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林茨 - 多达瓦兹（LD）钢渣在农业中使用概述

Sasmita集1*，biswajit保罗1和Manish库马尔2

1印度矿业学院环境科学与工程系，印度丹巴德。

2环境与可持续发展系，CSIR-矿物质和材料技术研究所 - Immt，Bhubaneswar，印度。

通讯作者邮箱:chand.sasmita@yahoo.in

DOI：http://dx.doi.org/10.12944/cwe.10.3.29

从基本氧气炉（BOF）或LINZ-DONAWITZ（LD）转换器产生的炉渣是集成钢铁厂的可回收废物之一。本文涉及目前和可能使用农业渣。目前，储存围场沉积的渣量，导致占领农业土地和对环境的严重污染。提高渣利用是解决这些问题的重要途径。分析了钢渣的物理和化学特性，然后是农业钢渣利用的研究进展。由于不断提高环境，处置，在不损害环境的情况下，废物的重用已经成为该行业的主要关注点。由于环境肥料的非可用性和更高价格，局部植物营养素和土壤调节剂的局部可用性起着至关重要的作用。因此，这种废物可用于提高产量，并解决处理问题并改善环境。


农业;描述;LD渣;回收;利用

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陈志强，陈志强，陈志强。钢渣在农业生产中的应用。Curr World environment 2015;10(3) DOI:http://dx.doi.org/10.12944/cwe.10.3.29

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收到: 2015-09-13
接受: 2015-11-04

介绍

钢铁厂渣是钢铁生产过程中产生的固体工业废料，主要包括高炉渣和炼钢渣(平炉渣或LD工艺渣)。按钢种分为碳素钢渣和不锈钢钢渣;按炼钢工艺分为预处理渣、Linz-Donawitz (LD)转炉渣、电弧炉渣、钢包精炼渣和铸造渣(孟和Liu, 2000)。LD渣基本上是在氧气转炉炼钢过程或生铁精炼过程中产生的，该过程为Linz- Donawitz过程(Das et al.， 2007;Alexandre等人，1993;Wu et al.， 2007;沈等人，2009)。LD转炉炼钢渣是整个钢铁厂的重要废渣之一。印度的LD渣总产率为150-180kg/t粗钢(Yadav et al.， 2002)。SAIL每年生产1.28 MT (Basu, 2002)，而全世界每年生产约47 MT (Takano et al.， 2001)。每年产生的钢渣超过4 ~ 4.5 MT。 The amount of LD slag is about 200kg/t of hot metal produced in Indian integrated steel plants. Out of this only 25% is being reused in India compared to 70-100% in other countries (Umadevi et al., 2010). It has been observed that, 50% of slag has been used for the road project, for sintering and iron-making recycling in steel making plant (Gao et al., 2011).

随着工业化的快速增长，垃圾填埋场位于垃圾填埋场的LD渣等储存大量冶金渣的可用土地正在降低处理成本分别在世界各地越来越高。全球变暖效应和自然资源储蓄是现在的一般环境主题。此外，充满废料的土地已成为空气，水土的污染的重要来源，进一步不利地影响人类健康，植物和植被的生长（Ramachandran，1995）。从保护和保护全球环境的角度来看，钢渣回收近年来引起了许多科学家的注意。因此，提高钢渣的利用率是钢铁企业实现可持续发展的必要方法。

本文综述了农业钢渣利用的研究进展。审查通过总结其用作肥料以及雨处理，其对土壤修正案的潜在用途以及注意旨在提高渣的质量的不同技术和方法，以增加其在农业中的不同技术和方法。

