CN108642231A - 一种转炉渣改质剂及利用其制得低碱度渣系的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种转炉渣改质剂及利用其制得低碱度渣系的方法，该改质剂成分按重量百分比计如下：高炉除尘灰、铁尾矿之和为90％‑100％，且高炉除尘灰/铁尾矿的质量比＝0.7～6.0，废弃铝碳砖质量百分含量0～10％。利用上述转炉渣改质剂制得低碱度渣系的方法，将该改质剂与转炉渣按照质量比为0.5～1.3充分均匀混合，且混合后的混合料满足：Mc＞0.27×MFe2O3+0.2×MFeO；MCaO＜2.8×MSiO2+0.941×MAl2O3+1.4×MMgO；将混合料在非氧化气氛条件下焙烧温度不低于1450℃，时间不低于20分钟，得到碱度0.5‑1.3渣系。本发明解决转炉渣再利用的同时减少废弃物排放并得到高附加值产品的低碱度渣系。

Description

一种转炉渣改质剂及利用其制得低碱度渣系的方法
技术领域
本发明属于转炉炼钢过程固体废弃物资源再利用领域，尤其涉及一种转炉渣改质剂及其制得低碱度渣系的方法。
背景技术
转炉渣是一种转炉炼钢的过程中产生的工业固体废物。每生产1吨钢要副产0.1～0.13吨钢渣，温度1350℃～1450℃左右。其中还含有10～30％全铁(TFe)和大量有益元素钙、镁和硅等，因此，加大对转炉渣资源的回收利用，成为降低钢厂冶炼成本，实现废弃物零排放的主要手段。目前，对于转炉渣现有的主要处理方法是将冷态转炉渣经过破碎、筛分、磁选等步骤，提取其中的金属氧化物后再加以利用，通常处理后转炉渣用于地基回填、道路铺筑、水泥原料、净水剂和钢渣肥料等。这种处理方法得到的两种产品分别为铁氧化物及高碱度渣系，产品附加值较低。
《一种利用煤气还原转炉渣及炉渣循环利用的方法》(CN 105624359 A)公开了的一种利用煤气还原转炉渣及炉渣循环利用的方法，其包括以下步骤：将转炉冶炼过程分为转炉炼钢与转炉渣热处理两个流程，所述转炉炼钢流程中，铁水中的杂质元素经氧化反应以氧化物的形式进入转炉渣，形成高磷含量的热态转炉渣；将所述转炉渣倒入处理渣灌单元，进入所述转炉渣热处理流程，盛有所述转炉渣的渣灌单元转移到转炉渣处理站，在所述转炉渣处理站内所述转炉渣发生以煤气为还原介质的热态还原，其中，FeO的还原比例＞80％、P2O5的还原比例＞80％，热态还原处理过程同时进行所述转炉渣的余热回收与气态磷回收工作，处理完结后的转炉渣作为预熔渣与含铁冷却料返回转炉重新应用。该方法所得到渣系二元碱度普遍较高，且渣中存在游离氧化钙，该渣系无法在道路铺筑、制备水泥等行业应用。
《一种钢渣处理方法及其装置》(CN 103757152 B)公开了的钢渣处理方法包括将硅铝酸性氧化物和钢渣投料，其中，混合料中的总的硅铝酸性氧化物与碱性氧化物的摩尔比1:2.5-2.9；回转窑温度为1350-1450℃，还原剂存在下，混合料在回转窑中加热混合；产物粒化为颗粒，进行水淬和降温，之后落入水中，再经脱水处理；脱水后颗粒进行磁选分离，钢粒与系列硅酸盐颗粒分离。该方法中还原剂为一氧化碳与煤粉混合物，原料成本较高。且回转窑煤粉燃烧过程必然引入空气中的氧，相比于还原剂直接还原流程复杂，还原效率较低。
《一种从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法》(CN 102264919 A)公开的方法通过包括以下工序，能以低成本从该炼钢炉渣中回收磷和铁，并且能将回收的磷和铁分别作为资源进行有效利用：第一工序，该工序中，用碳、Si、Al等还原剂对脱磷炉渣等含磷炼钢炉渣进行还原处理，将所述炉渣中的铁氧化物和磷氧化物以含磷熔融铁的形式还原并回收；第二工序，该工序中，将除去了铁氧化物和磷氧化物的炼钢炉渣作为烧结工序中的CaO源使用，将制得的烧结矿再循环至高炉；第三工序，该工序中，对通过所述还原处理回收的含磷熔融铁进行脱磷处理，直至含磷熔融铁中的磷浓度达到0.1质量％以下，使磷浓缩在CaO类熔剂中；第四工序，该工序中，将该磷浓度在0.1质量％以下的含磷熔融铁作为铁源混合至高炉铁水中。该方法中所得到的渣中CaO质量百分含量较高，因此只能少量替代烧结工序中的CaO，无法得到具有胶凝性能的渣，产品附加值较低，限制了其再利用价值。
