综述：钢铁行业固废绿色低碳高质量发展路径

作者｜苏长永 李新宇 林严 苏步新

来源｜《烧结球团》第47卷 第6期 2022年12月；

再编辑｜武安君

钢铁行业是国民经济的支柱行业，2021年我国粗钢产量为10.35亿吨，约占全球粗钢总产量的54.02%。钢铁行业作为高载能和高排放的大户，能源消费量约占全国能源消费总量的11%，碳排放量约占全国碳排放总量的15%，是碳排放量最高的制造行业。在钢铁生产过程中，随之也产生大量冶金固体废弃物，通常分为三类，包括冶金渣类、冶金尘泥类和粉煤灰。以每吨钢产生固废600kg估算，钢铁行业全年共产生废弃物约为6.1亿吨，这其中约有5亿吨炉渣和1亿吨尘泥。多年累积堆置的钢铁行业固废已超10亿吨，不仅大量占用土地资源，而且污染环境。每年新增固废虽有80%左右可以通过各种资源化处理方式实现利用，但一些难处理的危废、钢渣、不锈钢污泥等，仍会带来潜在的环境污染。

近年来，我国钢铁行业对固废的处理愈加重视，开发并应用了一系列固废处理的新工艺和技术措施，部分企业也取得了不错的应用效果，并在行业内开展推广应用，但面对巨大的等待处理和复用的固废资源，存在的问题和挑战仍十分严峻，也亟需寻找出更好、更优解决固废的系统处理方案。随着国家多项产业政策陆续发布实施，文件要求钢铁行业构建产业间耦合发展的资源循环利用体系，并重点推广钢铁行业成熟节能的降碳工艺。钢铁行业自身也应秉持“减量化、资源化、无害化”的原则，大力推动钢铁固废资源综合利用产业发展。本文简要概括我国钢铁行业固废种类分布和利用存在的问题，着重对固废绿色低碳发展方向加以探讨，并整理近期发布的固废利用产业政策，以期对钢铁行业固废资源化高质量发展提供参考。

1 钢铁行业固废种类分布及利用存在的问题

1.1 钢铁行业固废种类分布

我国2022年上半年粗钢产量为5.27亿吨，其中“高炉—转炉”长流程生产模式占到粗钢产量的约90%，预计“十四五”期间我国每年粗钢产量仍会维持在10亿吨左右；钢铁行业未来一段时间内发展的重点是通过提高短流程电炉炼钢占比，以实现行业节能减排绿色低碳高质量发展。因“非高炉炼铁—电炉炼钢”短流程生产工艺模式仍处于开发阶段，改变现有钢铁行业生产工序模式尚需时间，因此，钢铁行业固废种类也会继续维持现有的规模数量。主要固废种类分布如表1所示。

1.2 钢铁行业固废利用存在的问题

我国钢铁行业固废利用技术研究与生产已持续一段时间，但就目前综合利用效果来看，仍存在诸多问题：部分企业重视不够，固废利用管理水平待提升；底数不清楚，各类固废处理利用过程中统计不完善；各类固废处理技术瓶颈仍存在，产学研用一体化推进不足；固废利用产品市场接受度低，市场也无法大量消化；行业壁垒难以突破，多行业间协同发展受阻等。

2 钢铁行业固废绿色低碳高质量发展实施路径

回收利用好固废资源主要就是要实现“量少效率高”，包括产生的固废数量少、处理中间产品能源消耗少、固废回收综合利用效率高等方式。其本质就等同于一种低碳的行为，最终实现固废不出厂、固废全部资源化、厂内无“固废”这一概念，从而实现减碳降碳绿色环保的发展理念。

对于固废资源回收利用的过程，建议从系统的角度出发，科学研判企业自身与所处城市范围内的固废范围、数量，协同创建“无废城市”，统筹考虑固废资源化回收的体系建设、资源利用和产品结构等，最终从源头、过程、末端、综合利用和产业间耦合五方面实现“固废不出厂”和打造“无废城市”，具体实施路径如图1所示。

图1 钢铁行业固废绿色低碳发展实施路径

2.1 源头减量化发展

如何减少固废的产生，其本质就是要抓住固废的源头，“抓源头”即从源头上避免或是降低固废的产生，走固废减量化发展的路线。固废产生的数量少，就意味着物质在传递过程中涉及到的能耗也将同步减少，从物质流和能量流两部分实现减碳、降碳。对于传统的“高炉—转炉”长流程炼钢生产工艺而言，想要从源头减量化发展，首先应践行高炉的“精料方针”，保证相对合理的高炉入炉综合品位。高炉入炉综合品位应至少保证50%以上，越高的入炉品位就意味着相对少的渣量产生，渣量少了对应固废的产量就少，可从源头上降低固废的产生，实现源头减量化和低碳的目的。对于短流程电炉炼钢工艺而言，一方面需保证废钢的来源相对稳定，废钢的类型及产品杂质相对少；另一方面尽可能将废钢预热后送至电炉，从源头上尽可能降低电炉除尘灰的产生，减少固废和危废的数量，降低电炉生产过程的石墨电极消耗和吨钢电耗，从而实现减碳、降碳生产。