钢渣生产工艺

钢铁生产基础和钢渣类型

在所有钢中，整合使用基本氧气工艺或用于钢铁生产的电弧炉（EAF）。在碱性氧气和EAF方法中，熔融金属或废料和助熔剂（CAO）或Dolomitic Lime（CaO.mgo）置于炉内。高压氧气注入炉中，带有矛盾。氧与碳和非铁杂质反应以形成许多氧化化合物。这些，反过来与石灰或白云岩石灰反应形成炉渣。液钢倒入炉子时，炉渣保持并倒入单独的容器中。钢制过程中产生了不同类型的渣。这些包括炉子或龙头炉渣，耙子炉渣，合成或钢包渣。图1描绘了现代钢铁厂中不同炉渣的一般流动和生产的流程图。在处理和金属回收后，来自炉子的非金属产品，莱克斯和钢包渣用于不同的应用，包括作为建筑骨料，农业或酸性地区的填海（www.nationalslag.org）。

图1：现代钢铁厂的矿渣生产流程图



图1：的流程图炉渣生产在现代钢铁厂
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LD钢渣的物理和化学和矿物学特性

发现LD渣密度在3.3 ~ 3.6g/cm之间。3.由于其高Fe含量，钢渣外观宽松集合，似乎耐用，耐磨。钢渣的研磨性指数分别为0.7，分别为0.96和1.0的值分别为0.96和1.0（Hou等，2010）。LD渣主要由SIO组成2、曹、铁2O.3.FeO说,阿尔2O.3.，mgo，mno，p2O.5.(Motz et al.， 2001)。钢渣中主要矿物相为硅酸二钙(C2S)、硅酸三钙(C3.S），RO相（CaO-Feo-Mno-MgO固溶体），四钙铝铁（C.4.AF），橄榄石，Merwinite和Free-Cao（Kourounis等，2007; Goldring等，1997）。钢渣的再利用和再循环与其化学和物理特性密切相关。已经进行了LD渣的化学和矿物学特征的许多研究。LD渣的化学表征由ICP-AES和C-H-N-S分析仪测定。它主要含有曹，Fe，SiO等各种理想的物质2和锰。石灰含量的测定采用Leduc测试、热重分析和Bernard煅烧分析三种分析技术(Waligora et al.， 2010)。表1总结了LD渣的化学成分(Singh et al.， 2013;Das等人，2007年;Waligora et al.， 2010)，表2描述了印度综合钢厂产生的典型LD渣的化学成分和主要相(Goldring et al.， 1997)，表3描述了钢渣的特征和应用(Yi et al.， 2012)。

表1:LD炉渣化学成分(%)



表1:LD炉渣化学成分(%)
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表2：印度集成钢铁厂产生的典型LD渣的化学成分和主要阶段


表2：化学成分和典型的主要阶段
LD渣在印度的集成钢铁厂产生
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LD炉渣中的磷含量太高，不能以炼铁制造重复使用，百分之一百分之一的磷均去金属相。在世界其他地区的LD渣中存在的主要阶段也研究，其中包含一些反应性矿物相如2cao.sio23曹。SiO2，免费曹和MgO（Goldring和Jukes，1997）。通过使用X射线衍射（XRD）和微观研究鉴定主要矿物相，例如扫描电子显微镜（SEM），电子探针微分析（EPMA）和能量分散X射线光谱（EDS）。对LD渣样品的EPMA研究进行了解LD渣中的磷缔合，相对于Fe，Ca，Al和Mn含量存在一些变化。大多数分析涉及非常低的MgO含量，因此没有反映在EPMA研究中。然而，显而易见的是，炉渣中的P含量更加连接到钙阶段而不是铁阶段（Das等，2007）。

LD钢渣利用的研究进展

钢LD渣是冶金植物中原料的二级资源。它可以直接用于烧结，炼铁和炼钢，用作助焊剂，可从中回收有用的元素（Shakhpazov和Svyazhin，1997）。优点是比原始助焊剂更容易重新熔化预防焊剂。另一方面，钢渣可用作建筑材料，路面材料和工程材料。其余的储存或用于填埋。由于其良好的技术性质，钢渣已成功使用作为建筑材料。通过适当的质量控制，钢渣聚集体可以达到更强的承载力;如果已经满足了体积稳定性的要求，永久稳定，并且不会通过浸出来影响环境（MOTIZ和Geiseler，2001）。与炼钢渣的利用相关的可能问题是体积稳定性和重金属的浸出，例如Cr和V.高级游离CAO导致水合并导致结构（REEVES和LU，2000）中的开裂。钢渣的粉末也用于处理废水，由此可以防止由于炉渣引起的环境污染，并且可以减少处理废水的成本（Oh等，2000）。 In general, slag compositions determine the application of the slags. Higher free lime and magnesia are required in fertilizer production by hydration. In order to produce dense aggregates suitable for road and waterway construction and concrete structures, it is necessary to avoid free lime and magnesia formation in the slag.

