CN108103272A - 一种利用废弃橡胶胶粉制备炼钢造渣剂的方法 - Google Patents

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CN108103272A CN201711487407.1A CN201711487407A CN108103272A CN 108103272 A CN108103272 A CN 108103272A CN 201711487407 A CN201711487407 A CN 201711487407A CN 108103272 A CN108103272 A CN 108103272A
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Abstract

本发明公开了一种利用废弃橡胶胶粉制备炼钢造渣剂的方法，属于金属冶炼技术领域。本发明先将废弃橡胶胶粉和氧化石墨烯混料，制得混炼料，再将复配无机盐加热熔融制得熔盐，随后将混炼料和熔盐搅拌混合，并于氩气保护状态下进行保温电解，再经冷冻粉碎，得电解碎料；随后将电解碎料和水混合后，用尿素调节pH，再将如微生物菌液进行恒温发酵，待发酵结束后再加入高锰酸钾，搅拌混合后，依次经浓缩、冷却、过滤，制得改性电解碎料，最后将改性电解碎料热压成球团，出料，冷却，即得炼钢造渣剂。本发明所得利用废弃橡胶胶粉制备的炼钢造渣剂成渣时间得到有效降低，具有优异的化渣效果。

Description

一种利用废弃橡胶胶粉制备炼钢造渣剂的方法
技术领域
本发明公开了一种利用废弃橡胶胶粉制备炼钢造渣剂的方法，属于金属冶炼技术领域。
背景技术
钢渣是炼钢以及精炼过程中产生的主要副产品，随着钢产量的急剧增加，钢渣的量也非常巨大，由此带来的堆放占地和环境问题突出，发展新技术以再循环利用钢渣成为冶金工业需迫切解决的问题。钢渣的主要成分为CaO、Al2O3、SiO2等，与冶金生产过程中使用的部分原料（如熔剂和造渣剂）成分相近，因此将钢渣制备成炼钢造渣剂是其再循环利用的有效途径，可以起到降低冶炼成本，节约冶金资源，解决环境问题的良好效果。
按照制备方式，炼钢造渣剂可分为机械混合型和预熔型两类。机械混合型造渣剂是将各种原料按一定比例破碎、混合而成，具有生产工艺简单，流程短，能耗少，成本低的优点，但存在造渣剂熔点高，熔速慢，性能不稳定，易变质，以及工作现场环境恶劣的问题。预熔型造渣剂是将各种造渣原料破碎、混合后用化渣炉熔融化合所得到的产物，具有熔化温度低，性能稳定的优点，但生产工艺复杂，耗电量大，生产成本高，而且化渣效率不高。因此寻找一种生产工艺简单、成本低廉同时产品成渣速度快、性能稳定的炼钢造渣剂制备工艺是废渣再循环利用制备造渣剂的关键问题之一。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统造渣剂化渣效果不佳的问题，提供了一种利用废弃橡胶胶粉制备炼钢造渣剂的方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）按质量比为10：1～20：1将废弃橡胶胶粉和氧化石墨烯混炼，得混炼料；
（2）将复配无机盐加热熔融，得熔盐，再按质量比为1：5～1：8将混炼料和熔盐混合加入电解槽，恒温搅拌混合后，于氩气保护状态下，保温电解，出料，冷冻粉碎，得电解碎料；
（3）将电解碎料与水按质量比为1：100～1：150搅拌混合，并用尿素调节pH，再加入水质量0.2～0.3倍的微生物菌液，恒温搅拌发酵，待发酵结束，再加入电解碎料质量0.1～0.2倍的高锰酸钾，恒温搅拌混合后，浓缩，冷却，过滤，得改性电解碎料；
（4）将所得改性电解碎料转入强力压球机，热压成球团后，出料，冷却，即得炼钢造渣剂。
