CN115636607A

CN115636607A - 协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法及系统

Info

Publication number: CN115636607A
Application number: CN202211442206.0A
Authority: CN
Inventors: 陈曦; 代文彬; 陈学刚; 祁永峰; 王书晓
Original assignee: China ENFI Engineering Corp; China Nonferrous Metals Engineering Co Ltd
Current assignee: China ENFI Engineering Corp; China Nonferrous Metals Engineering Co Ltd
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2023-01-24

Abstract

本发明涉及废渣资源综合利用技术领域，公开了一种协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法及系统。该方法是以高铁赤泥和电解锰渣为主要原料，还原熔炼得合格铁水经铸造和热处理后得合格耐热板铸件，并协同粒化熔融尾渣并干燥粉磨生产活性微粉。本发明创新地将高铁赤泥与电解锰渣协同处理，在提铁制备耐热板的同时充分发挥赤泥碱性组分和电解锰渣的硫酸盐组分对胶凝材料的激发作用，获得了性能良好的金属产品和非金属产品，实现废渣的全组分利用，具有较高的实用价值和经济性。此外，还可进一步地实现产品的联产联用，实现废渣的全组分高值开发。

Description

协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法及系统

技术领域

本发明涉及废渣资源综合利用技术领域，特别是涉及一种协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法。

背景技术

赤泥是生产氧化铝过程中排出的碱性固体废物，其产生量受铝土矿品位、生产工艺和技术水平等因素的影响，每生产1吨氧化铝将产生约1～2吨赤泥，赤泥年产生量可达上亿吨。赤泥按照生产方式的不同可分拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥。

电解锰渣是电解金属锰后产生的过滤酸渣，通常每生产1吨锰就会产生约7～9吨的电解锰渣，年新增电解锰渣排放量超千万吨。

赤泥和电解锰渣长期采用露天堆存的处理方法，不但浪费宝贵的土地资源，而且渣中的重金属离子和有毒元素会渗入水源和土壤中，破坏环境的同时危害周围人和动植物的健康。因此，赤泥和电解锰渣的减量化、无害化、资源化利用，迫在眉睫。典型的拜耳法赤泥和电解锰渣成分如下表1所示。

表1 典型的拜耳法赤泥以及电解锰渣的化学成分

对于赤泥，目前的综合利用的主要方式是：赤泥选铁；生产建筑材料、筑路材料和矿井填充材料等。例如，中国申请CN 111847925 A公开了一种赤泥综合资源化利用配方及工艺，其原料包括赤泥、石灰石、砂岩、铁质原料和铝质原料等，脱水称重后送入回转窑煅烧得熟料。这种方法未考虑赤泥中的铁质元素的利用，浪费了有价金属资源，同时赤泥中的碱限制了其作为建筑产品的使用途径。又如，中国申请CN 112981028 A 公开了一种从赤泥中提取铁元素的方法。该方法存在利用方式单一，产生二次渣，无法充分利用赤泥中的有价元素以及彻底消纳赤泥的弊端。又如，中国申请CN 111675231 A公开了一种利用回转窑焙烧后酸浸处理赤泥的方法。该方法虽同时考虑了赤泥中的金属和非金属元素的回收，但存在多步处置、原料复杂、流程长、金属产品不明确的问题。

对于电解锰渣，目前利用方式主要有：回收金属元素，制备水泥混合材、免烧砖和路基回填土，制备锰肥和土壤改良剂等。例如，中国申请CN 112501444 A公开了一种从电解锰渣中回收锰、铅和银的方法。该工艺对于电解锰渣其提取的金属量有限，仅以提取金属为目的，处理电解锰渣的经济性不高。又如，中国申请CN 112876107 A公开了一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺。但该工艺以电解锰渣为原料制备水泥，存在产品活性差，难以满足使用要求的问题，而且，其电解锰渣的利用率有限，电解锰渣占比仅为8～21%（以实施例计算），对锰渣的大宗消纳作用有限，目前现有技术中也鲜有大宗消纳处理电解锰渣的工程生产实践。

