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專家觀點|國外鋼鐵渣綜合利用情況及相關標準、政策法規調研——歐洲及德國

國外鋼鐵渣綜合利用情況及相關標準、政策法規調研——歐洲及德國
冶金工業信息標準研究院 任江濤


鋼鐵渣主要包括高爐渣和鋼渣。

當前,我國高爐渣基本實現完全利用,鋼渣尾渣(鋼渣經破碎磁選處理后所得的金屬鐵含量小于2%的鋼渣)利用率僅為 25%-30%。從上世紀 90年代初至今,鋼渣尾渣累計堆存量近20億噸。2019年,國家發改委和工信部聯合下發《關于推進大宗固體廢棄物綜合利用產業集聚發展的通知》,其重點任務中提出:積極推動鋼渣及尾渣深度研究、分級利用、優質優用和規模化利用;全面實現鋼渣“零排放”。

長期以來,國外學者及相關工程機構對鋼鐵渣綜合利用進行了大量研究和應用實踐,歐、美、日等地鋼鐵渣尤其鋼渣的綜合利用率顯著高于我國。筆者通過對歐美日等地鋼鐵渣綜合利用現狀以及相關的標準規范、政策法規等內容進行系統調研,以期他山之石可以攻玉,助力我國鋼鐵工業實現鋼鐵渣“零排放”。

1、鋼鐵渣分類及用途




1.1 高爐渣

高爐渣分為水渣、干渣、風碎渣,產量在310千克/噸鐵左右。

高爐渣處理工藝及主要用途見圖1。


圖1   高爐渣處理工藝及用途




1.2 鋼渣

鋼渣包括轉爐渣、電爐渣以及鐵水預處理渣、精煉渣和鑄余渣等。轉爐渣產量大約為130千克/噸粗鋼,電爐渣產量受原料條件及產品要求波動較大,大約為100千克/噸粗鋼。

轉爐渣處理工藝及用途見圖2。

圖2   轉爐渣處理工藝及用途 

電爐渣分為碳鋼電爐渣(電爐渣-C)和不銹鋼電爐渣(電爐渣-S)。大氣環境下,在渣坑內自然緩冷形成晶體材料,最大粒度300mm。經風化,實現滿意的體積穩定性。根據用途進行破碎、篩分、分級,作為骨料用于道路施工或水工結構。

2、歐洲鋼鐵渣產量及利用情況

2019年,歐盟28國粗鋼產量為1.594億噸。




2.1 高爐渣產量及利用情況

2016年,歐盟28國生鐵產量0.913億噸。統計范圍內歐洲地區生鐵產量0.852億噸,高爐渣產量0.246億噸,其中78.9%為水渣,21.1%為干渣。高爐渣利用總量0.258億噸,其中81.4%用于水泥、混凝土添加劑。高爐渣利用總量略高于產渣量,主要是利用部分往年臨時存儲的渣。具體情況見圖3。


圖3  2016年統計范圍內歐洲地區高爐渣產生(左)和利用情況(右)

2000年統計范圍內歐洲地區高爐渣產生和利用情況見圖4。高爐渣產生總量0.25億噸,利用總量0.294億噸。


圖4  2000年統計范圍內歐洲地區高爐渣產生(左)和利用情況(右)

盡管2016年和2000年統計范圍略有不同,但在各項占比上仍有一定可比性。2016年與2000年相比,水渣占比提高約10個百分點;2000年有大約2%的風碎渣,2016年已沒有統計量。由于水渣主要用于生產水泥,干渣和風碎渣主要用于骨料。所以,2016年與2000年相比,用作水泥或混凝土添加劑高爐渣的占比更高。

總體而言,歐洲地區高爐渣的類型及其利用方向與我國還是有較明顯區別的。我國高爐渣基本上都是水渣,用于水泥生產;歐洲地區有20%左右的干渣,這部分干渣主要作為骨料用于道路施工等;還有部分高爐渣用于肥料、水工工程等。歐洲的高爐渣利用方向較我國更加廣泛。




2.2 鋼渣產量及利用情況

2016年,歐盟28國粗鋼產量1.620億噸。統計范圍內歐洲地區粗鋼產量1.382億噸,鋼渣產量0.184億噸,其中56.6%為轉爐渣,32.2%為電爐渣,精煉渣等其他渣占比11.1%。

2016年鋼渣利用的總量為0.142億噸,占當年鋼渣處理總量的77.3%,其中道路施工占46.0%,用于水泥、混凝土生產僅為4.4%。需經自然風化等過程,臨時儲存待用的鋼渣占比8.6%;另有14.1%鋼渣最終堆存處置。最終堆存的鋼渣大部分是二次精煉渣,主要原因是它們的晶粒過于細小以及浸出方面的不良屬性等。作為肥料使用的鋼渣占比約2.7%,另據相關資料,自1880年起,大約有1.4億噸鋼渣被用作磷化劑/石灰劑,所以鋼渣用作肥料是一個傳統技術方向。

