苍大强
北京科技大学
按照循环经济、清洁生产理论和工业生态的方法，对冶金工业（钢铁工业和有色金属工业）的固相、液相和气相二次资源和二次能源实施再利用的途径，作如下介绍：
冶金二次资源包括以下内容：
固相二次资源：废钢、冶金渣、尘、泥、废弃耐火材料等；
液相二次资源：污水、浊循环水、净循环水、浓缩液等。
气相二次资源：各类烟气、废蒸汽等。
冶金二次能源：1）物理二次能源，含余热（烟气、热水、热渣等）、余压等；
2）化学二次能源，主要有焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等。
上述内容中的废钢、液相二次资源以及二次能源的利用已经在其他论文中分别介绍过了，本文重点介绍固相二次资源的利再资源化的内容。气相二次资源目前资源化利用内容很少，本文也不作介绍。
本文介绍的“冶金工业二次资源再资源化”，包括“钢铁冶金二次资源再资源化”和“有色金属工业二次资源再资源化“两部分内容。
钢铁工业二次资源再资源化 其内容包括：渣：包括铁渣（高炉渣、脱硫渣）、钢渣（转炉渣、电弧炉渣、精炼渣、连铸渣等）、含铁尘泥（高炉、转炉除尘灰（干法除尘）、泥(湿法除尘）、废弃耐火材料、废水、废气、废热等。
“钢铁工业二次资源再资源化”具体技术如下：
（1） 高炉渣
由于铁水脱硫渣数量少，而且是混在其他渣中处理了，故本词条不作介绍。
高炉渣是高炉冶炼中熔剂矿物（如石灰石或白云石）分解的CaO、MgO与铁矿石中的杂质（如石英、粘土、碳酸盐等）和燃料（焦炭）中的灰分混合体，形成的以硅酸盐和铝硅酸盐为主的熔融体（1400℃－1600℃）。这类熔融体的密度比铁水轻，浮在铁水表面，定期从高炉底部——排渣口排出。高炉渣是冶金工业中数量最多的一种渣，每生产1t生铁产生0.3-0.4t高炉渣。高炉渣有以下几种用途：
a． 生产高附加值陶瓷、微晶玻璃、矿渣纤维等产品。
目前已经开发出经过高温改质生产出的上述产品，该技术既利用了高炉渣，又利用了高炉渣的高温余热，是既节能又环保的技术。
b.高炉水淬渣作水泥原料：将熔融高炉渣用水急冷，抑制其结晶，并使其在热应力作用下破碎而形成疏松多孔的沙粒状渣（直径一般为0.5～5mm）。以非晶玻璃相为主的高炉水淬渣，活性高、易磨性好，又含有少量水泥需要的铁，是制备水泥的理想原料。
c. 制备矿渣微粉产品：将高炉水淬渣经干燥、磨细且符合相应活性指数的粉状材料，细度大于 350
（一般为 400～600
），因为具备更好的特性，如：①表面能高；②微观填充作用；③化学活性增高，可以成为高性能混泥土的优质原料，还可以成为水泥的改性剂，明显改善混凝土的性能（抑制碱骨料反应、抗海水侵蚀、降低水化热等），提高产品合格率，由于可以部分代替熟料用量，还降低了成本。
d. 生产矿渣棉：用液态熔融状高炉渣通过高速离心装置制成的棉丝状纤维，并被制成块状、板纤维制品。
（2） 钢渣
钢渣按炼钢工艺分类：钢渣可分为：转炉渣、电弧炉渣、精炼渣、连铸渣等，按冶炼过程可分为：初期渣、粗钢渣、精炼渣及浇铸渣；按形成形态可区分为：水淬粒状钢渣、块状钢渣和粉状钢渣；按照钢渣处理工艺可分为：热闷渣、滚筒渣、粒化渣、风淬渣、改质渣等。
钢渣主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。有的地区因矿石含钛、钒和稀土等，钢渣中也稍含有这些成分。钢渣因炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同，有较大的差异。由于钢渣的成分波动较大、不稳定，因此实际应用的量不大。
钢渣因含游离氧化钙、氧化镁，易与水或湿气反应，致使渣产品体积膨胀而碎裂,加上钢渣活性低、易磨性差等，它们是导致钢渣利用率低的主要原因。
钢渣的产出量约为钢产量的10%～15%，其中夹带一些含铁颗粒，其硬度大，密度为3000kg/m3左右。
我国的转炉渣量最大，其次是电弧炉渣，精炼渣和连铸渣一般都混合在前两种渣中处理。
我国的钢渣利用率目前因统计方法不同，有达到90%左右和30-40%两种结果。
钢渣的主要用途：
a. 作为炼铁熔剂,直接加入高炉或加入烧结矿，在钢铁厂内部循环使用。钢渣的成分中，除硅无用和磷有害外，钙、铁、镁和锰（共占钢渣总量的80％）都得到利用。但硫、磷含量较高的钢渣作为熔剂，会使高炉炼铁的利用系数降低，焦比增加。
b. 用作建筑或道路材料。需先将钢渣存放3～6个月，待体积稳定以后使用。
c. 用作钢渣肥料：钢渣中的钙、硅、锰以及微量元素均有肥效，还可作为渣肥施于酸性土壤。
d. 各类钢渣均可作为填坑、填海造地材料。
e. 生产少量钢渣水泥，多用转炉钢渣掺50％左右高炉粒化渣，10％左右石膏，磨制无熟料钢渣水泥，或以15％左右水泥熟料代替钢渣磨制少熟料水泥。
f. 钢渣还可制造砖、瓦、碳化建筑材料等。
（3）含铁尘泥
