CN109513726A - 一种钢渣回收再利用***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢渣回收再利用***及方法，该包括钢渣分选***和再生混凝土制备***，钢渣通过转子破碎机、振动给料机、磁选机、传送带、预热器、研磨机、煅烧炉、冷却仓、振动筛分机进行破碎、磁选、预热、研磨、煅烧和筛选后分离出钢渣中的无害尾矿，最后通过与粉煤灰、砂子、水泥保持一定的质量比即可制备性能良好的再生混凝土，不仅能够减少钢渣填埋所带来的土壤污染和水体污染，还能够用于制备混凝土，实现了钢渣的资源化处理，具备良好应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种废弃物的处理***，特别涉及一种钢渣回收再利用***及方法。
背景技术
钢渣是炼钢过程中为了去除钢中杂质而副产的物质，它包含脱硫、脱磷、脱氧产物及因之而加入的造渣剂，如水泥、萤石、脱氧剂等，金属料中带入的泥砂，铁水和废钢中的铝、硅、锰等氧化后形成的氧化物，作为冷却剂或氧化剂使用的铁矿石、氧化铁皮、含铁污泥等；炼钢过程中侵蚀下来的炉衬材料等；其主要化学成分包括CaO、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3、MnO、TiO2、P2O5以及FeO等。
钢渣的产生率为粗钢产量的8%-15%，中国的钢渣产生量随着钢铁工业的快速发展而迅速递增；因此，钢铁企业废渣的处理和资源化利用问题也越来越受到重视，国家的发展规划中指出，钢渣的综合利用率应达86%以上，基本实现“零排放”；然而，中国目前综合利用的现状与该规划相差甚远，尤其是素有“劣质水泥熟料”之称的转炉钢渣的利用率仅为10%~20%，国内钢铁企业产生的钢渣不能及时处理，致使大量钢渣占用土地，污染环境；然而钢渣并非不可用的固体废弃物，其中含有大量的渣钢、氧化钙、铁以及氧化镁等可利用组分，并且灼热的钢渣有丰富的热能，并含有10%左右的废钢，以及大量的有益的化学元素，充分利用渣中的有用成分，以提高钢渣的回收效益；我国主要将钢渣用于地基回填、道路铺筑、水泥原料和净水剂等；所以，为使钢铁企业创造经济和环境效益，选择合适的处理工艺和利用途径以便尽可能多地回收钢渣中的金属料，提高尾渣的综合利用率是十分必要和迫切的。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术而提出的一种钢渣回收再利用***，钢渣通过转子破碎机、振动给料机、磁选机、传送带、预热器、研磨机、煅烧炉、冷却仓、振动筛分机进行破碎、磁选、预热、研磨、煅烧和筛选后分离出钢渣中的无害尾矿，最后通过与粉煤灰、砂子、水泥保持一定的质量比即可制备性能良好的再生混凝土，不仅能够减少钢渣填埋所带来的土壤污染和水体污染，还能够用于制备混凝土，实现了钢渣的资源化处理。
本发明的钢渣回收再利用***包括钢渣分选***和再生混凝土制备***，其中的所述钢渣分选***包括转子破碎机、振动给料机、磁选机、传送带、预热器、研磨机、煅烧炉、冷却仓和振动筛分机；所述转子破碎机、振动给料机、磁选机、预热器、研磨机、煅烧炉、冷却仓和振动筛分机通过传送带依次连接，所述预热器用于对经过转子破碎机破碎后的钢渣进行加热，所述振动筛分机的出口通过传送带连接再生混凝土制备***的暂存仓；