步骤（2）所述复配无机盐是由以下重量份数的无机盐复配而成：10～15份硝酸铁，8～10份硝酸钙，8～10份硝酸镁。
步骤（2）所述保温电解条件为：电解温度为120～130℃，电解电压为56～66V，电解时间为3～5h。
步骤（3）所述微生物菌液是由以下重量份数的原料配置而成：8～10份巴氏芽孢杆菌，3～5份葡萄糖，180～200份水。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案首先利用氧化石墨烯和废弃橡胶胶粉混炼，利用氧化石墨烯结构中活性含氧官能团与橡胶基体发生化学和物理反应，使两者有效渗透结合，一方面，可提高废弃橡胶胶粉的导电性，从而有利于后续电解过程中橡胶中二硫键断链，使废弃橡胶得以再生，另一方面，氧化石墨烯的加入可提高橡胶在后续制备过程中，通过尿素对pH的调节，使体系中金属离子以难溶性的金属氢氧化物形式被吸附固定，且随着微生物的新城代谢，尿素逐渐消耗，生成铵根离子和碳酸根离子，其中碳酸根离子可以和钙离子等金属离子结合生成难溶性碳酸盐并被吸附固定，且随着体系中金属离子逐渐被吸附固定，残留硝酸根离子和铵根离子结合，在冷却结晶过程中，以硝酸铵形式分散于体系中，在使用过程中，硝酸铵受热后可发生爆发式分解，且该分解过程为放热反应，放出的大量热量以及爆发式分解产生的机械能可进一步强化产品的化渣效果；
（2）本发明技术方案通过以废弃橡胶胶粉为主要原料之一，在制备过程中，废弃橡胶胶粉可以作为载体将各成分包裹，并在热压过程中作为胶结料将各组分良好的固定于体系中，在炼钢使用过程中，在高温条件下，废弃橡胶首先受热分解产生小分子还原性气体，而还原性气体可将体系中固定的高价态的金属氧化物还原为低价态的金属氧化物，低价态金属氧化物的形成可有效降低炉渣粘度，从而加速石灰熔化过程中的传质，另外，低价态金属氧化物可有效改善炉渣对石灰的润湿和炉渣向石灰孔隙中的渗透，低价态金属氧化物中，例如氧化亚铁，其与氧化钙同属立方晶系，有利于它向氧化钙晶格中迁移并生成低熔点物质，并且可有效减少石灰块表面硅酸钙的生成，降低硅酸钙的熔点，使硅酸钙变得疏松，从而起到良好的化渣效果；另外，橡胶胶粉主要为有机物，在转炉炼钢过程中，其中的碳可以和产品中物质的结晶水相遇反应，更多的转化为一氧化碳和氢气，从而有利于增加转炉煤气中一氧化碳和氢气的含量，并增加转炉煤气的热值。
具体实施方式
按重量份数计，依次取8～10份巴氏芽孢杆菌，3～5份葡萄糖，180～200份水，先将葡萄糖和水搅拌溶解，得葡萄糖溶液，再将所得葡萄糖溶液预热至32～35℃，随后向预热的葡萄糖溶液中加入巴氏芽孢杆菌，用玻璃棒搅拌活化30～45min，得微生物菌液；按质量比为10：1～20：1将废弃橡胶胶粉和氧化石墨烯加入混练机，于温度为55～60℃条件下，混炼10～15min，得混炼料；将复配无机盐倒入烧杯中，于玻璃棒搅拌状态下加热，直至烧杯中复配无机盐熔融，得熔盐，并将混炼料和熔盐按质量比为1：5～1：8混合倒入电解槽中，并以60～120mL/min速率向电解槽中通入氩气，随后于温度为120～130℃条件下，用玻璃棒搅拌混合10～20min，再于氩气保护状态下，于电压为56～66V条件下，保温电解3～5h，出料，得电解料，并将所得电解料转入冷冻粉碎机，以液氮为研磨介质，冷冻粉碎后过80～120目筛，得电解碎料；按质量比为1：100～1：150将所得电解碎料和水混合倒入发酵罐中，于搅拌转速为400～500r/min条件下，用尿素调节发酵罐内物料pH至9.6～9.8，待pH调节结束，再向发酵罐中加入水质量0.2～0.3倍的微生物菌液，于温度为30～35℃，转速为200～300r/min条件下，恒温搅拌发酵36～72h，待发酵结束，再向发酵罐中加入电解碎料质量0.1～0.2倍的高锰酸钾，继续于温度为45～55℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌混合45～60min，得发酵产物，并将所得发酵产物转入旋转蒸发仪，于温度为75～85℃，转速为60～80r/min，压力为550～600kPa条件下，旋蒸浓缩3～5h，得浓缩液，并将所得浓缩液移入冰箱中，于温度为2～4℃条件下，冷藏10～12h，过滤，得滤渣，即为改性电解碎料；再将所得改性电解碎料转入强力压球机，于温度为75～80℃，压力为8～12MPa条件下，热压成球团后，出料，自然冷却至室温，即得炼钢造渣剂。