高炉渣是炼铁过程的主要副产品，2016年，全国344座高炉（420m3~5800m3）的统计数据显示，高炉平均渣铁比由2015年的369kg/t降低至348kg/t。按2015年我国生铁产量以7.03亿吨计算，高炉渣产生量高达2.44亿吨。高炉渣的出炉温度在1400-1550℃，每吨渣的显热相当于60kg标准煤的热值。通过处理后作为生产水泥的原料,生产水泥时可节约石灰石原料45%,节约能源50%,并减少CO2排放量44%。目前，大多数高炉渣的利用途径仍滞留在低技术含量及产品附加值低等阶段，少部分含钛炉渣用于制造光感材料。如何提高高炉渣的利用水平，为钢铁企业增加一条“降本增效”的路子呢？我们从高炉渣的利用开始说起。
以下针对高炉渣的应用方法做一些分析，为钢铁企业高炉渣的综合利用提供一定的思路和案例。
高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排除的副产品。在冶炼生铁时,加入高炉的原料,除了铁矿石和燃料焦碳外,还需要加入相当数量的石灰石和白云石作为助熔剂。当炉温达到一℃时,助溶剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和渣。高炉渣就是由脉石、灰分、助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质所组成的易熔物质。从化学成分看,高炉渣属于硅酸盐质材料。每生产生铁时高炉渣的排放量随着矿石品位和冶炼方法的不同而变化,每吨生铁生产出一高炉渣。随着我国钢铁工业的发展,高炉渣的排放量日益增大。
高炉渣的化学成分与普通硅酸盐水泥类似,主要为氧化钙、氧化镁、二氧化硅、氧化铝和氧化锰等，特种生铁渣中还有二氧化钦和五氧化二钒等。
高炉渣的矿物组成与生产原料和冷却方式有关。碱性高炉渣中的主要矿物为钙铝黄长石和钙镁黄长石,其次为硅酸二钙、假硅灰石、钙长石、钙镁橄榄石、镁蔷薇石及镁方柱石等。酸性高炉渣中的矿物成分主要为黄长石、假硅灰石、辉石和斜长石等。钒钛高炉渣中的主要矿物是钙钛石、安诺石、钦辉石、巴依石和尖晶石等。锰铁渣中主要矿物是橄榄石。高铝渣中主要矿物是铝酸一钙、三铝酸五钙和二铝酸一钙。镜铁渣中主要矿物是蔷薇辉石。而快冷渣主要由玻璃体组成,其含量与矿渣熔体的化学成分和冷却速度有关系,一般酸性矿渣的玻璃体含量高于碱性渣,冷却速度快玻璃体含量就高。我国钢铁厂排放的快冷渣其玻璃体含量80%左右。
按照冶炼生铁的品种分类
1）铸造生铁渣、冶炼铸造生铁时排出的渣；
2）炼钢生铁渣,冶炼供炼钢用生铁时排出的渣；
3）特种生铁渣，用含有其它金属的铁矿石熔炼生铁时排出的渣。
按照处理方法可将高炉渣分为急冷渣和慢冷渣。
按照高炉渣形态可将其分为粒状渣、浮石状渣、纤维状渣、块状渣和粉状渣。
目前国内外在生产上应用的高炉渣处理方法基本上是水淬法和干式粒化处理。由于传统的干渣处理，环境污染较为严重,且资源利用率低,现在已很少使用,一般只在事故处理时,设置干渣坑或渣罐出渣。目前,高炉渣处理主要采用水淬法，干式粒化处理技术处于研发和应用阶段。
（1）转鼓脱水法:
经水淬或机械粒化后的水渣流到转鼓脱水器进行脱水,前者为INBA法(因巴法),后者为TYNA法(图拉法)。图拉法在我国已获得国家发明专利,专利名称为冶金熔渣粒化装置,专利权人为中冶集团包头钢铁设计研究总院,为俄罗斯与我国共同发明。
INBA法水渣处理
图拉法水渣处理
（2）渣池过滤法:
渣水混合物流入沉渣池,采用抓斗吊车抓渣,渣池内的水则通过渣池底部或侧面的过滤层进行排水。底滤式加反冲洗装置,一般称为OCP法(底滤法)
底滤法
（3）脱水槽法:
水淬后的渣浆经渣浆泵输送到脱水槽内进行脱水,这种方法就是通常所说的RA-SA法(拉萨法)。
拉萨法水渣处理
（4）提升脱水法：
高炉熔渣渣流首先被机械破碎，进行水淬后，在池内用提升脱水实现渣水分离。提升脱水器可采用螺旋输送机和斗式提升机， 前者通常称为搅笼法即明特法，后者称为“HK”法。
表 水渣处理方法对比
（1）风淬法：
在日本、德国、瑞典等国家都有研究，Mitsubishi[4]和NKK建立了专门进行高炉渣热量回收的工厂，将液态渣倒入倾斜的渣沟中，渣沟下设鼓风机，液渣从渣沟末端流出时与鼓风机吹出的高速空气流接触后迅速粒化并被吹到热交换器内，渣在运行过程中从液态迅速凝结成固态，并通过辐射和对流进行热交换，渣温从1500℃降到1000℃。渣在热交换器内进一步冷却到300℃左右后，通过传送带输送到储渣槽内储存.