所述再生混凝土制备***包括暂存仓、计量磅、搅拌机、消化器和压制机，所述暂存仓和搅拌机通过传送带依次连接，计量磅对钢渣称重后连接搅拌机，粉煤灰、砂子、水泥、清水和硫酸钠分别通过称重器称重后输入搅拌机中，搅拌机的下端出口连接消化器，消化器与压制机连接，分选后的钢渣与粉煤灰、砂子、水泥、清水和硫酸钠搅拌混合并消化、压制后制备成再生混凝土。
作为本发明更进一步的限定，所述磁选机进行磁选的方法为：振动给料机将初碎后的钢渣送入湿式粉磨床，然后通过弱磁磁选机进行磁选，分选出强磁性精矿和弱磁性尾矿；再将弱磁性尾矿通过分段式强磁选机进行磁选，分选出精矿和尾矿，其中尾矿通过传送带送入预热器进行后续处理。
作为本发明更进一步的限定，采用湿式粉磨床进行湿式粉磨处理时，加入水和无水乙醇作为分散剂，三聚磷酸钠作为缓凝剂，粉磨时间为30min，控制钢渣、水、无水乙醇、三聚磷酸钠的质量比为：3:9:3:1，粉磨后的钢渣粒径小于50um。
作为本发明更进一步的限定，所述弱磁磁选机的磁感应强度为180mT；所述分段式强磁选机的磁感应强度为1200mT。
作为本发明更进一步的限定，所述预热器为列管式换热器，加热温度为650℃；所述煅烧炉控制煅烧温度为1000～1100℃，煅烧时间为2h，随后在0.5h内升温至1300℃并保温2h。
作为本发明更进一步的限定，所述搅拌机中各物料的质量百分比为：钢渣28%、砂子37%、水泥6%、粉煤灰24%、硫酸钠5%，清水质量为各物料总量的5%，其中砂子是粒径小于 5mm 的天然河砂。
本发明还具体公开了一种钢渣回收再利用***进行建筑废弃物资源化处理的方法，该方法包括如下步骤：
（1）将钢渣卸料至受料斗，然后通过传送带输送至转子破碎机中进行初步破碎，初碎后的钢渣通过振动给料机向湿式粉磨床中进行粉磨，并向湿式粉磨床中加入水、无水乙醇和三聚磷酸钠，粉磨30min，控制钢渣、水、无水乙醇、三聚磷酸钠的质量比为：3:9:3:1；粉磨后的钢渣通过弱磁磁选机进行磁选，分选出强磁性精矿和弱磁性尾矿，再将弱磁性尾矿通过分段式强磁选机进行磁选，分选出精矿和尾矿；
（2）进行磁选后的尾矿输送至预热器中进行预热，控制预热温度在650℃，预热3h，预热的物料输送至研磨机中进行研磨处理4h，研磨后的粉料输送至煅烧炉中进行煅烧处理，在1000～1100℃下煅烧2h，然后在0.5h内升温到1300℃再保温2h，然后输送至冷却仓在0.5h内冷却到室温得到改性钢渣；
（3）改性钢渣通过振动筛分机筛选出0～25um的钢渣，筛分出的改性钢渣送入暂存仓中进行暂存；将改性钢渣通过计量磅进行称重，并将粉煤灰、砂子、水泥、清水和硫酸钠分别通过称重器称重后输入搅拌机中，混合物料送入消化器中消化处理20h，称取一定量的原料放入模具，用压机压制成型，放在常温下面养护1d后放入蒸压反应器中，控制成型压力25MPa并保压7-9h，即可制备得到再生混凝土。
本发明的有益效果是:
1、在进行磁选前对钢渣进行粉磨处理能够保证钢渣弱磁选尾矿中的铬渣的单体解离，提高分选的效果；
2、通过对粉磨后的钢渣先进行弱磁性磁选，后进行强磁性磁选能够有效减少尾矿中镁铬尖晶石的含量，保证钢渣尾矿进行后续混合处理能够制备符合环保要求的填料；
3、通过对磁选后的钢渣进行预热后研磨再进行煅烧处理，能够对钢渣进行表面改性处理，增强钢渣的表面孔径分布。
附图说明
图1是本发明提出的钢渣回收再利用***的示意图；
