CN101475997A - 一种高效回收磷资源的钢渣处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金资源再利用技术领域，公开了一种从钢渣中高效回收磷资源的钢渣处理方法。通过钢渣熔融改质，冷却凝固、粉碎、分离工艺实现钢渣中的磷在初晶相硅酸二钙(2CaO·SiO2)中充分富集，形成所谓的富磷相，并通过选矿方法实现富磷相与其他矿物的分离，使获得的富磷相可用于替代磷矿使用。其主要特征在于，改质后熔渣的碱度(CaO/SiO2)为1.0～1.5；在1200℃～1100℃范围内，钢渣的冷却速度在6℃/分钟以下；分离后富磷相中P2O5在15％以上。本发明提供的钢渣处理方法，不仅可以实现钢渣在企业内部的循环利用，还可使获得的富磷相替代磷矿使用，对促进企业节能减排，节省磷资源及环境保护等均具有重要意义。

Description

一种高效回收磷资源的钢渣处理方法
技术领域：
本发明属于冶金资源再利用技术领域，具体涉及一种从钢渣中高效回收磷资源的钢渣处理方法。
背景技术：
钢渣是炼钢过程的副产品，其发生量约为粗钢量的10％～20％左右。按我国粗钢产量5亿吨计算，每年将产生5千万吨以上的钢渣。由于钢渣中含有较高的自由氧化钙，其有效利用一直受到限制。例如2006年我国钢渣的产生量为5870万吨，综合利用率仅为10％，大部分钢渣选铁后堆置而未被利用，不仅占用大量堆弃用地，还严重影响生态环境。因此，加强钢渣高效综合利用，对促进企业节能减排与可持续发展具有十分重要的意义。
目前钢渣的资源化再利用，主要包括在钢铁冶金返回料、建筑和装饰材料、农业生产及环境工程等方面。其中，将钢渣作为钢铁冶金返回料可回收渣中的残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分，不仅提高金属收得率，节省熔剂和造渣材料，降低生产成本，还可从根本上实现钢渣企业的内部循环，减少废渣排放量，是实现节能减排的重要举措。但由于钢渣循环再利用过程中存在磷的循环累积问题，因此严重限制了钢渣在企业内部的循环利用。特别随近年来高磷铁水的增加，这个问题越来越突出。
另一方面，磷矿作为一种战略资源，其开发与利用越来越受到重视。因在全球范围内面临枯竭的问题，我国磷矿资源尽管较为丰富，但也需加以保护。此外，我国磷矿以贫矿居多，在开采过程中还要产生大量尾矿，既占据用地，又影响环境。因此，如果能够用从钢渣中分离回收的磷资源替代磷矿使用，既可实现钢渣的循环利用，还可有效节省磷资源的消耗。
目前已经开发了诸多钢渣除磷技术，主要包括还原分离、浸出去除、上浮去除、磁选分离、浮选分离等，一定程度上可以实现钢渣中含磷矿物(以下简称富磷相)与其他矿物的有效分离，但这些钢渣除磷技术主要以实现钢渣的循环利用为目的，分离后含磷矿物中磷含量低，P2O5含量一般在4％～7％以下，难以替代磷矿而高效利用。因此，在钢渣分离去磷的过程中，只有对钢渣中的磷进行充分富集，使分离出的富磷相中P2O5含量在15％以上，才可替代磷矿而被高效利用。
发明内容：
针对目前钢渣处理过程存在的问题，本发明提供一种新型钢渣处理方法，在实现钢渣循环利用的同时，还可回收高品位的磷资源，用于替代磷矿使用。
关于磷在钢渣中赋存状态的研究已经很多，且已表明钢渣中的磷主要以磷酸钙(3CaO·P2O5)的形式存在于硅酸二钙(2CaO·SiO2)固溶体中，形成所谓的富磷相，而其他相中很少。但由于钢渣的碱度高，熔融钢渣在冷却凝固过程中析出的硅酸二钙多，固溶体中P2O5含量远低于其固溶度，富磷相中P2O5的浓度低，导致分离后所获得的富磷相利用价值低。因此，本发明通过以下工艺实现渣中磷的富集，获得高品位的富磷相。
(1)钢渣的改质处理
向液态钢渣中加入硅石、粉煤灰或高炉渣等高SiO2含量的材料作为改质剂进行熔融改质。为使加入的改质剂尽快熔化、溶解，可控制加入改质剂的粒度在5mm以下。为加快熔化，可对渣罐进行适当的热补偿。此外，对不能实现在线熔融改质的情况，也可通过加热方法将冷却后的固态钢渣与改质剂混合后加热重新熔化来进行改质处理。为使不同部位熔渣成分尽量均匀，可进行适当搅拌。总之，通过加入硅质改质剂，将熔渣碱度(CaO/SiO2)调整至1.0～1.5范围，以便改质后的熔融钢渣在冷却凝固过程中析出硅酸二钙减少，使熔渣中的P2O5最大限度地溶解在硅酸二钙中。加入改质剂太少，析出硅酸二钙多，改制效果不理想。反之，加入改质剂过多，析出硅酸二钙过少，凝固时难以保证渣中3CaO·P2O5完全固溶于其中。
(2)冷却
将改质后的熔融钢渣在渣罐、出渣场渣坑内冷却。当温度高于1200℃时，钢渣基本为熔融状态，对富磷相的形成没有影响。当温度降至1200℃左右时，开始析出初晶相硅酸二钙。因此，在1200℃～1100℃范围内，需要控制冷却速度在6℃/分钟以下，以便在冷却过程中3CaO·P2O5能够充分向2CaO·SiO2中固溶，并有利于形成的固溶体晶粒长大。当温度低于1100℃时，富磷相硅酸二钙的析出及其结晶成长已经结束，因此对冷却速率不作要求。
在1200℃～1100℃温度范围内，为保证6℃/分钟以下的冷却速度，可根据具体情况采用适当热源进行温度补偿。总之，为实现磷的的充分富集，在这个温度范围内，冷却速度越小越有利于磷的富集与晶粒长大。此外，为促进磷的的富集，在这个温度范围内，还可对熔渣进行适当搅拌。
(3)破粉碎
将完全凝固的钢渣在破碎机或球磨机内进行破、粉碎，使其粒度至250目以下，以实现富磷相与其他组分的充分分离。根据分离方法和条件不同，可在此粒度范围内酌情调整。
(4)分离回收
可以通过磁选、浮选、重选等方法进行选矿处理，以实现富磷相与其他组分的分离，回收富磷相作为磷资源。
采用这种钢渣处理方法，富磷相中P2O5含量可达15％以上，完全可以替代磷矿使用。
本发明的特点在于，利用磷在钢渣中的赋存状态和碱度对熔渣冷却凝固过程中硅酸二钙析出量的影响，加入硅质改质剂对钢渣进行熔融改质处理，使钢渣中的磷充充分富集，经分离后获得高磷含量的富磷相。这种钢渣处理方法，不仅可以实现钢渣在企业内部的循环利用，还可使获得的富磷相替代磷矿使用，对促进企业节能减排，节省磷资源及环境保护等均具有重要意义。
具体实施方式
采用某钢厂转炉钢渣(其化学组成如表1所示)为原料，按如下工艺处理。
表1 实施用转炉渣的理化指标(％)
Figure A200910010265D00051
(1)钢渣改质。取钢渣100kg在感应炉内加热至1400℃使之完全融化。按碱度调整为1.2向钢渣加入粉煤灰，至完全熔融。
(2)冷却。随炉冷却至1200℃后，以1.6℃/分钟冷却至1100℃，而后自然冷却。
(3)破粉碎。将完全凝固的钢渣自感应炉中倒出，经破碎后球磨至300目以下。
(4)分离回收。将球磨后的粉渣用强度为0.3T的磁场进行磁选分离。将磁选后余下物回收，即为分离出的富磷相。
分离后，回收富磷相17.3kg，占原渣量的17.3％。化学分析结果表明，此富磷相中P2O5中含量为22.6％。

