并研发出适配的骨料加工与制备工艺，以实现钢渣的大宗化利用，成为本项目的重要研究内容之一。

此外，钢渣若仅作为混凝土矿物掺合料，其自身胶凝性难以完全发挥，因此，与矿渣、脱硫石膏等工业固废协同开发固废基胶凝材料，是钢渣高值化利用的关键方向。在此过程中，如何充分发挥铁水脱硫渣富钙高碱的特性，挖掘精炼渣高铝酸钙物相的作用，并开发出多固废协同的胶凝材料技术和制备工艺，实现钢渣高值化利用，亦是本项目的重要研究内容。

欧洲、日本和美国等国家对钢渣的处置和利用方式与我国类似，主要用于烧结配料、道路建设的路基料、土木工程回填、水泥铁质校正原料等。但与我国不同的是，这些国家钢产量相对较低，钢渣堆存问题不突出，因而缺乏钢渣用于固废基胶凝材料方面的高值化研究。然而，我国钢渣不仅累计堆存量巨大，新增量也不容小觑，因此，迫切需要开发钢渣源头减量技术、大宗资源化及高值化利用技术。

基于上述背景，首钢集团联合北京科技大学、北科蕴宏公司组建了“产学研用”一体化团队，围绕钢渣源头改性、减量及全量资源化利用技术和产品开发开展深入研究，并建设产线以推动成果转化。历时十多年的不懈努力，成功攻克上述难题，并探索出了一条将钢渣用于固废基胶凝材料的新路径，实现了钢渣这一难利用固废的全量资源化利用。

二、解决问题的思路与技术方案

本项目总体思路如下图所示，以钢渣的全量资源化利用为出发点，通过开发转炉低镁渣系高炉龄冶炼技术，实现了钢渣的源头改性和减量；通过辊压热闷工艺的优化升级，实现了稳定可靠的f-CaO消解；通过开发“辊压热闷+破碎+精细筛分+高效磁选+水洗”的钢渣骨料加工工艺，形成全级配钢渣道路集料、钢渣细集料泡沫混凝土砌块产品；通过开发多类型钢渣固废基胶凝材料性能调控技术、辊压-立磨-强力混合和实时循环除铁粉磨工艺，形成钢渣粉、钢铁渣粉以及固废基胶凝材料等高附加值产品，最终实现钢渣全量资源化利用。 

项目总体思路

三、主要创新性成果

1.开发了转炉低镁渣系高炉龄冶炼技术，实现了冶炼流程钢渣的源头改性和减量，解决了钢渣安定性差、易磨性差、活性低的难题，钢渣中MgO平均含量降至4%以下，钢渣产出量小于80kg/吨钢。

2.开发了“辊压热闷+破碎+精细筛分+高效磁选+水洗”的钢渣骨料生产工艺技术，解决了传统钢渣加工流程中，粒度大、f-CaO消解难、设备维修成本高、粉尘污染严重等问题。发明了0-40mm粒径，100%钢渣全级配生产道路混合料技术和钢渣细骨料（0-1mm）生产免蒸压、免蒸养的泡沫混凝土技术，实现了钢渣骨料加工技术与高效利用的整合与应用。

3.开发了多类型钢渣固废基胶凝材料性能调控技术，结合复盐效应为水化驱动力和硅的四配位同构化效应理论，以铁水脱硫渣、转炉钢渣、精炼渣等冶金渣为原料，开发了多类型钢渣-矿渣-脱硫石膏体系固废基胶凝材料，达到同等42.5水泥的性能要求，实现钢渣高值化利用，并完成碳排放方法学核算，实现较水泥熟料CO₂减排90%。

4.开发了辊压-立磨-强力混合和实时循环除铁的微粉粉磨工艺装备技术，实现了粒级与活性双重优化，提高了微米级金属铁颗粒回收率，降低了粉磨能耗，制备出超细钢渣粉、钢铁渣粉和固废基胶凝材料等多种高附加值产品，已在矿山充填、道路建设、装配式建筑、地坪铺设、市政管廊工程和海工防波堤等领域广泛应用。

四、应用情况与效果

该项目获得授权专利35件（其中国际专利3件），编制标准15项（其中国家标准2项），取得软件著作权4项。项目技术成果已在北京、河北、山西等多地跨企业、跨行业推广应用，社会经济效益显著。

开发的转炉低镁渣系高炉龄冶炼技术在首钢长钢、首钢京唐得到广泛应用，取得良好的经济效益和社会效益。转炉终渣平均TFe≤14%，平均MgO≤4%，满足水泥行业对原材料MgO<6%标准限制，RO相≤10%，钢渣产出量小于80kg/吨钢，实现了钢渣源头改性及减量，为钢渣在建材行业大规模使用奠定基础。

开发的“辊压热闷+破碎+精细筛分+高效磁选+水洗”的钢渣骨料生产工艺技术经济效果显著，在首钢京唐公司自主设计建设一条年产100万吨钢渣集料生产线，可提供五种集料产品，满足道路集料标准要求，可全部替代天然石料作为道路集料使用，并在阜石路二期、门头沟沙担路及京唐公司内部广泛应用。

同时，开发出钢渣粉、钢铁渣粉、固废基胶凝材料等高附加值产品，并针对固废基胶凝材料生产与应用无标准可依的问题，制定相关国家标准、地方标准等15项标准，其中产品标准7项，应用技术标准8项，形成完备的标准体系，保证了胶凝材料在建筑、交通、充填、装配式及海工等多场景的应用。固废基胶凝材料技术入选《2021年北京市创新型绿色技术推荐目录》和《2024年度建材行业“三品”典型案例》。目前开发出的C15-C60不同等级固废基混凝土在北京、河北、山西等多地累计浇筑量达50万m²，推广应用于2021年中国国际服务贸易交易会首钢园展区地坪重点工程、雄安新区、石太高速公路等项目。

本项目对钢渣源头改性、减量及全量利用技术的创新思路，为大宗固废钢渣产生及后续利用难题的解决提供了理论和技术支撑，同时推动了钢铁与建材、交通等多领域的协同应用，对促进跨行业绿色低碳循环经济发展具有重要意义。

信息来源：首钢集团有限公司技术研究院