2.2 过程多点化控制

过程多点化控制要求一方面通过生产过程监控、减少固废产生点，另一方面增加有益元素进产品、不出厂，同时尽可能减少有害元素在系统内循环富集。过程多点化控制是源头减量化发展的延伸，通过精准、精确、精细的过程管理和有效监控，及时发现固废产出的新增源头，采取技术创新、工艺调整、装备升级等手段减少过程中固废产生的数量，解决固废转移过程中统计缺失等问题。在多点控制的基础上，尽可能回收并确保有益元素一次性实现进入终端产品，不再为重新提取有益元素回收后进系统付出更多的能量，降低物质在系统的流转，再一次实现物质流和能量流两方面的减碳、降碳。

2.3 末端就地化利用

在工艺各流程的节点处或产品、产线的终端实现附属品包括热态渣、高炉冲渣水余热、余能等连续化回收利用，作为新工艺源头，达到“直接用”的效果。品质好的余热余能发电效果好、利用率高，自发电率已从2015年的44%提高到2021年的54%，但如果品质相对差的余热一方面其自发电利用率低，另一方面因其内循环技术还不够成熟等问题依旧存在，就需要将其通过技术研发迭代、设备优化升级等手段，使之成为另一产品线的源头，最终的目的还是实现“直接用”，最大化地减少产品因中间形态变化和留置不用而带来的能量耗损，进而实现过程碳利用最大化，避免新增碳使用。

2.4 固废综合化利用

传统方法对于高炉渣、钢渣等固废资源化利用后的产品多数附加值低，同时受到渣成分多变和安定性差等因素的影响，厂内堆放固废会占用大量土地。此外，厂区内固废产生的点多、量大、难转运等问题，导致有价元素重新回到系统中成为产品要付出比丢弃更大的代价。因此在现有固废处理资源化利用的基础上，从技术端入手，结合低碳环保的要求，国内部分钢铁厂已经在厂区内开展综合利用的项目。如太钢在原有对高炉渣生产矿渣超细粉和矿渣棉的基础上，持续研发，通过对设备进行适应化改造和优化，实现矿渣棉到高等级岩棉的产品升级，产品品类扩大的同时实现了高炉热态渣显热的回收利用，实现了绿色降碳。山西建邦成功开发了“冶金除尘灰智能分选技术”，该技术根据除尘灰颗粒细、流动性强、亲水性差、化学成分复杂等原料特点，对磁选、浮选、重选等传统选矿设备进行了颠覆性的技术改造和创新，最终可分选出铁精粉、碳粉、硫酸锌、氯化钾、氯化钠、金、银、铟、水泥原料等九大产品，彻底实现工业固废全量化、资源化，最终将除尘灰“吃干榨净”。包钢200万吨CCUS（碳捕集利用与封存）一期50万吨示范项目将对工业废烟气中的二氧化碳进行捕集，一部分经管道输送包钢碳化法钢铁渣综合利用项目进行固化利用。虽然该项目的实施目前还在探索阶段，但其在固废资源化利用和节能降碳之间实现耦合，将为固废资源化利用提供更多的解决思路和方案。

2.5 产业间耦合协同

围绕产业所在城市，以创建“无废城市”为目标，在政府部门指导监管下，由钢铁厂设立固废危废综合利用中心。该中心将实现产业间固废危废和城市废弃物的集中回收处理资源化利用，在产业间耦合协同的基础上，既扩大原有固废资源利用数量和范围，又完成对城市废弃物集中处理，实现“无废城市”建设目标，彰显钢铁行业的社会责任与价值。