LD钢渣，用于回收酸性陆地

用于回收酸性矿山土地的钢渣是对这种材料的绝佳用途。利用矿井占地面积的潜在酸度的申请率高，石灰的重复可能在技术上或经济上可行。已经研究过，三个钢渣与中立东部俄亥俄州煤矿弃土有效。这些破碎物是极其酸性的pH和毒性水平Al。在他的研究中没有关于未混合的控制地块的种子萌发。萌发在含有石灰石和渣的所有治疗中取得了成功。在酸性垃圾填埋场覆盖钢渣等材料的独特应用是酸性垃圾填埋场最终盖的修复。沿着美国东海岸，由于迅速下降的pH值，陆地填埋场用于垃圾填埋场的最终植物覆盖的土壤未能维持植物覆盖。pH下降是由于这些沿海土壤中的硫化物氧化，硫酸生产。所需跛行的速率很高，利用石灰石可能在经济上不可行（Munn，1998）。

LD钢渣用于土壤稳定和土壤改良剂

西班牙北部地区采用钢渣作为牧场的石灰剂。使用LD炉渣可以提高土壤pH值。试验发现，施用LD可线性提高土壤pH值。当矿渣用量为7500Kg /公顷时，土壤pH值从5.3增加到6.4，第二年的响应更高，即当矿渣用量为3000Kg /公顷时，土壤pH值增加41% (Pinto et al.， 1995)。在土壤调整中，炉渣在土壤中和中是有效的。此外，硅质石灰材料改善土壤结构，减少真菌感染。高炉渣还可用于农业，因为它对磷的高吸附能力，使磷保持为植物的可用形式。使用钢渣所产生的负面影响可能来自其重金属浓度，但这些金属往往与钢渣基质结合，因此植物无法获得它们。所有这些因素都有助于突出利用矿渣作为石灰材料的积极作用，从而提高作物产量、保护土壤和减少自然资源消耗(Hiltunen和Hiltunen, 2004年)。商业线日期为2002年5月28日，星期二(印度教集团)报道了NILANCHAL耐火材料，塔塔集团生产的土壤调制剂-格罗威尔。格罗威尔本质上是一种富渣，用作酸性土壤的土壤调节剂或石灰剂。 Growell has been made by using the TISCO basic slag and it contains calcium, phosphates and other elements. The product has been certified by the Union Ministry of Agriculture and the Fertilizer Association of India. It has been noted that application of Growell in acidic soil increases the yield by 25% and above, According to the results LD slag appears to be a useful liming material for correcting the acidic condition of soil. This is in natural range and show a positive effect on mustard and wheat seedling growth. Thus this can be used as a rural biotechnology for better plant growth (Pradhan et al., 2003). Government of India, Ministry of Finance (Circular No 553/49/2000-CX New Delhi, the 18th2000年10月）已告知，在破碎，洗涤和加入岩石磷酸盐之后，LD渣可以用作土壤调节剂等。LD渣含有29％的钙的形式的CaO。炉渣主要是一种基于石灰的材料，吸收氧化物和痕量的原料所产生的微量元素。LD渣也含有p的p的形式2O.5.．因此，LD炉渣对石灰石磨碎有一定的限制，经常用于调节酸性土壤上石灰的需要。许多田间试验和试验表明，作物产量和牧草质量有显著提高。

