CN113355464A - 一种高温钢渣改性处理方法、改性钢渣及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高温钢渣改性处理方法，属于工业固体废弃物综合利用技术领域，所述方法包括：将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合，获得混合料；将所述混合料进行恒温处理，获得改性钢渣；其中，所述混合料中所述单质碳物质回收物的质量分数为2.0％‑5.0％；所述混合料中所述钢渣在线改性剂的质量分数为7.0％‑40.0％。该方法能够有效提高钢渣中Fe回收比例，且工艺简单高效，投入成本低。本发明还提供了一种改性钢渣及其应用。

Description

一种高温钢渣改性处理方法、改性钢渣及其应用
技术领域
本发明属于工业固体废弃物综合利用技术领域，特别涉及一种高温钢渣改性处理方法、改性钢渣及其应用。
背景技术
我国是钢铁产量大国，占全世界总量近50％，因此我国也是钢渣产生量大国，每年钢渣产生量近1亿吨，矿渣约2.2亿吨。然而我国钢渣利用率极低，目前，每年利用量仅有2046万吨，利用率约为22％，矿渣利用率约80％，利用量1.76亿吨。根据最新统计，截止目前，钢铁渣及矿渣年堆存量已达1.2123亿吨，累计堆存量11.1753亿吨。
钢渣蕴含大量热能，是宝贵的次生资源。实现钢渣在企业内部循环历来受到重视和普遍应用，积极开发和利用钢渣内部循环技术，不仅有利于节能降耗和减少温室气体排放，对有效回收转炉渣中的Fe等有价值组分，提高转炉渣内部循环比例，是钢铁企业发展循环经济，实现可持续发展的主要课题。
目前，钢铁企业对于钢渣的处理方式通常为：液态钢渣-焖渣-磁选-筛分，而这种方式存在以下缺陷：
1)钢渣余热未得到有效利用；2)钢渣处理手段水资源消耗量大，处理时间长，投入成本高且污染环境；3)处理后的钢渣作为水泥掺和剂的使用比例低，无法实现钢渣的全部再利用；4)钢渣中Fe回收比例低。
发明内容
为了解决钢渣处理工艺中存在的Fe回收比例低的技术问题，本发明提供了一种高温钢渣改性处理方法，该方法能够有效提高钢渣中Fe回收比例，且工艺简单高效，投入成本低。
本发明还提供了一种改性钢渣及其应用。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供一种高温钢渣改性处理方法，所述方法包括：
将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合，获得混合料；
将所述混合料进行恒温处理，获得改性钢渣；
其中，所述混合料中所述单质碳物质回收物的质量分数为2.0％-5.0％；
所述混合料中所述钢渣在线改性剂的质量分数为7.0％-40.0％。
可选的，所述液态钢渣为转炉出渣，所述液态钢渣温度≥1350℃。
可选的，所述单质碳物质回收物包括干熄焦除尘灰、洗精煤尾煤和泥煤中的至少一种。
可选的，所述单质碳物质回收物粒度＜1mm。
可选的，所述钢渣在线改性剂包括选精矿尾矿、洗精煤尾煤、高炉渣中的至少一种。
可选的，所述钢渣在线改性剂的粒度＜10mm。
可选的，所述将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合，获得混合料，具体包括：
将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合并搅拌2-5min，获得混合料。
可选的，所述将所述混合料进行恒温处理，获得改性钢渣，具体包括：
将所述混合料在1380-1670℃下反应8-10min，获得改性钢渣。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种改性钢渣，所述改性钢渣通过上述一种高温钢渣改性处理方法制得。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种改性钢渣在水泥或水泥制造中的应用。
本发明中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本发明实施例一种高温钢渣改性处理方法，将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合后恒温处理，制得的改性钢渣中f-CaO(游离氧化钙)含量较低，较低的f-CaO含量对水泥的安定性影响更小，将其作为水泥掺和剂，可提高改性钢渣的使用比例，实现钢渣的高效利用，该方法对T-Fe的回收比例高，工艺简单高效，投入成本低。
