CN112279530A - 一种高氯型冶炼废渣的余热改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高氯型冶炼废渣的余热改性除氯方法，包括如下步骤：（1）将高氯型冶炼废渣、复合改性剂按照一定比例进行混料，混料时进行机械活化工艺处理，得到细颗粒矿粉和复合改性剂的混合料；（2）高氯型冶炼废渣的出炉温度可达几百度，充分利用冶炼废渣的余热，使得混合料的改性反应充分进行，直到缓慢冷却到室温；（3）将改性后的冶炼废渣进行水洗脱氯，过滤烘干后得到含氯量满足相关建材标准的建筑材料，本发明能够有效利用冶炼废渣余热，在较低温度下完成废渣改性，该工艺节能、高效，所得产品满足相关建筑材料的生产要求，变废为宝，实现废渣的资源化利用。

Description

一种高氯型冶炼废渣的余热改性方法
技术领域
本发明涉及一种高氯型冶炼废渣的处理方法，尤其涉及一种预热改性和脱氯的方法。
背景技术
目前我国资源供需矛盾日益突出，环境压力越来越大，资源、能源、环境对经济发展的制约已成为比较突出的问题。为了更有效的利用资源，我国提出要大力发展循环经济，积极倡导节能减排，要求经济建设与人口、资源和环境协调发展，既能达到发展经济的目的，又能保护人类赖以生存的自然资源和环境，使人类能够连续不断的发展。中国是冶金工业大国，每年产生大量冶炼废渣，并且还在不断地增加；工业冶炼废渣所带来的的堆积和污染问题日益严重,这些固体废弃物侵占土地、污染环境,但同时也是浪费的资源。大宗冶炼废渣的综合利用的主流方向是替代传统天然材料，用于加工建筑材料和工程施工，例如水泥、路基填料、陶瓷材料。冶炼矿渣具有潜在水硬性，玻璃体占比较高，经破碎磨细处理后，比表面积达到 400 ㎡/kg 以上后，就呈现出水硬性，可以作为水泥、混凝土的主要组分。目前各种冶炼废渣及其衍生物，如有色冶炼废渣、钢铁冶炼废渣已经广泛应用于水泥、混凝土等建筑材料的制备。已实现部分冶金废渣资源化利用，这对实现国民经济可持续快速发展有积极意义。
而高氯型冶炼废渣，由于其中游离氯和氯盐的存在，堆存处置的话相比一般冶炼渣对于环境具有更大的潜在危害，如果制备成建筑材料的话，耐腐蚀性和强度较差，有可能造成严重的后果。目前对于高氯型冶炼废渣的脱氯研究较少，主要方法为采用水洗法去除冶金废渣中的游离氯，同时配合焙烧法去除其中的氯盐。但是这种方法能耗较高且除氯效果还不能达到建筑材料标准中规定的小于0.1%，因此开发低成本、效率高的冶炼废渣脱氯工艺，具有较高的社会、环境、经济价值。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明旨在克服高氯型冶炼废渣资源化利用方面存在的问题，解决的技术问题包括冶炼废渣改性难、除氯效果差、能耗高、原料适用性差等技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高氯型冶炼废渣的余热改性方法，包括如下步骤：
S100:将高氯型冶炼废渣和复合改性剂混合后，送入混料机内混匀，然后采用球磨机进行机械活化，得到细颗粒矿粉和复合改性剂的混合料，其中，根据不同的复合改性剂，高氯型冶炼废渣和复合改性剂的质量比为100：20~5；此配比下能充分将高氯渣中氯离子转化为NaCl并水洗脱离；
S200:机械活化后的混合料放入渣包中缓冷，同时进行改性过程，使得混合料的改性反应充分进行，直到缓慢冷却到室温；
S300:将S200中得到的改性后混合物料进行水洗脱氯操作，按照液固比5~1：1的比例进行，水洗脱氯过程进行2-4h，之后进行液固分离，得到改性后矿渣微粉和氯盐水溶液；
S400:将S300中得到的改性后矿渣微粉进行烘干处理，得到适合建筑材料的制备的原料；
将S300中得到的含盐废水返回水浸脱氯流程，依次循环，直到水中盐分达到接近饱和，然后进行蒸发结晶得到氯盐。
作为改进，所述S100中的复合改性剂有三种：
第一种复合改性剂为氢氧化钠和X的混合物；
第二种复合改性剂为氢氧化钠、氢氧化钙和X的混合物；
第三种复合改性剂为氢氧化钙和X的混合物；
所述X为硫酸钠或碳酸钠。
作为改进，所述S100中的第一种复合改性剂的质量分数比为NaOH：X为5~15：5~10；第二种复合改性剂的质量分数比为NaOH：Ca(OH)2：X为2~5：5~10：5~10；第三种复合改性剂的质量分数比为Ca(OH)2：X为5~15：5~10。其中，硫酸钠可以与碳酸钠相互替换，并且替换前后复合改性剂的效果不受影响。NaOH提供碱性环境和Na+， Ca(OH)2提供碱性环境和Ca+，Na2SO4提供Na+。碱性环境有利于氯离子的脱除。
作为改进，所述S100中的高氯型冶炼废渣出炉温度为600℃。
作为改进，所述S100中高氯型冶炼废渣和复合改性剂球磨后粒度为48-150 μm。此粒度范围内能保证高氯渣和改性剂充分接触反应，避免粒度过细导致相互团聚，影响改性过程。
作为改进，所述S400中所得矿渣微粉的质量系数M大于1.6。
作为改进，所述S400中所得矿渣微粉中的氯的含量小于0.1%。
作为改进，所述S400中所得矿渣微粉中的氯的含量小于0.06%。
相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：
本发明能够有效利用冶炼废渣余热，在较低温度下完成废渣改性，该工艺节能、高效，所得产品满足相关建筑材料的生产要求，变废为宝，实现废渣的资源化利用。
附图说明
图1为高氯型冶炼废渣的余热改性除氯流程。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明。
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
一种高氯型冶炼废渣的余热改性方法，包括如下步骤：
S100:将高氯型冶炼废渣和复合改性剂混合后，送入混料机内混匀，然后采用球磨机
进行机械活化，得到细颗粒矿粉和复合改性剂的混合料；其中，高氯型冶炼废渣和复合改性剂的质量比为100：20~5；所述高氯型冶炼废渣出炉温度为600℃左右，高氯型冶炼废渣球磨后粒度为48-150 μm。
