CN101914639A

CN101914639A - 一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块的方法

Info

Publication number: CN101914639A
Application number: CN2010102759564A
Authority: CN
Inventors: 李宇; 刘晓明; 张玲玲; 苍大强; 杨志杰
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2010-12-15

Abstract

一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块的方法，属于资源综合利用和材料制备的技术领域。主要包含含铁工业熔渣在线“粗调改质还原铁”与“细调改质制备熔块”的两步法工艺：将高温含铁熔渣排入高温窑炉设备，同时加入还原剂和改质剂，使熔渣组分调整达到其中铁氧化物还原的最佳成分点，待充分反应后，将还原的铁水与熔渣分离，回收获得高温铁水；在分离后余下的熔渣内进一步加入改质剂和调整剂，使熔渣组分调整达到矿渣微晶玻璃对熔块的质量要求；将合格的熔渣水淬、干燥、分级，制备获得微晶玻璃熔块。本发明实现直接利用熔渣热量，回收金属铁，制备出高附加值产品，并大量利用固体废弃物等多重目的。

Description

一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块的方法

技术领域

本发明属于资源综合利用和材料制备的技术领域，尤其是在冶金熔渣高附加值利用和微晶玻璃制备领域。

背景技术

众所周知，我国冶金等行业生产中排放大量的高温含铁熔渣，包括熔融态的转炉钢渣、电炉钢渣、不锈钢渣、镍渣，以及含铁的熔融态铁合金渣、精炼渣、电厂液态渣、脱硫渣、磷渣等。

目前这些高温熔渣普遍采用直接冷却后再利用的方法，这种方法存在显热利用、铁素资源的有效回收、渣的高附加值利用的难题，并一直未能解决。冷却后的固态渣经过分级破碎磁选的传统方法只能回收15%的铁，而另一半铁存在于非磁性或部分弱磁性铁氧化物中而无法分离。同时，高温熔渣排渣温度>1400℃，具有热量品质高，数量大（显热>60kgce/t）。然而，现有技术未能实现钢渣热量的利用，大量显热在空气中被直接冷却浪费。冷却后的渣大多作为水泥混合材、路基材料等低附加值利用或不能有效利用而大量堆存。

微晶玻璃又称为玻璃陶瓷，是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。

在工艺上，微晶玻璃的制备过程具有原料1500℃左右高温熔融和基础玻璃700~1000℃热处理的两个加热过程，而第一个高温熔融过程与钢渣熔体温度接近。

在组成上，CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃是其中一个重要类别。这类微晶玻璃的主要成份为SiO₂，Al₂O₃，CaO和MgO，与钢渣的成分接近。

因此，恰当调整高温熔融状态下的钢铁渣组分和温度，就能够将钢铁熔渣直接作为微晶玻璃的高温熔融原料进行利用，从而避免了传统微晶玻璃原料高能耗熔融过程。

对CaO-Al₂O₃-SiO₂系矿渣微晶玻璃的研究已有很长的历史。上世纪五十年代末，矿渣微晶玻璃在前苏联得到研制成功，随后，以矿渣微晶玻璃为代表的CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃迅猛发展，并已经实现了产业化生产。由于CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃具有抗弯、抗压和抗冲击性能优良、化学稳定性好、耐磨性强的特点，已被广泛用作高档建筑装饰材料替代天然花岗岩和高档墙地砖；同时作为耐磨、耐腐蚀材料应用于冶金、化工、机械、建材、能源等领域。

国内外研究者（如专利授权号：CN101125735 B；申请号：200710054035.3；申请号：200710010130.3；申请号：200410073239.8）对CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃的研究主要在扩大原料来源、提高固体废弃物掺量、探索微晶玻璃形成机理、还原回收熔渣中的铁水方面开展大量工作。然而，以上研究均采用冷渣重熔制备微晶玻璃的传统利用工艺。目前，市场上的CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃仍然以天然矿物原料为主体，采用这一传统工艺利用废渣并没有明显优势。其关键问题在于如何降低该工艺能耗和保证产品质量。

近来，不少研究者尝试直接将高温熔渣制备成微晶玻璃，如专利“工业熔融炉渣直接制造矿渣微晶玻璃”（申请号：91102237.6），“一种利用火电厂液体排渣炉制备烧结微晶玻璃的方法”（申请号：200810018384.4），“综合利用黄磷熔渣和尾气生产微晶玻璃的方法”（申请号：200710077733.5）。但是这些专利中均采用一步法，即直接将高温工业废渣改质成满足微晶玻璃原料要求的合格熔渣，没有铁回收和粗调改质的内容。

