摘要：炼钢渣是钢铁工业排放量最大的固体废弃物之一，其年产量随钢铁工业产能扩张持续攀升。若无法实现高效资源化利用，不仅会占用大量土地资源形成堆存压力，还可能通过渗滤、扬尘等途径污染土壤、水体及大气环境。基于此，文章以炼钢渣冶金资源化利用为核心研究方向，在系统剖析炼钢渣化学组成、物相结构及其冶金回用潜力的基础上，从工艺适配性、价值转化效率及环境影响等多维度开展综合评价研究，旨在为构建炼钢渣高效冶金回用技术体系、推动钢铁工业固废减量化与资源化循环提供理论支撑与技术参考。

　　关键词：炼钢渣；冶金资源化；循环利用

　　钢铁工业是国民经济的支柱产业，同时也是资源消耗与废弃物排放的重点领域。炼钢渣是转炉、电炉等钢炼中产生的熔融态废渣，传统存储方式以堆存为主，不仅会占用耕地、耗费堆场建设成本，还容易因水化膨胀导致土壤碱化，对生态环境构成潜在威胁［1］。在“双碳”目标不断推进的背景下，炼钢渣资源化利用已经成为钢铁工业绿色转型的重点，而冶金资源化利用可以直接将炼钢渣回用于钢铁生产流程，实现铁、钙等有价值元素的循环利用，对于减少原生矿产消耗有一定帮助。

　　1炼钢渣成分与传统炼钢渣利用现状

　　炼钢渣成分因炼钢工艺（转炉渣、电炉渣）、钢种（普碳钢、合金钢）和造渣剂（石灰、萤石等）的不同存在差异，但其主要成分具有共性，如钙氧化物（CaO）、铁氧化物（FeO、Fe2O3）、SiO2、MgO及少量P2O5、MnO等。其中，钙氧化物和铁氧化物是炼钢渣在冶金过程中回用的核心价值成分，钙氧化物可作为熔剂替代石灰，铁氧化物则可回收其中的铁元素，如表1所示［2］。

　　传统炼钢渣的二次资源化利用，主要集中于建筑、农业及制造业等领域，其中建筑行业为核心应用场景，具体涵盖道路填筑、建材制备等方向，如水泥混合材、混凝土骨料；农业领域主要用于针对酸性土壤调理的生产土壤改良剂及缓释肥原料；制造业中则可作为玻璃、染料等产品的辅助原料实现资源化。但上述应用路径普遍存在附加值偏低的问题，未能充分挖掘炼钢渣作为二次资源的潜在价值。基于此，将炼钢渣回归冶金工业进行资源化回用，不仅能显著提升其资源利用效率，还可替代部分冶金原料，降低钢铁生产的原料消耗与成本，为钢铁工业资源循环体系的构建提供有效支撑。

　　2炼钢渣冶金资源化利用的技术路径

　　炼钢渣作为钢铁生产过程中产生的主要固体废弃物之一，其中含有多种可利用元素，如铁、钙、镁等，通过合理技术手段实现冶金过程内的循环回用，不仅能够降低原料消耗，还可以减少固废排放。

　　2.1烧结工序回用

　　烧结工序是炼钢渣最成熟、应用最广泛的回用场景，其核心逻辑是通过预处理将炼钢渣转化为适配烧结工艺的原料，进而实现铁元素回收与熔剂替代的双重价值。具体流程为炼钢渣首先经过颚式破碎机破碎至5mm以下颗粒，再通过磁选设备分离出其中的铁磁性物质（如金属铁、Fe3O4等），随后经振动筛筛分分级，获得粒度均匀的筛下物（通常粒度≤3mm），作为辅料掺入烧结混合料中［3］。从实际应用效果层面分析，预出后的炼钢渣可以提升烧结矿铁含量，磁选后的炼钢渣铁品位可达25%~40%，然后按3%~5%的比例掺入烧结料，可使烧结矿铁品位提高0.5%~1.2%，相当于部分替代铁精粉，这样有利于降低对高价铁矿的依赖。如果烧结工序每年回用炼钢渣15万吨，就可以减少铁精粉消耗约8万吨。

