大型鋼鐵聯合企業廢物循環利用技術與實踐

　　我國是鋼鐵生產大國，但是鋼鐵生產的廢棄物長期處于低水平利用狀況，在一定程度上阻礙了我國鋼鐵工業的可持續發展，與國家加強環境保護和資源循環利用等可持續發展戰略不相符合。加快推進鋼鐵行業廢物循環利用技術與示范具有現實的緊迫性，亟待開發提高廢渣、廢水、余熱等管理和利用水平的關鍵技術，從而增強鋼鐵行業的可持續發展能力。

　　為此，由中國鋼鐵工業協會組織，由中鋼集團武漢安全環保研究院牽頭，北京科技大學、江陰興澄特種鋼鐵有限公司、武鋼集團、中節能資產經營有限公司和江蘇沙鋼集團共同承擔“十二五”國家科技支撐計劃項目———《大型鋼鐵聯合企業廢物循環利用技術與示范》。該項目于2012年啟動，通過研究鋼渣余熱回收及循環利用、廢水深度處理及回用、余熱回收利用等關鍵技術，開發基于物聯網的鋼鐵企業廢物流向監控與循環利用技術，提高廢物、余熱利用效率和廢物管理的精細化水平。該項目通過鋼鐵行業廢物循環利用技術與示范工程的建設，形成一批自主知識產權技術，對鋼鐵行業推進節能減排、可持續發展將起到重要的技術支撐作用，對建設資源節能型和環境友好型社會將起到積極的推進作用。該項目目前已取得了階段性的進展。

　　六大研究方向強調“循環利用”

　　《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006～2020年)》提出：重點研究開發冶金等主要高耗能領域的節能技術與裝備;重點研究開發工業用水循環利用技術和節水型生產工藝;重點開發非常規污染物控制技術、廢棄物等資源化利用技術、重污染行業清潔生產集成技術，建立發展循環經濟的技術示范模式。“十二五”期間，鋼鐵行業面臨著更加嚴峻的資源緊缺狀況和碳減排壓力。《大型鋼鐵聯合企業廢物循環利用技術與示范》實施的目的就是促進大型鋼鐵聯合企業廢物循環利用水平大幅提高，廢物循環利用效益顯著增加，“三廢”排放持續下降，基于物聯網的鋼鐵企業物質流監控技術取得突破，從而實現鋼鐵企業廢物管理的集約化和精細化。該項目的研究內容廣泛細致，涉及到廢物循環利用的各個方面，主要包括以下六個方面研究方向：

　　第一，含Cr鋼渣制備微晶玻璃技術：揭示Cr在鋼渣中的遷移軌跡、變價條件和固化機理，明確析晶過程中晶核形成和長大的熱力學和動力學條件，實現含Cr微晶玻璃的高效固化，開發出具有自主知識產權的含Cr鋼渣制備微晶玻璃的綠色再利用技術和裝備，建立含Cr鋼渣高值化、功能化的綠色回收再利用于微晶玻璃的示范線，為冶金行業危險固體廢棄物綠色高值化再利用提供示范。

　　第二，鋼渣梯級利用與余熱梯度回用技術及應用：建立典型工序、典型流程鋼渣理化性質、用途和經濟性評價數據庫;確定鋼渣梯級利用優化模式，形成鋼渣梯級利用技術指南;形成精煉渣制備煉鋼熔劑的工藝技術及試驗裝備;開發出鋼渣有壓熱悶和顯熱回收技術及裝備，建成一條5萬噸/年的鋼渣冷卻破碎和余熱有壓熱悶—顯熱回收利用中試試驗線。

　　第三，鋼鐵聯合企業綜合廢水深度處理和循環回用技術及應用：研發一整套包括濃鹽水處理在內的經濟高效綜合廢水深度處理和循環回用技術;建成25m3/h濃鹽廢水深度處理中試示范裝置;建設500m3/h廢水的深度處理示范工程，綜合廢水全部回用于循環水系統，實現廢水“零”排放。

　　第四，鋼鐵聯合企業焦化廢水處置分質回用技術及應用：研發出焦化脫硫廢液低溫熱源余熱利用的熱催化氧化、漆酶/介體的難降解有機物預處理、自由基高級氧化、剩余污泥碳化、低C/N比焦化區域廢水的MBR(膜生物反應器)、再生水季銨鹽固定床殺菌等六項關鍵技術;建成400m3/h的焦化廢水再生示范工程;實現焦化廢水再生技術的集成和設備的成套化，形成具有自主知識產權的焦化廢水再生技術及設備，為我國鋼鐵行業焦化廢水治理提供可靠技術支撐。