所述复配无机盐是由以下重量份数的无机盐复配而成：10～15份硝酸铁，8～10份硝酸钙，8～10份硝酸镁。
实例1
按重量份数计，依次取10份巴氏芽孢杆菌，5份葡萄糖，200份水，先将葡萄糖和水搅拌溶解，得葡萄糖溶液，再将所得葡萄糖溶液预热至35℃，随后向预热的葡萄糖溶液中加入巴氏芽孢杆菌，用玻璃棒搅拌活化45min，得微生物菌液；按质量比为20：1将废弃橡胶胶粉和氧化石墨烯加入混练机，于温度为60℃条件下，混炼15min，得混炼料；将复配无机盐倒入烧杯中，于玻璃棒搅拌状态下加热，直至烧杯中复配无机盐熔融，得熔盐，并将混炼料和熔盐按质量比为1：8混合倒入电解槽中，并以120mL/min速率向电解槽中通入氩气，随后于温度为130℃条件下，用玻璃棒搅拌混合20min，再于氩气保护状态下，于电压为66V条件下，保温电解5h，出料，得电解料，并将所得电解料转入冷冻粉碎机，以液氮为研磨介质，冷冻粉碎后过120目筛，得电解碎料；按质量比为1：150将所得电解碎料和水混合倒入发酵罐中，于搅拌转速为500r/min条件下，用尿素调节发酵罐内物料pH至9.8，待pH调节结束，再向发酵罐中加入水质量0.3倍的微生物菌液，于温度为35℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌发酵72h，待发酵结束，再向发酵罐中加入电解碎料质量0.2倍的高锰酸钾，继续于温度为55℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌混合60min，得发酵产物，并将所得发酵产物转入旋转蒸发仪，于温度为85℃，转速为80r/min，压力为600kPa条件下，旋蒸浓缩5h，得浓缩液，并将所得浓缩液移入冰箱中，于温度为4℃条件下，冷藏12h，过滤，得滤渣，即为改性电解碎料；再将所得改性电解碎料转入强力压球机，于温度为80℃，压力为12MPa条件下，热压成球团后，出料，自然冷却至室温，即得炼钢造渣剂。所述复配无机盐是由以下重量份数的无机盐复配而成：15份硝酸铁，10份硝酸钙，10份硝酸镁。
实例2
按重量份数计，依次取10份巴氏芽孢杆菌，5份葡萄糖，200份水，先将葡萄糖和水搅拌溶解，得葡萄糖溶液，再将所得葡萄糖溶液预热至35℃，随后向预热的葡萄糖溶液中加入巴氏芽孢杆菌，用玻璃棒搅拌活化45min，得微生物菌液；将复配无机盐倒入烧杯中，于玻璃棒搅拌状态下加热，直至烧杯中复配无机盐熔融，得熔盐，并将废弃橡胶胶粉和熔盐按质量比为1：8混合倒入电解槽中，并以120mL/min速率向电解槽中通入氩气，随后于温度为130℃条件下，用玻璃棒搅拌混合20min，再于氩气保护状态下，于电压为66V条件下，保温电解5h，出料，得电解料，并将所得电解料转入冷冻粉碎机，以液氮为研磨介质，冷冻粉碎后过120目筛，得电解碎料；按质量比为1：150将所得电解碎料和水混合倒入发酵罐中，于搅拌转速为500r/min条件下，用尿素调节发酵罐内物料pH至9.8，待pH调节结束，再向发酵罐中加入水质量0.3倍的微生物菌液，于温度为35℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌发酵72h，待发酵结束，再向发酵罐中加入电解碎料质量0.2倍的高锰酸钾，继续于温度为55℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌混合60min，得发酵产物，并将所得发酵产物转入旋转蒸发仪，于温度为85℃，转速为80r/min，压力为600kPa条件下，旋蒸浓缩5h，得浓缩液，并将所得浓缩液移入冰箱中，于温度为4℃条件下，冷藏12h，过滤，得滤渣，即为改性电解碎料；再将所得改性电解碎料转入强力压球机，于温度为80℃，压力为12MPa条件下，热压成球团后，出料，自然冷却至室温，即得炼钢造渣剂。