2025冶金科学技术奖简介 | 钢渣源头改性、减量化及全量资源化利用技术研究及应用

一、研究的背景与问题

我国钢渣产生量巨大，每年排放1.5亿吨，大量钢渣堆存，不仅严重破坏土壤平衡、污染周边生态环境，还导致资源的极大浪费钢渣包括铁水脱硫渣、转炉渣和精炼渣等，其中转炉渣产出量最大，100~150Kg/t钢，转炉渣中虽有与水泥熟料相近的等活性物相，但由于其MgORO相、f-CaO含量较高导致钢渣存在水化活性低、体积稳定性差、易磨性差、粉磨能耗高等问题，同时CaOSiO等成分波动大，这使得其综合利用率30%左右。此外，依据《通用硅酸盐水泥》（GB175-2023的规定，钢渣严禁作为混合材使用，这进一步限制了钢渣的应用范围。与之形成鲜明对比的是，国家各部委相继颁布了一系列政策，如《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》、《关于加快推动工业资源综合利用实施方案》、《国务院关于加快经济社会发展绿色转型的意见》等，均大力鼓励并支持扩大原生砂石资源替代规模、推进冶金固废综合利用及开发新型低碳胶凝材料等。鉴于此，本项目聚焦于炼钢源头的钢渣改性与减量工作，开展一系列相关技术研发，旨在降低钢渣中的 MgORO相含量，提高钢渣活性，并减少钢渣产生量。

转炉仅作为混凝土矿物掺合料其自身胶凝性难以完全发挥我国每年产生大约440万吨铁水脱硫渣，因硫高（＞5%）而不能消纳，因此，与矿渣脱硫石膏等工业固废协同开发固废基胶凝材料是钢渣高值化利用的关键方向在此过程中，如何充分发挥铁水脱硫渣高碱的特性挖掘精炼渣铝酸钙物相作用，开发出多固废协同的胶凝材料技术和制备工艺，实现钢渣高值化利用是本项目的重要研究内容。

此外，钢渣作为水稳料应用于铺设道路基层或底基层钢渣大宗资源化利用重要途径之一。然而，当钢渣用于路面沥青混凝土时，由于钢渣游离CaOf-CaO含量较高，在发生水化反应后，会导致体积膨胀，进而引发混凝土开裂，这一问题极大限制了钢渣在路面沥青混凝土中的普遍应用。因此，如何高效且稳定地消解钢渣中的f-CaO，并研发出适配的骨料加工与制备工艺，以实现钢渣的大宗化利用，成为本项目的重要研究内容之一。

欧洲、日本和美国等国家对钢渣的处置和利用方式与我国类似，主要用于烧结配料、道路建设的路基料、土木工程回填、水泥铁质校正原料等但与我国不同的是，这些国家钢产量相对较低，钢渣堆存问题不突出因而缺乏钢渣用于固废基胶凝材料方面的高值化研究然而，我国钢渣不仅累计堆存量巨大，新增量也不容小觑，因此，迫切需要开发钢渣源头减量技术大宗资源化高值化利用技术。

基于上述背景，首钢集团联合北京科技大学、北科蕴宏公司组建了“产学研用”一体化团队，围绕钢渣源头改性、减量全量资源化利用技术和产品开发开展深入研究并建设产线以推动成果转化历时十多年的不懈努力，成功攻克上述难题，并探索出了一条将钢渣用于固废基胶凝材料的新路径，实现了钢渣这一难利用固废的全量资源化利用。

二、解决问题的思路与技术方案

本项目总体思路如下图所示，以钢渣的全量资源化利用为出发点，通过开发转炉低MgO、低FeO钢渣冶炼技术，实现了钢渣的源头改性和减量；通过复盐效应、硅的四配位同构化效应等理论创新，开发多类型钢渣固废基胶凝材料性能调控技术、辊压立磨强力混合和实时循环除铁粉磨工艺，开发了钢渣矿渣脱硫石膏全固废胶凝材料等高附加值产品；通过辊压热闷工艺的优化升级，实现了稳定可靠的f-CaO消解；通过开发辊压热闷破碎精细筛分高效磁选水洗的钢渣骨料加工工艺，形成全配钢渣道路集料最终实现钢渣全量资源化利用。