Claims (5)

1.一种自钢渣中高效回收磷资源的钢渣处理方法，其特征在于通过加入改质剂对钢渣进行熔融改质，控制富磷相的析出量实现磷的富集。具体工艺步骤如下：
(1)钢渣的改质处理
向熔融钢渣中加入硅石、粉煤灰或高炉渣等粒度在5mm以下的高SiO2含量材料作为改质剂进行熔融改质，使改质后熔渣碱度(CaO/SiO2)在1.0～1.5的范围。
(2)冷却
将改质后的熔融钢渣冷却，在1200℃～1100℃范围内，控制冷却速度在6℃/分钟以下，以便在冷却过程中3CaO·P2O5能够充分向2CaO·SiO2中固溶富集，并有利于晶粒长大。
(3)粉碎
将完全凝固的钢渣在破碎机或球磨机内进行破、粉碎，使其粒度至250目以下，以实现富磷相与其他组分的完全分离。
(4)分离回收
通过磁选、浮选、重选等方法进行选矿处理，以实现富磷相与其他组分的分离。
2.按照权利要求1所述的钢渣处理方法，其特征在于，改质后熔渣的碱度(CaO/SiO2)为1.0～1.5。
3.按照权利要求1所述的的钢渣处理方法，其特征在于，在1200℃～1100℃范围内，钢渣的冷却速度在6℃/分钟以下。
4.按照权利要求1所述的钢渣处理方法，其特征在于，分离后富磷相中P2O5含量在15％以上。
5.按照权利要求1所述的钢渣处理方法，其特征在于，加入的改质剂包括硅石、粉煤灰或高炉渣等含SiO2的材料。
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