图2是钢渣回收再利用***中进行磁选的示意图；
图3是磁选过程中不同磁感应强度对磁选效果的影响。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例一
参见图1-2，一种钢渣回收再利用***，包括钢渣分选***和再生混凝土制备***，其中的所述钢渣分选***包括转子破碎机、振动给料机、磁选机、传送带、预热器、研磨机、煅烧炉、冷却仓和振动筛分机；所述转子破碎机、振动给料机、磁选机、预热器、研磨机、煅烧炉、冷却仓和振动筛分机通过传送带依次连接，所述预热器用于对经过转子破碎机破碎后的钢渣进行加热，所述振动筛分机的出口通过传送带连接再生混凝土制备***的暂存仓；
所述再生混凝土制备***包括暂存仓、计量磅、搅拌机、消化器和压制机，所述暂存仓和搅拌机通过传送带依次连接，计量磅对钢渣称重后连接搅拌机，粉煤灰、砂子、水泥、清水和硫酸钠分别通过称重器称重后输入搅拌机中，搅拌机的下端出口连接消化器，消化器与压制机连接，分选后的钢渣与粉煤灰、砂子、水泥、清水和硫酸钠搅拌混合并消化、压制后制备成再生混凝土。
其中，所述磁选机进行磁选的方法为：振动给料机将初碎后的钢渣送入湿式粉磨床，然后通过弱磁磁选机进行磁选，分选出强磁性精矿和弱磁性尾矿；再将弱磁性尾矿通过分段式强磁选机进行磁选，分选出精矿和尾矿，其中尾矿通过传送带送入预热器进行后续处理。
优选的，采用湿式粉磨床进行湿式粉磨处理时，加入水和无水乙醇作为分散剂，三聚磷酸钠作为缓凝剂，粉磨时间为30min，控制钢渣、水、无水乙醇、三聚磷酸钠的质量比为：3:9:3:1，粉磨后的钢渣粒径小于50um。
其中，所述预热器为列管式换热器，加热温度为650℃；所述煅烧炉控制煅烧温度为1000～1100℃，煅烧时间为2h，随后在0.5h内升温至1300℃并保温2h。
本发明的实施例的实施方法具体为：采用如下步骤进行：
（1）将钢渣卸料至受料斗，然后通过传送带输送至转子破碎机中进行初步破碎，初碎后的钢渣通过振动给料机向湿式粉磨床中进行粉磨，并向湿式粉磨床中加入水、无水乙醇和三聚磷酸钠，粉磨30min，控制钢渣、水、无水乙醇、三聚磷酸钠的质量比为：3:9:3:1；粉磨后的钢渣通过弱磁磁选机进行磁选，分选出强磁性精矿和弱磁性尾矿，再将弱磁性尾矿通过分段式强磁选机进行磁选，分选出精矿和尾矿；
（2）进行磁选后的尾矿输送至预热器中进行预热，控制预热温度在650℃，预热3h，预热的物料输送至研磨机中进行研磨处理4h，研磨后的粉料输送至煅烧炉中进行煅烧处理，在1000～1100℃下煅烧2h，然后在0.5h内升温到1300℃再保温2h，然后输送至冷却仓在0.5h内冷却到室温得到改性钢渣；
（3）改性钢渣通过振动筛分机筛选出0～25um的钢渣，筛分出的改性钢渣送入暂存仓中进行暂存；将改性钢渣通过计量磅进行称重，并将粉煤灰、砂子、水泥、清水和硫酸钠分别通过称重器称重后输入搅拌机中，混合物料送入消化器中消化处理20h，称取一定量的原料放入模具，用压机压制成型，放在常温下面养护1d后放入蒸压反应器中，控制成型压力25MPa并保压7-9h，即可制备得到再生混凝土。
实施例二
本实施例提供一种钢渣回收再利用***，与实施例一相比，不同之处在于，控制弱磁磁选机的磁感应强度为180mT；所述分段式强磁选机的磁感应强度为1200mT。
其余与实施例一均相同。