发明内容

本发明的目的之一：提出同时利用含铁工业熔渣热、铁、渣的高附加值利用方法，保证了本发明不仅社会效益显著，技术可行，而且同样具有良好的经济效益。通过直接利用工业排出的熔渣替代原料，避免重新熔融工业废渣的能耗，比传统工艺节约能耗120kgce/T，减排CO₂ 300kg/T；直接回收铁将获得高温铁水，价值约2200元/吨；制备微晶玻璃熔块，价值约6000元/吨。

本发明的目的之二：建立在线的“粗调改质还原铁” + “细调改质制备熔块”的两步法过程改质工艺，解决熔渣金属还原回收与材料质量控制的矛盾，即：现将含铁工业熔渣碱度调整到还原铁氧化物的最佳碱度0.8~1.25，这一过程为还原气氛；然后将渣铁分离后的熔渣碱度调整到通常矿渣微晶玻璃的碱度0.25~0.90，这一过程为空气气氛。

本发明的目的之三：提供一种大量利用工业固体废弃物的方法，即“粗调”+“细调”的工艺使得，在“粗调改质还原铁”的工艺中，可以作为改质剂加入大量固体废弃物，允许改质剂成分一定范围内的波动；熔渣成分在“细调改质”过程中再通过改质剂和调整剂进行精细调整，保证熔渣组成满足要求。

本发明的目的之四：提出微晶玻璃原料制备（高温熔融）与微晶玻璃成品制备（热处理）分开的工艺，即：在冶金等排出熔渣的现场并不制备微晶玻璃，而是制备微晶玻璃原料——熔块，然后将熔块运到其它场所进一步经过热处理等工艺制备成微晶玻璃，或者直接作为商品售卖。采用这一工艺的优势在于熔渣利用工艺更加简洁、灵活，并且其所需的空间可以大大节省，能够满足现有工业生产现场的实际。

一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块的方法，其特征是包含含铁工业熔渣在线“粗调改质还原铁”与“细调改质制备熔块”的两步法工艺，具体如下

第一步：

a) 将高温含铁熔渣排入高温窑炉设备，同时加入还原剂和改质剂，使熔渣组分调整达到其中铁氧化物还原的最佳成分点，并将熔渣、还原剂、改质剂搅拌混匀，使熔渣中铁氧化物还原反应充分进行；

b) 将还原后的铁水与熔渣分离，回收获得高温铁水；

第二步：

c) 在分离后余下的熔渣内进一步加入改质剂和调整剂，使熔渣组分调整达到矿渣微晶玻璃对熔块即玻璃料的质量要求；

d) 将合格的熔渣水淬、干燥、分级，制备获得微晶玻璃熔块。

其中高温含铁熔渣包括熔融态的转炉钢渣、电炉钢渣、不锈钢渣、镍渣，以及含铁的高温熔融态铁合金渣、精炼渣、电厂液态渣、脱硫渣、磷渣。

其中还原剂指煤粉、石墨粉、碳化稻壳、锯末、秸秆、焦炭粉、煤矸石、油页岩、碳化硅、氢气中的一种或多种物料；改质剂指各类粉煤灰、尾矿、尾砂、贫矿、煤矸石、火山灰、硅灰、废玻璃、石英砂、砂岩、长石、白云石、方解石、铝土矿、硼砂、蜡石、纯碱、芒硝、硝石、菱镁矿、污泥、赤泥、硼泥、建筑垃圾中的一种或多种物料；调整剂指微晶玻璃所需要着色剂、晶核剂中的一种或多种物料。

其中铁氧化物还原的最佳成分点是指即（CaO+MgO）与（SiO₂+Al₂O₃）的比值即碱度为0.80~1.25时的熔渣组成。

其中使熔渣组分调整达到矿渣微晶玻璃对熔块的质量要求是指熔渣主要成分的重量百分比组成为：30~65的SiO₂，2~15的Al₂O₃，10~45的CaO，0~20的MgO，0~10的Fe₂O₃，0~10的R₂O， 1~10的调整剂，R为一价金属离子；制备合格的熔块能就近或运输到厂外进一步加工成微晶玻璃，或直接作为商品售卖。

本发明与其它利用熔渣制备微晶玻璃专利的不同在于：①本发明针对含铁的工业熔渣；②本发明提出的不仅是利用熔渣热量的在线改质工艺，而且是由“粗调改质还原铁” + “细调改质制备熔块”的两步法工艺；③本发明并不直接制备微晶玻璃，而是制备微晶玻璃的原料——熔块；④本发明所制备的是高温铁水、微晶玻璃熔块两种高附加值产品；显著节省的是利用熔渣热量和利用固体废物的能耗成本和原料成本。

附图说明

图1为一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块方法的示意图。

具体实施方式

实施例1

某钢铁厂炉前排出的转炉钢渣组成为12.92%的SiO₂，0.79%的Al₂O₃，29.18%的CaO，3.58%的MgO，42.29%的TFe，26.35%的MFe ，13.25%的FeO，8.03%的Fe₂O₃，2.46%的MnO，1.80%的P₂O₅，0.15%的R₂O（R为一价金属离子）。将此钢渣重新熔融，形成含铁工业熔渣。