钢渣也被用作金属污染土壤的改良剂(Mench etal .， 1994a)。LD渣的使用和环境评价是最近才出现的(Proctor et al.， 2002;Gahan et al.， 2009;Yilmaz等人，2010)。采用添加p的LD渣作为土壤添加剂，改善了沙质铜污染土壤(630 mg kg−1土壤)的理化性质和Cu等微量金属的原位稳定。结果表明，土壤pH值随LD矿渣掺入率的增加而增加。在污染土壤中掺入含磷的LD渣可以促进大豆生长，提高叶片Ca浓度，但也可以将叶片Cu浓度降低到临界值上限以下，避免了土壤EC过量和Zn缺乏(Negim et al.， 2012)。

LD钢渣作农业肥料

钢渣还可用于农业肥料(Das et al.， 2007)。在塔塔钢中，LD渣磨至300目后，可作为稻田、茶园等的土壤调节剂(Basu et al.， 2002)。日本KokanKk公司(NKK)开发了一种从钢铁厂铁水脱硅过程中产生的渣中生产环保型缓释硅酸钾肥料的工艺。利用炉渣成分是NKK的基本思想。该工艺在熔渣中加入以二氧化硅为主要成分的碳酸钾球团，在1673K条件下均匀熔化。熔融混合物从钢包中收集，冷却并粉碎成颗粒状肥料。所生产的肥料呈微咸灰色，主要成分为玻璃硅酸盐钾，比传统的速效化肥如氯化钾、硫酸钾和尿素(NKK 2000)具有缓释作用。以LD矿渣、半煅烧白云石和硫酸铵为原料生产肥料及其在农林、牧场等农业上的应用已进行了大量的研究。评价了这些材料对土壤和牧草化学成分的影响，以及对施用这种新肥料的潜在经济效益的影响(Lopez Gomez et al.， 1999)。根据土壤类型和农业用途，添加浓度在1.5 ~ 5.0t/ha之间的LD渣，可提高土壤pH，改善土壤质量，提高土壤生产力。 The experimental works were carried out using pulverized LD slag for growing different vegetables and crops like tomato, potato, onion, spinach and wheat in acidic soil (Maslehuddin et al., 2003). Steel slag contains fertilizer components CaO, SiO2和mgo。除了这三个组件外，它还包含Feo，MnO和P等组件2O.5.，因此，它已被用于广泛的农业目的。它的碱性可以改善土壤的酸性(Makelaa等人，2012)。在德、美、法、日等发达国家，转炉炉渣被用于生产硅肥、磷肥和微量营养素肥料(Wu et al.， 2005)。

关于农业和土地填海渣的环境问题

可溶盐

农业石灰岩CaCO3.或camg（CO3.）2具有低水溶性，仅通过酸攻击溶解，因此与这些材料的可溶性盐构成不是一个问题。由于CaO和MgO的含量，钢渣将具有比石灰石更高的可溶性盐含量，这与水反应形成Ca（OH）2和Mg(哦)2．这些氢氧化物的水溶性分别为1.20 g/L和0.009 g/L，而碳酸钙的水溶性为0.014 g/L3.和mgco的0.013 g / l3.(全国石灰协会，1990)。这种可溶性盐的增加在典型的农用石灰的施用量中可以忽略不计，特别是在湿润地区和排水良好的土壤。据报道，细钢渣和粗钢渣的可溶性盐含量分别为3.68和2.55。植物的耐受性最高可达4ds /m，因此可溶性盐不应成为农业应用的问题。在填海区，如果填海区的含盐量较高，且更集中在地表附近，则应对可溶性盐进行测试(Beck and Daniels, 2008)。

微量元素

重金属广泛分布于地壳中，由于其溶解性，其某些化学形式可能对生物圈，特别是对水生命构成潜在威胁。它们的生物有效性取决于植物从土壤和水中吸收它们的能力，这是由于植物根系分泌螯合剂化合物;此外，许多重金属通过硫配体，如谷胱甘肽和有机酸进行转运。此外，一些重金属是不溶性的，它们经常与土壤颗粒相互作用，因此植物无法获得它们(Babula etal .， 2008)。钢渣将包含不同浓度的微量元素，取决于生产的钢铁类型和使用的钢铁工艺(Munn, 1998)。据报道，三种钢渣中微量元素含量(表4)。

