綜述：鋼鐵行業(yè)固廢綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展路徑

作者｜蘇長永 李新宇 林嚴(yán) 蘇步新

來源｜《燒結(jié)球團(tuán)》第47卷 第6期 2022年12月；

再編輯｜武安君

鋼鐵行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)，2021年我國粗鋼產(chǎn)量為10.35億噸，約占全球粗鋼總產(chǎn)量的54.02%。鋼鐵行業(yè)作為高載能和高排放的大戶，能源消費(fèi)量約占全國能源消費(fèi)總量的11%，碳排放量約占全國碳排放總量的15%，是碳排放量最高的制造行業(yè)。在鋼鐵生產(chǎn)過程中，隨之也產(chǎn)生大量冶金固體廢棄物，通常分為三類，包括冶金渣類、冶金塵泥類和粉煤灰。以每噸鋼產(chǎn)生固廢600kg估算，鋼鐵行業(yè)全年共產(chǎn)生廢棄物約為6.1億噸，這其中約有5億噸爐渣和1億噸塵泥。多年累積堆置的鋼鐵行業(yè)固廢已超10億噸，不僅大量占用土地資源，而且污染環(huán)境。每年新增固廢雖有80%左右可以通過各種資源化處理方式實(shí)現(xiàn)利用，但一些難處理的危廢、鋼渣、不銹鋼污泥等，仍會(huì)帶來潛在的環(huán)境污染。

近年來，我國鋼鐵行業(yè)對(duì)固廢的處理愈加重視，開發(fā)并應(yīng)用了一系列固廢處理的新工藝和技術(shù)措施，部分企業(yè)也取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果，并在行業(yè)內(nèi)開展推廣應(yīng)用，但面對(duì)巨大的等待處理和復(fù)用的固廢資源，存在的問題和挑戰(zhàn)仍十分嚴(yán)峻，也亟需尋找出更好、更優(yōu)解決固廢的系統(tǒng)處理方案。隨著國家多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)政策陸續(xù)發(fā)布實(shí)施，文件要求鋼鐵行業(yè)構(gòu)建產(chǎn)業(yè)間耦合發(fā)展的資源循環(huán)利用體系，并重點(diǎn)推廣鋼鐵行業(yè)成熟節(jié)能的降碳工藝。鋼鐵行業(yè)自身也應(yīng)秉持“減量化、資源化、無害化”的原則，大力推動(dòng)鋼鐵固廢資源綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本文簡要概括我國鋼鐵行業(yè)固廢種類分布和利用存在的問題，著重對(duì)固廢綠色低碳發(fā)展方向加以探討，并整理近期發(fā)布的固廢利用產(chǎn)業(yè)政策，以期對(duì)鋼鐵行業(yè)固廢資源化高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 鋼鐵行業(yè)固廢種類分布及利用存在的問題

1.1 鋼鐵行業(yè)固廢種類分布

我國2022年上半年粗鋼產(chǎn)量為5.27億噸，其中“高爐—轉(zhuǎn)爐”長流程生產(chǎn)模式占到粗鋼產(chǎn)量的約90%，預(yù)計(jì)“十四五”期間我國每年粗鋼產(chǎn)量仍會(huì)維持在10億噸左右；鋼鐵行業(yè)未來一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展的重點(diǎn)是通過提高短流程電爐煉鋼占比，以實(shí)現(xiàn)行業(yè)節(jié)能減排綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。因“非高爐煉鐵—電爐煉鋼”短流程生產(chǎn)工藝模式仍處于開發(fā)階段，改變現(xiàn)有鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)工序模式尚需時(shí)間，因此，鋼鐵行業(yè)固廢種類也會(huì)繼續(xù)維持現(xiàn)有的規(guī)模數(shù)量。主要固廢種類分布如表1所示。

1.2 鋼鐵行業(yè)固廢利用存在的問題

我國鋼鐵行業(yè)固廢利用技術(shù)研究與生產(chǎn)已持續(xù)一段時(shí)間，但就目前綜合利用效果來看，仍存在諸多問題：部分企業(yè)重視不夠，固廢利用管理水平待提升；底數(shù)不清楚，各類固廢處理利用過程中統(tǒng)計(jì)不完善；各類固廢處理技術(shù)瓶頸仍存在，產(chǎn)學(xué)研用一體化推進(jìn)不足；固廢利用產(chǎn)品市場接受度低，市場也無法大量消化；行業(yè)壁壘難以突破，多行業(yè)間協(xié)同發(fā)展受阻等。