所述复配无机盐是由以下重量份数的无机盐复配而成：15份硝酸铁，10份硝酸钙，10份硝酸镁。
实例3
按重量份数计，依次取10份巴氏芽孢杆菌，5份葡萄糖，200份水，先将葡萄糖和水搅拌溶解，得葡萄糖溶液，再将所得葡萄糖溶液预热至35℃，随后向预热的葡萄糖溶液中加入巴氏芽孢杆菌，用玻璃棒搅拌活化45min，得微生物菌液；按质量比为20：1将废弃橡胶胶粉和氧化石墨烯加入混练机，于温度为60℃条件下，混炼15min，得混炼料；按质量比为1：150将所得混炼料和水混合倒入发酵罐中，于搅拌转速为500r/min条件下，用尿素调节发酵罐内物料pH至9.8，待pH调节结束，再向发酵罐中加入水质量0.3倍的微生物菌液，于温度为35℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌发酵72h，待发酵结束，再向发酵罐中加入电解碎料质量0.2倍的高锰酸钾，继续于温度为55℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌混合60min，得发酵产物，并将所得发酵产物转入旋转蒸发仪，于温度为85℃，转速为80r/min，压力为600kPa条件下，旋蒸浓缩5h，得浓缩液，并将所得浓缩液移入冰箱中，于温度为4℃条件下，冷藏12h，过滤，得滤渣，即为改性电解碎料；再将所得改性电解碎料转入强力压球机，于温度为80℃，压力为12MPa条件下，热压成球团后，出料，自然冷却至室温，即得炼钢造渣剂。所述复配无机盐是由以下重量份数的无机盐复配而成：15份硝酸铁，10份硝酸钙，10份硝酸镁。
实例4
按重量份数计，依次取10份巴氏芽孢杆菌，5份葡萄糖，200份水，先将葡萄糖和水搅拌溶解，得葡萄糖溶液，再将所得葡萄糖溶液预热至35℃，随后向预热的葡萄糖溶液中加入巴氏芽孢杆菌，用玻璃棒搅拌活化45min，得微生物菌液；按质量比为20：1将废弃橡胶胶粉和氧化石墨烯加入混练机，于温度为60℃条件下，混炼15min，得混炼料；将复配无机盐倒入烧杯中，于玻璃棒搅拌状态下加热，直至烧杯中复配无机盐熔融，得熔盐，并将混炼料和熔盐按质量比为1：8混合倒入电解槽中，并以120mL/min速率向电解槽中通入氩气，随后于温度为130℃条件下，用玻璃棒搅拌混合20min，再于氩气保护状态下，于电压为66V条件下，保温电解5h，出料，得电解料，并将所得电解料转入冷冻粉碎机，以液氮为研磨介质，冷冻粉碎后过120目筛，得电解碎料；按质量比为1：150将所得电解碎料和水混合倒入发酵罐中，于搅拌转速为500r/min条件下，用尿素调节发酵罐内物料pH至9.8，待pH调节结束，再向发酵罐中加入水质量0.3倍的微生物菌液，于温度为35℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌发酵72h，待发酵结束，再向发酵罐中加入电解碎料质量0.2倍的高锰酸钾，继续于温度为55℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌混合60min，得发酵产物，并将所得发酵产物转入旋转蒸发仪，于温度为85℃，转速为80r/min，压力为600kPa条件下，旋蒸浓缩5h，得浓缩液，并将所得浓缩液移入冰箱中，于温度为4℃条件下，冷藏12h，过滤，得滤渣，即为改性电解碎料；再将所得改性电解碎料转入强力压球机，于温度为80℃，压力为12MPa条件下，热压成球团后，出料，自然冷却至室温，即得炼钢造渣剂。所述复配无机盐是由以下重量份数的无机盐复配而成：15份氯化铁，10份氯化钙，10份氯化镁。
