我國是鋼鐵大國，鋼產量占全球的53%，鋼渣是鋼鐵生產過程的副產物，約占鋼鐵產量的10%~15%，年排放鋼渣超過1億噸，累計堆存15億噸，有效利用率長期低于30%。面對我國年排放超1億噸、累計堆存15億噸的鋼渣固廢，如何合理利用逐漸發展成為制約鋼鐵行業可持續發展的關建難題之一。

　　鋼渣固廢到底該何去何從？行業目前是否具備規模化、高值化、可持續化的鋼渣固廢解決方案？近日，中國寶武中央研究院首席研究員肖永力向《中國冶金報》記者全面介紹了一條能夠實現鋼渣從工業固廢到高等級路面材料價值重構的技術體系。

　　據肖永力介紹，就目前而言，國內外傳統鋼渣處理工藝，無論是熱潑法還是熱燜法（占比95%以上）均為靜態緩冷工藝，開放作業、流程長，尤其是鋼渣游離氧化鈣（f-CaO）含量波動大，一般在5%~20%，體積安定性差，遇水膨脹率超過5%，嚴重制約了鋼渣的資源利用。與此同時，聚焦國內基建發展，我國是交通基建強國，高速公路里程于2024年達到19.07萬公里。瀝青路面是國內外主流鋪裝形式，占95%以上。公路新建和養護需要巨量天然集料，僅瀝青路面抗滑表層每年就需集料4億噸~6億噸，天然集料使用年限不到15年，開采既破壞環境又面臨資源枯竭問題，亟須尋找替代資源。

　　“一方面，大宗鋼渣固廢排放無處去，另一方面，巨量天然集料資源枯竭，急需替代。由此可見，解決鋼渣堆存污染和道路集料資源枯竭的雙重難題，急需我們推動跨學科理論突破與顛覆性技術創新，以實現鋼渣大規模替代天然集料。”肖永力表示。

　　隨后，肖永力展開介紹了鋼渣的成分特征。就主要礦物組成而言，鋼渣中的硅酸鈣（C2S/C3S, 40%~50%）有潛在膠凝活性，游離氧化鈣（f-CaO, 5%~20%）為體積安定性風險因子。就物理特性而言，鋼渣莫氏硬度值為6~7，可媲美玄武巖，道路用天然骨料的硬度值則為5~6；鋼渣的密度為3.2克/立方厘米~3.6克/立方厘米，較道路用天然骨料密度高出10%~15%；洛杉磯磨耗值≤18%，而道路用天然骨料的洛杉磯磨耗值為25%~30%。

　　“鋼渣本身的礦物相特性是比較差的。一是太硬，里面有像小鋼珠一樣特別硬的礦物，比常見的砂子還硬20%，磨鋼渣的耗電量比其他材料（礦渣）高40%。二是活性低，不容易和水發生反應，只有礦渣粉活性的65%左右。三是難磨碎，又硬又密實，即使用力磨成粉，顆粒也比礦渣粉粗很多，效果差。”肖永力介紹，也正因這些“基因缺陷”直接導致了三大應用瓶頸：磨粉成本巨高、粉體效果差、有安全隱患。“這就是目前鋼渣做粉體面臨的核心困境。除非能克服這些缺陷，比如找到更便宜的磨法或者激發它的活性，否則很難有經濟效益。”他說。

　　然而，鋼渣身上的這些“天生缺陷”，在鋪路這個用途上則全變成了閃閃發光的優點。肖永力介紹，將鋼渣重新利用為瀝青集料，便可完美實現“變廢為寶”和“揚長避短”。一是超高硬度在鋪路領域可變身“抗壓王”和“填縫高手”。那些讓磨粉機頭疼的“小金剛石”鋪在路面上就成了抵抗車輪碾壓的“神器”。大貨車再多，路面也不容易被壓出深深的車轍。與此同時，微膨脹特性讓鋼渣在瀝青路里擁有了“自動填縫劑”。它能自己悄悄地、一點點地膨脹，把瀝青混合料里那些看不見的小縫隙都塞得嚴嚴實實，讓路面像一塊密實的鐵板，更結實、更耐用。二是鐵氧化物的妙用處。那些又重又密的鐵氧化物讓鋼渣石子比普通石子更沉、更實在。這也證明，同樣一堆石子，鋼渣的表面積相對小，當滾燙的瀝青潑上去時就能更厚、更均勻地“擁抱”住每一顆鋼渣石子，黏性極強，路面壽命也能得到延長。三是抗壓、防滑性能優異。據肖永力介紹，模擬壓路機重壓的試驗（壓碎值）證明，鋼渣石子比玄武巖石子抗壓能力強3成多，用其鋪路地基更穩，不怕重載。與此同時，模擬輪胎長期摩擦的試驗（磨光值）證明，鋼渣路面即使被磨了很久，依然比玄武巖路面粗糙近3成，這意味著下雨天剎車，鋼渣路面能提供更強的抓地力，助力行車更安全。