S200:机械活化后的混合料放入渣包中缓冷，同时进行改性过程，充分利用冶炼废渣的余热，使得混合料的改性反应充分进行，直到缓慢冷却到室温，改性工艺耗时15-10 h。
S300:将S200中得到的改性后混合物料进行水洗脱氯操作，按照液固比5~1：1的比例进行，水洗脱氯过程进行2-4h，之后进行液固分离，得到改性后矿渣微粉和氯盐水溶液。
S400:将S300中得到的改性后矿渣微粉进行烘干处理，得到适合建筑材料的制备的原料；所述矿渣微粉的质量系数M大于1.6，为建材优等品。所述矿渣微粉过滤烘干后得到含氯低于0.06%的矿渣微粉，可用于水泥和混凝土的混合材料。
将S300中得到的含盐废水返回水浸脱氯流程，依次循环，直到水中盐分达到接近饱
和，然后进行蒸发结晶得到氯盐。
本发明的原理分析：
图1为高氯型冶炼废渣的余热改性除氯流程。高氯型冶炼废渣中的Cl-主要以钙镁的氯化物存在，本发明通过复合改性剂中的Na+与氯离子反应形成NaCl，避免氯离子进入水中污染水资源。废渣的余热可以提高反应物的活性，促进反应的进行。传统除氯离子采用水洗法，但是废渣中氯离子含量较高，需要大量水重复洗涤才能达到除氯目的，且洗涤水中含有较高的氯离子难以处理，污染环境。因此，首先通过机械活化，增大颗粒的比表面积，进一步提高反应活性，促进废渣中的氯离子转化为氯化钠，氯化钠在水洗过程中能更好的去除，且不会污染环境。
本发明实施例采用攀枝花某厂的未除杂提钛尾渣，并对其化学成分进行分析，得出其成分的质量分数如下表1所示：
表1. 未除杂提钛尾渣指标（wt-%）
成分 FeO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO TTi TiC Cl-
含量 1.63 ＜0.5 26.75 20.14 31.19 8.01 4.51 3.85 3~4
本申请实施例1～9的主要原料及用量如下表2所示：
表2实施例1～9主要原料及用量
高氯型冶炼废渣/kg NaOH/kg Ca(OH)<sub>2</sub>/kg Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>/kg
实施例1 100 5 0 10
实施例2 100 10 0 10
实施例3 100 10 0 5
实施例4 100 15 0 5
实施例5 100 2 5 10
实施例6 100 2 10 5
实施例7 100 5 5 10
实施例8 100 5 10 5
实施例9 100 0 5 10
实施例10 100 0 10 10
实施例11 100 0 10 5
实施例12 100 0 15 5
实施例1：一种高氯型冶炼废渣的余热改性除氯，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：5：0：10。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:15。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
实施例2：一种酸溶性钛渣的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：10：0：10。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:20。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
实施例3：一种酸溶性钛渣的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：10：0：5。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:15。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
实施例4：一种酸溶性钛渣的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：15：0：5。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:20。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
实施例5：一种酸溶性钛渣的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：2：5：10。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:17。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
实施例6：一种酸溶性钛渣的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：2：10：5。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:17。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
实施例7：一种酸溶性钛渣的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：5：5：10。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:20。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
实施例8：一种酸溶性钛渣的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：5：10：5。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:20。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
