我国是钢铁大国，钢产量占全球的53%，钢渣是钢铁生产过程的副产物，约占钢铁产量的10%~15%，年排放钢渣超过1亿吨，累计堆存15亿吨，有效利用率长期低于30%。面对我国年排放超1亿吨、累计堆存15亿吨的钢渣固废，如何合理利用逐渐发展成为制约钢铁行业可持续发展的关建难题之一。

　　钢渣固废到底该何去何从？行业目前是否具备规模化、高值化、可持续化的钢渣固废解决方案？近日，中国宝武中央研究院首席研究员肖永力向《中国冶金报》记者全面介绍了一条能够实现钢渣从工业固废到高等级路面材料价值重构的技术体系。

　　据肖永力介绍，就目前而言，国内外传统钢渣处理工艺，无论是热泼法还是热焖法（占比95%以上）均为静态缓冷工艺，开放作业、流程长，尤其是钢渣游离氧化钙（f-CaO）含量波动大，一般在5%~20%，体积安定性差，遇水膨胀率超过5%，严重制约了钢渣的资源利用。与此同时，聚焦国内基建发展，我国是交通基建强国，高速公路里程于2024年达到19.07万公里。沥青路面是国内外主流铺装形式，占95%以上。公路新建和养护需要巨量天然集料，仅沥青路面抗滑表层每年就需集料4亿吨~6亿吨，天然集料使用年限不到15年，开采既破坏环境又面临资源枯竭问题，亟须寻找替代资源。

　　“一方面，大宗钢渣固废排放无处去，另一方面，巨量天然集料资源枯竭，急需替代。由此可见，解决钢渣堆存污染和道路集料资源枯竭的双重难题，急需我们推动跨学科理论突破与颠覆性技术创新，以实现钢渣大规模替代天然集料。”肖永力表示。

　　随后，肖永力展开介绍了钢渣的成分特征。就主要矿物组成而言，钢渣中的硅酸钙（C2S/C3S, 40%~50%）有潜在胶凝活性，游离氧化钙（f-CaO, 5%~20%）为体积安定性风险因子。就物理特性而言，钢渣莫氏硬度值为6~7，可媲美玄武岩，道路用天然骨料的硬度值则为5~6；钢渣的密度为3.2克/立方厘米~3.6克/立方厘米，较道路用天然骨料密度高出10%~15%；洛杉矶磨耗值≤18%，而道路用天然骨料的洛杉矶磨耗值为25%~30%。

　　“钢渣本身的矿物相特性是比较差的。一是太硬，里面有像小钢珠一样特别硬的矿物，比常见的砂子还硬20%，磨钢渣的耗电量比其他材料（矿渣）高40%。二是活性低，不容易和水发生反应，只有矿渣粉活性的65%左右。三是难磨碎，又硬又密实，即使用力磨成粉，颗粒也比矿渣粉粗很多，效果差。”肖永力介绍，也正因这些“基因缺陷”直接导致了三大应用瓶颈：磨粉成本巨高、粉体效果差、有安全隐患。“这就是目前钢渣做粉体面临的核心困境。除非能克服这些缺陷，比如找到更便宜的磨法或者激发它的活性，否则很难有经济效益。”他说。

　　然而，钢渣身上的这些“天生缺陷”，在铺路这个用途上则全变成了闪闪发光的优点。肖永力介绍，将钢渣重新利用为沥青集料，便可完美实现“变废为宝”和“扬长避短”。一是超高硬度在铺路领域可变身“抗压王”和“填缝高手”。那些让磨粉机头疼的“小金刚石”铺在路面上就成了抵抗车轮碾压的“神器”。大货车再多，路面也不容易被压出深深的车辙。与此同时，微膨胀特性让钢渣在沥青路里拥有了“自动填缝剂”。它能自己悄悄地、一点点地膨胀，把沥青混合料里那些看不见的小缝隙都塞得严严实实，让路面像一块密实的铁板，更结实、更耐用。二是铁氧化物的妙用处。那些又重又密的铁氧化物让钢渣石子比普通石子更沉、更实在。这也证明，同样一堆石子，钢渣的表面积相对小，当滚烫的沥青泼上去时就能更厚、更均匀地“拥抱”住每一颗钢渣石子，黏性极强，路面寿命也能得到延长。三是抗压、防滑性能优异。据肖永力介绍，模拟压路机重压的试验（压碎值）证明，钢渣石子比玄武岩石子抗压能力强3成多，用其铺路地基更稳，不怕重载。与此同时，模拟轮胎长期摩擦的试验（磨光值）证明，钢渣路面即使被磨了很久，依然比玄武岩路面粗糙近3成，这意味着下雨天刹车，钢渣路面能提供更强的抓地力，助力行车更安全。