实例5
按重量份数计，依次取10份巴氏芽孢杆菌，5份葡萄糖，200份水，先将葡萄糖和水搅拌溶解，得葡萄糖溶液，再将所得葡萄糖溶液预热至35℃，随后向预热的葡萄糖溶液中加入巴氏芽孢杆菌，用玻璃棒搅拌活化45min，得微生物菌液；按质量比为20：1将废弃橡胶胶粉和氧化石墨烯加入混练机，于温度为60℃条件下，混炼15min，得混炼料；将复配无机盐倒入烧杯中，于玻璃棒搅拌状态下加热，直至烧杯中复配无机盐熔融，得熔盐，并将混炼料和熔盐按质量比为1：8混合倒入电解槽中，并以120mL/min速率向电解槽中通入氩气，随后于温度为130℃条件下，用玻璃棒搅拌混合20min，再于氩气保护状态下，于电压为66V条件下，保温电解5h，出料，得电解料，并将所得电解料转入冷冻粉碎机，以液氮为研磨介质，冷冻粉碎后过120目筛，得电解碎料；再将所得电解碎料转入强力压球机，于温度为80℃，压力为12MPa条件下，热压成球团后，出料，自然冷却至室温，即得炼钢造渣剂。所述复配无机盐是由以下重量份数的无机盐复配而成：15份硝酸铁，10份硝酸钙，10份硝酸镁。
实例6
按重量份数计，依次取10份巴氏芽孢杆菌，5份葡萄糖，200份水，先将葡萄糖和水搅拌溶解，得葡萄糖溶液，再将所得葡萄糖溶液预热至35℃，随后向预热的葡萄糖溶液中加入巴氏芽孢杆菌，用玻璃棒搅拌活化45min，得微生物菌液；按质量比为20：1将废弃橡胶胶粉和氧化石墨烯加入混练机，于温度为60℃条件下，混炼15min，得混炼料；将复配无机盐倒入烧杯中，于玻璃棒搅拌状态下加热，直至烧杯中复配无机盐熔融，得熔盐，并将混炼料和熔盐按质量比为1：8混合倒入电解槽中，并以120mL/min速率向电解槽中通入氩气，随后于温度为130℃条件下，用玻璃棒搅拌混合20min，再于氩气保护状态下，于电压为66V条件下，保温电解5h，出料，得电解料，并将所得电解料转入冷冻粉碎机，以液氮为研磨介质，冷冻粉碎后过120目筛，得电解碎料；按质量比为1：150将所得电解碎料和水混合倒入发酵罐中，于搅拌转速为500r/min条件下，用尿素调节发酵罐内物料pH至9.8，待pH调节结束，再向发酵罐中加入水质量0.3倍的微生物菌液，于温度为35℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌发酵72h，待发酵结束，继续于温度为55℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌混合60min，得发酵产物，并将所得发酵产物转入旋转蒸发仪，于温度为85℃，转速为80r/min，压力为600kPa条件下，旋蒸浓缩5h，得浓缩液，并将所得浓缩液移入冰箱中，于温度为4℃条件下，冷藏12h，过滤，得滤渣，即为改性电解碎料；再将所得改性电解碎料转入强力压球机，于温度为80℃，压力为12MPa条件下，热压成球团后，出料，自然冷却至室温，即得炼钢造渣剂。所述复配无机盐是由以下重量份数的无机盐复配而成：15份硝酸铁，10份硝酸钙，10份硝酸镁。
实例7
