PAGEPAGE261高爐渣的產(chǎn)生及應(yīng)用現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化程度的飛速發(fā)展，對(duì)于自然資源的開(kāi)采和利用有增無(wú)減。社會(huì)欣欣向榮的背后也伴隨著礦產(chǎn)資源枯竭，環(huán)境破壞嚴(yán)重等問(wèn)題。礦冶固廢一直以來(lái)都作為冶金工業(yè)化所遺留的廢棄物，成為環(huán)境保護(hù)急需解決的問(wèn)題。不斷增加的能源成本和環(huán)保要求迫使研究人員將大量工業(yè)副產(chǎn)品（如高爐渣和煉鋼渣）重新應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)和建筑等行業(yè)。迄今為止，在世界各地重新利用這些固廢材料已取得了一定的成功，并且，在其中一些嘗試中，它們甚至超過(guò)了其作為混合或替代材料的預(yù)期用途，成為工業(yè)同行的重要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象。已探索出很多途徑來(lái)重新利用這些廢料，如水泥生產(chǎn)中的原料替代品以及一些附加值較高的應(yīng)用ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[3-5]。1.1高爐渣的產(chǎn)生過(guò)程高爐渣是在高爐煉鐵過(guò)程中與鐵同時(shí)產(chǎn)生的，圖1展現(xiàn)了從含鐵礦石到高爐渣產(chǎn)生的整個(gè)過(guò)程ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Lei</Author><Year>2018</Year><RecNum>25</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>25</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="z0trzt5d7zafs8eaaeypatrt9fs9wetdddvt"timestamp="1609865869">25</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Lei,Yun</author><author>Sun,Luen</author><author>Ma,Wenhui</author><author>Ma,Xiaodong</author><author>Wu,Jijun</author><author>Li,Shaoyuan</author><author>Morita,Kazuki</author></authors></contributors><titles><title>Anapproachtoemploytitanium-bearingblast-furnaceslagtoprepareTiandAl–Sialloys</title><secondary-title>JournalofAlloysandCompounds</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofAlloysandCompounds</full-title></periodical><pages>983-990</pages><volume>769</volume><section>983</section><dates><year>2018</year></dates><isbn>09258388</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.jallcom.2018.08.077</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[6]。在煉鐵過(guò)程中通過(guò)添加助熔劑（例如石灰石或白云石）、燃料和還原劑（例如焦炭），鐵氧化物就會(huì)在爐中被還原為鐵ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Piatak</Author><Year>2015</Year><RecNum>1</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>1</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vrpxterpqeatz6e0fa9xztdgwt0z2aswaze0"timestamp="1617764313">1</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Piatak,NadineM.</author><author>Parsons,MichaelB.</author><author>Seal,RobertR.</author></authors></contributors><titles><title>Characteristicsandenvironmentalaspectsofslag:Areview</title><secondary-title>AppliedGeochemistry</secondary-title></titles><periodical><full-title>AppliedGeochemistry</full-title></periodical><pages>236-266</pages><volume>57</volume><section>236</section><dates><year>2015</year></dates><isbn>08832927</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.apgeochem.2014.04.009</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[7]。當(dāng)溫度上升到1400~1600℃時(shí)，滯留在生鐵中的高溫高爐渣會(huì)上升到表面，進(jìn)而與鐵分離，成為具有一定價(jià)值的二次礦產(chǎn)資源。若高溫爐渣快速冷卻，就會(huì)形成玻璃態(tài)的鈣鋁鎂硅酸鹽ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Wang</Author><Year>2017</Year><RecNum>71</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>71</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="z0trzt5d7zafs8eaaeypatrt9fs9wetdddvt"timestamp="1612295718">71</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Wang,Yijie</author><author>Xian,Yongjun</author><author>Wen,Shuming</author><author>Deng,Jiushuai</author><author>Wu,Dandan</author></authors></contributors><titles><title>Theelectronicstructuresofmagnesium-bearinganosovite(MgTi3?O50

≤

n

≤