2.本发明实施例一种改性钢渣，改性钢渣中f-CaO含量为2.3-2.87％，对水泥安定性的影响更低，将其作为水泥掺和剂，可提高改性钢渣的使用比例，实现钢渣的高效利用。
3.本发明实施例一种改性钢渣在水泥或水泥制造中的应用，将改性钢渣应用在水泥或水泥制造中，改性钢渣在水泥中的使用比例达到了35-40％，能够大幅降低水泥原料成本，并实现钢渣的高效再利用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一种高温钢渣改性处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
还需要说明的是，本发明中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
针对现有钢铁企业对于钢渣的处理方式，发明人发现，现有工艺处理后的钢渣中f- CaO含量较高，将其作为水泥掺和剂，f-CaO会对水泥安定性产生负面影响，这是由于反应f-CaO+H2O→Ca(OH)2，体积会膨胀一倍，从而影响水泥安定性，因此钢渣用量通常为水泥原料总质量的6-9％，若用量过高则导致制得的水泥安定性降低。现有工艺处理的钢渣作为水泥原料的使用比例较低，无法满足钢渣的高效利用。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种高温钢渣改性处理方法，如图1所示，所述方法包括：
S1.将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合，获得混合料。
作为一种可选的实施方式，所述液态钢渣为转炉出渣，所述液态钢渣温度≥1350℃。
本发明实施例中，液态钢渣温度≥1350℃，目的是为了保证钢渣的流动性，从而利于与单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂的充分混合，另一方面也使得钢渣余热得到有效利用。
作为一种可选的实施方式，所述单质碳物质回收物包括干熄焦除尘灰、洗精煤尾煤和泥煤中的至少一种。
本发明实施例中，单质碳物质回收物包括干熄焦除尘灰、洗精煤尾煤和泥煤中的至少一种，实现了冶金尘泥的回收再利用，降低了钢渣处理成本。
作为一种可选的实施方式，所述单质碳物质回收物粒度＜1mm。
本发明实施例中，单质碳物质回收物粒度＜1mm，有利于单质碳物质回收物与液态钢渣的充分混合和反应。
作为一种可选的实施方式，所述钢渣在线改性剂包括选精矿尾矿、洗精煤尾煤、高炉渣中的至少一种。
本发明实施例中，钢渣在线改性剂选用上述成分，实现了冶金固体废弃物的回收再利用，降低了钢渣处理成本。
作为一种可选的实施方式，所述钢渣在线改性剂的粒度＜10mm。
本发明实施例中，钢渣在线改性剂的粒度＜10mm的好处是降低混匀时间，提高反应效率，若钢渣在线改性剂的粒度大于10mm，带来的不利影响是反应不充分、消耗热量。
作为一种可选的实施方式，所述将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合，获得混合料，具体包括：
将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合并搅拌2-5min，获得混合料。
本发明实施例中，液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合并搅拌2-5min，目的在于使原料充分混合，利于后期充分反应。
S2.将所述混合料进行恒温处理，获得改性钢渣；
其中，所述混合料中所述单质碳物质回收物的质量分数为2.0％-5.0％；
所述混合料中所述钢渣在线改性剂的质量分数为7.0％-40.0％。
本发明中，将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合后恒温处理，制得的改性钢渣中f-GaO含量较低，较低的f-CaO含量对水泥的安定性影响更小，将其作为水泥掺和剂，可提高改性钢渣的使用比例，实现钢渣的高效利用，该方法对T-Fe的回收比例高，工艺简单高效，投入成本低。