发明内容

基于上述发现和认识，本申请发明人经过不断研究和改进，创新地提出了一种新方法，该方法将二者协同处理，充分发挥二者中组分的协同作用，获得了性能良好的金属产品和非金属产品，实现对高铁赤泥和电解锰渣的高效全组分利用，促进废渣的大宗消纳。

根据本发明的一个实施方式，其目的在于提供一种协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法及系统。上述目的可以是通过以下技术方案的实施方式实现：

本发明提供的一种协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，包括：以高铁赤泥和电解锰渣为原料，还原熔炼，得到铁水和熔融尾渣；向所述铁水中配入合金辅料，精炼得到合格钢水；对所述合格钢水进行消失模铸造和淬回火热处理，得到耐热板；对所述熔融尾渣进行急冷粒化，干燥，粉磨，制备得到活性微粉。

可选地，还原熔炼中，包括：对高铁赤泥和电解锰渣进行干燥，得到干燥赤泥和干燥锰渣；按照配比配入还原剂和调质剂，进行还原熔炼。

可选地，配比为干燥赤泥：干燥锰渣：调质剂：还原剂=100：100～120：5～25：2～10；所述调质剂选自含CaO物料中的一种或几种。

可选地，所述含CaO物料包括白云石、石灰石、生石灰和萤石等。

可选地，所述干燥赤泥和干燥锰渣含水率均＜10%；

可选地，还原熔炼温度为1150℃～1450℃。

可选地，所述合金辅料按照钢水成分配入精炼后得到合格钢水，按照质量分数计，钢水成分为：C 0.2～0.4%，Si 1.0～2.0%、Mn 0.4～1.6%，P≤0.1，S≤0.05，Cr 10～12%，余Fe。

可选地，所述耐热板，其室温组织为马氏体组织，抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥480MPa，冲击功≥50J。所述耐热板的使用温度≤550℃。

可选地，所述方法还包括：采用所述耐热板制备冶金渣粒化装置。

可选地，所述方法还包括：采用所述冶金渣粒化装置对所述熔融尾渣进行急冷粒化。

可选地，消失模铸造时，浇注温度≥1450°C，保温时间为22h～26h。

可选地，淬回火热处理时，包括：奥氏体化，温度1000°C ～1050°C，保温3h～5h；采用淬火油或淬火液急冷；淬火后于30min内进行回火，回火温度580°C～650°C，回火保温时间2h～4h；出炉空冷至室温。

可选地，对所述熔融尾渣进行急冷粒化，干燥，粉磨，制备得到活性微粉的步骤中，包括：对所述熔融尾渣进行急冷粒化得到玻璃态水渣；烘干所述玻璃态水渣至含水率≤1%，得到玻璃态干渣；对玻璃态干渣粉磨得到活性微粉。进一步地，所述活性微粉玻璃体含量≥80%。

可选地，将所述玻璃态干渣粉磨至比表面积≥400m2/kg，密度≥2.85g/cm³。

可选地，所述活性微粉用于水泥混合材或混凝土掺合料，加入量≥40%；进一步地，上述加入量下，制备的胶砂试块标养7d活性指数≥65%，标养28d活性指数≥90%。

可选地，粉磨步骤之前，还包括：向所述玻璃态干渣中加入助磨剂。

可选地，所述助磨剂用量为干渣：助磨剂=100:0.1～0.3；所述助磨剂为三乙醇胺、三异丙醇胺、乙二醇、聚合醇胺中的一种或几种。

本发明提供的一种协同处理高铁赤泥和电解锰渣的系统，包括：

还原熔炼装置，用于以高铁赤泥和电解锰渣为主要原料，还原熔炼，得到铁水和熔融尾渣；

耐热板制备系统，包括依次布置的精炼装置，消失模铸造装置和淬回火热处理装置；其中，所述精炼装置与还原熔炼装置的铁水出口相连，用于采用合金辅料与所述铁水配料后精炼得到合格钢水；所述消失模铸造装置用于将合格钢水消失模铸造成耐热板铸件；所述淬回火热处理装置用于对耐热板铸件进行淬回火处理得到耐热板；