　　反观沥青路面集料技术，缘何天然集料成为了瓶颈？钢渣集料又将如何解决这些问题？

　　“沥青技术经历了天然沥青、人造沥青、改性沥青的发展历程，但集料仍依赖天然石子原料，技术无突破，不耐磨、易出坑，粘不牢、易剥落，搭配差、易开裂，拖累路面整体性能改善。”肖永力强调，未来必须跳出天然石子的限制，研发新型人工集料，比如用钢渣等替代材料，通过优化硬度、表面结构和化学成分，才能让石子更“咬”得住沥青，更抗压抗磨，最终造出寿命更长的道路。

　　在此背景下，肖永力引出了钢渣高温调控制备高性能沥青路面材料技术路线。据他介绍，该技术路线有4个重点优势。

　　一是钢渣岩相高温调控工艺。针对传统泼渣和焖渣工艺存在的有f-CaO高、安定性差的难题，该工艺揭示了高温钢渣冷却过程抑制有害物析出、富集、晶粒岩相结构调控及快速水化消解机制，开发了钢渣f-CaO预测模型，发明了高温钢渣动态混合破碎和精细快冷相耦合工艺及滚筒法快冷粒化全套设备，将有害f-CaO含量由5%~20%稳定降至2%以下，为替代天然集料奠定基础。与此同时，该工艺满足f-CaO消解和全形态钢渣滚筒化处理的双重要求，可以帮助构建覆盖从转炉出渣到集料成型的全流程闭环系统。该工艺通过集成密闭输送（鳞板→刮板→磁选→筛分→料仓）技术，实现了钢渣从源头到末端的全程无尘化控制，解决了传统处理线的二次污染问题。“与此同时，我们还开发了多级雾化凝聚与高效旋风分离的尾气净化技术，粉尘排放浓度≤30毫克/标准立方米，达到了钢渣超低排放要求制备出的钢渣性能优良，f-CaO含量<3%，颗粒度<15毫米，矿物晶粒尺寸降低30%，体积膨胀率<2%，为制备钢渣沥青路面材料奠定了基础。”他说。

　　二是钢渣—沥青界面吸附及强化机制。一方面，由武汉理工大学率先提出钢渣作为沥青路面集料的思路，通过揭示钢渣矿相成分和颗粒特性与沥青黏附机理，发明了钢渣集料形貌和孔隙调控技术，大幅增强集料对沥青的黏附能力，并经示范工程验证，实现了钢渣高值利用与替代天然资源的融合，为在高等级路面推广应用提供了可行的技术方案。另一方面，该机制揭示了钢渣表观形貌与粒径对钢渣沥青混凝土路用性能的影响规律，确立了集料粒度、棱角性、表面纹理、球形度的适宜参数范围，发明了钢渣表面强化、精细破碎、分级筛分等钢渣集料成套加工工艺装备。与此同时，在该机制下，该技术路线制备出的钢渣集料，性能显著优于天然集料，钢渣与沥青包裹的牢固度是玄武岩的1.8倍，钢渣与沥青的拉拔断裂能是玄武岩的2.8倍，钢渣集料抗滑耐磨性能是玄武岩的1.25倍。

　　三是钢渣集料制备技术体系。其建立了涵盖粒度分布、相组成、力学性能等维度的钢渣集料评价模型，构建包含f-CaO含量、压碎值、磨光值、黏附性等级及浸水膨胀率等指标的质量控制体系，明确钢渣集料技术指标限值及检测方法，构建了钢渣集料产业化应用技术体系。

　　四是钢渣沥青路面长期服役性能保障技术。该技术路线通过建立钢渣沥青混凝土路用性能与影响服役寿命多因素的相关性与规律，构建了多支撑点矿料骨架构成机制，提出钢渣沥青路面材料寿命预测方法，发明了极端环境沥青混凝土设计方法，同时适应复杂工况的系列钢渣沥青混凝土更能满足湿热极寒暴雨等极端环境的路面材料服役性能要求。

　　“目前，该技术路线在宝钢股份集中应用工业示范，可制备钢渣沥青混凝土160万吨，摊铺面积超50万平方米。”肖永力最后介绍，该技术路线突破了钢渣高温岩相定向调控、界面强化及高性能路面设计等关键技术难题，全面推广后可实现每年亿吨大宗钢渣固废100%高值利用，大幅提高路面质量，成为我18万公里高速公路网保驾护航的基石，显著缓解“钢渣围城”与“集料枯竭”矛盾，实现钢渣从工业固废到高性能建材的价值重构，有力支撑钢铁与交通两大行业绿色发展，经济社会生态效益显著。