项目总体思路

三、主要创新性成果

开发了转炉低MgO、低FeO冶炼技术和成分波动控制技术实现了冶炼流程钢渣的源头改性和减量，解决了钢渣安定性差、易磨性差、活性低的难题，钢渣中MgO平均含量降至4%以下，钢渣产出量小于80kg/吨钢，CaOSiO成分波动降低50%

开发了多类型钢渣固废基胶凝材料性能调控技术，结合复盐效应为水化驱动力和硅的四配位同构化效应理论，以铁水脱硫渣、转炉钢渣、精炼渣等冶金渣为原料，开发了多类型钢渣矿渣脱硫石膏体系固废基胶凝材料，达到同等PO42.5水泥的性能要求，实现钢渣高值化利用，并完成碳排放方法学核算，实现较水泥熟料CO减排90%

开发了辊压立磨强力混合和实时循环除铁的微粉粉磨工艺装备技术，实现了粒级与活性双重优化，提高了微米级金属铁颗粒回收率，降低了粉磨能耗，制备出超细钢渣粉、钢铁渣粉和固废基胶凝材料等多种高附加值产品，已在矿山充填、道路建设、装配式建筑、地坪铺设、市政管廊工程和海工防波堤等领域广泛应用。

开发了“辊压热闷破碎精细筛分高效磁选水洗”的钢渣骨料生产工艺技术，解决了传统钢渣加工流程中，粒度大、-CaO消解难、设备维修成本高、粉尘污染严重等问题。发明了40mm粒径，100%钢渣全级配生产道路混合料技术，实现了钢渣骨料加工技术与高效利用的整合与应用。

四、应用情况与效果

该项目获得授权专利35件（其中国际专利件）编制标准15项（其中国家标准项），取得软件著作权项。项目技术成果在北京、河北、山西等多地跨企业、跨行业推广应用，社会经济效益显著。

开发的转炉低MgO、低FeO冶炼技术首钢应用，取得良好的经济效益和社会效益转炉终渣平均TFe14%，平均MgO4%，满足水泥行业对原材料MgO<6%标准限制，RO相≤10%，钢渣产出量小于80kg/实现钢渣源头改性及减量，为钢渣在建材行业大规模使用奠定基础。

开发“辊压热闷破碎精细筛分高效磁选水洗”的钢渣骨料生产工艺技术经济效果显著首钢京唐公司自主设计建设一条年产100万吨钢渣集料生产线，可提供五种集料产品，满足道路集料标准要求，可全部替代天然石料作为道路集料使用，在京津冀周边地区及京唐公司内部广泛应用

同时，开发出固废基胶凝材料钢铁渣粉等高附加值产品，并针对固废基胶凝材料生产与应用无标准可依的问题，制定相关国家标准、地方标准15项标准，其中产品标准项，应用技术标准项，形成完备的标准体系保证了胶凝材料在建筑、道路矿山充填海工等多场景的应用固废基胶凝材料技术入选《2021年北京市创新型绿色技术推荐目录》和《2024年度建材行业三品典型案例》。目前已建设千万吨级产能，开发出C15-C60不同等级固废基混凝土在北京、河北、山西等多地累计浇筑量50，推广应用2021年中国国际服务贸易交易会首钢园展区地坪重点工程雄安新区、石太高速公路等项目

本项目对钢渣源头改性、减量及全量利用技术的创新思路，为大宗固废钢渣产生及后续利用难题的解决提供了理论和技术支撑，同时推动了钢铁与建材、交通等多领域的协同应用，对促进跨行业绿色低碳循环经济发展具有重要意义。

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