活性微粉生产系统，包括依次布置的冶金渣粒化装置、干燥设备和粉磨设备；其中，所述冶金渣粒化装置与还原熔炼装置的熔融尾渣出口相连，用于对熔融尾渣进行急冷粒化得到玻璃态水渣；所述干燥设备用于对玻璃态水渣进行烘干处理得到玻璃态干渣；所述粉磨设备用于对玻璃态干渣进行粉磨得到活性微粉。

可选地，所述冶金渣粒化装置采用所述耐热板制备而成。

可选地，所述还原熔炼装置为中频熔炼炉、电弧熔炼炉中的一种。可选地，所述还原熔炼装置中设置有搅拌设备。可选地，所述精炼装置采用LF、VD、VOD、RH、SKF炉中的一种。可选地，所述粉磨设备为球磨机。

有益效果：根据本发明的一个实施方式，以高铁赤泥和电解锰渣为主要原料，还原熔炼后得合格铁水并经铸造和热处理得到合格耐热板，协同粒化熔融尾渣并干燥粉磨制活性微粉的生产方法，在提铁制备耐热板同时充分发挥了高铁赤泥中碱性组分和电解锰渣中的硫酸盐组分对胶凝材料的激发作用，获得了性能良好的金属产品和非金属产品，实现了废渣的全组分利用，具有较高的实用价值和经济性。

此外，所述耐热板是经消失模铸造和淬回火热处理后得到的是性能合格的耐热板，可用作还原熔炼后所得熔融尾渣的粒化装置的部件材料，参与熔融尾渣制备活性微粉的处置过程，熔融尾渣粒化时需直接接触高温熔渣，即使有水冷降温，渣温仍处于较高水平，而本申请所述合金成分和工艺条件获得的耐热板具有优异的耐热、耐磨、耐冲击等性能，采用其所制备得到的冶金渣粒化装置完全满足尾渣粒化的使用要求，切实实现了产品联产联用，实现了废渣的全组分高价值开发。

附图说明

图1是本发明一实施例中协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如背景技术描述的，本申请发明人通过对现有的赤泥综合利用方法以及对电解锰渣综合利用方法的深入研究，发现目前的综合利用方法单一，存在流程复杂、利用率低、经济性差等问题，无法实现废渣的全组分利用。基于此，发明人经过进一步研究，创新地提出了一种协同处理方法，该方法是以高铁赤泥和电解锰渣为主要原料，还原熔炼后得合格铁水、经铸造和热处理后得合格耐热板，协同粒化熔融尾渣并干燥粉磨生产活性微粉的方法。在提铁制备耐热板的同时充分发挥赤泥碱性组分和电解锰渣的硫酸盐组分对胶凝材料的激发作用，获得了性能良好的金属产品和非金属产品，实现了废渣的全组分利用，促进废渣的大宗消纳，具有较高的实用价值和经济性。此外，本申请通过设计制备得到合格的耐热板，各性能优异，用作冶金渣处理装置的部件材料，参与冶金渣即熔融尾渣的后续处置过程，满足相关要求，从而实现产品的联产联用。

本申请协同处理方法中是以赤泥和电解锰渣为主要原料。赤泥是生产氧化铝过程中排出的碱性固体废物，优选高铁赤泥，其氧化铁含量约30～60%，例如高铁拜耳法赤泥。电解锰渣是电解金属锰后产生的过滤酸渣。具体地，例如，高铁赤泥，其化学成分为：Al₂O₃含量10～20%，SiO₂含量3～20%，Fe₂O₃含量30～60%，TiO₂含量1～10%，CaO含量0.5～8%，Na₂O含量2～10%。电解锰渣，其化学成分为：Al₂O₃含量5～15%，SiO₂含量30～32%，Fe₂O₃含量6～15%，TiO₂含量0～2%，CaO含量10～37%，Na₂O含量0～2%。