实施例9：一种酸溶性钛渣的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：0：5：10。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:15。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
实施例10：一种酸溶性钛渣的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：0：10：10。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:20。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
实施例11：一种酸溶性钛渣的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：0：10： 5。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:15。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
实施例12：一种酸溶性钛渣的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比将复合改性剂混合，然后采用球磨机进行机械活化，活化时间为20min。复合添加剂中NaOH、Ca(OH)2、Na2SO4的质量比为：0：15：5。
（2）将步骤（1）机械活化后的复合改性剂与出炉尾渣混合，尾渣出炉自带热量，混合后进行缓冷；其中，含氯尾渣与复合添加剂的质量比为100:20。
（3）将步骤（2）缓冷后的混合物料水洗脱氯，液固比为5:1，并进行磁力搅拌1h。
（4）将步骤（3）中的水溶液混合物进行过滤处理，滤渣既为改性的矿渣，可做建筑材料，滤液经烘干后得NaCl，供工业使用，水蒸气经冷却回收后继续供水浸处理。
表3不同方法处理100g含氯尾渣实验结果一
实施例 氯含量（%） 实施例 氯含量（%）
实施例1 0.098 实施例7 0.062
实施例2 0.076 实施例8 0.056
实施例3 0.082 实施例9 0.081
实施例4 0.058 实施例10 0.058
实施例5 0.075 实施例11 0.063
实施例6 0.059 实施例12 0.049
由表3实验数据可知，本申请方法进行高氯型冶炼废渣的余热改性除氯过程中，可获得氯含量＜0.1%的建筑材料，满足我国2020版《通用硅酸盐水泥》的标准，部分氯含量＜0.06%的满足我国其它建材矿渣微粉的标准。并可将氯离子以NaCl的形式回收，且利用工艺生产中尾渣出炉自带余热，节约能源，有效的利用了高氯型冶炼废渣，实现资源的充分利用。
表4不同方法处理100g含氯尾渣实验结果二
实施例 质量系数M 实施例 质量系数M
实施例1 1.71 实施例7 1.79
实施例2 1.72 实施例8 1.87
实施例3 1.71 实施例9 1.81
实施例4 1.71 实施例10 1.87
实施例5 1.80 实施例11 1.86
实施例6 1.84 实施例12 1.88
由表4实验数据可知，获得的渣微粉的质量系数均大于1.6，符合矿渣微粉的质量要求。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种高氯型冶炼废渣的余热改性方法，其特征在于：包括如下步骤：
将高氯型冶炼废渣和复合改性剂混合后，送入混料机内混匀，然后采用球磨机进行机械活化，得到细颗粒矿粉和复合改性剂的混合料，其中，根据不同的复合改性剂，高氯型冶炼废渣和复合改性剂的质量比为100：20~5；
机械活化后的混合料放入渣包中缓冷，同时进行改性过程，使得混合料的改性反应充分进行，直到缓慢冷却到室温；
将S200中得到的改性后混合物料进行水洗脱氯操作，按照液固比5~1：1的比例进行，水洗脱氯过程进行2-4h，之后进行液固分离，得到改性后矿渣微粉和氯盐水溶液；
将S300中得到的改性后矿渣微粉进行烘干处理，得到适合建筑材料的制备的原料；
将S300中得到的含盐废水返回水浸脱氯流程，依次循环，直到水中盐分达到接近饱
和，然后进行蒸发结晶得到氯盐。
2.如权利要求1所述的高氯型冶炼废渣的余热改性方法，其特征在于，所述S100中的复合改性剂有三种：
第一种复合改性剂为氢氧化钠和X的混合物；
第二种复合改性剂为氢氧化钠、氢氧化钙和X的混合物；
第三种复合改性剂为氢氧化钙和X的混合物；
所述X为硫酸钠或碳酸钠。
3.如权利要求2所述的高氯型冶炼废渣的余热改性方法，其特征在于，所述S100中的第一种复合改性剂的质量分数比为NaOH：X为5~15：5~10；
第二种复合改性剂的质量分数比为NaOH：Ca(OH)2：X为2~5：5~10：5~10；
第三种复合改性剂的质量分数比为Ca(OH)2：X为5~15：5~10。
4.如权利要求1-3任一项所述的高氯型冶炼废渣的余热改性方法，其特征在于，所述S100中的高氯型冶炼废渣出炉温度为600℃。
5.如权利要求1所述的高氯型冶炼废渣的余热改性方法，其特征在于，所述S100中高氯型冶炼废渣和复合改性剂球磨后粒度为48-150 μm。
6.权利要求1所述的高氯型冶炼废渣的余热改性方法，其特征在于，所述S400中所得矿渣微粉的质量系数M大于1.6。
7.如权利要求1所述的高氯型冶炼废渣的余热改性方法，其特征在于，所述S400中所得矿渣微粉中的氯的含量小于0.1%。
8.如权利要求1所述的高氯型冶炼废渣的余热改性方法，其特征在于，所述S400中所得矿渣微粉中的氯的含量小于0.06%。
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