2 鋼鐵行業(yè)固廢綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施路徑

回收利用好固廢資源主要就是要實(shí)現(xiàn)“量少效率高”，包括產(chǎn)生的固廢數(shù)量少、處理中間產(chǎn)品能源消耗少、固廢回收綜合利用效率高等方式。其本質(zhì)就等同于一種低碳的行為，最終實(shí)現(xiàn)固廢不出廠、固廢全部資源化、廠內(nèi)無“固廢”這一概念，從而實(shí)現(xiàn)減碳降碳綠色環(huán)保的發(fā)展理念。

對(duì)于固廢資源回收利用的過程，建議從系統(tǒng)的角度出發(fā)，科學(xué)研判企業(yè)自身與所處城市范圍內(nèi)的固廢范圍、數(shù)量，協(xié)同創(chuàng)建“無廢城市”，統(tǒng)籌考慮固廢資源化回收的體系建設(shè)、資源利用和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等，最終從源頭、過程、末端、綜合利用和產(chǎn)業(yè)間耦合五方面實(shí)現(xiàn)“固廢不出廠”和打造“無廢城市”，具體實(shí)施路徑如圖1所示。

圖1 鋼鐵行業(yè)固廢綠色低碳發(fā)展實(shí)施路徑

2.1 源頭減量化發(fā)展

如何減少固廢的產(chǎn)生，其本質(zhì)就是要抓住固廢的源頭，“抓源頭”即從源頭上避免或是降低固廢的產(chǎn)生，走固廢減量化發(fā)展的路線。固廢產(chǎn)生的數(shù)量少，就意味著物質(zhì)在傳遞過程中涉及到的能耗也將同步減少，從物質(zhì)流和能量流兩部分實(shí)現(xiàn)減碳、降碳。對(duì)于傳統(tǒng)的“高爐—轉(zhuǎn)爐”長流程煉鋼生產(chǎn)工藝而言，想要從源頭減量化發(fā)展，首先應(yīng)踐行高爐的“精料方針”，保證相對(duì)合理的高爐入爐綜合品位。高爐入爐綜合品位應(yīng)至少保證50%以上，越高的入爐品位就意味著相對(duì)少的渣量產(chǎn)生，渣量少了對(duì)應(yīng)固廢的產(chǎn)量就少，可從源頭上降低固廢的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)源頭減量化和低碳的目的。對(duì)于短流程電爐煉鋼工藝而言，一方面需保證廢鋼的來源相對(duì)穩(wěn)定，廢鋼的類型及產(chǎn)品雜質(zhì)相對(duì)少；另一方面盡可能將廢鋼預(yù)熱后送至電爐，從源頭上盡可能降低電爐除塵灰的產(chǎn)生，減少固廢和危廢的數(shù)量，降低電爐生產(chǎn)過程的石墨電極消耗和噸鋼電耗，從而實(shí)現(xiàn)減碳、降碳生產(chǎn)。

2.2 過程多點(diǎn)化控制

過程多點(diǎn)化控制要求一方面通過生產(chǎn)過程監(jiān)控、減少固廢產(chǎn)生點(diǎn)，另一方面增加有益元素進(jìn)產(chǎn)品、不出廠，同時(shí)盡可能減少有害元素在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)富集。過程多點(diǎn)化控制是源頭減量化發(fā)展的延伸，通過精準(zhǔn)、精確、精細(xì)的過程管理和有效監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)固廢產(chǎn)出的新增源頭，采取技術(shù)創(chuàng)新、工藝調(diào)整、裝備升級(jí)等手段減少過程中固廢產(chǎn)生的數(shù)量，解決固廢轉(zhuǎn)移過程中統(tǒng)計(jì)缺失等問題。在多點(diǎn)控制的基礎(chǔ)上，盡可能回收并確保有益元素一次性實(shí)現(xiàn)進(jìn)入終端產(chǎn)品，不再為重新提取有益元素回收后進(jìn)系統(tǒng)付出更多的能量，降低物質(zhì)在系統(tǒng)的流轉(zhuǎn)，再一次實(shí)現(xiàn)物質(zhì)流和能量流兩方面的減碳、降碳。

