在过去20年,钢铁工业副产品的利用显著增加。创新技术的发展,以及与其他行业的协作已经使得钢铁工业更为接近“废弃物零填埋”的目标。本文中,副产品意指初级产品生产过程中同时产生,或者生产后产生的、并且具有潜在价值的材料。
生铁和粗钢生产所产生的主要固体副产品就是炉渣(质量占比达90%)、粉尘和污泥等。通常而言,电炉(EAF)工艺路线中,每吨粗钢会产生约200kg副产品;高炉-转炉(BF-BOF)工艺中,每吨粗钢会产生约400kg副产品,如图1所示(生产每吨粗钢的副产品平均重量)。除了固体副产品以外,来源于焦炉、高炉或转炉的废气也是钢铁生产的重要副产品。
1钢铁工业副产品的利用
就在钢铁工业内部、其他行业或社会范围内,这些副产品都具有广泛的用途。在一些情况下,正是物理性能决定了用途,如炼钢渣用作道路建设的骨料。而另一些情况下,则是其化学成分决定了用途,如排放的工艺废气用于发热或发电。在含量足够高的情况下,也可以从炉渣、粉尘和污泥中回收有价值的有色金属。
钢铁工业副产品常见用途包括:高炉渣用于替代水泥熟料;炼钢渣用于道路建设、土壤改良的骨料;工艺废气用于发热和发电;粉尘和污泥用于提取含铁氧化物和合金成分;来自炼焦工序的石化副产物,如焦油、氨、苯酚、硫酸和萘等用于化学工业;来自轧机和废油的乳液可用作高炉还原剂或者用于焦炉。
在所有情况下,将工业副产品替代同等功效产品,可以提高资源效率,同时助推循环经济发展。
2技术的持续发展
生产和处理阶段的技术发展,最终目标就是产生具有均匀和改善性能的副产品,致力于进一步提升副产品的使用率,而且更为重要的是,通过改善这些副产品的质量来拓展
其新的用途。
最近的进展主要包括:为了更好地控制副产品的性能,应对需求进行审视,同时关注新的生产工艺过程。从当前的公众和政治观点来看,对于副产品还没有一致的法律定义,每个国家的定义都有所不同,甚至体现在法律条文上。如果副产品不能与废弃物进行明显区分,这无疑会阻碍副产品的有效利用和运输,而且会在公众和政治观点上造成混淆。由此可见,明年应该从立法上区分副产品和废弃物,从而改进业界的认知,推广副产品的有效利用。
3对于工业共同体的价值
来自焦炉、高炉和转炉等钢铁生产工序的废气可以用作高炉的还原剂,从而产生蒸汽,为加热炉提供燃料。它们也可以用作发电站的燃料,用于场内或场外发电。通常来说,这部分电力可以部分用于钢铁厂,部分用于社区或邻近工业。当工艺废气在钢铁生产工序内完全利用,就可以满足厂内60%-100%的电力供应,这取决于工厂的配置。如果不能有效利用,这些废气只能被白白燃烧。
4规章制度
钢铁副产品的有效利用可以降低能耗和碳排放。在回收利用之前,必须经过优先处理,而且应该大力提倡。世界钢铁协会认为,在相同的立法框架下,就可以运用副产品替代等效产品。这也应该包括品质相同的初级和二级材料的应用、环境试验条件和限制。例如,用于道路建造的炉渣渗滤液水平也应该适用于不同地质成因的天热骨料。而且,有关副产品利用的国际或地区的质量标准或许会改进对副产品的公众和政治认知。副产品的利用应该大力倡导,从而节省自然资源和能耗,立法应该优先考虑副产品的利用,或者至少减小对其利用的限制。鼓励工艺废气利用的立法框架可以减少化石燃料的使用,同时减少废气白白燃烧所产生的二氧化碳排放。
5循环经济、资源效率和零废弃物
副产品的利用可以使得全球钢铁工业的材料利用效率达96.3%(所有钢铁工业的效率均值)。我们的长远目标是实现原材料100%高效利用,实现真正的零废弃物。钢铁工业的副产品可以向其他工业出售,这可以提高资源效率,避免废弃物填埋,减少二氧化碳排放。这些副产品的出售也具有经济可持续性,不仅可以为钢铁企业产生效益,还可以在全球范围形成循环的工业体系。减少废弃物并尽可能确保资源重复利用,对于实现可持续循环经济是至关重要的。
例如含有炉渣的硅酸盐水泥可以减少59%的二氧化碳排放,节省生产混凝土所需能耗的42%。
目前迫切需要一种全局的方法,可以同时兼顾到环保、能量和资源等方面。也迫切需要对副产品的利用进行立法保护,推广新的用途。应该鼓励钢铁工业与当地社区的合作,为社区提供工业废气、蒸汽或余热等潜在能量。
6研发
为了对钢铁工业副产品进行充分利用,产生最大化的效益,对工艺、处理和利用的研究一直在持续开展。例如,有关碳捕集和利用(CCU)的研究也在进行之中,未来可以从工艺废气中捕集二氧化碳,随后将其用于化学工业。
循环经济可以通过产品设计、回收再利用、重新制造等手段确保资源的最大价值。
零废弃物可以确保原材料和副产品得到充分利用,没有材料需要填满处理。
为了取得深入进展,钢铁工业需要与其他工业开展合作,同时获得政府支持,这也需要政策制定者对立法框架进行必要的探讨,换句话说,对副产品新用途的研究或将从政府官方支持中受益匪浅。
7工业应用
在炼钢工序中,会产生含铁量较高的众多副产品,其中包括:来自干法和湿法除尘设施的粉尘和污泥,来自热轧机组、铁矿石和烧结矿的氧化铁皮。这些副产品的铁成分经过回收,然后返回至炼钢工序,替代铁原料,提高资源的有效利用。
8对于其他行业的价值
焦油是炼焦副产品,是可以用于建造行业的一种密封涂层材料,还可以制备油漆及合成染料。在药物治疗方面,焦油还可以进一步加工,用作肥皂和洗发水,用于治疗头皮屑和银屑病。硫用作硫化橡胶,制备硫酸,也可以用作杀虫剂和肥料。副产品在其他行业的价值还体现在保护原材料的环保功效上。 (罗晔)