按重量份数计，依次取10份酵母菌，5份葡萄糖，200份水，先将葡萄糖和水搅拌溶解，得葡萄糖溶液，再将所得葡萄糖溶液预热至35℃，随后向预热的葡萄糖溶液中加入酵母菌，用玻璃棒搅拌活化45min，得微生物菌液；按质量比为20：1将废弃橡胶胶粉和氧化石墨烯加入混练机，于温度为60℃条件下，混炼15min，得混炼料；将复配无机盐倒入烧杯中，于玻璃棒搅拌状态下加热，直至烧杯中复配无机盐熔融，得熔盐，并将混炼料和熔盐按质量比为1：8混合倒入电解槽中，并以120mL/min速率向电解槽中通入氩气，随后于温度为130℃条件下，用玻璃棒搅拌混合20min，再于氩气保护状态下，于电压为66V条件下，保温电解5h，出料，得电解料，并将所得电解料转入冷冻粉碎机，以液氮为研磨介质，冷冻粉碎后过120目筛，得电解碎料；按质量比为1：150将所得电解碎料和水混合倒入发酵罐中，于搅拌转速为500r/min条件下，用尿素调节发酵罐内物料pH至9.8，待pH调节结束，再向发酵罐中加入水质量0.3倍的微生物菌液，于温度为35℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌发酵72h，待发酵结束，再向发酵罐中加入电解碎料质量0.2倍的高锰酸钾，继续于温度为55℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌混合60min，得发酵产物，并将所得发酵产物转入旋转蒸发仪，于温度为85℃，转速为80r/min，压力为600kPa条件下，旋蒸浓缩5h，得浓缩液，并将所得浓缩液移入冰箱中，于温度为4℃条件下，冷藏12h，过滤，得滤渣，即为改性电解碎料；再将所得改性电解碎料转入强力压球机，于温度为80℃，压力为12MPa条件下，热压成球团后，出料，自然冷却至室温，即得炼钢造渣剂。所述复配无机盐是由以下重量份数的无机盐复配而成：15份硝酸铁，10份硝酸钙，10份硝酸镁。
对比例：无锡某铸造材料有限公司生产的造渣剂。
将实例1至7所得造渣剂和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
成渣时间主要由操作工对转炉后火焰形状和氧化冲击炉渣声响进行经验判断，具体检测结果如表1所示：
表1：性能检测表
检测内容 实例1 实例2 实例3 实例4 实例5 实例6 实例7 对比例
成渣时间/min 3.92 4.24 4.12 4.31 4.21 4.17 4.15 4.54
由表1检测结果可知，本发明所得利用废弃橡胶胶粉制备的炼钢造渣剂成渣时间得到有效降低，具有优异的化渣效果。

Claims (4)

1.一种利用废弃橡胶胶粉制备炼钢造渣剂的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按质量比为10：1～20：1将废弃橡胶胶粉和氧化石墨烯混炼，得混炼料；
（2）将复配无机盐加热熔融，得熔盐，再按质量比为1：5～1：8将混炼料和熔盐混合加入电解槽，恒温搅拌混合后，于氩气保护状态下，保温电解，出料，冷冻粉碎，得电解碎料；
（3）将电解碎料与水按质量比为1：100～1：150搅拌混合，并用尿素调节pH，再加入水质量0.2～0.3倍的微生物菌液，恒温搅拌发酵，待发酵结束，再加入电解碎料质量0.1～0.2倍的高锰酸钾，恒温搅拌混合后，浓缩，冷却，过滤，得改性电解碎料；
（4）将所得改性电解碎料转入强力压球机，热压成球团后，出料，冷却，即得炼钢造渣剂。
2.根据权利要求1所述的一种利用废弃橡胶胶粉制备炼钢造渣剂的方法，其特征在于：步骤（2）所述复配无机盐是由以下重量份数的无机盐复配而成：10～15份硝酸铁，8～10份硝酸钙，8～10份硝酸镁。
3.根据权利要求1所述的一种利用废弃橡胶胶粉制备炼钢造渣剂的方法，其特征在于：步骤（2）所述保温电解条件为：电解温度为120～130℃，电解电压为56～66V，电解时间为3～5h。
4.根据权利要求1所述的一种利用废弃橡胶胶粉制备炼钢造渣剂的方法，其特征在于：步骤（3）所述微生物菌液是由以下重量份数的原料配置而成：8～10份巴氏芽孢杆菌，3～5份葡萄糖，180～200份水。
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