图1示意性地示出了一实施例中协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法的流程示意图。如图1所示，该实施例中提供的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，具体包括以下步骤：

（1）将高铁赤泥和电解锰渣进行干燥，干燥后配入一定比例的还原剂和调质剂，称重并混合均匀后送入还原熔炼装置中进行还原熔炼，生成铁水和熔融尾渣。

新鲜的赤泥和电解锰渣含水率均比较高，约为20%～50%，为了避免高含水量物料入炉造成的高能耗，本申请优选实施例中将赤泥和电解锰渣先进行干燥，干燥后入炉，进一步地，干燥可采取风干或烘干等方式，所得干燥赤泥和干燥锰渣的含水率＜10%。

此外，优选实施例中，将干燥赤泥、干燥锰渣、调质剂、还原剂按下述比例称重后混匀送入熔炼炉中，干燥赤泥：干燥锰渣：调质剂：还原剂=100：100～120：5～25：2～10。调质剂为白云石、石灰石、生石灰和萤石等富CaO物料的一种或多种。还原剂为焦炭、煤粉等含碳物料。本申请通过控制原料与调质剂和还原剂的比例来调整碱度、造渣以及出铁水；此外，本申请在还原熔炼时调质即热态调质，令碱度接近于1，使得后期制备的活性微粉仅通过机械激发即可达使用标准，工艺流程简单，操作更便捷。

采用还原熔炼方法提铁，还原熔炼装置为熔炼炉，可选择中频炉、电弧炉等，优选可通过设置搅拌设备对熔池进行搅拌以加快反应进程，搅拌方式可为气体搅拌、电磁搅拌或机械搅拌，通过搅拌使各原料不断翻滚和搅拌，提高了传热效率和混合均匀性，从而提高了铁水提取率。

此外，可选实施例中，还原熔炼温度1150°C～1450°C，在该熔炼温度下，更有利于原料中铁的氧化物还原成铁水，使得还原反应进行更充分，进而提高铁元素的提取率。进一步地，先将炉内物料加热至1150°C～1450°C形成熔池，而后将温度控制在1350°C～1450°C进行10～30min的还原提铁，以确保还原反应高效进行的同时降低能耗。在上述熔炼条件下，赤泥和电解锰渣中铁的氧化物可被高效还原即该条件提高了还原反应效率，还原得到的铁水位于熔池底部，熔渣在熔炼过程中浮于铁水上层，经成分检测当上层熔渣中Fe＜3%时，即可倒渣出铁，得到用于冶炼目标钢水的合格铁水（即C≤3.5%，P≤0.5%，S≤0.3%）。

（2）向铁水中配入适量的合金辅料，精炼后得合格钢水；而后采用消失模铸造方法铸造得到耐热板铸件；再经淬回火热处理，得到性能合格的耐热板成品。该步骤可以在耐热板制备系统中完成，如包括依次布置的精炼装置，消失模铸造装置和淬回火热处理装置。炉外精炼装置可选择LF、VD、VOD、RH、SKF炉中的一种或多种进行。

