蒼大強
北京科技大學
按照循環經濟、清潔生產理論和工業生態的方法，對冶金工業（鋼鐵工業和有色金屬工業）的固相、液相和氣相二次資源和二次能源實施再利用的途徑，作如下介紹：
冶金二次資源包括以下內容：
固相二次資源：廢鋼、冶金渣、塵、泥、廢棄耐火材料等；
液相二次資源：污水、濁循環水、凈循環水、濃縮液等。
氣相二次資源：各類煙氣、廢蒸汽等。
冶金二次能源：1）物理二次能源，含余熱（煙氣、熱水、熱渣等）、余壓等；
2）化學二次能源，主要有焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣等。
上述內容中的廢鋼、液相二次資源以及二次能源的利用已經在其他論文中分別介紹過了，本文重點介紹固相二次資源的利再資源化的內容。氣相二次資源目前資源化利用內容很少，本文也不作介紹。
本文介紹的“冶金工業二次資源再資源化”，包括“鋼鐵冶金二次資源再資源化”和“有色金屬工業二次資源再資源化“兩部分內容。
鋼鐵工業二次資源再資源化 其內容包括：渣：包括鐵渣（高爐渣、脫硫渣）、鋼渣（轉爐渣、電弧爐渣、精煉渣、連鑄渣等）、含鐵塵泥（高爐、轉爐除塵灰（干法除塵）、泥(濕法除塵）、廢棄耐火材料、廢水、廢氣、廢熱等。
“鋼鐵工業二次資源再資源化”具體技術如下：
（1） 高爐渣
由于鐵水脫硫渣數量少，而且是混在其他渣中處理了，故本詞條不作介紹。
高爐渣是高爐冶煉中熔劑礦物（如石灰石或白云石）分解的CaO、MgO與鐵礦石中的雜質（如石英、粘土、碳酸鹽等）和燃料（焦炭）中的灰分混合體，形成的以硅酸鹽和鋁硅酸鹽為主的熔融體（1400℃－1600℃）。這類熔融體的密度比鐵水輕，浮在鐵水表面，定期從高爐底部——排渣口排出。高爐渣是冶金工業中數量最多的一種渣，每生產1t生鐵產生0.3-0.4t高爐渣。高爐渣有以下幾種用途：
a． 生產高附加值陶瓷、微晶玻璃、礦渣纖維等產品。
目前已經開發出經過高溫改質生產出的上述產品，該技術既利用了高爐渣，又利用了高爐渣的高溫余熱，是既節能又環保的技術。
b.高爐水淬渣作水泥原料：將熔融高爐渣用水急冷，抑制其結晶，并使其在熱應力作用下破碎而形成疏松多孔的沙粒狀渣（直徑一般為0.5～5mm）。以非晶玻璃相為主的高爐水淬渣，活性高、易磨性好，又含有少量水泥需要的鐵，是制備水泥的理想原料。
c. 制備礦渣微粉產品：將高爐水淬渣經干燥、磨細且符合相應活性指數的粉狀材料，細度大于 350
（一般為 400～600
），因為具備更好的特性，如：①表面能高；②微觀填充作用；③化學活性增高，可以成為高性能混泥土的優質原料，還可以成為水泥的改性劑，明顯改善混凝土的性能（抑制堿骨料反應、抗海水侵蝕、降低水化熱等），提高產品合格率，由于可以部分代替熟料用量，還降低了成本。
d. 生產礦渣棉：用液態熔融狀高爐渣通過高速離心裝置制成的棉絲狀纖維，并被制成塊狀、板纖維制品。
（2） 鋼渣
鋼渣按煉鋼工藝分類：鋼渣可分為：轉爐渣、電弧爐渣、精煉渣、連鑄渣等，按冶煉過程可分為：初期渣、粗鋼渣、精煉渣及澆鑄渣；按形成形態可區分為：水淬粒狀鋼渣、塊狀鋼渣和粉狀鋼渣；按照鋼渣處理工藝可分為：熱悶渣、滾筒渣、?；L淬渣、改質渣等。