2.3 末端就地化利用

在工藝各流程的節(jié)點(diǎn)處或產(chǎn)品、產(chǎn)線的終端實(shí)現(xiàn)附屬品包括熱態(tài)渣、高爐沖渣水余熱、余能等連續(xù)化回收利用，作為新工藝源頭，達(dá)到“直接用”的效果。品質(zhì)好的余熱余能發(fā)電效果好、利用率高，自發(fā)電率已從2015年的44%提高到2021年的54%，但如果品質(zhì)相對(duì)差的余熱一方面其自發(fā)電利用率低，另一方面因其內(nèi)循環(huán)技術(shù)還不夠成熟等問題依舊存在，就需要將其通過技術(shù)研發(fā)迭代、設(shè)備優(yōu)化升級(jí)等手段，使之成為另一產(chǎn)品線的源頭，最終的目的還是實(shí)現(xiàn)“直接用”，最大化地減少產(chǎn)品因中間形態(tài)變化和留置不用而帶來的能量耗損，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)過程碳利用最大化，避免新增碳使用。

2.4 固廢綜合化利用

傳統(tǒng)方法對(duì)于高爐渣、鋼渣等固廢資源化利用后的產(chǎn)品多數(shù)附加值低，同時(shí)受到渣成分多變和安定性差等因素的影響，廠內(nèi)堆放固廢會(huì)占用大量土地。此外，廠區(qū)內(nèi)固廢產(chǎn)生的點(diǎn)多、量大、難轉(zhuǎn)運(yùn)等問題，導(dǎo)致有價(jià)元素重新回到系統(tǒng)中成為產(chǎn)品要付出比丟棄更大的代價(jià)。因此在現(xiàn)有固廢處理資源化利用的基礎(chǔ)上，從技術(shù)端入手，結(jié)合低碳環(huán)保的要求，國內(nèi)部分鋼鐵廠已經(jīng)在廠區(qū)內(nèi)開展綜合利用的項(xiàng)目。如太鋼在原有對(duì)高爐渣生產(chǎn)礦渣超細(xì)粉和礦渣棉的基礎(chǔ)上，持續(xù)研發(fā)，通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行適應(yīng)化改造和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)礦渣棉到高等級(jí)巖棉的產(chǎn)品升級(jí)，產(chǎn)品品類擴(kuò)大的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高爐熱態(tài)渣顯熱的回收利用，實(shí)現(xiàn)了綠色降碳。山西建邦成功開發(fā)了“冶金除塵灰智能分選技術(shù)”，該技術(shù)根據(jù)除塵灰顆粒細(xì)、流動(dòng)性強(qiáng)、親水性差、化學(xué)成分復(fù)雜等原料特點(diǎn)，對(duì)磁選、浮選、重選等傳統(tǒng)選礦設(shè)備進(jìn)行了顛覆性的技術(shù)改造和創(chuàng)新，最終可分選出鐵精粉、碳粉、硫酸鋅、氯化鉀、氯化鈉、金、銀、銦、水泥原料等九大產(chǎn)品，徹底實(shí)現(xiàn)工業(yè)固廢全量化、資源化，最終將除塵灰“吃干榨凈”。包鋼200萬噸CCUS（碳捕集利用與封存）一期50萬噸示范項(xiàng)目將對(duì)工業(yè)廢煙氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集，一部分經(jīng)管道輸送包鋼碳化法鋼鐵渣綜合利用項(xiàng)目進(jìn)行固化利用。雖然該項(xiàng)目的實(shí)施目前還在探索階段，但其在固廢資源化利用和節(jié)能降碳之間實(shí)現(xiàn)耦合，將為固廢資源化利用提供更多的解決思路和方案。