Taeyoung Kim等人《Recovery of Fe and P from CaO-SiO2-FetO-P2O5 Slag byMicrowave Treatment》论文中介绍了一种微波加热石墨碳还原处理转炉渣的实验室研究。其中碳的平衡常数为1.69，加热15分钟，铁的还原率达到0.97，磷为0.89。刘春伟等人《Valorization of BOF Steel Slag by Reduction and Phase Modification:MetalRecovery and Slag Valorization》论文中介绍了碳热还原渣中铁磷氧化物，并通过配加氧化铝和氧化硅调整碱度制备不同渣系产物的实验室研究。反应在1600℃还原1小时，铁氧化物的去除率大于0.9，并介绍了铁磷氧化物的去除机理。两篇文章中所用还原剂均为石墨质碳，在大规模工业化中难以获得经济效益。
以上发明及论文介绍了现有转炉渣处理再利用的方法，大多为碳热还原铁氧化物或磁选去除渣中含铁物质的方法，为了充分利用钢铁企业产生的废弃物，本文提出一种由高炉除尘灰及矿山难处理尾矿制备的转炉渣改质剂，该改质剂原料均为废弃物，且对转炉渣处理后得到产品为铁及低碱度渣系，均为高附加值产品。
根据以上背景资料，本发明专利提出一种转炉渣改质剂及其制得低碱度渣系的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种转炉渣改质剂及利用其制得低碱度渣系的方法，利用三种钢铁企业产生的废弃物高炉除尘灰、矿山铁尾矿、废弃铝炭砖制备转炉渣转质剂，用于还原转炉渣内铁、锰、磷等元素的氧化物且降低甚至去除游离氧化钙，实现转炉渣铁资源回收同时生产水泥混合料、地质聚合物等产品。
本发明目的是这样实现的：
一种转炉渣改质剂，包括高炉除尘灰、铁尾矿、废弃铝碳砖；该改质剂成分按重量百分比计如下：高炉除尘灰、铁尾矿之和为90％-100％，且高炉除尘灰/铁尾矿的质量比＝0.7～6.0，废弃铝碳砖质量百分含量0～10％。
进一步，所述高炉除尘灰含水质量百分比低于2％，粒级小于100目占质量百分比90％以上，碳与全铁质量比不低于0.7。
进一步，所述铁尾矿含水质量百分比低于1％，粒级小于100目占质量百分比90％以上，氧化硅与全铁质量比不低于5.0。
进一步，所述废弃铝炭砖含水质量百分比低于2％，粒级小于100目占质量百分比90％以上，MgO质量百分含量低于5％。
本发明提供的技术方案之二是一种利用上述转炉渣改质剂制得低碱度渣系的方法，将该改质剂与转炉渣按照质量比为0.5～1.3充分均匀混合，且混合后的混合料满足如下公式：
Mc＞0.27×MFe2O3+0.2×MFeO
MCaO＜2.8×MSiO2+0.941×MAl2O3+1.4×MMgO
其中：Mc—混合料中碳质量，MFe2O3—混合料中Fe2O3质量，MFeO—混合料中FeO质量，MCaO—混合料中氧化钙质量，MSiO2—混合料中二氧化硅质量，MAl2O3—混合料中氧化铝质量，MMgO—混合料中氧化镁质量；
之后所述将混合料在非氧化气氛条件下焙烧温度不低于1450℃，时间不低于20分钟，得到碱度R2为0.5-1.3的低碱度渣系。
本发明的有益效果在于：本发明介绍的改质剂原料高炉除尘灰、铁尾矿、废弃铝炭砖均为废弃物料，解决转炉渣再利用的同时，减少废弃物排放。得到产品为铁和可用于制备水泥、地质聚合物等高附加值产品的低碱度渣系。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
一种转炉渣改质剂，包括高炉除尘灰、铁尾矿、废弃铝碳砖；该改质剂成分按重量百分比计如下：高炉除尘灰、铁尾矿之和为90％-100％，且高炉除尘灰/铁尾矿的质量比＝0.7～6.0，废弃铝碳砖质量百分含量0～10％。