磁选分离作为富集矿物的一种分选方法，在富集有价金属方面具有独特的优势；由于钢渣中含铬的矿物包括铁铬镍合金和镁铬尖晶石，而由于铁铬镍合金具有强磁性，而镁铬尖晶石具有弱磁性，试验根据两种矿物磁性的差异，先用弱磁选装置分选出钢渣中的铁铬镍合金，然后对弱磁选后的尾矿采用强磁磁选机来回收其中的镁铬尖晶石，从而使镁铬尖晶石能在磁选精矿中得到富集，达到减少钢渣中的铬元素含量的效果；并且，由于镁铬尖晶石的粒度分布在15～50um范围内，平均粒度为26um，进行磁选前需进行粉磨处理以保证弱磁选尾矿的粒度小于50um，才能保证钢渣弱磁选尾矿中的镁铬尖晶石的单体解离，提高分选的效果。
弱磁磁选开始前，向弱磁磁选机中加入粉磨后的钢渣，加水将物料进行分散，往磁选机中加水至磁极上方并调节磁选机电流大小从而改变线圈的磁感应强度，用高斯计来确定磁感应强度；运行振荡电机并调节尾矿排放速度，将分散后物料加入到磁选机中，磁选期间向磁选机中不断加水分散且保证水的位置始终在磁场的上方，当磁选的尾矿已经全部排出——磁选机中的矿浆澄清时，停止加水并用关闭磁选机的出口；关闭弱磁磁选机的振荡电机和电流开关。
将精矿过滤烘干，从尾矿出口收集的尾矿矿浆静置，沉淀完全后过滤烘干，收集磁选尾矿，称量计算出精矿的回收量，将精矿和尾矿用酸进行溶解，用等离子体扫描光谱仪测定出两种物料中Cr元素的质量浓度。
分段式强磁选机的磁感应强度可从0mT至2000mT范围内进行调节，通过改变电流将磁感应强度分别调至400mT、800mT、1200mT、1500mT和1700mT，以精矿和尾矿中Cr含量来确定强磁场分选的最佳磁感应强度。
将弱磁选产生的尾矿收集后，向尾矿中加水进行充分稀释，稀释的目的是为了让所有尾矿分散于水中，保证磁选的效果；然后将充分稀释的尾矿加入分段式强磁选机；磁选过程中磁选机下方不停排出尾矿，待尾矿完全排净，退去磁场后，弱磁性颗粒会从物料的表面脱离，排出黑色颗粒的精矿。
磁选结束后，将获得的精矿和尾矿分别进行真空抽滤，将固体残渣放入真空干燥箱进行烘干，称量精矿质量计算出精矿回收量，将精矿和尾矿用酸进行溶解，用等离子体扫描光谱仪测定出两种物料中Cr元素的质量浓度。
参见图3，图3表示磁选过程中不同磁感应强度对磁选效果的影响，由图3可知，随着磁感应强度的增大，强磁性矿物的Cr含量逐步上升，而尾矿中的Cr含量也逐步降低，但是变化幅度存在差异。
在磁感应强度低于180mT时，精矿的Cr含量增长较快，同时尾矿矿中的Cr含量也在这一阶段迅速下降；达到180mT时，精矿中Cr含量达到峰值3.8%，尾矿中Cr含量降低到最小值0.87%；当磁感应强度高于180mT时，精矿和尾矿的Cr含量几乎没有发生变化，达到200mT时精矿中的Cr含量仅提高了0.8%，而尾矿中Cr含量仍然没有变化；因此，根据精矿和尾矿中的Cr含量变化规律，确定180mT为钢渣弱磁性磁选的磁感应强度。
同时，由图3可看出，磁感应强度对镁铬尖晶石的回收影响很大，并且是影响镁铬尖晶石分选效果的主要因素，使用强磁性进行磁选有利于提高镁铬尖晶石的磁选效果。
当磁感应强度为400mT时，精矿中的Cr含量可达到0.81%左右，随着磁感应强度的继续增加，精矿的Cr含量逐步增加，尾矿中Cr含量持续下降，且增长的速度越来越快。
当磁感应强度增加到1200mT时，精矿中的Cr含量达到最高值1.39%，尾矿中Cr含量达到最小值0.58%，此时精矿的产率为50.2%；而场强高于1200mT时，随着场强增加，精矿中Cr含量开始有明显的下降，而尾矿中Cr含量没有明显变化。