（2）滚筒转鼓法：
NKK公司所用另一种热回收设备是将熔融的高炉渣通过渣沟或管道注入到两个转鼓之间，转鼓连续转动，带动熔渣形成薄片状粘附其上,转鼓中通入热交换气体(空气)或高沸点（257℃）有机液体，使薄渣片在转鼓的表面迅速冷却，热量由转鼓内流动热交换介质带走，同时可以得到玻璃化率很高的炉渣。凝固在转鼓上渣片由刮板清除，回收热量用于发电、供暖等。
（3）离心粒化法：
是KvaernerMetals发明的一种干式粒化高炉渣热回收法，采用流化床技术，增加热回收率。它是采用一高速旋转的中心略凹的盘子作为粒化器，液渣通过渣沟或管道注入到盘子中心。当盘子旋转达到一定速度时，液渣在离心力作用下从盘沿飞出且粒化成粒。液态粒渣在运行中与空气热交换至凝固。凝固后的高炉渣继续下落到设备底部，凝固的渣在底部流化床内进一步与空气热交换,热空气从设备顶部回收。
日本：日本高炉渣的利用率几乎达100% ,主要用于筑路、作水泥原料,用于开垦荒地和建筑骨料。高炉缓冷渣用于筑路、混凝土骨料。急冷渣大部分作水泥原料、混凝土骨料。转炉渣利用率在81% ,主要用于填海和土建工程,其中20%在钢铁厂内循环使用。电炉渣利用率约为56% ,用于筑路、厂内循环、作建筑骨料。日本在钢渣热熔液中添加了一种添加剂,基本上解决了钢渣膨胀问题。全日本冶金渣的利用率目前达到90%。日本研究用钢渣生产铁酸盐水泥,其主要性能与硅酸盐水泥一样。
前苏联，在医学上,充分利用高炉炉渣中硫、钙、镁、铁等化合物含量较高这一特性,将钢渣溶于水中形成矿化水,用来治疗风湿性关节炎、皮肤病以及神经痛等疾病。
德国：原西德推荐在水利工程、堤坝建筑中使用钢渣,已经用转炉钢渣加固了莱茵河港口和谬司河岸,用平炉钢渣加固了一些河流的河床。采用0～ 10mm转炉钢渣加固海岸斜坡脚,使海岸下部基础更结实,船舶停泊几年也不会损坏。通常是将转炉钢渣装入铁丝网内,象溜坡一样滑到坡脚下进行加固。即使有体积不稳定的钢渣,在上述情况下也不会产生问题。
瑞典：瑞典利用熔融钢渣加入碳、硅和铝质材料,达到回收金属的目的,并用于生产水泥。
美国：美国的钢渣利用率为79% ,其中59%用于冶炼熔剂。美国国内8条主要铁路也是采用钢渣作铁路道渣。
类水滑石也被称为层状双羟基复合金属氧化物，因类水滑石具有特殊的结构和性能，引起了人们的广泛兴趣，其在工业生产技术中有许多潜在应用，如阴离子交换剂、吸附剂、催化剂、紫外吸收材料以及阻燃剂等。
对于高炉渣合成类水滑石，pH是合成过程中的关键因素，11~12最为合适；陈化温度和陈化时间会影响样品结晶度，最佳陈化温度为80℃，时间为14h。
在此条件下合成出的类水滑石样品具有良好的阻燃性能。这是因为类水滑石在受热过程中，表面吸附水、层间结晶水、层板间羟基水在不同的温度范围内脱除，释放阻燃物质，在阻燃过程中吸收大量热量，降低温度，因此具备一定的阻燃性能。
类水滑石对Cr(VI)具有良好的吸附性能。类水滑石具备较大的比表面积，此外层板结构能够给Cr2O42-提供一定的可交换阴离子，因此对Cr(VI)具有良好的吸附能力，经试验最高的吸附量为14.5mg/g。
类水滑石具有一定的碱性，能够提供催化活性位点，在反应温度为60℃，醇油比15∶1，反应时间2h，5%类水滑石催化剂使用量的条件下，大豆油催化合成生物柴油的产率高达70.3%。
编者按：