烧结粉尘和污泥汇同炼铁炼钢等工序的除尘粉尘和污泥，再加上轧钢生产过程中产出的轧钢皮（氧化铁皮）等统称含铁尘泥。我国大型联合钢铁企业产生的含铁尘泥约占钢产量的10%，其中烧结工序尘泥产出量占烧结矿产量的2%~4%，炼铁工序高炉瓦斯灰和高炉瓦斯泥产出量约占铁水产量的3%~4%，炼钢工序尘泥产出量约占钢产量的3%~4%，轧钢工序固废产出量约占轧材产量的0.8%~1.5%。这些粉尘(泥)除含有可回收利用的铁元素以外，还有部分CaO、C等有用元素，钢铁企业一般将其加在烧结原料中重复利用，回收利用的其中的有用资源。
（4）废弃耐火材料
我国每年产生的废弃耐火材料大30万吨以上，由于很难处理，除很少量返回生产线在利用外，大部分都作为垃圾处理，除了占用土地、浪费资源，还污染环境和影响人类健康。
国外发达国家非常重视废气耐材的回收利用，并且发展很快，所以再利用率比较高，有的已经高达80%，如美国钢厂每年产生的数十万吨废耐材，原来几乎全部用于填埋，1998年后，国家制定了很好的激励政策，回收利用率显著提高。主要用于脱硫剂、炉渣改质剂、耐火浇注料骨料等，还有用废弃白云石作土壤调节剂、废高铝耐材作耐火浇注料等，通过这些渠道，大幅度减少了费耐材的填埋量。
日本废耐材的再生利用率较高，已达91%，如鹿岛钢铁厂每月900吨废耐材，其中60%被成功回收，主要用于钢包炉和电炉的助熔剂、滑板的修补料、浇注料和捣打料；高炉出铁沟浇注料已经有50%得到回收，主要做出铁沟不定型耐材的骨料；另外，废镁铬砖可作偏心炉底出钢口填料；连铸水口废耐材用作一种特殊水泥的结合剂，可将2个费水口重新制造1个新水口，强度比原来的更高。
意大利开发一种回收各种废耐材直接喷入炉膛保护炉壁。
德国成功将转炉废镁碳砖用于生产钢包和转炉永久炉衬。
韩国POSCO统一将回收的废耐材经过挑选和破碎用作耐材原料、溅渣护炉料和铺路料等。
伊朗利用废镁铬砖作出钢槽用耐材，减少了污染和获得一定经济效益。
国内废耐材利用较少，多数处于试验阶段，利用率很低，如将废弃硅质耐材用作玻璃原料、80%的废镁炭砖生产再生镁碳砖，质量达到行业标准A级；用废耐材制备出铁沟捣打量；将钢包铝镁浇注料加工成颗粒，按20%比例加入制备新的浇注料；将废耐材用于造渣料、助熔剂等。
有色金属工业二次资源再资源化 有色金属有较多种类：如重金属、贵金属、轻金属、稀有金属、稀土金属、稀散金属、放射性金属和半金属等，共计64种元素。
21世纪初，有色金属在世界金属总产量中虽然只占5%（钢铁约占95%），但其产值却几乎与钢铁相当。由于矿石中有色金属含量一般较低，为了得到1吨有色金属，要开采成百吨乃至万吨以上的矿石，而进一步将矿石冶炼各种有色金属，还会产生大量二次资源，目前该领域的成果还无法满足要求，故开发有色金属二次资源的无害化利用技术和产品等意义重大。
有色金属在开采、选矿、冶炼、加工及再生回收的方法很多，以冶炼有色金属为例，有火法冶金、湿法冶金、生物法冶金和电冶金等，其中还有不少还没有达到二次资源高效利用的要求。
有色金属工业二次资源的利用：气相和固相二次资源已经有相对较好的技术应对，如气相二次资源利用已有烟尘和烟气提取有价成分的技术，如烟气提铟、SO2制备硫酸等；液相二次资源的利用则有较多废水、废液处理后的循环利用等；但固体二次资源的循环利用还有很多需要解决的问题，见下文。
有色金属工业固体废弃物排放量和比例见下表（90年代数据）：
赤泥、尾泥 5835.72 万吨 90.12%
冶炼废渣 336.72 万吨 5.2%
炉渣 68.98 万吨 1.1%
粉煤灰 81.9 万吨 1.3%
化工渣 36.39 万吨 0.6%
其他 115.64 万吨 1.7% 共：100%
上述数据表明赤泥和尾泥的排放在有色金属工业中占绝大多数，其他有色工业固体废弃物的利用在其他行业已经有相应技术应对，如粉煤灰、炉渣的利用等。所以下面以电解铝工业排放的赤泥为例，说明赤泥资源利用的现状、技术和存在问题等。
赤泥的利用：
赤泥是氧化铝生产过程中产生的废渣，因为含有较高氧化铁而呈红色，故称赤泥。由于工艺不同，虽然3种氧化铝生产工艺不同：烧结法、拜耳法、联合法，但都产生赤泥，成分以Ca-Si-Fe体系为主，目前生产1.0吨氧化铝约产生1.0-1.8吨赤泥，由于内表面积大，赤泥含有较多水分（约80—90%），加上含有K、Na之类碱性元素，给赤泥利用带来了困难。目前已经有一些赤泥用途：如制备水泥、生产砖、加气混凝土砌块、路面基层材料、部分新功能材料、硅钙复合肥等。目前还有一些新的用途：如：采空区填充、提取氧化铁红、矿棉产品、粉煤灰活化、赤泥固硫剂等压在研发中。
赤泥利用还有不少需要研究的课题，如脱水、碱金属处理、有害元素无害化和低成本技术等，现在越来越多的专业人少参加了赤泥利用的研究，新的赤泥利用技术将会越来越多的出现。
有色金属工业的二次资源的种类比钢铁工业多很多，本文限于篇幅，没有作全面介绍。