在1700mT的场强时，强磁精矿Cr含量下降了13.6%，但尾矿中Cr含量仍然不变，这表明过高的磁感应强度将镁铬尖晶石和其他非磁性矿物一起分选出来，从而导致镁铬尖晶石的分选效果变差。
因此，通过上述强磁选的结果表明，在磁感应强度为1200mT时对弱磁性磁选后的钢渣进行再分选，可获得较好的分选效果和产率，因此，选择钢渣强磁性磁选的磁感应强度为1200mT。
因此，选择控制弱磁磁选机的磁感应强度为180mT；所述分段式强磁选机的磁感应强度为1200mT。
实施例三
本实施例提供一种钢渣回收再利用***，与实施例一、二相比，不同之处在于，控制所述搅拌机中各物料的质量百分比为钢渣28%、砂子37%、水泥6%、粉煤灰24%、硫酸钠5%，清水质量为各物料总量的5%，其中砂子是粒径小于 5 mm 的天然河砂。
其余与实施例一和实施例二均相同。
表1 不同掺水量制备的再生混凝土性能对比
通过表1的对比可知，掺水量分别为6%和5%时所制备的再生混凝土性能均能达到要求，而掺水量为4%时制备的再生混凝土的抗压强度达不到标准，掺水量为5%制备的再生混凝土较掺水量6%抗压强度高，所以掺水量选定为5%比较合适。
表2 不同水泥添加量制备的再生混凝土性能对比
从表2可以看出，随着材料中钢渣比例的增加，水泥添加量的减少，所制备的再生混凝土抗压强度有明显的降低，所以相较之下选择水泥的添加量在6%合适。
表3 不同砂子添加量制备的再生混凝土性能对比
从表3中按照配方制备的混凝土性能可以看出，砂子添加量为37%时，制备的混凝土抗压强度最高，所以砂子添加量选择为37%合适。
表4 不同钢渣添加量制备的再生混凝土性能对比
从表4中可以看出，钢渣添加量为20%时，制备的混凝土抗压强度最高，但是本发明的目的在于尽量对钢渣进行再利用，所以应该选取制备的再生混凝土性能达到要求而且钢渣添加量最多的方案，因此，选择钢渣添加量为28%不仅能够确保制备的再生混凝土性能符合要求，还能够对钢渣实现尽可能的再利用。
因此，控制所述搅拌机中各物料的质量百分比为：钢渣28%、砂子37%、水泥6%、粉煤灰24%、硫酸钠5%，清水质量为各物料总量的5%。
本发明的***钢渣通过转子破碎机、振动给料机、磁选机、传送带、预热器、研磨机、煅烧炉、冷却仓、振动筛分机进行破碎、磁选、预热、研磨、煅烧和筛选后分离出钢渣中的无害尾矿，最后通过与粉煤灰、砂子、水泥保持一定的质量比即可制备性能良好的再生混凝土，不仅能够减少钢渣填埋所带来的土壤污染和水体污染，还能够用于制备混凝土，实现了钢渣的资源化处理，具备良好应用前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种钢渣回收再利用***，该***包括钢渣分选***和再生混凝土制备***；其特征在于，所述钢渣分选***包括转子破碎机、振动给料机、磁选机、传送带、预热器、研磨机、煅烧炉、冷却仓和振动筛分机；所述转子破碎机、振动给料机、磁选机、预热器、研磨机、煅烧炉、冷却仓和振动筛分机通过传送带依次连接，所述预热器用于对经过转子破碎机破碎后的钢渣进行加热，所述振动筛分机的出口通过传送带连接再生混凝土制备***的暂存仓；