　　另外，还能够进一步降低燃料消耗，炼钢渣中的CaO通常是以游离态形式存在，无需像石灰石那样经历分解吸热反应（该反应需吸收约1780kJ/kg的热量），因此每掺入1%的炼钢渣，可减少2%~5%的烧结煤耗。但需要注意的是该技术对比例有较大限制，因为炼钢渣中通常含有0.5%~2%的P2O5，而烧结矿作为高炉炉料，其磷含量需控制在0.08%以下（优质钢种要求更低）。若炼钢渣掺量超过5%，会导致P2O5在烧结矿中快速富集，一旦超标，将直接增加后续转炉炼钢的脱磷难度，甚至影响钢坯质量。因此，企业需通过实时检测烧结矿磷含量，动态调整炼钢渣掺量，以确保工艺稳定。

　　2.2高炉炼铁回用

　　高炉炼铁工序回用炼钢渣可以实现“渣－铁”闭环循环，替代传统造渣并回收铁元素。预处理后的炼钢渣要满足高指标需要，在过程中可通过磁选将铁品位提升，然后再借助破碎、筛分将颗粒控制在8~30mm，以免细颗粒影响高炉透气性。在高炉内，炼钢渣的作用体现在两方面：一方面是作为熔剂调节炉渣碱度，炼钢渣中的CaO含量可达40%~50%、MgO含量5%~10%，能直接替代石灰石（CaCO3）和白云石（CaCO3·MgCO3），这样的方式可以减少造渣剂消耗，由于省去了石灰石分解的吸热过程，可以有效降低高炉焦比。另一方面，炼钢渣中的铁氧化物（FeO、Fe2O3等）在高炉高温还原氛围下，会被焦炭还原为金属铁，进入铁水系统，该技术可使钢铁企业的铁总回收率得到提升，约为0.5%~1%，如果按年产1000万吨钢计算，相当于每年多回收铁5万~10万吨［4］。

　　在此基础上，还应进行预处理，主要因素则是炼钢渣中的有害元素（如锌、铅）是制约其高炉回用的关键瓶颈，锌、铅的沸点较低（分别为907℃、1749℃),在高炉高温区会挥发为气态，随煤气上升至低温区后冷凝并附着在炉料表面形成循环富集，长期积累可能导致高炉炉墙结瘤、料柱透气性恶化，进而影响顺行。而通过预处理能够有效降低有害元素含量，例如，采用水洗脱锌法将炼钢渣与热水按1:3的比例混合搅拌，使可溶性锌盐（如ZnO）溶解进入水中，经固液分离后，锌含量降低，对于满足高炉回用要求有一定帮助。

　　2.3转炉炼钢回用

　　转炉炼钢过程中直接回用炼钢渣简称“钢渣返回炼钢”，这是一种“以渣化渣”的高效循环模式，其核心是利用炼钢渣中的残余活性成分优化炼钢反应的过程。该技术对炼钢渣的预处理要求相对简单，只需通过破碎、筛分去除大块杂物，控制粒度在50mm以下即可，但对渣的化学稳定性要求极高。在转炉炼钢初期（脱磷阶段），加入适量炼钢渣可发挥明显作用，即快速提升熔池碱度，炼钢渣中的游离CaO（f-CaO）和硅酸钙具有强碱性，能在10~15min内将熔池碱度（CaO/SiO2）从1.0提升至2.5以上，这样能够为脱磷、脱硫反应创造强碱性环境，使脱磷效率提升。