本发明反应体系中，单质碳物质回收物所起的作用是利用单质碳与液态钢渣中的[O] 反应，确保反应温度，反应原理是C+[O]→CO，CO2，C+[FeO]→CO+Fe，钢渣在线改性剂所起的作用是降低钢渣粘度、碱度和熔点，反应原理是CaO-Al2O3的加入在炼钢成渣上首先弱化了2CaO·SiO2的生成倾向，同时生成了大量低熔点的CaO-Al2O3-SiO2的复合化合物，单质碳物质回收物的质量分数控制在2.0％-5.0％的好处是有利于控制反应速率，低于该范围，不利于脱除液态钢渣中的游离[O]和还原(FeO)；高于该范围，反应剧烈，容易引起喷爆事故，钢渣在线改性剂的质量分数控制在 7.0％-40.0％的好处是液态钢渣与改性剂能充分反应，低于或高于该范围则会导致反应不充分。
作为一种可选的实施方式，所述将所述混合料进行恒温处理，获得改性钢渣，具体包括：
将所述混合料在1380-1670℃下反应8-10min，获得改性钢渣。
本发明实施例中，混合料在1380-1670℃下反应8-10min，好处是利于改质剂与液态钢渣温和反应，若反应温度和时间低于或高于该范围，带来的不利影响是改质剂不能充分反应。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供一种改性钢渣，所述改性钢渣通过上述一种高温钢渣改性处理方法制得。
本发明中，改性钢渣通过上述一种高温钢渣改性处理方法制得，改性钢渣中f-CaO含量为2.3-2.87％，将其作为水泥掺和剂，可提高改性钢渣的使用比例，实现钢渣的高效利用。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供一种改性钢渣在水泥或水泥制造中的应用。
本发明中，将改性钢渣应用在水泥或水泥制造中，改性钢渣在水泥中的使用比例达到了35-40％，能够大幅降低水泥原料成本，并实现钢渣的高效再利用。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请一种高温钢渣改性处理方法、改性钢渣及其应用进行详细说明。
实施例1
本实施例一种高温钢渣改性处理方法，包括：
(1)向渣罐中预先加入干熄焦除尘灰；
(2)将1646℃的转炉出渣和选精矿尾矿加入到渣罐中混合搅拌3min，转炉出渣、干熄焦除尘灰和选精矿尾矿的质量分别为6500kg、400kg和2500kg，获得混合料；
(3)将所述混合料在1380-1600℃下反应7min，获得改性钢渣。
其中，干熄焦除尘灰粒度＜1mm，选精矿尾矿粒度＜10mm。
实施例2
本实施例一种高温钢渣改性处理方法，包括：
(1)向渣罐中预先加入干熄焦除尘灰；
(2)将1660℃的转炉出渣和洗精煤尾煤加入到渣罐中混合搅拌4min，转炉出渣、干熄焦除尘灰和洗精煤尾煤的质量分别为6700kg、210kg和3400kg，获得混合料；
(3)将所述混合料在1380-1620℃下反应8min，获得改性钢渣。
其中，干熄焦除尘灰粒度＜1mm，洗精煤尾煤粒度＜10mm。
实施例3
本实施例一种高温钢渣改性处理方法，包括：
(1)向渣罐中预先加入干熄焦除尘灰；
(2)将1670℃的转炉出渣和高炉渣加入到渣罐中混合搅拌4min，转炉出渣、干熄焦除尘灰和高炉渣的质量分别为6300kg、200kg和2400kg，获得混合料；
(3)将所述混合料在1380-1630℃下反应8min，获得改性钢渣。
其中，干熄焦除尘灰粒度＜1mm，高炉渣粒度＜10mm。
对比例1
本对比例与实施例3的区别仅在于：不添加干熄焦除尘灰。
对比例2
本对比例与实施例3的区别仅在于：不添加高炉渣。
实施例1-3及对比例1、2中，转炉出渣的成分及含量如表1：
表1转炉出渣的成分及百分含量(wt％)
Figure BDA0003069433280000061
相关试验：
将实施例1-3及对比例1、2制得的改性钢渣用以制备水泥，具体方法如下：
1)将水泥原料改性钢渣、高炉矿渣、脱硫石膏、粉煤灰和熟料通过立磨进行粉磨成S95矿粉；
2)将所述S95矿粉与熟料粉按一定比例通过混料机搅拌成水泥成品。
将实施例1-3和对比例1、2制得的改性钢渣进行性能检测，并对改性钢渣制得的水泥安定性进行测试，测试结果如表1所示。
改性钢渣f-GaO含量的测试方法为：采用钢渣化学分析方法的行标(YB/T 140-1998)中对游离氧化钙的测定方法是采用乙二醇法。
改性钢渣T-Fe含量的测试方法为：用钢渣化学分析方法的行标(YB/T 140-1998)中对游离氧化钙的测定方法是采用乙二醇法。
水泥安定性的测试方法为：GB/T 1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法中规定的，是由游离氧化钙引起的安定性是否合格可采用标准法和代用法来检测，当标准法和代用法的试验结果出现矛盾时，以标准法为准。依据国家标准《钢渣稳定性试验方法》(GB/T24175-2009)对钢渣进行稳定性测试。