所述再生混凝土制备***包括暂存仓、计量磅、搅拌机、消化器和压制机，所述暂存仓和搅拌机通过传送带依次连接，计量磅对钢渣称重后连接搅拌机，粉煤灰、砂子、水泥、清水和硫酸钠分别通过称重器称重后输入搅拌机中，搅拌机的下端出口连接消化器，消化器与压制机连接，分选后的钢渣与粉煤灰、砂子、水泥、清水和硫酸钠搅拌混合并消化、压制后制备成再生混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种钢渣回收再利用***，其特征在于：所述磁选机进行磁选的方法为：振动给料机将初碎后的钢渣送入湿式粉磨床，然后通过弱磁磁选机进行磁选，分选出强磁性精矿和弱磁性尾矿；再将弱磁性尾矿通过分段式强磁选机进行磁选，分选出精矿和尾矿，其中尾矿通过传送带送入预热器进行后续处理。
3.根据权利要求2所述的一种钢渣回收再利用***，其特征在于：采用湿式粉磨床进行湿式粉磨处理时，加入水和无水乙醇作为分散剂，三聚磷酸钠作为缓凝剂，粉磨时间为30min，控制钢渣、水、无水乙醇、三聚磷酸钠的质量比为：3:9:3:1，粉磨后的钢渣粒径小于50um。
4.根据权利要求3所述的一种钢渣回收再利用***，其特征在于：所述弱磁磁选机的磁感应强度为180mT；所述分段式强磁选机的磁感应强度为1200mT。
5.根据权利要求1所述的一种钢渣回收再利用***，其特征在于：所述预热器为列管式换热器，加热温度为650℃；所述煅烧炉控制煅烧温度为1000～1100℃，煅烧时间为2h，随后在0.5h内升温至1300℃并保温2h。
6.根据权利要求1所述的一种钢渣回收再利用***，其特征在于：所述搅拌机中各物料的质量百分比为：钢渣28%、砂子37%、水泥6%、粉煤灰24%、硫酸钠5%，清水质量为各物料总量的5%，其中砂子是粒径小于 5 mm 的天然河砂。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种钢渣回收再利用***制备再生混凝土的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将钢渣卸料至受料斗，然后通过传送带输送至转子破碎机中进行初步破碎，初碎后的钢渣通过振动给料机向湿式粉磨床中进行粉磨，并向湿式粉磨床中加入水、无水乙醇和三聚磷酸钠，粉磨30min，控制钢渣、水、无水乙醇、三聚磷酸钠的质量比为：3:9:3:1；粉磨后的钢渣通过弱磁磁选机进行磁选，分选出强磁性精矿和弱磁性尾矿，再将弱磁性尾矿通过分段式强磁选机进行磁选，分选出精矿和尾矿；
（2）进行磁选后的尾矿输送至预热器中进行预热，控制预热温度在650℃，预热3h，预热的物料输送至研磨机中进行研磨处理4h，研磨后的粉料输送至煅烧炉中进行煅烧处理，在1000～1100℃下煅烧2h，然后在0.5h内升温到1300℃再保温2h，然后输送至冷却仓在0.5h内冷却到室温得到改性钢渣；
（3）改性钢渣通过振动筛分机筛选出0～25um的钢渣，筛分出的改性钢渣送入暂存仓中进行暂存；将改性钢渣通过计量磅进行称重，并将粉煤灰、砂子、水泥、清水和硫酸钠分别通过称重器称重后输入搅拌机中，混合物料送入消化器中消化处理20h，称取一定量的原料放入模具，用压机压制成型，放在常温下面养护1d后放入蒸压反应器中，控制成型压力25MPa并保压7-9h，即可制备得到再生混凝土。
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