鋼渣主要由鈣、鐵、硅、鎂和少量鋁、錳、磷等的氧化物組成。主要的礦物相為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇輝石、鐵鋁酸鈣以及硅、鎂、鐵、錳、磷的氧化物形成的固熔體，還含有少量游離氧化鈣以及金屬鐵、氟磷灰石等。有的地區因礦石含鈦、釩和稀土等，鋼渣中也稍含有這些成分。鋼渣因爐型、鋼種以及每爐鋼冶煉階段的不同，有較大的差異。由于鋼渣的成分波動較大、不穩定，因此實際應用的量不大。
鋼渣因含游離氧化鈣、氧化鎂，易與水或濕氣反應，致使渣產品體積膨脹而碎裂,加上鋼渣活性低、易磨性差等，它們是導致鋼渣利用率低的主要原因。
鋼渣的產出量約為鋼產量的10%～15%，其中夾帶一些含鐵顆粒，其硬度大，密度為3000kg/m3左右。
我國的轉爐渣量最大，其次是電弧爐渣，精煉渣和連鑄渣一般都混合在前兩種渣中處理。
我國的鋼渣利用率目前因統計方法不同，有達到90%左右和30-40%兩種結果。
鋼渣的主要用途：
a. 作為煉鐵熔劑,直接加入高爐或加入燒結礦，在鋼鐵廠內部循環使用。鋼渣的成分中，除硅無用和磷有害外，鈣、鐵、鎂和錳（共占鋼渣總量的80％）都得到利用。但硫、磷含量較高的鋼渣作為熔劑，會使高爐煉鐵的利用系數降低，焦比增加。
b. 用作建筑或道路材料。需先將鋼渣存放3～6個月，待體積穩定以后使用。
c. 用作鋼渣肥料：鋼渣中的鈣、硅、錳以及微量元素均有肥效，還可作為渣肥施于酸性土壤。
d. 各類鋼渣均可作為填坑、填海造地材料。
e. 生產少量鋼渣水泥，多用轉爐鋼渣摻50％左右高爐?；?，10％左右石膏，磨制無熟料鋼渣水泥，或以15％左右水泥熟料代替鋼渣磨制少熟料水泥。
f. 鋼渣還可制造磚、瓦、碳化建筑材料等。
（3）含鐵塵泥
燒結粉塵和污泥匯同煉鐵煉鋼等工序的除塵粉塵和污泥，再加上軋鋼生產過程中產出的軋鋼皮（氧化鐵皮）等統稱含鐵塵泥。我國大型聯合鋼鐵企業產生的含鐵塵泥約占鋼產量的10%，其中燒結工序塵泥產出量占燒結礦產量的2%~4%，煉鐵工序高爐瓦斯灰和高爐瓦斯泥產出量約占鐵水產量的3%~4%，煉鋼工序塵泥產出量約占鋼產量的3%~4%，軋鋼工序固廢產出量約占軋材產量的0.8%~1.5%。這些粉塵(泥)除含有可回收利用的鐵元素以外，還有部分CaO、C等有用元素，鋼鐵企業一般將其加在燒結原料中重復利用，回收利用的其中的有用資源。
（4）廢棄耐火材料
我國每年產生的廢棄耐火材料大30萬噸以上，由于很難處理，除很少量返回生產線在利用外，大部分都作為垃圾處理，除了占用土地、浪費資源，還污染環境和影響人類健康。
國外發達國家非常重視廢氣耐材的回收利用，并且發展很快，所以再利用率比較高，有的已經高達80%，如美國鋼廠每年產生的數十萬噸廢耐材，原來幾乎全部用于填埋，1998年后，國家制定了很好的激勵政策，回收利用率顯著提高。主要用于脫硫劑、爐渣改質劑、耐火澆注料骨料等，還有用廢棄白云石作土壤調節劑、廢高鋁耐材作耐火澆注料等，通過這些渠道，大幅度減少了費耐材的填埋量。
日本廢耐材的再生利用率較高，已達91%，如鹿島鋼鐵廠每月900噸廢耐材，其中60%被成功回收，主要用于鋼包爐和電爐的助熔劑、滑板的修補料、澆注料和搗打料；高爐出鐵溝澆注料已經有50%得到回收，主要做出鐵溝不定型耐材的骨料；另外，廢鎂鉻磚可作偏心爐底出鋼口填料；連鑄水口廢耐材用作一種特殊水泥的結合劑，可將2個費水口重新制造1個新水口，強度比原來的更高。