1)anditsresponsetoflotation</title><secondary-title>JournalofAlloysandCompounds</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofAlloysandCompounds</full-title></periodical><pages>982-988</pages><volume>708</volume><section>982</section><dates><year>2017</year></dates><isbn>09258388</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.jallcom.2017.03.072</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[8]。常見(jiàn)的高溫高爐渣的快速冷卻方法有兩種。在第一種方法中，高壓水（約0.6MPa）射流用于在高溫高爐渣離開(kāi)噴嘴時(shí)直接對(duì)其進(jìn)行造粒。在這一實(shí)踐中，每噸高溫高爐渣約使用其自身體積三倍的水，經(jīng)處理后的高爐渣中含有約30%的水。第二種方法是加拿大在1970年代開(kāi)發(fā)的顆粒化新方法ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Han</Author><Year>2016</Year><RecNum>3</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>3</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="z0trzt5d7zafs8eaaeypatrt9fs9wetdddvt"timestamp="1609838537">3</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Han,Bingqiang</author><author>Wang,Peng</author><author>Ke,Changming</author><author>Yan,Wen</author><author>Wei,Yaowu</author><author>Li,Nan</author></authors></contributors><titles><title>Hydrationbehaviorofspinelcontaininghighaluminacementfromhightitaniablastfurnaceslag</title><secondary-title>CementandConcreteResearch</secondary-title></titles><periodical><full-title>CementandConcreteResearch</full-title></periodical><pages>257-264</pages><volume>79</volume><section>257</section><dates><year>2016</year></dates><isbn>00088846</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.cemconres.2015.09.019</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[9]。在這種方法中，高溫高爐渣首先用水冷卻，然后通過(guò)轉(zhuǎn)鼓（300rpm）拋入空氣中。耗水量與自身體積相當(dāng)，高爐渣中殘余水含量?jī)H為10%左右ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>CaijunShi</Author><Year>2000</Year><RecNum>2</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vrpxterpqeatz6e0fa9xztdgwt0z2aswaze0"timestamp="1617764794">2</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>CaijunShi,JueshiQian</author></authors></contributors><titles><title>highperformancecementingmaterialsfromindustrialslags-areview</title><secondary-title>ResourcesConservationandRecycling</secondary-title></titles><periodical><full-title>ResourcesConservationandRecycling</full-title></periodical><pages>13</pages><volume>29</volume><section>195</section><dates><year>2000</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]。該方法不但節(jié)約用水，而且簡(jiǎn)化了后續(xù)的脫水過(guò)程。高爐渣在進(jìn)行脫水、干燥和破碎處理后可以用于多方面的實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用，如鑄石、微晶玻璃、肥料、搪瓷、陶瓷等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Yang</Author><Year>2014</Year><RecNum>29</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>29</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="z0trzt5d7zafs8eaaeypatrt9fs9wetdddvt"timestamp="1609915673">29</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Yang,Juan</author><author>Lei,Shan</author><author>Yu,Jian</author><author>Xu,Guangwen</author></authors></contributors><titles><title>Low-costV?W?TiSCRcatalystfromtitanium-bearingblastfurnaceslag</title><secondary-title>JournalofEnvironmentalChemicalEngineering</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofEnvironmentalChemicalEngineering</full-title></periodical><pages>1007-1010</pages><volume>2</volume><number>2</number><section>1007</section><dates><year>2014</year></dates><isbn>22133437</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.jece.2014.03.022</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[11]。圖1高爐渣的生產(chǎn)過(guò)程ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>CaijunShi</Author><Year>2000</Year><RecNum>2</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vrpxterpqeatz6e0fa9xztdgwt0z2aswaze0"timestamp="1617764794">2</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>CaijunShi,JueshiQian</author></authors></contributors><titles><title>highperformancecementingmaterialsfromindustrialslags-areview</title><secondary-title>ResourcesConservationandRecycling</secondary-title></titles><periodical><full-title>ResourcesConservationandRecycling</full-title></periodical><pages>13</pages><volume>29</volume><section>195</section><dates><year>2000</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]高爐渣主要的物相組成包括透輝石、鈣鈦礦、鎂鋁尖晶石和Ti（C，N）等。