表3钢渣的特性及应用



表3钢渣的特性及应用
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表4:钢渣中微量元素组成(mg/kg


表4:钢渣中微量元素组成(mg/kg
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在中性土壤pH上，预计钢渣缩小，阳离子金属的溶解度和生物缺陷性，如Al，Cr（III），Pb，Cd，Ni，Co，Be，Ba和SR将是低的（Munn，1998）。还从其他研究中报道了，具有5169和4519mg / kg总Cr（iii）的细小钢渣。毒性特性浸出程序（TCLP）Cr（III）的渗滤液浓度分别为细胞和粗渣的0.004和<0.003，表明该金属的溶解度非常低。土壤中可提取的CR（III）较少但不对环境的不对环力增加，矿渣最多10吨/英亩。氧气痕量元素（Mo，V，Sn和Sb）将预期在近中性pH下稍微溶于和生物可利用，而不是阳离子金属（Beck和Daniels，2008）。铬（CR）用于钢铁工业，木材防腐剂，电镀，金属精加工，皮革鞣制，纺织品和化学制品等应用的不同工业领域中使用，这是两个表面地下水的常见污染物。在氧化条件下是高度可溶的并且形成Cr（VI）阴离子，例如铬酸盐CRO4.2-或二聚体Cr.2O.7.2-．在还原条件下，通过化学还原和沉淀的过程，Cr(VI)转化为不可溶解的Cr(III)。两种形式在环境中都是稳定的。根植物能吸收这两种形式的铬3＋和CRO.4.2-，但根据某些数据，Cr(III)形成稳定的化合物(如氢氧化物、氧化物和硫酸盐)。因此，它的可溶性更低，因此，更低的生物利用度(Babula et al.， 2008)。

在黎明

作物有一定的土壤pH值，在这个pH值中养分的有效性是最大的。过量施用石灰会降低植物对磷等常量元素和铁、铜、锌等微量元素的利用率。由于CaO和MgO在钢渣中的反应活性高，且平衡pH (Ca(OH))较高，即12.52．因此，在炉渣中含有比具有8.25的平衡pH值的炉渣的风险更大的风险较高，其比CA（OH）更少2．重要的是，渣申请率基于土壤酸缓冲测试（www.nationalslag.org）。

结论

现在，钢铁行业致力于增加回收钢厂在钢铁生产中产生的渣的方法。由于它们作为垃圾填埋材料的使用几乎达到了极限，因此节省自然资源和能源的压力使钢铁行业随着其他重要的技术挑战，改善和增加了这种副产品的回收。钢LD渣已成功用作石灰石的替代品，以便在农业土壤中抵御土壤酸度多年，并且研究在某些情况下，研究表明了炉渣或优于石灰石。此外，在其犹太益处，渣含有能够增强植物生长的植物营养，并含有Si，其已被证明可以增加草堆产量，例如水稻和甘蔗和Si也有助于农作物防御作物疾病。作为工业过程的副植物，钢渣在商业石灰岩方面提供了相当大的成本优势。近年来农业石灰石成本具有显着波动，可归因于生产能源成本。培耕剂延迟使用石灰石以覆盖肥料的上升成本，即使有较低收益率的风险。种植者越来越多地期待钢渣等钢制品。因此，许多研究特别集中在钢铁换算渣中所含的主要重金属的土壤中的行为和固定，以实现农业中的钢渣更有效和可持续使用，从而提高其回收。

承认

作者感谢印度丹巴德矿业学院对本文的成功完成给予的宝贵支持和鼓励。作者(Sasmita Chand)也感谢人力资源开发部(MHRD)、印度政府和印度矿业学校，Dhanbad提供了初级研究奖学金(JRF)。

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