所述合金辅料为铁水成分调整用料，以使其满足钢水成分要求，例如，可以为硅铁、铬铁、锰铁等中的一种或多种。钢水成分（质量分数）为：C 0.2～0.4%，Si 1.0～2.0%、Mn0.4～1.6%，P≤0.1，S≤0.05，Cr 10～12%，余Fe。本申请钢水成分确保了后续制备得到性能合格的耐热板，以满足其使用要求，进一步地，满足了冶金渣急冷粒化时对部件材料的耐热、耐磨、耐冲击等要求。各金属元素在钢中作用：C是耐热钢板（即耐热板）中重要的合金元素，起固溶强化作用的同时还可通过与其他合金元素形成碳化物，以提高了耐热钢板的高温强度，C含量越高，碳化物的数量越多，一定范围内耐热版的强度提高越多。Si提高了耐热钢板的抗氧化性和耐热性。Mn可以促进M₂₃C₆碳化物的析出，进一步耐热钢板的提高强度。Cr为主要添加元素，除了提高钢的抗氧化性和耐蚀性之外，还可起固溶强化作用，而且Cr与C形成的M₂₃C₆碳化物还是沉淀强化的主要析出相，大大提高材料即耐热钢板的强度。此外，P、S在钢中属有害元素，增加钢的脆性，本申请将其控制在所述上限值之内，从而保证了耐热钢板的性能。本申请发明人经过综合考虑冶金渣急冷粒化需求，各元素在钢中的具体作用等，经过不断改进和优化各组分，最终确定了目标钢水，并经消失模铸造和淬回火热处理得到了各性能优异的耐热钢板。

本申请对还原熔炼得到的合格钢水采用消失模铸造工艺制备耐热铸钢件，进一步地，控制浇注温度≥1450°C，浇注后保温22～26h，如24h打箱。与其他铸造方式相比，本申请通过对上述还原熔炼步骤得到的合格钢水采用消失模铸造，使得铸件尺寸形状更精确、表面光洁度高、缺陷率低、工艺流程简单等优点，进而使得制备得到的冶金渣粒化装置的各性能优异，有利于装置使用寿命的提高，更有利于熔融尾渣的急冷粒化工序的进行，提高熔渣粒化生产效率。

此外，铸造所得铸件强度偏低无法满足使用要求，本申请基于消失模铸造得到的耐热铸钢件，进一步采用淬火-回火进行金属热处理，以提高铸件强度，进一步提高其使用性能，从而得到了性能合格的耐热板成品。其中，淬回火热处理装置可采用步进式炉、箱式炉、井式炉和台车式炉等热处理炉。

在一优选实施例中，热处理工艺及其参数控制，具体包括：奥氏体化温度为1000°C～1050°C，保温3～5h，采用淬火油或淬火液急冷，淬火后于30min内进行回火，回火温度为580°C～650°C，回火保温时间为2～4h，保温结束后即出炉空冷至室温，淬回火均采用随炉升温方式加热铸件，且升温速度≤120°C/h，淬火时加热需采用阶梯式升温。

通过对采用合格钢水铸造的耐热板铸件进行淬回火热处理得到的耐热板成品，其室温组织为马氏体组织，抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥480MPa，冲击功≥50J，使用温度≤550°C。该耐热板可以满足熔融尾渣处理时的相关要求。通过充分利用高铁赤泥和电解锰渣中的有价金属元素，采用消失模铸造+淬回火热处理方式将铁水制备成耐热板铸件，提高了该铸件的使用性能，可用于冶炼渣相关处理设备中，从而切实实现产品联产联用，实现废渣的全组分高值开发。

例如，可选实施例中，所述耐热板，可用作还原熔炼后所得熔融尾渣急冷粒化时所采用的冶金渣粒化装置的部件材料，参与熔融尾渣的后续处置过程，冶金渣粒化装置需直接接触高温熔渣，即使有水冷降温，渣温仍可保持在较高水平，因此，冶金渣粒化装置的部件材料要求耐热、耐磨、耐冲击，本申请得到的耐热板，其合金成分和工艺条件均可满足上述的相关要求。基于该耐热板制备冶金渣粒化装置进行急冷粒化方式下，不仅可以满足急冷粒化对材料的耐热、耐磨、耐冲击要求，还实现了产品的联产联用。其中，冶炼熔渣粒化装置的具体结构，可以为CN 113814050 B中的任一种冶炼熔渣粒化装置的结构。进一步地，可以采用耐热板来制备冶金渣粒化装置中的一个或几个部件，例如粒化腔、耐热衬板、箱体、出料槽等，均可满足其耐热、耐磨、耐冲击等的使用需求。