意大利開發一種回收各種廢耐材直接噴入爐膛保護爐壁。
德國成功將轉爐廢鎂碳磚用于生產鋼包和轉爐永久爐襯。
韓國POSCO統一將回收的廢耐材經過挑選和破碎用作耐材原料、濺渣護爐料和鋪路料等。
伊朗利用廢鎂鉻磚作出鋼槽用耐材，減少了污染和獲得一定經濟效益。
國內廢耐材利用較少，多數處于試驗階段，利用率很低，如將廢棄硅質耐材用作玻璃原料、80%的廢鎂炭磚生產再生鎂碳磚，質量達到行業標準A級；用廢耐材制備出鐵溝搗打量；將鋼包鋁鎂澆注料加工成顆粒，按20%比例加入制備新的澆注料；將廢耐材用于造渣料、助熔劑等。
有色金屬工業二次資源再資源化 有色金屬有較多種類：如重金屬、貴金屬、輕金屬、稀有金屬、稀土金屬、稀散金屬、放射性金屬和半金屬等，共計64種元素。
21世紀初，有色金屬在世界金屬總產量中雖然只占5%（鋼鐵約占95%），但其產值卻幾乎與鋼鐵相當。由于礦石中有色金屬含量一般較低，為了得到1噸有色金屬，要開采成百噸乃至萬噸以上的礦石，而進一步將礦石冶煉各種有色金屬，還會產生大量二次資源，目前該領域的成果還無法滿足要求，故開發有色金屬二次資源的無害化利用技術和產品等意義重大。
有色金屬在開采、選礦、冶煉、加工及再生回收的方法很多，以冶煉有色金屬為例，有火法冶金、濕法冶金、生物法冶金和電冶金等，其中還有不少還沒有達到二次資源高效利用的要求。
有色金屬工業二次資源的利用：氣相和固相二次資源已經有相對較好的技術應對，如氣相二次資源利用已有煙塵和煙氣提取有價成分的技術，如煙氣提銦、SO2制備硫酸等；液相二次資源的利用則有較多廢水、廢液處理后的循環利用等；但固體二次資源的循環利用還有很多需要解決的問題，見下文。
有色金屬工業固體廢棄物排放量和比例見下表（90年代數據）：
赤泥、尾泥 5835.72 萬噸 90.12%
冶煉廢渣 336.72 萬噸 5.2%
爐渣 68.98 萬噸 1.1%
粉煤灰 81.9 萬噸 1.3%
化工渣 36.39 萬噸 0.6%
其他 115.64 萬噸 1.7% 共：100%
上述數據表明赤泥和尾泥的排放在有色金屬工業中占絕大多數，其他有色工業固體廢棄物的利用在其他行業已經有相應技術應對，如粉煤灰、爐渣的利用等。所以下面以電解鋁工業排放的赤泥為例，說明赤泥資源利用的現狀、技術和存在問題等。
赤泥的利用：
赤泥是氧化鋁生產過程中產生的廢渣，因為含有較高氧化鐵而呈紅色，故稱赤泥。由于工藝不同，雖然3種氧化鋁生產工藝不同：燒結法、拜耳法、聯合法，但都產生赤泥，成分以Ca-Si-Fe體系為主，目前生產1.0噸氧化鋁約產生1.0-1.8噸赤泥，由于內表面積大，赤泥含有較多水分（約80—90%），加上含有K、Na之類堿性元素，給赤泥利用帶來了困難。目前已經有一些赤泥用途：如制備水泥、生產磚、加氣混凝土砌塊、路面基層材料、部分新功能材料、硅鈣復合肥等。目前還有一些新的用途：如：采空區填充、提取氧化鐵紅、礦棉產品、粉煤灰活化、赤泥固硫劑等壓在研發中。
赤泥利用還有不少需要研究的課題，如脫水、堿金屬處理、有害元素無害化和低成本技術等，現在越來越多的專業人少參加了赤泥利用的研究，新的赤泥利用技術將會越來越多的出現。
有色金屬工業的二次資源的種類比鋼鐵工業多很多，本文限于篇幅，沒有作全面介紹。