　　反觀瀝青路面集料技術，緣何天然集料成為了瓶頸？鋼渣集料又將如何解決這些問題？

　　“瀝青技術經歷了天然瀝青、人造瀝青、改性瀝青的發展歷程，但集料仍依賴天然石子原料，技術無突破，不耐磨、易出坑，粘不牢、易剝落，搭配差、易開裂，拖累路面整體性能改善。”肖永力強調，未來必須跳出天然石子的限制，研發新型人工集料，比如用鋼渣等替代材料，通過優化硬度、表面結構和化學成分，才能讓石子更“咬”得住瀝青，更抗壓抗磨，最終造出壽命更長的道路。

　　在此背景下，肖永力引出了鋼渣高溫調控制備高性能瀝青路面材料技術路線。據他介紹，該技術路線有4個重點優勢。

　　一是鋼渣巖相高溫調控工藝。針對傳統潑渣和燜渣工藝存在的有f-CaO高、安定性差的難題，該工藝揭示了高溫鋼渣冷卻過程抑制有害物析出、富集、晶粒巖相結構調控及快速水化消解機制，開發了鋼渣f-CaO預測模型，發明了高溫鋼渣動態混合破碎和精細快冷相耦合工藝及滾筒法快冷粒化全套設備，將有害f-CaO含量由5%~20%穩定降至2%以下，為替代天然集料奠定基礎。與此同時，該工藝滿足f-CaO消解和全形態鋼渣滾筒化處理的雙重要求，可以幫助構建覆蓋從轉爐出渣到集料成型的全流程閉環系統。該工藝通過集成密閉輸送（鱗板→刮板→磁選→篩分→料倉）技術，實現了鋼渣從源頭到末端的全程無塵化控制，解決了傳統處理線的二次污染問題。“與此同時，我們還開發了多級霧化凝聚與高效旋風分離的尾氣凈化技術，粉塵排放濃度≤30毫克/標準立方米，達到了鋼渣超低排放要求制備出的鋼渣性能優良，f-CaO含量<3%，顆粒度<15毫米，礦物晶粒尺寸降低30%，體積膨脹率<2%，為制備鋼渣瀝青路面材料奠定了基礎。”他說。

　　二是鋼渣—瀝青界面吸附及強化機制。一方面，由武漢理工大學率先提出鋼渣作為瀝青路面集料的思路，通過揭示鋼渣礦相成分和顆粒特性與瀝青黏附機理，發明了鋼渣集料形貌和孔隙調控技術，大幅增強集料對瀝青的黏附能力，并經示范工程驗證，實現了鋼渣高值利用與替代天然資源的融合，為在高等級路面推廣應用提供了可行的技術方案。另一方面，該機制揭示了鋼渣表觀形貌與粒徑對鋼渣瀝青混凝土路用性能的影響規律，確立了集料粒度、棱角性、表面紋理、球形度的適宜參數范圍，發明了鋼渣表面強化、精細破碎、分級篩分等鋼渣集料成套加工工藝裝備。與此同時，在該機制下，該技術路線制備出的鋼渣集料，性能顯著優于天然集料，鋼渣與瀝青包裹的牢固度是玄武巖的1.8倍，鋼渣與瀝青的拉拔斷裂能是玄武巖的2.8倍，鋼渣集料抗滑耐磨性能是玄武巖的1.25倍。

　　三是鋼渣集料制備技術體系。其建立了涵蓋粒度分布、相組成、力學性能等維度的鋼渣集料評價模型，構建包含f-CaO含量、壓碎值、磨光值、黏附性等級及浸水膨脹率等指標的質量控制體系，明確鋼渣集料技術指標限值及檢測方法，構建了鋼渣集料產業化應用技術體系。

　　四是鋼渣瀝青路面長期服役性能保障技術。該技術路線通過建立鋼渣瀝青混凝土路用性能與影響服役壽命多因素的相關性與規律，構建了多支撐點礦料骨架構成機制，提出鋼渣瀝青路面材料壽命預測方法，發明了極端環境瀝青混凝土設計方法，同時適應復雜工況的系列鋼渣瀝青混凝土更能滿足濕熱極寒暴雨等極端環境的路面材料服役性能要求。

　　“目前，該技術路線在寶鋼股份集中應用工業示范，可制備鋼渣瀝青混凝土160萬噸，攤鋪面積超50萬平方米。”肖永力最后介紹，該技術路線突破了鋼渣高溫巖相定向調控、界面強化及高性能路面設計等關鍵技術難題，全面推廣后可實現每年億噸大宗鋼渣固廢100%高值利用，大幅提高路面質量，成為我18萬公里高速公路網保駕護航的基石，顯著緩解“鋼渣圍城”與“集料枯竭”矛盾，實現鋼渣從工業固廢到高性能建材的價值重構，有力支撐鋼鐵與交通兩大行業綠色發展，經濟社會生態效益顯著。