所述高炉除尘灰含水质量百分比低于2％，粒级小于100目占质量百分比90％以上，碳与全铁质量比不低于0.7。
所述铁尾矿含水质量百分比低于1％，粒级小于100目占质量百分比90％以上，氧化硅与全铁质量比不低于5.0。
所述废弃铝炭砖含水质量百分比低于2％，粒级小于100目占质量百分比90％以上，MgO质量百分含量低于5％。
一种利用上述转炉渣改质剂制得低碱度渣系的方法，将该改质剂与转炉渣按照质量比为0.5～1.3充分均匀混合，且混合后的混合料满足如下公式：
Mc＞0.27×MFe2O3+0.2×MFeO
MCaO＜2.8×MSiO2+0.941×MAl2O3+1.4×MMgO
其中：Mc—混合料中碳质量，MFe2O3—混合料中Fe2O3质量，MFeO—混合料中FeO质量，MCaO—混合料中氧化钙质量，MSiO2—混合料中二氧化硅质量，MAl2O3—混合料中氧化铝质量，MMgO—混合料中氧化镁质量；
之后所述混合料在在非氧化气氛条件下焙烧温度不低于1450℃，时间不低于20分钟，得到碱度R2为0.5-1.3的低碱度渣系。
本发明实施例改质剂的原料化学成分分析见表1，本发明实施例改质剂成分设计表件表2，本发明实施例转炉渣化学成分分析见表3，本发明实施例改质剂与转炉渣混合配料表见表4，本发明实施例制得低碱度渣系实验评价结果见表5。
表1本发明实施例改质剂的原料化学成分分析(wt％)
表2本发明实施例改质剂成分设计表(wt/％)
表1-3本发明实施例转炉渣化学成分分析(wt％)
转炉渣 FeO Fe2O3 SiO2 CaO MgO Al2O3
1 0.72 23.14 12.89 38.38 10.76 9.18
2 0.66 22.56 13.22 39.1 9.86 9.57
3 0.66 22.56 13.22 39.1 9.86 9.57
4 0.72 23.14 12.89 38.38 10.76 9.18
表4本发明实施例改质剂与转炉渣混合配料表
表5本发明实施例制得低碱度渣系实验评价结果
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种转炉渣改质剂，其特征在于，包括高炉除尘灰、铁尾矿、废弃铝碳砖；该改质剂成分按重量百分比计如下：高炉除尘灰、铁尾矿之和为90％-100％，且高炉除尘灰/铁尾矿的质量比＝0.7～6.0，废弃铝碳砖质量百分含量0～10％。
2.根据权利要求1所述的一种转炉渣改质剂，其特征在于，所述高炉除尘灰含水质量百分比低于2％，粒级小于100目占质量百分比90％以上，碳与全铁质量比不低于0.7。
3.根据权利要求1所述的一种转炉渣改质剂，其特征在于，所述铁尾矿含水质量百分比低于1％，粒级小于100目占质量百分比90％以上，氧化硅与全铁质量比不低于5.0。
4.根据权利要求1所述的一种转炉渣改质剂，其特征在于，所述废弃铝炭砖含水质量百分比低于2％，粒级小于100目占质量百分比90％以上，MgO质量百分含量低于5％。
5.一种利用权利要求1-4所述的转炉渣改质剂制得低碱度渣系的方法，其特征在于，将该改质剂与转炉渣按照质量比为0.5～1.3充分均匀混合，且混合后的混合料满足如下公式：
Mc＞0.27×MFe2O3+0.2×MFeO
MCaO＜2.8×MSiO2+0.941×MAl2O3+1.4×MMgO
其中：Mc—混合料中碳质量，MFe2O3—混合料中Fe2O3质量，MFeO—混合料中FeO质量，MCaO—混合料中氧化钙质量，MSiO2—混合料中二氧化硅质量，MAl2O3—混合料中氧化铝质量，MMgO—混合料中氧化镁质量；
之后将所述混合料在非氧化气氛条件下焙烧温度不低于1450℃，时间不低于20分钟，得到碱度R2为0.5-1.3的低碱度渣系。
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