爐渣到底可不可用?

前言

長期以來爐渣再利用之課題,一直困擾著相關工程單位。業界之反應也出現兩極,有的單位極力主張資源應回收再利用;有的單位卻感受使用爐渣之後果難以善後,排斥使用爐渣甚至禁止使用。產官學之本位立場彼此歧見頗深。日前曾有媒體報導,某營造商因販售爐渣而被法辦,近日又有相關人民團體發函明示,爐渣是無害且可使用!爐渣到底該如何妥善運用,因為缺乏完整之務實探討與說明,讓人覺得滿頭霧水。

何謂爐渣

爐渣係指煉製鋼鐵材料所漂浮之廢渣,其實爐渣並非煉鐵廠或煉鋼廠之產物,而是一種廢棄物,必須經過嚴謹處理與檢驗後,才能拋棄或使用,故稱為「渣」(slag)。煉鋼行業共有三種廢爐渣,包括一貫作業煉鋼廠所衍生之鐵爐渣與鋼爐渣,與廢鐵煉鋼工廠所衍生之鋼爐渣。在國內只有中國鋼鐵公司之小港廠與中龍鋼鐵公司之台中廠為一貫作業煉鋼廠,其煉鋼所用之主要材料為鐵礦石(iron ore),先將鐵礦堆疊在煉鐵廠(或稱高爐blast furnace)粗煉成生鐵(pig iron),再將生鐵填加廢鋼送至煉鋼廠(或稱轉爐converter)精煉成粗鋼(crude steel),兩道製程會各自產生鐵爐渣與鋼爐渣,中鋼系統之煉鋼廠係用氧氣燃燒提煉,故煉鋼廠之轉爐又稱「炊氧煉鋼爐」(basic oxygen furnace)。國內其餘之鋼鐵公司,如東和、威致、海光、致一、漢泰、豐興等,均為廢鐵煉鋼之工廠,直接用廢鋼作為原料,在電爐(electric furnace)重熔煉鋼,不需經過高爐煉鐵之程序,故所產生之殘渣,只有鋼爐渣並無鐵爐渣。鐵爐渣泛稱「水淬高爐爐渣」(quenched blast furnace slag),鋼爐渣則泛稱為「轉爐渣」或「電爐渣」。

高爐渣之再利用

由於高爐煉鐵所用之鐵礦來源單純,原料並無汙染,其煉鐵過程所衍生之鐵爐渣成分又與水泥接近,含有多量之氧化鈣(CaO)、二氧化矽(SiO2)與三氧化二鋁(Al2O3),所以早期美國墾務局(Bureau of Reclamation),嘗試將高爐渣替代水泥做成水壩,儲水之效果還不錯,後來陸續許多工程,也有採用爐渣替代水泥,稱為爐渣水泥(slag cement),連日本工程界也不例外。近期日本業界,仍有工程將高爐渣填加於土木工程之巨積混凝土內;至於建築工程之小規模構造斷面,據權威人士透漏則已不再填加高爐渣代替水泥。原因是巨積混凝土內之大量濕度,可以維持較長之潤濕時間,有利於混凝土之養護;而建築工程則因為斷面較小,水分蒸發與乾燥極其快速,人工之養護無法面面俱到,特別是牆體與板面等細薄構造,經常有嚴重裂損之現象,甚且常見樓板有貫穿之裂縫。

高爐渣之探討

既然高爐渣是乾淨的,而且其成分與水泥接近,為何兩者之養護會有顯著之差異?最主要之原因是兩者製程的不同。水泥的製程較為繁瑣,必須先到礦區開採石灰礦,打碎後送進旋窯(rotary kiln)煅燒,煅燒後研磨成細粉,再填加必要之石膏粉,始成為水泥。但高爐渣卻因為遷就於煉鐵的過程,無法停爐處置,高爐是全天候煉鐵之工廠,每天24小時必須不停的生產鐵水,若停爐,高爐可能就報銷了,所以浮在鐵水上方的高爐渣餅,應噴水冷卻後迅速處理,冷卻後之高爐渣餅,研磨成細粉即為高爐渣。早期的高爐渣可以填海造陸,如高雄的南星計畫,惜因沿海居民抗議海岸受汙染,該計畫乃宣告腰斬。

嗣後鋼鐵廠將爐渣,免費送給土木包工業做為回填之材料,只要土木包工業將卡車開進煉鐵廠,就可滿載免費之高爐渣,酷似幫煉鐵廠清除垃圾,皆大歡喜。後來日本財團進言台灣煉鋼產業,並謂可共同投資爐渣處理公司,願協助推廣高爐渣取代水泥牟利賺錢,乃有今日的爐渣處理銷售行業。

高爐渣銷售初期,乏人問津,一般人的認知不需要花錢去買「渣」,於是業界美其名為「爐石」,感覺上高貴些,此乃爐石的由來,其實老外還是稱為「渣」(slag)。雖然水泥與高爐渣之化學成分接近,由於製程之不同遂有物理性質之差異。水泥是煅燒製成而爐渣則是水淬產生,後者之硬化較明顯,溶解效率較差而且十分緩慢,以致澆注混凝土初期之膠結效果較差,強度也差,施工後容易裂損,惟施工時之工作度卻較佳,俗話說比較「滑溜」,乃因為缺少膠結性的關係,而不是水膠比偏高的關係。

由於製程有嚴重差異,兩者之成本也有天壤之別,爐渣之成本相對較為低廉,所以爐渣處理公司與混凝土拌合場,都極力鼓吹以高爐渣取代水泥,中央主管機關則考量廢棄物的回收與資源再利用,當然也極力宣導使用,甚至於建築工程之競圖與評選,如果投標計畫採用多量之爐渣,評選時可能有加分之效果,因為報價計畫善用了「綠」建材。國內爐渣之市場顯然十分看好,難怪最近也有廠商從海外進口爐渣到台灣銷售牟利,爐渣之品質管制與驗證,十分重要!