高爐渣的基本特性滿足混凝土原料的標(biāo)準(zhǔn)，水淬渣的強(qiáng)度、顆粒形狀、堆積密度與混凝土相似。此外，將高爐渣、粘土、頁(yè)巖和煤矸石壓成一定形狀，放入燒結(jié)爐中，在900℃下可以得到傳統(tǒng)的建筑用磚，從而可以替代一部分珍貴的天然礦產(chǎn)資源。催化是目前能源化工領(lǐng)域的重要方向，含有TiO2的高爐渣可以直接利用太陽(yáng)能對(duì)污染物進(jìn)行降解，該類利用目前正在試驗(yàn)階段。1.2高爐渣的應(yīng)用現(xiàn)狀高爐渣作為工業(yè)副產(chǎn)品在我國(guó)的利用歷史較短。我國(guó)高爐渣的利用經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段是處置階段，發(fā)生在20世紀(jì)50年代至70年代ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>單志峰</Author><Year>2000</Year><RecNum>3</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[12]</style></DisplayText><record><rec-number>3</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vrpxterpqeatz6e0fa9xztdgwt0z2aswaze0"timestamp="1617765399">3</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">單志峰</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">國(guó)內(nèi)外鋼渣處理技術(shù)與綜合利用技術(shù)的發(fā)展分析</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">工業(yè)安全與防塵</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>工業(yè)安全與防塵</full-title></periodical><pages>6</pages><volume>2</volume><section>27</section><dates><year>2000</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12]。在這一階段，只有小部分的高爐渣可用于水泥生產(chǎn)。剩余的高爐渣被排放到環(huán)境中，用來(lái)填溝或被傾倒在農(nóng)田里。每個(gè)鋼廠都有一座高爐渣山，這些高爐渣山造成的土壤和環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重。在第一階段，高爐渣利用率與鋼鐵生產(chǎn)率相關(guān)。當(dāng)時(shí)我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)率低，財(cái)政困難，高爐渣利用率幾乎為0%。第二階段是粗放型發(fā)展階段，發(fā)生在20世紀(jì)80年代至2005年。在這一階段，中國(guó)粗鋼產(chǎn)量達(dá)到3710萬(wàn)噸并逐年增長(zhǎng)，成為世界鋼鐵產(chǎn)量的領(lǐng)頭羊。在第二階段，高爐渣的利用率與處理工藝相關(guān)，高爐渣通過(guò)簡(jiǎn)單的手動(dòng)或機(jī)械磁選進(jìn)行處理。廢料在轉(zhuǎn)爐中回收，尾礦用于回填和修路。然而，由于缺乏成熟的高爐渣處理技術(shù)和必要的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致了高爐渣在使用過(guò)程中的多次失敗。例如，武漢鋼鐵公司在1992年使用了17萬(wàn)噸高爐渣作為回填物，導(dǎo)致地基坍塌390平方米，該項(xiàng)目在工程竣工六個(gè)月后徹底銷毀ADDINEN.CITE<EndNote><CiteExcludeAuth="1"ExcludeYear="1"><Author>甘萬(wàn)貴</Author><Year>2007</Year><RecNum>4</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>4</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vrpxterpqeatz6e0fa9xztdgwt0z2aswaze0"timestamp="1617765650">4</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">甘萬(wàn)貴</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">鋼渣用于填筑高速公路路基的研究</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">武鋼技術(shù)</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>武鋼技術(shù)</full-title></periodical><pages>9</pages><volume>45</volume><number>4</number><section>28</section><dates><year>2007</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]。寶鋼利用高爐渣建造室內(nèi)體育館，這個(gè)地基也發(fā)生了開(kāi)裂ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>章耿</Author><Year>2006</Year><RecNum>5</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[14]</style></DisplayText><record><rec-number>5</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vrpxterpqeatz6e0fa9xztdgwt0z2aswaze0"timestamp="1617765931">5</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">章耿</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">寶鋼鋼渣綜合利用現(xiàn)狀</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">寶鋼技術(shù)</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>寶鋼技術(shù)</full-title></periodical><pages>5</pages><volume>1</volume><section>20</section><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[14]。