　　在此基础上，还可以降低铁损，炼钢渣中的FeO含量通常为10%~20%，在高温下会与铁水中的碳发生反应，生成的铁返回熔池可降低铁损［5］。该技术的核心控制指标是炼钢渣中的f-CaO含量，f-CaO在遇水后会发生水化反应，体积快速膨胀，若炼钢渣中f-CaO含量超过3%，在转炉出钢后残留在钢包内的渣会因水化膨胀导致钢包内衬耐火材料开裂、剥落，进而缩短钢包使用寿命。因此，企业需通过陈化处理（将炼钢渣堆存3~6个月，利用自然降水促进f-CaO水化），将f-CaO含量控制在3%以下，确保回用安全。

　　3炼钢渣冶金资源化利用的评价体系

　　3.1技术可行性评价

　　炼钢渣冶金资源化利用评价应从原料适应性、工艺稳定性和产品质量三个维度评估，确保回用过程不影响钢铁生产主流程的高效运行。原料适应性需要关注炼钢渣成分波动对回用工艺的影响（如磷含量是否超标）；工艺稳定性重点考察回用过程对主流程（烧结、高炉、转炉）顺行的干扰（如是否导致堵料、结瘤）；产品质量则是评估回用后烧结矿、钢坯等产品的性能是否达标（如强度、成分均匀性）。

　　3.2经济合理性评价

　　核算全生命周期成本与收益，主要包括炼钢渣预处理、运输、回用等全流程支出，其中预处理成本包括破碎、磁选、筛分、脱硫脱磷等工艺环节的设备折旧、能耗、药剂消耗及人工费用；运输成本涉及炼钢渣从产生点到预处理车间、再到回用工序的转运费用，需结合运输距离、运输方式进行精准测算。收益则主要来源于三大方面：一是主流程原料与燃料消耗节约，炼钢渣中的CaO可替代石灰石作为熔剂，Fe、Mn等金属组分可回收利用，减少铁矿石、焦炭等原生资源的采购量；二是废弃物处理成本降低，炼钢渣回用可大幅减少堆存、填埋所需的土地租赁费用、防渗处理费用及环保治理费用；三是潜在的资源回收收益，通过磁选等工艺回收的废钢、铁粒可直接回用于炼钢工序，进一步提升经济效益。以某年产1000万吨的钢铁企业为例，若炼钢渣冶金回用率达到80%，年可节约铁矿石采购成本约1.2亿元，减少堆存费用0.3亿元，扣除预处理成本后，净收益可达0.8亿元~1.0亿元。

　　3.3环境友好性评价

　　在炼钢渣冶金资源化利用环境友好性评价中，建议从污染物排放和资源消耗两方面衡量，前者主要包括回用过程中粉尘、CO2排放量的变化（如烧结煤耗降低可减少CO2排放）。后者即评估原生矿产替代率（如每吨回用炼钢渣可替代0.6~0.8吨石灰石）和土地占用减少量（每万吨炼钢渣回用可节约堆存土地约333平方米）。这种方式不仅可以避免堆存过程中的环境风险，还能够进一步实现土地资源高效利用与对生态环境的保护。

　　4炼钢渣的冶金资源化评价

　　炼钢渣的冶金资源化利用虽已形成成熟技术路径，但在实际应用中仍面临成分波动大、有害元素影响明显、评价体系不完善等问题。为进一步提升利用效率，需要从多个方面进行系统性优化。

　　4.1加强源头控制

　　炼钢渣品质直接决定其回用价值和工艺适配性，而源头造渣工艺是影响品质的关键因素。目前，部分钢铁企业因炼钢过程中造渣剂加入量不稳定、熔池温度控制精度不足等问题，导致炼钢渣成分波动较大（如CaO含量偏差可达5%~8%，f-CaO含量忽高忽低）。针对上述情况，需从造渣工艺优化入手，在过程中可建立动态造渣模型，结合钢种需求实时调整石灰、萤石等造渣剂加入量，例如，在高磷钢冶炼中适当提高MgO含量，抑制磷元素向渣相迁移，从源头降低炼钢渣中P2O5的富集。同时有效控制熔池温度与搅拌强度，可通过优化氧枪枪位、底吹气体流量等参数确保熔池反应均匀，减少局部过冷导致的f-CaO残留（目标将f-CaO稳定控制在3%以下）。在此基础上，还可以推行“一罐到底”等一体化炼钢模式，减少钢渣在转运过程中的二次污染，避免外来杂质（如耐火材料碎屑）混入，上述方式可以为后续回用奠定了良好基础。