（3）还原熔炼所得熔融尾渣经急冷粒化、干燥、粉磨后，进行建材用活性微粉的制备。其中，所述活性微粉在活性微粉生产系统中完成，所述活性微粉生产系统可包括依次布置的冶金渣粒化装置、干燥设备和粉磨设备。

经还原熔炼后得到的熔融尾渣，其主要成分为CaO、Al₂O₃、SiO₂和Fe₂O₃，与水泥混合材和混凝土掺合料等的成分类似，可用于生产建筑原材料；本申请采用该熔融尾渣来生产活性微粉，可充分发挥赤泥碱性组分以及电解锰渣硫酸盐组分对胶凝材料的激发作用，从而获得性能良好的活性微粉产品。

此外，将提铁精炼得到的合格钢水制成合格耐热板，并采用该合格耐热板制备冶金渣粒化装置，在该冶金熔渣粒化装置中进行熔融尾渣的急冷粒化，不仅能满足对还原熔炼后高温熔融尾渣的耐热、耐磨、耐冲击的粒化要求，还实现了产品联动和综合利用。

还原熔炼后高温的熔融尾渣，首先在冶金渣粒化装置中进行急冷粒化处理，可获得大量活性玻璃相即玻璃态水渣，占比≥80%，可保证最终微粉产品的性能。其次，为避免水化反应在粉磨时便进行，影响微粉产品的活性，对急冷粒化所得玻璃态水渣先进行烘干，烘干后再粉磨，其中，干燥设备可选择烘箱、干燥箱等。进一步地，将所得玻璃态干渣的含水率控制在≤1%，以确保微粉产品的活性。最后，将烘干后的玻璃态干渣送入粉磨设备中进行粉磨，例如球磨，磨至所需比表面积后出料，得到活性微粉产品。其中，粉末设备可选择锥形球磨机、卧式球磨机、行星球磨机、水泥磨等，以确保粉磨效率。此外，在一可选实施例中，在粉磨玻璃态干渣前，加入助磨剂，以加快粉磨节奏，提高生产效率。其中，所述助磨剂可选用三乙醇胺、三异丙醇胺、乙二醇、聚合醇胺等，用量为干渣：助磨剂=100:0.1～0.3，通过在粉磨前加入上述的助磨剂，可以获得较高的生产效率。

通过采用上述生产方法对还原熔炼所得熔融尾渣进行急冷粒化、干燥和粉磨，粉磨至比表面积≥400m2/kg，所得活性微粉的密度≥2.85g/cm³；所述活性微粉玻璃体含量≥80%。所述活性微粉用于水泥混合材或混凝土掺合料，加入量≥40%。将水泥：微粉=1:1的胶砂试块标养7d活性指数≥65%，标养28d活性指数≥90%。

本申请中最终活性微粉产品中，赤泥带入的碱组分可在水化过程中提供碱性环境，促进微粉的水化过程，而电解锰渣在水化过程中可溶解出SO₄ ^2-，加快水化速率，促进水化产物中Aft（三硫型水化硫铝酸钙）的形成；二者作用的协调发挥，使得本申请所得活性微粉，在无需额外加入激发剂的条件下即可满足使用要求，用于水泥混合材或混凝土掺合料时加入量≥40%，相比已具标准的镍铁渣活性微粉，本申请活性微粉的加入量具备进一步提高的空间，进而提高了废渣综合利用率，具有较高实用价值和经济性。

例如，本申请微粉在掺入比例为50%的条件下可满足标准（JC-T 2605-2018）中掺入比例为30%的D80/G80镍铁渣粉的活性指数要求，同理，本申请活性微粉若同样以30%的比例掺入，活性更高。可见，本申请创新提出的协同处置赤泥和电解锰渣方法，虽还没有相关标准文件，但对比同类镍铁渣的标准，本发明所得活性微粉不仅可以满足建材行业使用，其加入量得到进一步提高，切实有效提高了高铁赤泥和电解锰渣的利用率，具有较高的实用价值和经济性。

