钢渣资源化利用综合效益分析研究.docx

钢渣资源化利用综合效益分析研究 杨巍 徐国平 董有 程慧高 （中钢集团武汉安全环保研究院有限公司 武汉 430081） 摘 要:通过构建钢渣综合效益分析评估模型，旨在实现钢渣资源化效益最大化，并根据建立的模糊—层次分析评价模型，对利用模式中的7种建材产品进行了梯级利用综合效益评价。通过分析得出结论：该厂钢渣制备钢渣粉和烟气脱硫剂效益是“优秀”级别，制备粗集料、透水砖、膨胀剂是“良好”级别，制备预拌砂浆是“中等”级别，而制备道路混凝土的效益是“一般”级别。 关键词： 钢渣资源化 模糊-层次分析模型 钢渣粉 胶凝活性 1 引言 钢渣是指在炼钢过程中，由特意加入的造渣材料（石灰石、萤石、白云石、硅石等）、金属炉料中的杂质和各个元素被氧化的氧化物以及侵蚀的炉衬和补炉材料所形成的冶炼废弃物[1]。钢渣中包含部分废金属资源以及CaO、SiO2、MgO、Al2O3等无机材料成分[2]，钢渣作为二次资源进行进一步的开发利用，已经成为当前节能减排等大背景下的热点之一。我国的钢渣主要特点：一是钢渣堆存量大，由于我国的粗钢产量居世界第一，每年堆积的钢渣量巨大；二是利用率较低，这是相对比国外的钢渣资源化利用而言；三是钢渣分类不够细，大量钢厂由于钢种较为单一，导致不同种类的钢渣产量极为不平衡，也因此导致产量较小的钢渣与产量最大的转炉渣混合堆放。虽然我国的钢渣面临着严峻挑战，但是近年来我国的钢渣利用的研究却有着自己的优势，这与我国粗钢产量较高，转炉钢渣是我国钢渣品种最主要的组成部分有着密切的联系。 2 转炉钢渣资源化利用综合效益分析模式 近几年来，随着钢渣综合利用技术的不断发展，钢渣的稳定性差的问题已得到解决，钢渣已开始逐渐被视作一种资源而不是废物在冶金回用、水泥、混凝土、砂浆、砖、耐磨路面、废水废气处理、土壤改良等领域得到逐步应用，一系列的钢渣产品标准也已发布，开展钢渣的梯级利用已具有技术支撑。 对钢渣产品的综合效益产生影响的因素有经济效益、利用规模、环境效益、社会效益以及技术适应性。因此，可从这几个方面建立钢渣综合利用评价指标体系和模糊数学综合评价模型，同时对于每一个影响因子的综合权重可采用层次分析法来确定，并将此模型与用到某钢厂所排放的转炉渣，对其进行资源化利用效益综合评价。 2.1指标体系的建立 根据指标体系建立的原则结合钢渣资源化利用效益的实际特点，建立如下图1所示的指标体系[3]： 图1 钢渣资源化效益综合决策指标 钢渣的资源化效益A主要受到经济效益、利用规模、环境效益和技术适应性等的制约，其中，环境效益C1的制约因素主要是是否节约能耗P1、是否节约资源P2以及是否限制“废水”“废气”“废渣”的排放（以碳减排P3为准）；技术适应性U2的决定因素主要包括钢渣处理技术成熟度P4（即钢渣处理技术是否高效，并符合发展方向，该技术的推广程度和可能存在的技术风险也会对钢渣的资源化利用产生影响）、技术自适应性P5（即所采用钢渣处理技术是否符合该类型钢渣的特性，该特性主要考虑到该厂自身基础设施条件对钢渣处理技术的影响以及技术协调性是否良好。）、工艺复杂度P6（即钢渣处理工艺是否简洁、可操作性强）及自身胶凝活性指数P7；经济效益C3可直观的体现在每吨钢渣所产生的利润P8中；利用规模C4则由该厂某种类型钢渣产品生产量P9所决定等。 在这个体系中的胶凝活性指数P7是主要针对钢渣做钢渣粉并配入钢渣水泥中的决定因素。钢渣中虽然富含C2S3（硅酸二钙）和Ca3SiO3（硅酸三钙），具有一定的水硬性，但与水泥熟料相比，矿物结晶致密，晶粒较大，且C3S含量较少，导致其水化速度缓慢，活性比水泥低，使得钢渣水泥或混凝土产品早期强度低，从而限制了钢渣在在水泥和混凝土中的掺量。 需要指出的是，在技术适应性指标中的P7只适用于含有钢渣粉的产品中，而在应用这个体系来评价其他产品时，则要将P7指标修改为相应产品的关键技术指标，例如在制备脱硫剂中要改为CaO含量，在制备膨胀剂中要改为f-CaO含量等指标。 2.2层次分析法确定权重向量 根据上文可知，钢渣资源化综合评价效益问题的解决关键是如何确定各层次指标因素的权重，而确定因素权重的方法比较多，例如定性分析的德尔菲法（Delphi）、定量数据的主成分分析法、将定性与定量分析结合起来的层次分析法（AHP），此外还有专家评判法。由于钢渣资源化效益的综合决策中，既有确定因素也有不确定因素，同时，权重也是单个因素在整个系统中所具有的重要性的比重，应该根据其因素的重要程度来确定其值得大小 [70]。 表1 各评价因子权重的确定 评价因素 评价因子 内容 权重 内容 权重 环境效益 0.1634 能源消耗 0.2500 资源节约 0.5000 碳排放量 0.2500 技术适应性 0.2825 技术成熟度 0.1627 技术自适应