沈卫国：经济环境效益显著！“钢渣终结者”——钢渣分相熟料解决钢渣利用难题
水泥 中国水泥网信息中心 2023-08-28
我国每年产生的钢渣约有1.6亿吨，堆积的钢渣数十亿吨，如此大量的钢渣可能只有水泥行业有能力消纳。但我国钢渣的有效利用率仅20-30%左右，为何我国当前的钢渣利用率不高呢？
对此，武汉理工大学研究员、博士生导师沈卫国指出，传统的钢渣利用方式是将钢渣粉磨后用于水泥生产制备等，将钢渣作为水泥混合材或混凝土掺合料是钢渣在水泥工业利用的量大途径。但这种利用形式面临着以下四个难题：
1.钢渣的粉磨难度大
钢渣中残余铁、钙铁相等成分硬度很大、强度很高，粉磨困难。粉磨钢渣对磨机损伤大、维修周期短、降低粉磨效率，增加了装备成本和维护成本。
2.安定性不良
钢渣中含有游离钙、游离镁等成分遇水后会发生体积膨胀，影响了水泥混凝土安定性，因此我国水泥标准中没有把钢渣列为水泥混合材，安定性不良制约了钢渣的资源化利用。
3.钢渣活性不高
钢渣只有在充分粉磨的前提下才能激发出水硬活性，但钢渣即便粉磨到水泥相当的细度也难以发挥其活性。并且钢渣本身难磨粉磨难度大，因此钢渣水硬活性往往较低。
4.水溶性六价铬的问题
钢渣中的三价铬和单质铬进入窑系统之后会与氧气发生反应，生成水溶性的六价铬，而水溶性六价铬对人体有较强的毒性，也制约了钢渣在水泥生料中的应用。
以往很多综合利用方法都不同程度地受制于以上的某些问题而难以推广。要彻底解决钢渣污染，必须要有一种颠覆性的技术突破以上的技术瓶颈。沈卫国表示，或许是一种机缘巧合，“钢渣分相熟料”这一技术很好地解决了以上四个难题。
“钢渣分相熟料”技术将不经粉磨的钢渣投入窑系统进行煅烧，形成以重构钢渣为核心、以高铁熟料为过渡区、以普通熟料为主体的包含三层不同物相的梯度熟料，故称钢渣分相熟料。该技术是如何解决以上难题的呢？
1.无需粉磨钢渣。直接将选铁后的颗粒状弃渣投入窑系统进行煅烧，减少了一道粉磨环节，钢渣难磨不再是问题，还可以节省生料粉磨能耗。
2.安定性改善。钢渣熔点低，钢渣中游离钙与钢渣和生料中的硅铝铁质成分充分反应消耗。柳州鱼峰的试生产中，煅烧后的熟料游离钙含量基本在1.0%以下，而游离钙含量在2%以下就不会影响熟料质量。
3.钢渣转化为了优质熟料，解决了活性低的问题。钢渣在煅烧并与生料反应后，一部分转化成了熟料、一部分转化成了高铁熟料、一部分变成了重构钢渣，而重构钢渣的活性在90%以上，且分相熟料强度高于常规熟料。
4.水溶性六价铬低。钢渣中含有很高的单质铁和二价铁，还原性很强。钢渣熔点低于生料，在1300摄氏度时就已经基本融化，这时钢渣外部已被生料粉包裹。而在此前，单质铁和二价铁率先氧化为三价铬提供了还原保护，三价铬没有与氧气反应的机会，最终烧成的钢渣分相熟料水溶性六价铬含量极低。实际应用后，鱼峰和博宏的水泥和熟料水溶性六价铬都有降低。
沈卫国表示，“钢渣分相熟料”可能是目前为止钢渣综合利用技术中，投资最省的、减排最明显的、节能最大的、综合效益最显著的，应用前景十分广阔。钢渣分相熟料技术创造了技术奇迹：
1）设备投资最少：该技术仅需一个钢渣计量喂料系统，固定资产投入一般不超百万，但却可以创造很高的收益。
2）节能效果最好：钢渣的加入使得原来的固相反应可以在钢渣熔融液相中发生，大幅度降低烧成温度20-50℃，投入钢渣烧成熟料，其综合配煤不变，相当于节约了同比例的煤耗。
3）碳中和效果最好：钢渣分相熟料在烧成时，钢渣不会发生碳酸钙分解，相当于减少了碳排放。
4）产品附加值最高：将钢渣转化为优质的熟料，其他技术将钢渣转化为生料或辅助胶凝材料，附加值远低于熟料。钢渣分相熟料可用于通用水泥、道路水泥、海工水泥、抗硫酸盐水泥、大坝水泥的生产，有效帮助企业实现节能、减排、降本、增效。
沈卫国介绍，该技术是“大砼世界”研究团队在2008年产生的技术灵感，经过了15年的研究，有5名硕士研究生和1名博士研究生投身于技术研发，已经形成了以专利技术为核心，以技术秘密为关键的成套技术。成果已在华南、西南、西北地区四家企业推广应用，取得显著的经济效益和社会效益。2022年成果经专家评审，专家一致认为：“该项目创新性强，总体技术达到国际先进水平，其中钢渣分相熟料烧成技术达到国际领先水平。建议进一步加快推广应用，促进钢渣的高效再资源化。”
沈卫国对该技术的全面推广满怀憧憬，如果该技术得到全面的推广应用，不仅每年1.6亿吨的廉价钢渣低成本转化成优质熟料，还可以产生1.32亿吨的碳减排，直接的经济环境效益十分可观！
2023年9月12-13日，中国水泥网将在河南郑州举办“2023水泥‘双碳’大会暨第十届中国水泥节能环保技术交流大会”，届时武汉理工大学研究员、博士生导师沈卫国将以《钢渣分相熟料专利技术工程转化》为主题作精彩分享！
会议同期将举行“2023水泥行业‘双碳’先进企业”颁奖仪式以及“双碳”装备展，会后还将组织参观济源中联水泥有限公司“全球首条钢渣捕集水泥窑烟气CO2制备固碳辅助性胶凝材料与低碳水泥生产线”。
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