问题描述

本研究面向钢渣多维改性制备高附加值化工填料关键技术及功能重构机理重大科学问题，与橡胶、涂料行业深度联合，开展如下三方面研究：

（1）机械力精细粒度调控。通过超细立磨，制备出带有缺陷结构、非规则形状的超细微粉，获得不同条件下颗粒表面缺陷规律。

（2）多固废多维协同改性。耦合脱硫灰、镍矿渣等其他固废，在改性剂、偶联剂、活性剂等多维协同作用下，实现无机材料与有机材料的物理化学兼容。

（3）高性能填料功能重构。通过调控孔径、粒径、吸附特性、自组装结构等关键参数，实现超细复合微粉性能向防腐、阻燃、增强高性能填充材料的关键转化。

全行业推广应用后，每年高附加值利用钢渣1千万吨，预期经济效益与社会效益显著，大幅度降碳，具体目标如下：

（1）防锈涂料中掺量突破20%，替代铁红粉、硫酸钡、铁钛粉等一次资源300万吨，减少CO2排放50万吨。

（2）橡胶制品中掺量突破15%，替代炭黑、纳米活性碳酸钙、氢氧化铝等高能耗原材料700万吨，减少CO2排放100万吨。

问题背景

转炉炼钢渣经磁选后，其成分通常为CaO（41.6-43.2%）、SiO2 （10.2-15.6%）、Fe2O3/FeO（24.4-27.9%）、Al2O3（1.2-3.8%）、MgO （3.4-11.5%）、MnO（2.3-3.1%）。钢渣含f-CaO、f-MgO导致安定性差，极大限制其高效利用。随着我国钢铁工业的持续发展，每年产生钢渣超1亿吨，累计堆存19亿吨，给环境安全带来严重威胁。探求提高钢渣利用效率与附加值已成为行业关键共性难题。

2021年3月，国家发改委等十部委联合印发了《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》(发改环资〔2021〕381号)，指出不断提高大宗固废综合利用效率，是实现碳达峰碳中和的重要举措。2022年1月，工业和信息化部等三部委发布《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》（工信部联原[2022]6号）指出积极推进钢铁与建材、电力、化工、有色等产业耦合发展，提高钢渣等固废资源综合利用效率。2022年全国两会期间，全国政协常委、中国工程院院士李卫提出“提升钢铁冶金渣综合利用水平，促进跨行业协同降碳”，全国人大代表袁伟霞提出“推进钢渣资源化综合利用，变固废为资源，促进绿色发展”。

由于目前钢渣仅部分用于水泥、建材行业，寻求其他行业的高附加值利用途径，与其他行业开展深度联合攻关研究，协同降碳，是当前最有可能化解钢渣难题的有效途径。

最新进展（截止问题发布年度）

冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室（安徽工业大学）龙红明教授团队近5年来，致力于该问题的研究，并取得重要进展，在实验室条件下制备出以钢渣为主要原料的盾粉新材料，并委托相关企业加工了小批量的用于橡胶、涂料行业的产品，应用表明：用于输送带产品替代炭黑和氢氧化铝填料分别达到25-30%和40%，节约成本5.90元/m、新增利润11.13元/m、减排CO216.4 kg/m；轮胎产品节约成本0.89元/套、新增利润0.89元/套、减排CO24.5 kg/套。用于涂料作为防腐填料，掺入量10-25%，应用于多种涂料产品新增利润0.14-0.23元/kg，减排CO2排放1.64-12.07 g/kg。取得了显著的经济效益与降碳效果。

同时也面临一些难点与挑战，主要有：（1）由于目前还没有相关的标准，限制于大规范推广应用。急需解决标准、规范和质检等相关制度规则的制订和互认问题。（2）构建钢渣等固废高效协同降碳体系。以冶金渣高效协同降碳为核心，推进行业顶层设计，建立行业间降碳核算互认体系，促进行业协同降碳。（3）同时以财政资金为引导，以税收、融资等方面的优惠政策为手段，加强金融体系在固废冶理方面的引导作用。充分调动不同行业参与的积极性。

重要意义

本问题取得突破后，将钢渣等固废升级为售价1000元/t以上的工业重要原材料产品，真正实现跨行业协同降碳，降本增效，开拓出一条全新的高值化应用途径。项目取得突破后，制定行业/团体标准2-3项，授权国家发明专利10-15项，完全掌握知识产权，形成完整的研究与应用体系。具有显著的经济效益和社会效益。