PVC是世界上产量最大的塑料产品之一，价格便宜，应用广泛。水滑石是PVC的热稳定剂，作为互补商品，随着PVC的快速发展，水滑石的需求增长明显。因此，从存量很大的高炉渣中制造水滑石，具有广阔的应用前景。
含钛高炉渣具有较大比表面积和微孔结构，可以作为吸附材料吸附水中的氨氮。准二级动力学模型能更好地描述含钛高炉渣对氨氮的吸附，表明含钛高炉渣对氨氮的吸附过程属于化学吸附;颗粒内扩散过程分为两个阶段，吸附速率同时受到表面吸附和颗粒内扩散控制。Langmuir等温模型更适合描述含钛高炉渣对氨氮的吸附过程，说明含钛高炉渣对溶液中氨氮的吸附更倾向于单分子层吸附。
在20℃的条件下、反应时间为4h时，8g粒径为80～120目的含钛高炉渣对100mL浓度为100mg·L－1溶液的氨氮去除率可以达到32%;反应温度和溶液初始pH对氨氮的去除有一定的影响。随着温度的升高，含钛高炉渣对氨氮的去除率逐渐增大，30℃时可以达到24.03%;在酸性和中性条件下，处理效果在20%～24%波动;在碱性条件下，氨氮的去除效果随着pH的增大而逐渐提升，当溶液初始pH为10时，去除率达到33%。
矿业活动的排放、农药和化肥的不合理施用、污水灌溉和污泥滥用等导致的土壤环境重金属污染，往往不是单一污染，而是多种重金属组成复合污染，具有隐藏性、不可降解性和长期性，能通过食物链在人体内富集，危害人体健康，治理难度较大。
高炉矿渣在碱激发剂的作用下，发生水化反应形成C—S—H凝胶，反应产物具有网状结构，能有效固封重金属离子，具有良好的耐腐蚀性、耐久性、耐高温性。
稳定/固化剂HMS-1的添加，能够使土样中有效态重金属Zn，Cd和Pb的质量分数降低，且随着添加量的增加，其有效态质量分数均降低越多，修复效果越显著，当HMS-1与土壤的质量比为1:4时，有效态Zn，Cd和Pb的质量分数分别降低40.23%，56.68%和48.33%。
稳定/固化剂HMS-2与污染土壤按质量比为1:4，搅拌混合均匀，液固比为0.28(L/kg)，养护至90d龄期，修复土壤的pH接近原土壤，有水化产物水化硅酸钙凝胶生成，土壤内部结构致密，有利于吸附或共沉淀、包裹和固化重金属，有效态Zn，Cd和Pb的质量分数分别降低64.08%，66.37%和57.15%。
编者按：
含钛高炉渣对于水中氨氮的吸附，能够为富养水体的治理提供一个好的方法。日本采用高炉渣细化后净化海滩，利用的就是高炉渣的吸附净化功能。中国东部沿海目前具有广阔的海岸线，大部分的海岸水体面临着水体富养化的威胁，因此，采用高炉渣进行浅海水体净化具有较光明的前景。
高炉渣的利用作为未来节能环保的一个重要方面，在综合利用方面将发挥越来越的作用。从热能回收、水渣利用、干渣粒化等方面仍有的发展和创新空间。目前国内做高炉炉渣处理的公司和机会很多，但在新技术的投入方面，产业化应用的主要还是水淬法。未来中国高炉炉渣的利用还有很长的路要走。
参考文献：
（1）不同冷却方式对高炉渣析晶的影响，陈绍生
（2）含钛高炉渣再资源化的一个启发性观点，杨合
（3）高炉渣处理技术的现状及发展趋势，冯会玲
（4）高炉渣制备类水滑石及其性能研究，彭健等；
（5）含钛高炉渣对水中氨氮的吸附特性，季凌晨等
（6）基于高炉渣的土壤重金属稳定-固化剂，何哲祥
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