钢渣是钢铁冶炼过程中产生的一种大宗且含钙的工业固废，大约占钢铁总量的15%，是各大钢铁公司都想处理掉的烦恼。从数据来看，中国粗钢产量连续28年世界第一，每年产生超过1亿t钢渣，堆存量约20亿t，但其综合利用率仅为30%左右。
从可持续发展的角度看，钢渣是放错了位置的资源，其综合利用问题也是备受国家层面的关注。3月5日，两会期间政府工作报告中也提到，2024年，要大力发展绿色低碳经济，推动废弃物循环利用产业发展。作为唯一一个被政府工作报告里重点指出的环保细分产业，它向我们发出了一个信号——2024年，废弃物循环利用产业将成为国家大力推动发展的一个环保细分领域。2月9日，国务院办公厅印发《关于加快构建废弃物循环利用体系的意见》（以下简称《意见》）。《意见》提出，到2025年，初步建成覆盖各领域、各环节的废弃物循环利用体系。尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼渣、钢渣、工业副产石膏、建筑垃圾、秸秆等大宗固体废弃物年利用量达到40亿吨，新增大宗固体废弃物综合利用率达到60%，资源循环利用产业年产值达到5万亿元。
1、钢渣基功能填料概述
根据生产工艺不同和生产材料差异，钢渣组成也不尽相同，主要化学成分有CaO、SiO、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O和f-CaO、f-MgO等。而主要矿物组成有硅酸二钙、硅酸三钙、游离石灰以及各种金属氧化物等。
钢渣的密度一般处于3.2×103~3.7×103kg/m3范围内，密度高，具有坚硬特性。其一般具有168MPa~307MPa之间的抗压强度，冲击强度为15次。钢渣在放置过程中，暴露在空气中，成分组成中的游离氧化钙、氧化镁会发生化学反应，生成氢氧化钙、氢氧化镁。
2、钢渣综合利用技术
目前，钢渣通过热闷法、陈化法、热泼法、滚筒法、风淬法、水淬法进行预处理，再通过化学、物理、热力活化等方式激发钢渣活性，进而提取有价值组分、冶炼溶剂、做充填材料、做建材（水泥）以及应用于农业等方式进行综合利用。
3、钢渣功能材料应用
（1）橡胶填料
橡胶是一种具有可逆形变的高弹性聚合物有机材料，在制造过程中需要加入大量炭黑（市场价格约6000~8000元/t）作为补强填料，但是炭黑生产使用过程中会造成污染、对环境和人体健康有害。钢渣可与炭黑一起作为填料使用，减少炭黑用量，增强了基体力学性能，且降本又环保。顾恒星等研究了1000目铁水脱硫渣基橡胶填料取代部分炭黑，分别与丁苯橡胶、天然橡胶进行复合制备复合橡胶材料，结果表明，当铁水脱硫渣基橡胶填料/炭黑比为20/30时，复合橡胶材料的力学性能与经济效益最好。王正洲研究了钢渣基橡胶填料对天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶复合橡胶的硫化性能和力学性能的影响，结果表明，改性钢渣基橡胶填料与复合橡胶的相容性提高，改性钢渣基橡胶填料填充的复合橡胶的拉伸强度和扯断伸长率都有所提高，磨耗量降低。
（2）涂料颜填料
涂料是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，其颜填料约占总量的40%（质量分数，下同）。目前常用的涂料颜填料为氧化铬、氧化锌、氧化钛、立德粉、碳酸钙、滑石、纳米黏土等，不仅含有Cr，Zn，Pb等重金属，而且增加了对自然资源的消耗。因此，科研工作者利用钢渣基功能填料中FexOy，SiO2，Al2O3具有的特性作为涂料颜填料取得了创新科研成果。龙红明等利用滚筒渣基涂料颜填料和热闷渣基涂料颜填料替代部分铁红粉与硫酸钡，可以显著提高环氧防锈涂料的耐盐水性能与耐酸性能，这是因为钢渣中FexOy具有较高的导电性能，可实现静电屏蔽作用。
（3）塑料填料
聚氯乙烯（PVC）是世界上产量最大的塑料产品之一，因其价格便宜，被广泛应用。由于聚氯乙烯为白色或浅黄色粉末，单独不能使用，因此在使用过程中需要添加硅藻土、石棉、炭黑、轻质碳酸钙等塑料填料以改善聚氯乙烯制品的物理性能和力学性能。龙红明、程峥明等将有压热闷渣基橡胶填料按掺量25%与聚氯乙烯等混合后，利用高温低密度发泡技术生产PVC微发泡板材。结果表明，PVC微发泡板材稳定性高，可长期处于室外各种恶劣环境，尤其处在潮湿、酸碱度高的海边、湖泊等特殊场所，使用年限在30年以上。
（4）生产碳酸钙
许多研究者以低钙钢渣中钙、铁元素回收利用为目标，开展综合利用工艺优化研究。赵树海等研究表明，在钢渣粒径为58、74μm、浸出时间为1h、固液比为1:10、酸浓度为2mol/L、浸出温度为40℃的条件下，钙铁分离的效果最佳。浸出液改性后通入模拟烟气，每t转炉渣能固定103.72kgCO2，可回收240.1kgCaCO3，CaCO3纯度可达到98.18%。在0.14T的磁场强度下浸出渣的磁选效果最好，富铁矿物回收量可达每t钢渣201kg，同时铁品位也能达到57.3%。固碳产物碳酸钙可以作为填充剂用于橡胶、塑料行业，富铁矿物则可返回钢铁生产流程。
（5）农肥和土壤调理剂
钢渣在中国农业生产应用的时间较晚，但研究进展迅速，主要应用方向为土壤改良、提高土壤硅素肥力及增加作物产量方面。使用钢渣能有效提升土壤pH和有效硅含量，促进水稻对硅素养分的吸收，显著促进水稻生长。研究表明，钢渣和变形球囊霉复合处理可以提高土壤pH和土壤总提取球囊霉素的质量分数，降低土壤DTPA-Cd/Pb的质量分数，从而促进玉米的生长，降低玉米地上部和根部Cd/Pb的积累。此外，与常规施肥相比，增施钢渣对于提高大豆产量也有积极影响。
4、导致钢渣未能规模化利用的4个问题
其一，钢渣来源不稳定，化学成分与物相组成复杂、变化大；其二，冷却方式多样，导致钢渣形成不同的微观特性与宏观特征；其三，矿物结晶粗大，活性组分难被以解离的玻璃体包裹；其四，易磨性差，钢渣难以实现更大比表面积和更高的活性。有研究表明，利用常温造孔与助磨-改性协同技术制备的钢渣基功能填料，其具有吸附性强、粒径小、与有机体系相容性好的特征，可以广泛应用于橡胶输送带，钢结构防锈涂料、建筑外墙涂料、人造复合板材等领域，实现钢铁企业“以废增效”和橡胶、涂料、塑料企业“以废降本”的双赢格局。
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