本申请上述的实施例中，以高铁赤泥和电解锰渣为主要原料熔炼得到合格钢水和尾渣，利用该合格钢水经铸造和热处理得到合格耐热钢板并协同粒化尾渣并经干燥和粉磨生产得到活性微粉，通过全组分利用的方式，在提取有价金属元素的同时充分发挥赤泥碱性组分和电解锰渣的硫酸盐组分对胶凝材料的激发作用，获得了性能良好的耐热板金属产品和活性微粉非金属产品，提高了高铁赤泥和电解锰渣的利用率，促进废渣的大宗消纳，具有较高的实用价值和经济性。

与现有技术相比，本申请上述的一些实施例中还具有以下优点和有益效果：1）采用赤泥和电解锰渣协同处理生产活性微粉的方式，充分发挥电解锰渣的硫酸盐和赤泥中碱组分的作用，比单一处理时所得产品性能更佳，切实提高利用率。2）充分利用高铁赤泥和电解锰渣中的有价金属元素，采用消失模铸造+淬回火热处理方式制备得到合格的耐热板铸钢件，该耐热板铸钢件可用于冶炼渣熔炼装置制备且可满足其耐热、耐磨、耐冲击等的使用需求，切实实现了产品联产联用，实现了废渣的全组分高值开发。3）本发明采用热态调质+急冷+粉磨的方式生产活性微粉，其成分调整在产铁产微粉的前端进行，后期仅通过机械激发、无需化学激发（加激发剂）即可达使用标准，工艺流程简单。

下面结合一具体实施例对本申请的技术方案和有益效果做进一步说明：

实施例1

本实施例所采用的原料高铁赤泥和电解锰渣的主要成分如下表2所示，采用本申请的协同处理方法进行处理。

表2 实施例中高铁赤泥和电解锰渣的主要成分（ %）

其中，高铁赤泥的含水率为23.8%，电解锰渣含水率为31.78%，将其均风干至含水率＜10%后进行熔炼处理。熔炼过程采用石灰石做调质剂，无烟煤做还原剂，高铁赤泥:电解锰渣:生石灰:无烟煤=100:100:23:8。

还原熔炼后铁水成分：C=3.16% P=0.379% S=0.191%；熔渣中Fe=1.32%。

合金化精炼后钢水成分：C=0.32%，Si=1.03%、Mn 0.66%，P=0.03%，S=0.03%，Cr=10.16%，余Fe。

铸造：浇注温度为1480°C，浇注后保温24h打箱。

热处理：阶梯式升温（300→600→1020）至奥氏体化温度1020°C，每升温段速度为120°C/h，保温3h，冷却介质采用淬火油，淬火后于30min内进行回火，回火温度为600°C，回火保温时间为3h，保温结束后即出炉空冷至室温，淬回火均采用随炉升温方式加热铸件。

力学性能测试：抗拉强度615MPa，屈服强度481MPa，冲击功55J。

微粉制备：将急冷粒化的水淬渣烘干后，利用水泥磨进行粉磨；干渣：三乙醇胺=100:0.2，磨后微粉的比表面积为436.3 m2/kg，密度为2.87g/cm3。

微粉测试：微粉玻璃体含量为86.7%，微粉：水泥=1:1（即微粉掺入比例为50%）时，7d标准养护活性指数为68.5%，28d标养活性指数为91.2%。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，其特征在于，包括：以高铁赤泥和电解锰渣为原料，还原熔炼，得到铁水和熔融尾渣；向所述铁水中配入合金辅料，精炼得到合格钢水；对所述合格钢水进行消失模铸造和淬回火热处理，得到耐热板；对所述熔融尾渣进行急冷粒化，干燥，粉磨，制备得到活性微粉。