2.5 產(chǎn)業(yè)間耦合協(xié)同

圍繞產(chǎn)業(yè)所在城市，以創(chuàng)建“無廢城市”為目標(biāo)，在政府部門指導(dǎo)監(jiān)管下，由鋼鐵廠設(shè)立固廢危廢綜合利用中心。該中心將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)間固廢危廢和城市廢棄物的集中回收處理資源化利用，在產(chǎn)業(yè)間耦合協(xié)同的基礎(chǔ)上，既擴(kuò)大原有固廢資源利用數(shù)量和范圍，又完成對(duì)城市廢棄物集中處理，實(shí)現(xiàn)“無廢城市”建設(shè)目標(biāo)，彰顯鋼鐵行業(yè)的社會(huì)責(zé)任與價(jià)值。

3 固廢資源綜合利用法規(guī)政策標(biāo)準(zhǔn)體系支持

我國自“八五”時(shí)期開始對(duì)固廢處理的行業(yè)政策均有定性表述，具體如表2所示，工業(yè)固廢利用率定量的指標(biāo)要求如圖2所示。

圖2 不同發(fā)展時(shí)期工業(yè)固廢綜合利用率變化情況

由圖2可以看出，從“八五”到“十二五”，工業(yè)固廢綜合利用率的目標(biāo)要求迅速提升，“十五”期間雖沒有具體目標(biāo)值設(shè)定，但后續(xù)“十一五”和“十二五”利用率目標(biāo)值的進(jìn)一步提升，表明“十五”期間仍在原有基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展。結(jié)合表2的內(nèi)容可知，“十三五”“十四五”連續(xù)十年的規(guī)劃中，均只有對(duì)工業(yè)固廢定性化描述，缺少定量化目標(biāo)，直到2022年2月，工信部等部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快推動(dòng)工業(yè)資源綜合利用的實(shí)施方案》中再一次明確提到利用率的具體目標(biāo)值。文件要求到2025年，鋼鐵等重點(diǎn)行業(yè)工業(yè)固廢產(chǎn)生強(qiáng)度下降，力爭大宗工業(yè)固廢綜合利用率達(dá)到57%�？梢钥吹�，57%的利用率其值遠(yuǎn)低于“十二五”時(shí)的72%，究其原因主要為近十年內(nèi)大宗工業(yè)固廢的絕對(duì)量增加值遠(yuǎn)超之前規(guī)劃時(shí)的預(yù)期值，同時(shí)近些年對(duì)于大宗工業(yè)固廢的規(guī)范統(tǒng)計(jì)使得原有隱藏的固廢量得以重新暴露，加上綜合回收處理大宗固廢的突破性技術(shù)少，以上3個(gè)因素疊加使得《實(shí)施方案》設(shè)定的目標(biāo)值僅為57%。該《實(shí)施方案》同時(shí)要求到2025年，冶金渣的利用率要達(dá)到73%，廢鋼鐵資源利用量達(dá)到3.2億噸。

2022年2月，《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》和《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南（2022年版）》等產(chǎn)業(yè)政策落地執(zhí)行，文件要求鋼鐵行業(yè)構(gòu)建產(chǎn)業(yè)間耦合發(fā)展的資源循環(huán)利用體系，對(duì)節(jié)能降碳工作提出了最新要求，指出應(yīng)加快成熟工藝的普及與推廣，其中與固廢產(chǎn)生及處理相關(guān)的有開展余熱余能梯級(jí)綜合利用和循環(huán)經(jīng)濟(jì)低碳改造等，具體內(nèi)容如表3所示。

自“十三五”以來，我國加大重視固廢資源化回收利用，工業(yè)資源綜合利用法規(guī)政策標(biāo)準(zhǔn)體系日益完善，技術(shù)裝備水平顯著提升，產(chǎn)業(yè)集中度和協(xié)同發(fā)展能力大幅提高。在法規(guī)政策和標(biāo)準(zhǔn)體系的引領(lǐng)下，企業(yè)可更好地制定固廢資源利用發(fā)展規(guī)劃方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)固廢資源化利用實(shí)施路徑。“十三五”以來重要的工業(yè)資源綜合利用法規(guī)政策匯總?cè)绫?所示。