改性钢渣使用比例：是指改性钢渣在水泥中的使用比例，数据通过沸煮法试验获得。
衰1改性钢渣、水泥性能测试结果
f-GaO含量(％) T-Fe含量(％) 水泥安定性 改性钢渣使用比例(％)
实施例1 2.60 8.42 体积变化1.5mm 39％
实施例2 2.70 8.87 体积变化1.8mm 38％
实施例3 2.75 9.45 体积变化1.9mm 35％
对比例1 4.20 13.40 体积变化2.5mm 10％
对比例2 5.45 11.65 体积变化2.6mm 8％
表1中：实施例1-3制得的改性钢渣中，f-CaO含量和T-Fe含量明显低于对比例1、2以及现有方法制备的改性钢渣；实施例1-3制得的改性钢渣制备成水泥后，安定性明显优于对比例1、2，改性钢渣在水泥中的使用比例达到35％以上，远高于对比例1、2。
由表1可知：通过将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂按照一定比例混合，并恒温处理，获得的改性钢渣f-GaO含量低，对水泥安定性的影响更低，将其作为水泥掺和剂，可提高改性钢渣的使用比例，实现钢渣的高效利用，改性钢渣中T-Fe含量低，对T-Fe的回收比例高。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例一种高温钢渣改性处理方法，将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合后恒温处理，制得的改性钢渣中f-GaO含量较低，将其作为水泥掺和剂，可提高改性钢渣的使用比例，实现钢渣的高效利用，该方法对T-Fe的回收比例高 (原渣中部分Fe2O3和FeO还原为单质铁，在磁选工序被磁选，提高了T-Fe的回收比例，同时降低了尾渣中的铁含量)，工艺简单高效，投入成本低。
(2)本发明实施例一种改性钢渣，改性钢渣中f-GaO含量为2.3-2.87％，对水泥安定性的影响更低，将其作为水泥掺和剂，可提高改性钢渣的使用比例，实现钢渣的高效利用。
(3)本发明实施例一种改性钢渣在水泥或水泥制造中的应用，将改性钢渣应用在水泥或水泥制造中，改性钢渣在水泥中的使用比例达到了35-40％，能够大幅降低水泥原料成本，并实现钢渣的高效再利用。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高温钢渣改性处理方法，其特征在于，所述方法包括：
将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合，获得混合料；
将所述混合料进行恒温处理，获得改性钢渣；
其中，所述混合料中所述单质碳物质回收物的质量分数为2.0％-5.0％；
所述混合料中所述钢渣在线改性剂的质量分数为7.0％-40.0％。
2.根据权利要求1所述的一种高温钢渣改性处理方法，其特征在于，所述液态钢渣为转炉出渣，所述液态钢渣温度≥1350℃。
3.根据权利要求1所述的一种高温钢渣改性处理方法，其特征在于，所述单质碳物质回收物包括干熄焦除尘灰、洗精煤尾煤和泥煤中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种高温钢渣改性处理方法，其特征在于，所述单质碳物质回收物粒度＜1mm。
5.根据权利要求1所述的一种高温钢渣改性处理方法，其特征在于，所述钢渣在线改性剂包括选精矿尾矿、洗精煤尾煤、高炉渣中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种高温钢渣改性处理方法，其特征在于，所述钢渣在线改性剂的粒度＜10mm。
7.根据权利要求1所述的一种高温钢渣改性处理方法，其特征在于，所述将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合，获得混合料，具体包括：
将液态钢渣、单质碳物质回收物和钢渣在线改性剂混合并搅拌2-5min，获得混合料。
8.根据权利要求1所述的一种高温钢渣改性处理方法，其特征在于，所述将所述混合料进行恒温处理，获得改性钢渣，具体包括：
将所述混合料在1380-1670℃下反应8-10min，获得改性钢渣。
9.一种改性钢渣，其特征在于，所述改性钢渣通过如权利要求1-8中任一项所述的一种高温钢渣改性处理方法制得。
10.一种如权利要求9所述的改性钢渣在水泥或水泥制造中的应用。
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