可惜相關推廣單位,都未將爐渣使用之方法說清楚講明白。目前業界唯一應對的方法,是在樓板面覆蓋PE板或不織布澆水養護,可是牆體養護卻很困難,而且忽略了如何管控預拌廠的攪拌時間。按規定,混凝土預拌廠的攪拌時間,必須一分鐘以上才能裝入拌合車,如果攪拌器容積為1.5立方時,則必須攪拌一分半鐘的時間才能裝車,那如果容積更大呢?或填加爐渣呢?抑或爐渣的填加量不同呢?到底要攪拌多久,才能裝車卻沒人能給答案。

國內曾經有某鋼鐵集團,鼓勵工程界盡量採用爐渣,以促銷其廢棄物,於興建母公司之總部大樓時,差一點與其孫公司營造廠對簿公堂,孫公司於施作基礎工程時,預拌廠填加之爐渣份量約達40%,為的是迎合母公司推廣爐渣,當基樁澆注完成後,其內部之混凝土竟然可以輕易挖掘。經探討其施工過程,除了特密管之拔管速度稍快外,拌合廠之攪拌時間,卻有許多未超過30秒,與標準相去甚遠。可見事業主與施工廠商,如何有效掌控一般預拌廠,每批混凝土之實際製程與材質配比,其實是十分困難的。

高爐渣之填加量多寡事後並無法驗證,因為其成分與水泥十分接近,況且某些水泥公司之水泥成分,本來就含有水淬高爐爐渣。如按照混凝土施工的材料抽查頻率,必須每天、每批料,與每120立方都要抽查,這僅限於工地的強度驗證與坍度、氯離子計測等可以辦到,至於預拌廠的製程卻無法有效的逐批廠驗,光憑拌合廠的認證標章,是否即可解決使用上的問題,令人疑竇!

轉爐渣與電爐渣之探討

轉爐渣與電爐渣都是煉鋼廠之廢棄物,因為煉鋼過程都有填加廢鋼等破「銅爛鐵」,難免夾雜金、銀、銅、鋁、錫、鋅、鉻、汞、鎳、砷等重金屬,且廢鋼等材料,亦容易夾帶油(烤)漆、塑膠、橡膠、藥品等其他化學物品,及放射性物質,故汙染之機率比高爐渣為高。此種轉爐渣或電爐渣,經過潔淨與穩定處理後只能做為回填材料,因為材質不若高爐渣之單純與乾淨,不能取代水泥作為混凝土之膠結材料。

更何況於煉鋼過程中,煉鋼爐必須填加石灰石(limestone)與白雲石(dolomite)等之助熔劑,溶解後之鋼渣,殘留許多之游離氧化鈣與游離氧化鎂,此兩種游離物於水化後,其結合物之體積會明顯膨脹,造成混凝土局部凸破脹裂,更誇張者會開裂。所以部分建築工程誤用含有鋼爐渣之混凝土後,混凝土表面散佈開花麻點,酷似「青春痘」,據媒體報導台北市某建築物曾有此現象。有些路床採用鋼爐渣回填者,下過大雨後路面拱凸,甚至開腸破肚,往往造成不可收拾之後果。所以CNS1240規定,可資源化再利用之固態一般事業廢棄物,對於有膨脹顧慮之鋼爐渣,使用前必須確實完成其「安定化」之處理程序,否則不能隨便使用。安定化究應如何驗證與管控?並無明確規定。

水泥材料之管制

國內早期之水泥廠,以高雄鼓山區為主要根據地,目前鼓山已停止開採石灰礦,花蓮與新竹之水泥廠所煅燒之石灰礦,大部分仰賴進口,許多水泥公司早已外移到大陸生產水泥,再進口散裝水泥至台灣銷售,成本相對便宜,台灣大部分為包裝廠,但是袋裝水泥卻註明「台灣製造」,非但產品魚目混珠、而且產地也標示不符,甚且海外製造之水泥,其成分是否填加爐渣,均無從查察。

填加高爐渣之水泥稱為「爐渣水泥」(slag cement),雖然是一種許可的產品,可是CNS61明文規定,填加高爐渣之水泥,除了國家標準所規定之基本成分應有含量限制外,其矽酸三鈣(C3S)、矽酸二鈣(C2S)、鋁酸三鈣(C3A)及鋁鐵酸四鈣(C4AF)之含量,必須嚴格調整,且水泥製造廠必須出具「有填加」與「未填加」爐渣,相關試驗之比較數據,不可隨意製造銷售。可見水泥之製程管制十分重要,相關單位實應制定如何確實追蹤與查察,否則整體工程品質難能掌控。

結語

總之,爐渣再利用確實存在許多問題,官方主辦單位與民間使用單位,仍然有不少疑慮與慘痛經驗。國內相關產業在推廣其產品時,往往會提撥研究經費並提供片面之技術資料,供學者參酌使用,希望以學術客觀之立場,撰文或以書面報告為產業背書。惟畢竟學術研究是崇高神聖的,如有涉及未臻明確之課題時,應持續追究探討,以避免瓜田李下之誤導。固然資源回收是應該走的方向,但是相關推廣單位必須很負責任的訂出「務實可行的管控、查察與配套措施」,不能僅憑「爐渣無害」,就強勢要求業界全面使用,這是不負責任的作法。否則,推廣的人「熱烘烘」,使用者卻「霧煞煞」的窘境,既非正途也非工程界的福氣。

【參考文獻】
1.CNS 61,100年11月15日。
2.CNS 1240,98年10月21日。
3.陳純森(104年11月)。工程事件之鑑識預防與法務,科技圖書公司。

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