2.根据权利要求1所述的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，其特征在于，还原熔炼包括：对高铁赤泥和电解锰渣进行干燥，得到干燥赤泥和干燥锰渣；按照配比配入还原剂和调质剂，进行还原熔炼；其中，配比为干燥赤泥：干燥锰渣：调质剂：还原剂=100：100～120：5～25：2～10；所述调质剂选自含CaO物料中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，其特征在于，所述干燥赤泥和干燥锰渣的含水率均＜10%；所述含CaO物料包括白云石、石灰石、生石灰和萤石；还原熔炼的温度为1150℃～1450℃。

4.根据权利要求1所述的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，其特征在于，所述合格钢水，按照质量分数计，成分为：C 0.2～0.4%，Si 1.0～2.0%、Mn 0.4～1.6%，P≤0.1，S≤0.05，Cr 10～12%，余Fe。

5.根据权利要求4所述的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，其特征在于，所述耐热板，其室温组织为马氏体组织，抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥480MPa，冲击功≥50J；所述耐热板的使用温度≤550℃。

6.根据权利要求5所述的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，其特征在于，还包括：采用所述耐热板制备冶金渣粒化装置，采用所述冶金渣粒化装置对熔融尾渣进行急冷粒化。

7.根据权利要求4所述的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，其特征在于，消失模铸造时，浇注温度≥1450°C，保温时间为22h～26h。

8.根据权利要求4所述的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，其特征在于，淬回火热处理时，包括：奥氏体化，温度1000°C～1050°C，保温3h～5h；采用淬火油或淬火液急冷；淬火后于30min内回火，回火温度580°C～650°C，回火保温时间2h～4h；出炉空冷至室温。

9.根据权利要求1所述的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，其特征在于，对所述熔融尾渣进行急冷粒化，干燥，粉磨，制备得到活性微粉的步骤中，包括：对所述熔融尾渣进行急冷粒化得到玻璃态水渣；烘干所述玻璃态水渣至含水率≤1%，得到玻璃态干渣；对玻璃态干渣粉磨得到活性微粉；其中，所述活性微粉中的玻璃体含量≥80%。

10.根据权利要求9所述的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，其特征在于，所述玻璃态干渣粉磨至比表面积≥400m²/kg，密度≥2.85g/cm³；和/或，所述活性微粉用于水泥混合材或混凝土掺合料，加入量≥40%，且制备的胶砂试块标养7d活性指数≥65%，标养28d活性指数≥90%。

11.根据权利要求9所述的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法，其特征在于，粉磨步骤之前，还包括：向所述玻璃态干渣中加入助磨剂；其中，所述助磨剂用量为，干渣：助磨剂=100:0.1～0.3；所述助磨剂为三乙醇胺、三异丙醇胺、乙二醇、聚合醇胺中的一种或几种。

12.一种进行权利要求1-11任一项所述协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法时所采用的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的系统，其特征在于，包括：

耐热板制备系统，包括依次布置的精炼装置，消失模铸造装置和淬回火热处理装置；其中，所述精炼装置与还原熔炼装置的铁水出口相连，用于采用合金辅料与所述铁水配料后经精炼得到合格钢水；所述消失模铸造装置用于将合格钢水消失模铸造成耐热板铸件；所述淬回火热处理装置用于对耐热板铸件进行淬回火处理得到耐热板；

活性微粉生产系统，包括依次布置的冶金渣粒化装置、干燥设备和粉磨设备；其中，所述冶金渣粒化装置与还原熔炼装置的熔融尾渣出口相连，用于对熔融尾渣进行急冷粒化，得到玻璃态水渣；所述干燥设备用于对玻璃态水渣进行烘干处理，得到玻璃态干渣；所述粉磨设备用于对玻璃态干渣进行粉磨，得到活性微粉。

13.根据权利要求12所述的协同处理高铁赤泥和电解锰渣的系统，其特征在于，所述冶金渣粒化装置采用所述耐热板制备而成；和/或，所述还原熔炼装置为中频熔炼炉、电弧熔炼炉中的一种；所述还原熔炼装置中设置有搅拌设备；所述精炼装置采用LF、VD、VOD、RH、SKF炉中的一种；所述粉磨设备为球磨机。