钢铁行业固废绿色低碳高质量发展路径

我国钢铁行业固废利用技术研究与生产已持续一段时间，但就目前综合利用效果来看，仍存在诸多问题：部分企业重视不够，固废利用管理水平待提升；底数不清楚，各类固废处理利用过程中统计不完善；各类固废处理技术瓶颈仍存在，产学研用一体化推进不足；固废利用产品市场接受度低，市场也无法大量消化；行业壁垒难以突破，多行业间协同发展受阻等。

如何减少固废的产生，其本质就是要抓住固废的源头，“抓源头”即从源头上避免或是降低固废的产生，走固废减量化发展的路线。固废产生的数量少，就意味着物质在传递过程中涉及到的能耗也将同步减少，从物质流和能量流两部分实现减碳、降碳。对于传统的“高炉—转炉”长流程炼钢生产工艺而言，想要从源头减量化发展，首先应践行高炉的“精料方针”，保证相对合理的高炉入炉综合品位。高炉入炉综合品位应至少保证50%以上，越高的入炉品位就意味着相对少的渣量产生，渣量少了对应固废的产量就少，可从源头上降低固废的产生，实现源头减量化和低碳的目的。对于短流程电炉炼钢工艺而言，一方面需保证废钢的来源相对稳定，废钢的类型及产品杂质相对少；另一方面尽可能将废钢预热后送至电炉，从源头上尽可能降低电炉除尘灰的产生，减少固废和危废的数量，降低电炉生产过程的石墨电极消耗和吨钢电耗，从而实现减碳、降碳生产。

过程多点化控制要求一方面通过生产过程监控、减少固废产生点，另一方面增加有益元素进产品、不出厂，同时尽可能减少有害元素在系统内循环富集。过程多点化控制是源头减量化发展的延伸，通过精准、精确、精细的过程管理和有效监控，及时发现固废产出的新增源头，采取技术创新、工艺调整、装备升级等手段减少过程中固废产生的数量，解决固废转移过程中统计缺失等问题。在多点控制的基础上，尽可能回收并确保有益元素一次性实现进入终端产品，不再为重新提取有益元素回收后进系统付出更多的能量，降低物质在系统的流转，再一次实现物质流和能量流两方面的减碳、降碳。

在工艺各流程的节点处或产品、产线的终端实现附属品包括热态渣、高炉冲渣水余热、余能等连续化回收利用，作为新工艺源头，达到“直接用”的效果。品质好的余热余能发电效果好、利用率高，自发电率已从2015年的44%提高到2021年的54%，但如果品质相对差的余热一方面其自发电利用率低，另一方面因其内循环技术还不够成熟等问题依旧存在，就需要将其通过技术研发迭代、设备优化升级等手段，使之成为另一产品线的源头，最终的目的还是实现“直接用”，最大化地减少产品因中间形态变化和留置不用而带来的能量耗损，进而实现过程碳利用最大化，避免新增碳使用。

传统方法对于高炉渣、钢渣等固废资源化利用后的产品多数附加值低，同时受到渣成分多变和安定性差等因素的影响，厂内堆放固废会占用大量土地。此外，厂区内固废产生的点多、量大、难转运等问题，导致有价元素重新回到系统中成为产品要付出比丢弃更大的代价。因此在现有固废处理资源化利用的基础上，从技术端入手，结合低碳环保的要求，国内部分钢铁厂已经在厂区内开展综合利用的项目。如太钢在原有对高炉渣生产矿渣超细粉和矿渣棉的基础上，持续研发，通过对设备进行适应化改造和优化，实现矿渣棉到高等级岩棉的产品升级，产品品类扩大的同时实现了高炉热态渣显热的回收利用，实现了绿色降碳。山西建邦成功开发了“冶金除尘灰智能分选技术”，该技术根据除尘灰颗粒细、流动性强、亲水性差、化学成分复杂等原料特点，对磁选、浮选、重选等传统选矿设备进行了颠覆性的技术改造和创新，最终可分选出铁精粉、碳粉、硫酸锌、氯化钾、氯化钠、金、银、铟、水泥原料等九大产品，彻底实现工业固废全量化、资源化，最终将除尘灰“吃干榨净”。包钢200万吨CCUS（碳捕集利用与封存）一期50万吨示范项目将对工业废烟气中的二氧化碳进行捕集，一部分经管道输送包钢碳化法钢铁渣综合利用项目进行固化利用。虽然该项目的实施目前还在探索阶段，但其在固废资源化利用和节能降碳之间实现耦合，将为固废资源化利用提供更多的解决思路和方案。

围绕产业所在城市，以创建“无废城市”为目标，在政府部门指导监管下，由钢铁厂设立固废危废综合利用中心。该中心将实现产业间固废危废和城市废弃物的集中回收处理资源化利用，在产业间耦合协同的基础上，既扩大原有固废资源利用数量和范围，又完成对城市废弃物集中处理，实现“无废城市”建设目标，彰显钢铁行业的社会责任与价值。

由图2可以看出，从“八五”到“十二五”，工业固废综合利用率的目标要求迅速提升，“十五”期间虽没有具体目标值设定，但后续“十一五”和“十二五”利用率目标值的进一步提升，表明“十五”期间仍在原有基础上继续发展。结合表2的内容可知，“十三五”“十四五”连续十年的规划中，均只有对工业固废定性化描述，缺少定量化目标，直到2022年2月，工信部等部门联合印发《关于加快推动工业资源综合利用的实施方案》中再一次明确提到利用率的具体目标值。文件要求到2025年，钢铁等重点行业工业固废产生强度下降，力争大宗工业固废综合利用率达到57%。可以看到，57%的利用率其值远低于“十二五”时的72%，究其原因主要为近十年内大宗工业固废的绝对量增加值远超之前规划时的预期值，同时近些年对于大宗工业固废的规范统计使得原有隐藏的固废量得以重新暴露，加上综合回收处理大宗固废的突破性技术少，以上3个因素叠加使得《实施方案》设定的目标值仅为57%。该《实施方案》同时要求到2025年，冶金渣的利用率要达到73%，废钢铁资源利用量达到3.2亿吨。