　　第五，鋼鐵聯合企業副產煤氣清潔循環利用技術及應用：建設一套安全可靠的轉爐配套煙氣全余熱回收和布袋除塵系統并進行工程示范，達到將蒸汽回收量增加50kg/t鋼、煙粉塵排放濃度不超過10mg/m3的目標;研發出大通量、高精度、耐高溫腐蝕性氣體的過濾多孔膜材料濾芯、鐵合金冶煉高溫煙氣凈化裝置和系統;研發新一代適用于高溫工況條件的金屬纖維氈濾袋，建立鐵鉻鋁纖維濾袋除塵模擬實驗平臺。

　　第六，基于物聯網的鋼鐵企業物質流監控與循環利用技術：開發出鋼鐵企業環境下無線傳感網絡的應用模型;研制適合鋼鐵企業的高可靠、智能化RFID(射頻識別)數據集中器;研制融合多協議、異構數據源的無線網關;開發出一套基于物聯網的、面向鋼鐵企業生產物流和廢棄物循環利用的監控系統，并完成在沙鋼集團的示范應用。

　　嚴格考核指標奠定數據庫與中試基礎

　　《大型鋼鐵聯合企業廢物循環利用技術與示范》課題還設立了嚴格的多樣化考核指標。

　　第一，嚴格明確的數據指標。例如，含Cr鋼渣制成的微晶玻璃密度≥2.4g/cm3，顯微硬度≥7GPa，抗折強度≥50MPa，抗壓強度≥500MPa，耐酸、耐堿的吸水率≤1%。

　　第二，建成用于實際生產的示范線和中試線。例如，在新鋼建成一條處理能力5萬噸/年的鋼渣冷卻破碎和余熱有壓熱悶—顯熱回收利用中試試驗線;建立含Cr鋼渣高值化、功能化的綠色回收再利用于微晶玻璃的5萬平方米/年示范線;建立一套500m3/h廢水深度處理示范裝置，建設一套25m3/h的濃鹽廢水深度處理中試示范裝置。

　　第三，開發出新的工藝技術和試驗裝備。例如，開發出鋼渣有壓熱悶—顯熱回收技術及裝備，鋼渣顯熱回收利用率不小于30%;在沙鋼建立一套基于物聯網的卷板生產末端物流跟蹤系統和一套基于物聯網的高爐礦渣制粉生產監控系統。

　　第四，完成詳實的數據庫及研究報告。例如，形成典型鋼渣理化性質和應用性能評價數據庫1個、鋼渣梯級利用技術模式研究報告1本。

　　項目研究取得階段性進展

　　部分技術已應用于實際生產。項目組已成功開發出鋼渣冷卻破碎和鋼渣有壓熱悶的專項設備，并建設了一條5萬噸/年鋼渣冷卻破碎—余熱有壓熱悶中試生產線。

　　在《基于物聯網的鋼鐵企業物質流監控與循環利用技術》課題中，項目組設計了適合8mm～100mm中厚板的RFID與條碼一體的標簽，制定了標簽的讀寫數據的規則和格式;撰寫了數據網關、RFID數據集中器裝置的功能規格說明書、設計說明書。

　　項目的理論研究進展順利。項目組研究揭示了Cr元素在鋼渣中的存在行為和變價機制，深入開展了含Cr鋼渣成分對微晶玻璃礦相和性能影響機理研究;解析了綜合廢水的化學組成;完成了綜合廢水中微量油去除、高效阻垢緩蝕劑的合成與性能評價等研究;研究了轉爐煤氣成分變化特點，以及吹煉過程中CO、CO2、O2含量隨冶煉時間的變化規律、可能發生爆炸的煤氣氧含量極限及不同含量下爆炸壓力研究;采用溶膠凝膠法及熱處理工藝在金屬纖維氈表面形成致密的Al2O3膜，達到了預期防腐效果。

　　截至目前，項目組共申請各項專利33項，發表各類論文25篇，為后期的研究和生產提供了扎實的理論依據。

　　在市場形勢、環保形勢都很嚴峻的當下，我國鋼鐵工業不僅要摘掉高污染、高能耗的“帽子”，還要從廢物回收利用中挖掘效益，實現更具實際價值的可持續發展。實施“變廢為寶”的可持續性發展戰略，《大型鋼鐵聯合企業廢物循環利用技術與示范》的研究成果有望發揮重要作用。