按照图1所示工艺，粗调改质中，将相当于钢渣重量34%粉煤灰、5%石英砂、10%废弃耐材组成的改质剂，相当于钢渣重量13%煤粉组成的还原剂加入高温熔渣中，并搅拌均匀，使熔渣碱度达到1.1；在1550℃下保温20min后，将熔渣倒入细调反应包，余下铁水获得回收。钢渣中铁的回收率达到95%。

细调改质中，为使熔渣成分达到矿渣微晶玻璃的要求，将相当于钢渣重量35%的改质剂，相当于钢渣重量10.0%的调整剂加入渣铁分离后的熔渣中，搅拌均匀；在1550℃下保温20min后，将熔渣倒入水池中水淬；然后将水淬玻璃料干燥、分级后，获得0.5~6mm的合格熔块。

实施例2

某钢铁厂排出的转炉钢渣化学组成为20.23%的SiO₂，1.36 %的Al₂O₃，38.58%的CaO，4.63%的MgO，26.8%的Fe₂O₃，3.46%的MnO，2.9%的P₂O₅，0.96 %的TiO₂, 0.5 %的TiO₂。将此钢渣重新熔融，形成含铁工业熔渣。

按照图1所示工艺，粗调改质中，将相当于钢渣重量36%粉煤灰、15%尾矿砂、5%转炉尘泥组成的改质剂，相当于钢渣重量15%煤粉组成的还原剂加入高温熔渣中，并搅拌均匀，使熔渣碱度达到1.05；在1550℃下保温20min后，将熔渣倒入细调反应包，余下铁水获得回收。钢渣中铁的回收率达到96%。

细调改质中，为使熔渣成分达到矿渣微晶玻璃的要求，将相当于钢渣重量30%的改质剂，相当于钢渣重量8.0%的调整剂加入渣铁分离后的熔渣中，搅拌均匀；在1550℃下保温20min后，将熔渣倒入水池中水淬；然后将水淬玻璃料干燥、分级后，获得0.5~6mm的合格熔块。

将熔块进一步制备成微晶玻璃，最终微晶玻璃性能为，抗弯强度91.3MPa，显微硬度7.76GPa，密度3.07g/cm³。

Claims

1.一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块的方法，其特征是包含含铁工业熔渣在线“粗调改质还原铁”与“细调改质制备熔块”的两步法工艺，具体如下

第一步：

a）将高温含铁熔渣排入高温窑炉设备，同时加入还原剂和改质剂，使熔渣组分调整达到其中铁氧化物还原的最佳成分点，并将熔渣、还原剂、改质剂搅拌混匀，使熔渣中铁氧化物还原反应充分进行；

b）将还原后的铁水与熔渣分离，回收获得高温铁水；

第二步：

c）在分离后余下的熔渣内进一步加入改质剂和调整剂，使熔渣组分调整达到矿渣微晶玻璃对熔块即玻璃料的质量要求；

d）将合格的熔渣水淬、干燥、分级，制备获得微晶玻璃熔块。

2.如权利要求1所述的一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块的方法，其特征是其中高温含铁熔渣包括熔融态的转炉钢渣、电炉钢渣、不锈钢渣、镍渣，以及含铁的高温熔融态铁合金渣、精炼渣、电厂液态渣、脱硫渣、磷渣。

3.如权利要求1所述的一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块的方法，其特征是其中还原剂指煤粉、石墨粉、碳化稻壳、锯末、秸秆、焦炭粉、煤矸石、油页岩、碳化硅、氢气中的一种或多种物料；改质剂指各类粉煤灰、尾矿、尾砂、贫矿、煤矸石、火山灰、硅灰、废玻璃、石英砂、砂岩、长石、白云石、方解石、铝土矿、硼砂、蜡石、纯碱、芒硝、硝石、菱镁矿、污泥、赤泥、硼泥、建筑垃圾中的一种或多种物料；调整剂指微晶玻璃所需要着色剂、晶核剂中的一种或多种物料。

4.如权利要求1所述的一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块的方法，其特征是其中铁氧化物还原的最佳成分点是指即（CaO+MgO）与（SiO₂+Al₂O₃）的比值即碱度为0.80~1.25时的熔渣组成。

5.如权利要求1所述的一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块的方法，其特征是其中使熔渣组分调整达到矿渣微晶玻璃对熔块的质量要求是指熔渣主要成分的重量百分比组成为：30~65的SiO₂，2~15的Al₂O₃，10~45的CaO，0~20的MgO，0~10的Fe₂O₃，0~10的R₂O，1~10的调整剂，R为一价金属离子；制备合格的熔块能就近或运输到厂外进一步加工成微晶玻璃，或直接作为商品售卖。