2016年鋼渣產量及利用具體情況見圖5。

圖5  2016年統計范圍內歐洲地區鋼渣產生(左)和利用情況(右)

梳理統計范圍內歐洲地區不同年份鋼渣利用情況,如圖6。鋼渣綜合利用率由2000年70%左右提高至接近80%;最終堆存量占比波動較大,2000年高達24%,2008年最低為6%,2016年又達到14.1%。

圖6  2000-2016年統計范圍內歐洲地區鋼渣最終堆存率和綜合利用率情況

總之,統計范圍內歐洲地區鋼渣產生量結構與我國差別明顯,這與鋼鐵生產的流程結構有關。另外,歐洲地區鋼渣的去向對我國鋼渣利用技術方向以及“零排放”政策具有重要參考意義。

3、德國鋼鐵渣產量及利用概況

2019年,德國粗鋼產量0.397億噸。

2010年,德國生鐵產量0.281億噸,粗鋼產量0.438億噸,全年鋼鐵渣生產、利用(處理)量0.1365億噸,具體情況見圖7。


圖7  2010年德國鋼鐵渣生產(左)和利用(右)情況

德國近30年的統計情況(圖8)表明,建筑材料和水泥工業利用一直是大宗鋼鐵渣的最主要去向,并且水泥工業的利用占比呈增長趨勢,其用量與作為建筑材料的用量逐漸接近。作為肥料的用量,盡管占比不高,但長久以來一直存在。同時,一直有一定的填埋量,德國鋼鐵渣利用的目標是“零廢棄、無填埋”。另外,無論是產生量還是利用情況,德國在鋼鐵渣的分類統計上都非常詳細,這也體現了德國鋼鐵工業的精細化管理能力。


圖8 1982-2010年德國鋼鐵渣噸鋼產量及應用情況

4、鋼鐵渣相關標準/技術指南

在歐洲,長期使用鋼鐵渣的前提是存在已獲批的標準,其針對具體應用領域規定了相應的要求。市場上流通的鋼鐵渣產品均應符合與預期用途有關的技術、環境等方面的標準、規范要求。如EN197-1規定了3種不同的早期高強度高爐水泥和2種耐硫酸鹽低早期高爐水泥的成分、規格等;EN 15167-1規定了在混凝土生產中用作II型添加劑的高爐渣的化學物理性質以及質量控制程序要求等內容;ISO 11126-6 規定了用于噴砂清理工藝的鋼鐵渣磨料的要求,包括粒度和表觀密度的范圍、莫氏硬度、水分含量、電導率等。

涉及鋼鐵渣的相關標準見表1。

表1  涉及鋼鐵渣的相關歐洲標準/技術指南


5、鋼鐵渣相關法規

在歐洲,涉及鋼鐵渣使用的環保法規和指令較多(見表2)。其中,具有基礎性的意義的是,根據歐盟-廢棄物框架指令[2008](WFD)相關條款,定義了鋼鐵渣是產品、副產品還是廢棄物的法律地位。在大多數情況下,鋼鐵渣被視為副產品。

表2 涉及鋼鐵渣的相關歐洲法規/指令


如果最初被定義為廢棄物,可以以用于特定目的進行加工處理后,將不再被視為廢棄物,即滿足WFD第六條所規定的相關條件:(a)該物質或物體通常用于特定目的;(b)該物質或物體存在市場或需求;(c)該物質或物體滿足特定目的的技術要求,并符合適用產品的現行法律和標準;(d)使用該物質或物體不會對環境或人類健康產生總體不利影響。

鋼鐵渣法律地位判定的具體流程如圖9。 


圖9  根據WFD2008/98/CE判定鋼鐵渣法律地位的流程圖

6、結論

歐洲尤其德國,在鋼鐵渣的產生和利用方面有詳細的數據統計,反映其管理過程的精細化程度,而鋼鐵渣的精細化管理也是實現鋼鐵渣高效利用的前提和基礎。

歐洲的鋼鐵渣結構與我國有明顯區別:高爐渣有20%以上的干渣;由于生產流程的原因,電爐渣在鋼渣中占比在30%以上。在鋼鐵渣利用方面:建筑材料和水泥是最重要方向;作為肥料使用是一個傳統技術方向;存在一定比例的鋼鐵渣需填埋處理。

標準是鋼鐵渣產品得以市場流通的前提,同樣也為其進入市場提供保障,促進了鋼鐵渣的綜合利用。鋼鐵渣相關法規大都是基于環保考慮,與相關標準緊密結合,相輔相成;并且相關評定程序明確,可操作性強,保證了法規的有效實施。


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