沈衛(wèi)國：經(jīng)濟環(huán)境效益顯著！“鋼渣終結(jié)者”——鋼渣分相熟料解決鋼渣利用難題

我國每年產(chǎn)生的鋼渣約有1.6億噸，堆積的鋼渣數(shù)十億噸，如此大量的鋼渣可能只有水泥行業(yè)有能力消納。但我國鋼渣的有效利用率僅20-30%左右，為何我國當前的鋼渣利用率不高呢？

對此，武漢理工大學研究員、博士生導師沈衛(wèi)國指出，傳統(tǒng)的鋼渣利用方式是將鋼渣粉磨后用于水泥生產(chǎn)制備等，將鋼渣作為水泥混合材或混凝土摻合料是鋼渣在水泥工業(yè)利用的量大途徑。但這種利用形式面臨著以下四個難題：

1.鋼渣的粉磨難度大

鋼渣中殘余鐵、鈣鐵相等成分硬度很大、強度很高，粉磨困難。粉磨鋼渣對磨機損傷大、維修周期短、降低粉磨效率，增加了裝備成本和維護成本。

2.安定性不良

鋼渣中含有游離鈣、游離鎂等成分遇水后會發(fā)生體積膨脹，影響了水泥混凝土安定性，因此我國水泥標準中沒有把鋼渣列為水泥混合材，安定性不良制約了鋼渣的資源化利用。

3.鋼渣活性不高

鋼渣只有在充分粉磨的前提下才能激發(fā)出水硬活性，但鋼渣即便粉磨到水泥相當?shù)募毝纫搽y以發(fā)揮其活性。并且鋼渣本身難磨粉磨難度大，因此鋼渣水硬活性往往較低。

4.水溶性六價鉻的問題

鋼渣中的三價鉻和單質(zhì)鉻進入窯系統(tǒng)之后會與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成水溶性的六價鉻，而水溶性六價鉻對人體有較強的毒性，也制約了鋼渣在水泥生料中的應(yīng)用。

以往很多綜合利用方法都不同程度地受制于以上的某些問題而難以推廣。要徹底解決鋼渣污染，必須要有一種顛覆性的技術(shù)突破以上的技術(shù)瓶頸。沈衛(wèi)國表示，或許是一種機緣巧合，“鋼渣分相熟料”這一技術(shù)很好地解決了以上四個難題。

“鋼渣分相熟料”技術(shù)將不經(jīng)粉磨的鋼渣投入窯系統(tǒng)進行煅燒，形成以重構(gòu)鋼渣為核心、以高鐵熟料為過渡區(qū)、以普通熟料為主體的包含三層不同物相的梯度熟料，故稱鋼渣分相熟料。該技術(shù)是如何解決以上難題的呢？

1.無需粉磨鋼渣。直接將選鐵后的顆粒狀棄渣投入窯系統(tǒng)進行煅燒，減少了一道粉磨環(huán)節(jié)，鋼渣難磨不再是問題，還可以節(jié)省生料粉磨能耗。

2.安定性改善。鋼渣熔點低，鋼渣中游離鈣與鋼渣和生料中的硅鋁鐵質(zhì)成分充分反應(yīng)消耗。柳州魚峰的試生產(chǎn)中，煅燒后的熟料游離鈣含量基本在1.0%以下，而游離鈣含量在2%以下就不會影響熟料質(zhì)量。

3.鋼渣轉(zhuǎn)化為了優(yōu)質(zhì)熟料，解決了活性低的問題。鋼渣在煅燒并與生料反應(yīng)后，一部分轉(zhuǎn)化成了熟料、一部分轉(zhuǎn)化成了高鐵熟料、一部分變成了重構(gòu)鋼渣，而重構(gòu)鋼渣的活性在90%以上，且分相熟料強度高于常規(guī)熟料。

4.水溶性六價鉻低。鋼渣中含有很高的單質(zhì)鐵和二價鐵，還原性很強。鋼渣熔點低于生料，在1300攝氏度時就已經(jīng)基本融化，這時鋼渣外部已被生料粉包裹。而在此前，單質(zhì)鐵和二價鐵率先氧化為三價鉻提供了還原保護，三價鉻沒有與氧氣反應(yīng)的機會，最終燒成的鋼渣分相熟料水溶性六價鉻含量極低。實際應(yīng)用后，魚峰和博宏的水泥和熟料水溶性六價鉻都有降低。

沈衛(wèi)國表示，“鋼渣分相熟料”可能是目前為止鋼渣綜合利用技術(shù)中，投資最省的、減排最明顯的、節(jié)能最大的、綜合效益最顯著的，應(yīng)用前景十分廣闊。鋼渣分相熟料技術(shù)創(chuàng)造了技術(shù)奇跡：

1）設(shè)備投資最少：該技術(shù)僅需一個鋼渣計量喂料系統(tǒng)，固定資產(chǎn)投入一般不超百萬，但卻可以創(chuàng)造很高的收益。

2）節(jié)能效果最好：鋼渣的加入使得原來的固相反應(yīng)可以在鋼渣熔融液相中發(fā)生，大幅度降低燒成溫度20-50℃，投入鋼渣燒成熟料，其綜合配煤不變，相當于節(jié)約了同比例的煤耗。

3）碳中和效果最好：鋼渣分相熟料在燒成時，鋼渣不會發(fā)生碳酸鈣分解，相當于減少了碳排放。

4）產(chǎn)品附加值最高：將鋼渣轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的熟料，其他技術(shù)將鋼渣轉(zhuǎn)化為生料或輔助膠凝材料，附加值遠低于熟料。鋼渣分相熟料可用于通用水泥、道路水泥、海工水泥、抗硫酸鹽水泥、大壩水泥的生產(chǎn)，有效幫助企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能、減排、降本、增效。

沈衛(wèi)國介紹，該技術(shù)是“大砼世界”研究團隊在2008年產(chǎn)生的技術(shù)靈感，經(jīng)過了15年的研究，有5名碩士研究生和1名博士研究生投身于技術(shù)研發(fā)，已經(jīng)形成了以專利技術(shù)為核心，以技術(shù)秘密為關(guān)鍵的成套技術(shù)。成果已在華南、西南、西北地區(qū)四家企業(yè)推廣應(yīng)用，取得顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。2022年成果經(jīng)專家評審，專家一致認為：“該項目創(chuàng)新性強，總體技術(shù)達到國際先進水平，其中鋼渣分相熟料燒成技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。建議進一步加快推廣應(yīng)用，促進鋼渣的高效再資源化?！?/p>

沈衛(wèi)國對該技術(shù)的全面推廣滿懷憧憬，如果該技術(shù)得到全面的推廣應(yīng)用，不僅每年1.6億噸的廉價鋼渣低成本轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)熟料，還可以產(chǎn)生1.32億噸的碳減排，直接的經(jīng)濟環(huán)境效益十分可觀！

2023年9月12-13日，中國水泥網(wǎng)將在河南鄭州舉辦“2023水泥‘雙碳’大會暨第十屆中國水泥節(jié)能環(huán)保技術(shù)交流大會”，屆時武漢理工大學研究員、博士生導師沈衛(wèi)國將以《鋼渣分相熟料專利技術(shù)工程轉(zhuǎn)化》為主題作精彩分享！ 

會議同期將舉行“2023水泥行業(yè)‘雙碳’先進企業(yè)”頒獎儀式以及“雙碳”裝備展，會后還將組織參觀濟源中聯(lián)水泥有限公司“全球首條鋼渣捕集水泥窯煙氣CO₂制備固碳輔助性膠凝材料與低碳水泥生產(chǎn)線”。