3 固废资源综合利用法规政策标准体系支持

我国自“八五”时期开始对固废处理的行业政策均有定性表述，具体如表2所示，工业固废利用率定量的指标要求如图2所示。

图2 不同发展时期工业固废综合利用率变化情况

由图2可以看出，从“八五”到“十二五”，工业固废综合利用率的目标要求迅速提升，“十五”期间虽没有具体目标值设定，但后续“十一五”和“十二五”利用率目标值的进一步提升，表明“十五”期间仍在原有基础上继续发展。结合表2的内容可知，“十三五”“十四五”连续十年的规划中，均只有对工业固废定性化描述，缺少定量化目标，直到2022年2月，工信部等部门联合印发《关于加快推动工业资源综合利用的实施方案》中再一次明确提到利用率的具体目标值。文件要求到2025年，钢铁等重点行业工业固废产生强度下降，力争大宗工业固废综合利用率达到57%。可以看到，57%的利用率其值远低于“十二五”时的72%，究其原因主要为近十年内大宗工业固废的绝对量增加值远超之前规划时的预期值，同时近些年对于大宗工业固废的规范统计使得原有隐藏的固废量得以重新暴露，加上综合回收处理大宗固废的突破性技术少，以上3个因素叠加使得《实施方案》设定的目标值仅为57%。该《实施方案》同时要求到2025年，冶金渣的利用率要达到73%，废钢铁资源利用量达到3.2亿吨。

2022年2月，《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》和《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》等产业政策落地执行，文件要求钢铁行业构建产业间耦合发展的资源循环利用体系，对节能降碳工作提出了最新要求，指出应加快成熟工艺的普及与推广，其中与固废产生及处理相关的有开展余热余能梯级综合利用和循环经济低碳改造等，具体内容如表3所示。

自“十三五”以来，我国加大重视固废资源化回收利用，工业资源综合利用法规政策标准体系日益完善，技术装备水平显著提升，产业集中度和协同发展能力大幅提高。在法规政策和标准体系的引领下，企业可更好地制定固废资源利用发展规划方案，优化设计固废资源化利用实施路径。“十三五”以来重要的工业资源综合利用法规政策汇总如表4所示。

由表4可以看出，进入“十四五”后，我国对于钢铁行业的产业政策发布数量和频次均大幅增加，涉及钢铁行业固废资源利用的政策内容更详实，定量指标要求重要程度愈发凸显，一方面要求固废产生总量大幅下降，另一方面要求固废资源利用率明显提升。一升一降的目标实现不仅要靠企业提高自身环保认识程度和管理能力，将固废视为资源，还需要加大固废利用的资金和人员投入，尽快实现技术突破。钢铁行业节能降耗绿色低碳发展目标的实现，对整个工业领域将产生重大而深远的影响，是最终完成“双碳”目标的重要突破口。

因此，不管是实现当前产业政策对固废资源利用的定量化指标要求，还是加快固废资源利用成熟工艺技术的推广，亦或是开发新综合利用处理技术，出发点和落脚点还得通过企业自身围绕产业政策制定规划实施路径，同时相关配套产业政策也需要及时跟进。在现有产业政策的基础上，建议国家在科技立项和财政支持等方面出台政策支持，以提升钢铁行业固废综合利用等重点领域新处理工艺技术、解决方案的不断探索实践和有效落地实施。此外，为了更好地摸清固废底数，须不断细化和完善相关法律法规和政策，实行严格的固废处理登记制度和固废利用企业准入机制，强化对固废的规范化处置和资源化利用。同时也应看到，随着钢铁行业逐渐短流程化，钢材品质高端化的过程中，电炉除尘灰和酸洗污泥的危废产生量也大量增加，带来了新的固废利用难题，需加以重视并提前做好技术储备。因此，钢铁行业固废利用产业政策、标准体系和系列标准也需动态完善调整，以实现全行业内固废利用各环节标准体系全覆盖。目前，冶金工业出版社已出版《烧结用钢渣磁选料》《钢渣基固结粉尾砂胶结充填技术规范》等70余项涉及冶金行业固废利用的标准体系，及《熔融高炉渣在线制备无机纤维理论与实践》《固废资源化利用生态工业园区规划》等20余本各类固废利用专业书籍，为广大科技工作者、专业人员及企业提供专业帮助和参考。

4 结  论

1、我国钢铁高位产量仍将维持一段时间，每年伴生的钢铁行业固废资源量短时间不会迅速减少，固废虽有一部分能得到较好的资源化利用，但因固废利用处理工艺尚未实现较好的突破，仍有大量的难处理固废需占用大量土地资源而带来环保问题。

2、钢铁行业固废绿色低碳高质量发展要遵循“减少固废总量，提高综合利用效率”的总原则。通过源头、过程、末端和综合利用四方面入手，实现钢铁行业“固废不出厂”的目标。在此基础上，统筹产业耦合与城市固废危废协同处理，最终创建“无废城市”，打造绿色环保生态城市圈。

3、我国自“八五”开始在产业政策中对固废利用已有具体要求。企业应紧紧依托现有产业政策，提高自身对固废的管理和认识，抓紧落实现有产业政策，应用现有成熟固废利用技术。政府层面也应持续优化并完善固废利用法规政策标准体系，为提升固废利用做好保障，从而早日实现钢铁行业固废绿色低碳高质量发展。