鞍鋼使用高爐渣作為墻體的建筑材料，這些墻體由于其鐵含量過(guò)高而發(fā)生了開(kāi)裂ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張立國(guó)</Author><Year>2008</Year><RecNum>6</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[15]</style></DisplayText><record><rec-number>6</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vrpxterpqeatz6e0fa9xztdgwt0z2aswaze0"timestamp="1617766066">6</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">張立國(guó)</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">鞍鋼鋼渣綜合利用現(xiàn)狀與分析</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">中國(guó)冶金</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>中國(guó)冶金</full-title></periodical><pages>46</pages><volume>28</volume><number>9</number><section>44</section><dates><year>2008</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[15]。由于這一時(shí)期高爐渣利用效果不佳，其利用率不足10%。第三個(gè)階段是綜合利用階段，從2005年開(kāi)始，一直持續(xù)到現(xiàn)在。中國(guó)金屬?gòu)U料利用協(xié)會(huì)于2005年ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>utilization</Author><Year>2005</Year><RecNum>7</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[16]</style></DisplayText><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vrpxterpqeatz6e0fa9xztdgwt0z2aswaze0"timestamp="1617766738">7</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Chinaassociationofmetalscraputilization</author></authors></contributors><titles><title>Comprehensiveutilizationofironandsteelslag</title></titles><dates><year>2005</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[16]首次公布了高爐渣的生產(chǎn)和利用情況。2005年至2013年，隨著粗鋼產(chǎn)量的增加，中國(guó)高爐渣產(chǎn)量大幅上升。2013年高爐渣量達(dá)到1.013億噸。高爐渣利用率從2004年的10%提高到2013年的29.5%，但仍有7000多萬(wàn)噸高爐渣沒(méi)有得到有效利用。高爐渣的大量排放引起了環(huán)保組織、公眾和政府的關(guān)注。在這一階段，高爐渣利用的主要?jiǎng)恿?lái)自社會(huì)壓力的加大和相關(guān)法律、政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的貫徹落實(shí)。在我國(guó)，利用高爐渣分離技術(shù)從尾礦中提取精煉產(chǎn)品，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)已成功地將部分高爐渣回收為燒結(jié)礦。此外，由于我國(guó)水泥生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的巨大需求，目前，近10.1%的高爐渣用于土建工程，9.3%的高爐渣用于水泥生產(chǎn)。關(guān)于高爐渣在道路建設(shè)和農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，重慶交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京科技大學(xué)進(jìn)行了大量的研究，但這項(xiàng)工作仍處于研發(fā)階段。渣路建設(shè)的廣泛應(yīng)用，也可以為我國(guó)高爐渣利用問(wèn)題提供一個(gè)合適的方案。此外，在最新的研究中，含高爐渣的陶瓷和微晶玻璃成為了研發(fā)階段的重點(diǎn)再利用途徑。Fredericci等人ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>C.Fredericci</Author><Year>2000</Year><RecNum>24</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[17]</style></DisplayText><record><rec-number>24</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vrpxterpqeatz6e0fa9xztdgwt0z2aswaze0"timestamp="1617786041">24</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>C.Fredericci,E.D.Zanotto,E.C.Ziemath</author></authors></contributors><titles><title>Crystallizationmechanismandpropertiesofablastfurnaceslagglass</title><secondary-title>JournalofNon-CrystallineSolids</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofNon-CrystallineSolids</full-title></periodical><pages>12</pages><volume>273</volume><section>64</section><dates><year>2000</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[17]在對(duì)高爐渣制備微晶玻璃進(jìn)行了理論研究，通過(guò)差熱-熱重分析、X射線衍射分析、光學(xué)顯微鏡和共聚焦拉曼光譜等分析方法多方面討論了利用高爐渣制備微晶玻璃的可行性，其內(nèi)部主要為亞穩(wěn)態(tài)斜硅鈣石存在物相轉(zhuǎn)變，使得高爐渣具有玻璃和陶瓷所需要的彎曲性能和強(qiáng)度性能。參考文獻(xiàn)QINJ,WANGY,YOUZ,etal.Carbonizationandnitridationofvanadium-bearingtitanomagnetiteduringcarbothermalreductionwithcoal[J].JournalofMaterialsResearchandTechnology,2020,9(3):4272-4282.LIX,QIUR,XUEF,etal.EffectsofunreactiveMgOandimpuritiesinlightburnedMgOonthehydrationprocessandperformanceofbasemagnesiumsulfatecement[J].ConstructionandBuildingMaterials,2020,245:118387.WANGZ,ZHANGJ,LIUZ,etal.Productionofferrotitaniumalloyfromtitaniaslagbasedonaluminothermicreduction[J].JournalofAlloysandCompounds,2019,810:151969.LEIY,WANGC,MAW,etal.Anovelapproachtopreparehigh-puritySiandSi/TiSi2materialssimultaneouslyusingTi-bearingblastfurnaceslag[J].JournalofAlloysandCompounds,2019,798:333-341.CHUG,WANGL,LIU