　　4.2研发高效预处理技术

　　预处理是连接炼钢渣产出与回用的关键环节，其技术水平直接决定后续回用效率与产品质量。现有技术在铁回收率、有害元素脱除效率上仍有提升空间。例如，传统磁选设备对弱磁性铁氧化物（如Fe2O3）的回收效率偏低，水洗脱锌法对复杂形态锌化合物（如铁酸锌）的去除效果有限，容易导致部分有价元素流失。因此，应重点研发智能化、高效化预处理技术，开发基于X射线荧光（XRF）的在线成分分析系统，结合AI算法准确识别炼钢渣中的铁颗粒与有害元素分布，以此引导磁选设备动态调整磁场强度与分选角度，进而提升铁回收率［6］。另外，研发微波辅助强化脱锌工艺，利用微波的选择性加热特性破坏锌化合物晶格结构，配合梯度pH值调节（2~10），能提高锌脱除率，进而为炼钢渣高效回用奠定基础。

　　4.3构建全生命周期评价体系

　　现阶段，炼钢渣回用技术选择多以经济效益为核心指标，对环境影响考量不足，部分技术虽短期成本较低，但存在长期环境风险。因此，可建立覆盖“产生—预处理—回用—废弃”全流程的生命周期评价体系，一是将环境指标纳入评价核心，例如，计算不同回用路径的碳足迹，如烧结回用可减少石灰石分解的CO2排放，而高炉回用可能因脱锌工艺增加能耗导致碳排放上升，优先选择低碳化技术［7］；二是增加生态风险评估，对于含重金属的炼钢渣，可通过淋溶实验模拟其在回用过程中重金属的迁移路径，进而评估对土壤、地下水带来的污染风险；三是构建“技术可行性－经济成本－环境影响”评价模型，例如，对比转炉回用与烧结回用的综合效益，转炉回用虽石灰消耗降低更显著，但对渣稳定性要求高，预处理成本较高，而烧结回用虽普适性强，却需控制磷含量，通过模型量化分析，为企业提供适配性最优的技术方案。

　　5结束语

　　综上所述，炼钢渣冶金资源化利用是实现钢业工业“减污降碳”与资源循环的关键路径，其在烧结、高炉、转炉等环节的回用技术已具备一定应用基础。但依然面临成分波动、预处理技术不足等挑战，可通过构建有效的评价体系，并结合控制源头与技术创新，有助于提升炼钢渣冶金回用效率，为钢铁行业绿色转型提供强有力的支撑。

参考文献

　　［1］董明甫.基于湿法冶金的铬盐尾渣高效回收工艺与技术开发［J］.山西冶金，2025，48（3）：68-70.

　　［2］王珠刚.双极膜电渗析在含盐工业废水资源化利用中的应用研究进展［J］.中国资源综合利用，2025，43（3）：117-119+129.

　　［3］段成银.冶金企业原料场粉尘治理与固废资源化利用技术研究［J］.山西冶金，2025，48（1）：69-71.

　　［4］史齐勇，齐鹏宇，宁超，等.钴冶炼废渣在冶金球团中的利用及球团性能提升机理［J］.安徽工业大学学报（自然科学版），2025，42（1）：1-8.

　　［5］何环宇，倪红卫，甘万贵，等.炼钢渣的冶金资源化利用及评价［J］.武汉工程大学学报，2009，31（1）：41-45.

　　［6］罗宝龙，栗克建，徐正萌，等.钢铁厂含Zn粉尘高效资源化利用和产业化现况［J］.广东化工，2024，51（21）：110-112.

　　［7］朱玲.2024年有色金属先进冶金技术装备与资源综合利用研讨会在广东清远召开［J］.中国有色金属，2024（17）：20-21.