由表4可以看出，進(jìn)入“十四五”后，我國對(duì)于鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策發(fā)布數(shù)量和頻次均大幅增加，涉及鋼鐵行業(yè)固廢資源利用的政策內(nèi)容更詳實(shí)，定量指標(biāo)要求重要程度愈發(fā)凸顯，一方面要求固廢產(chǎn)生總量大幅下降，另一方面要求固廢資源利用率明顯提升。一升一降的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)不僅要靠企業(yè)提高自身環(huán)保認(rèn)識(shí)程度和管理能力，將固廢視為資源，還需要加大固廢利用的資金和人員投入，盡快實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。鋼鐵行業(yè)節(jié)能降耗綠色低碳發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域?qū)�產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響，是最終完成“雙碳”目標(biāo)的重要突破口。

因此，不管是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策對(duì)固廢資源利用的定量化指標(biāo)要求，還是加快固廢資源利用成熟工藝技術(shù)的推廣，亦或是開發(fā)新綜合利用處理技術(shù)，出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)還得通過企業(yè)自身圍繞產(chǎn)業(yè)政策制定規(guī)劃實(shí)施路徑，同時(shí)相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)政策也需要及時(shí)跟進(jìn)。在現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)政策的基礎(chǔ)上，建議國家在科技立項(xiàng)和財(cái)政支持等方面出臺(tái)政策支持，以提升鋼鐵行業(yè)固廢綜合利用等重點(diǎn)領(lǐng)域新處理工藝技術(shù)、解決方案的不斷探索實(shí)踐和有效落地實(shí)施。此外，為了更好地摸清固廢底數(shù)，須不斷細(xì)化和完善相關(guān)法律法規(guī)和政策，實(shí)行嚴(yán)格的固廢處理登記制度和固廢利用企業(yè)準(zhǔn)入機(jī)制，強(qiáng)化對(duì)固廢的規(guī)范化處置和資源化利用。同時(shí)也應(yīng)看到，隨著鋼鐵行業(yè)逐漸短流程化，鋼材品質(zhì)高端化的過程中，電爐除塵灰和酸洗污泥的危廢產(chǎn)生量也大量增加，帶來了新的固廢利用難題，需加以重視并提前做好技術(shù)儲(chǔ)備。因此，鋼鐵行業(yè)固廢利用產(chǎn)業(yè)政策、標(biāo)準(zhǔn)體系和系列標(biāo)準(zhǔn)也需動(dòng)態(tài)完善調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)全行業(yè)內(nèi)固廢利用各環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)體系全覆蓋。目前，冶金工業(yè)出版社已出版《燒結(jié)用鋼渣磁選料》《鋼渣基固結(jié)粉尾砂膠結(jié)充填技術(shù)規(guī)范》等70余項(xiàng)涉及冶金行業(yè)固廢利用的標(biāo)準(zhǔn)體系，及《熔融高爐渣在線制備無機(jī)纖維理論與實(shí)踐》《固廢資源化利用生態(tài)工業(yè)園區(qū)規(guī)劃》等20余本各類固廢利用專業(yè)書籍，為廣大科技工作者、專業(yè)人員及企業(yè)提供專業(yè)幫助和參考。

4 結(jié)  論

1、我國鋼鐵高位產(chǎn)量仍將維持一段時(shí)間，每年伴生的鋼鐵行業(yè)固廢資源量短時(shí)間不會(huì)迅速減少，固廢雖有一部分能得到較好的資源化利用，但因固廢利用處理工藝尚未實(shí)現(xiàn)較好的突破，仍有大量的難處理固廢需占用大量土地資源而帶來環(huán)保問題。

2、鋼鐵行業(yè)固廢綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展要遵循“減少固廢總量，提高綜合利用效率”的總原則。通過源頭、過程、末端和綜合利用四方面入手，實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)“固廢不出廠”的目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)耦合與城市固廢危廢協(xié)同處理，最終創(chuàng)建“無廢城市”，打造綠色環(huán)保生態(tài)城市圈。

3、我國自“八五”開始在產(chǎn)業(yè)政策中對(duì)固廢利用已有具體要求。企業(yè)應(yīng)緊緊依托現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)政策，提高自身對(duì)固廢的管理和認(rèn)識(shí)，抓緊落實(shí)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)政策，應(yīng)用現(xiàn)有成熟固廢利用技術(shù)。政府層面也應(yīng)持續(xù)優(yōu)化并完善固廢利用法規(guī)政策標(biāo)準(zhǔn)體系，為提升固廢利用做好保障，從而早日實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)固廢綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。