CN101906492A - 一种转炉渣制备金属铁及水泥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固体废弃物再资源化利用领域，特别是提供一种以转炉渣为原料分别制备金属铁及水泥的方法。其特征是按“转炉渣强磁分选→细磨解离→精细还原→磁选分离→f-CaO消解”的再资源化工艺路线，将转炉渣中的铁氧化物还原成金属铁，予以分离提取，分别获得金属铁和化学成分与水泥非常接近的水泥掺杂料。工艺过程的参数控制为：(1)转炉渣细磨解离粒度＜37μm(即400目)；(2)精细还原温度：900～1000℃；还原气氛：纯H2或70～100％CO；(3)磁选分离过程磁铁磁感强度：50～100mT。本发明的优点是处理转炉渣，过程能耗低、物耗低、无环境污染，既实现了资源的有效回收利用，亦减少了环境污染。在将转炉钢渣进行有效消纳处理的同时更能取得良好的经济效益。

Description

一种转炉渣制备金属铁及水泥的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物再资源化利用领域，特别是提供一种以转炉渣为原料分别制备金属铁及水泥的方法。
背景技术
按目前我国氧气转炉炼钢的一般水平，炼钢终渣量大约是出钢量的15％，每生产一吨合格钢水相应会排放150kg的钢渣。全国每年生产6亿吨粗钢，估计每年会产生九千万吨至一亿吨钢渣，这些钢渣目前尚无合理的处理和利用的技术，形成大量的废弃物。
目前，大多数厂家采用废弃物处理的思路，将其粗磨，多道磁选，余下者少量作为水泥原料，大部分予以填埋。
目前，转炉钢渣中混有钢珠、钢块约2～3％，渣中还含有Fe2O3和FeO，其全铁含量约为15％，可见全国每年9000万吨钢渣中尚有铁元素约为1500～2000万吨/年，这对铁矿资源十分匮乏的我国，也是非常巨大的资源。然而，在现有的技术条件下，这些铁资源未能全部回收再利用，而且形成了污染环境的废弃物。
目前大多数厂家认为钢渣是废弃物，送交附企予以处理，采取分拣、筛分、磁选等简单处理的方法，仅能回收部分废钢快和含铁较高的强磁性物质返回炼钢或烧结工序，作为低品位原料，经济性差，不仅资源未能充分利用，而且形成大量固体废弃物。
发明内容
本发明提出将转炉钢渣看作资源的理念，指出：转炉钢渣中含有15％以上的铁元素，正是由于含铁量较高，不适用与水泥制造而成为废弃物，应该换向思维：这些铁元素将认作是可贵的金属资源，将铁元素分离提出；余下的物质其化学成分与普通水泥及其相似。因此提出了“钢渣再资源化”的概念：即采用精细还原技术将钢渣的铁元素还原成金属铁，予以分离提取，可获得金属铁和化学成分与水泥非常接近的剩余物料。
一种转炉渣制备金属铁及水泥方法，其特征是按“转炉渣强磁分选→细磨解离→精细还原→磁选分离→f-CaO消解”的再资源化工艺路线，将转炉渣中的铁氧化物还原成金属铁，予以分离提取，分别获得金属铁和化学成分与水泥非常接近的水泥掺杂料。
如上所述转炉渣强磁分选技术是：使用钕铁硼强磁铁对原始大粒度转炉渣颗粒进行强磁分选，分别获得磁性和非磁性炉渣颗粒。
如上所述转炉渣细磨解离技术是：将强磁分选获得的磁性炉渣进行机械破碎，使其粒度小于37μm(400目)，实现渣中铁元素与其他元素的解离。转炉渣细磨解离过程中的参数控制如下：
(1)转炉渣经机械破碎后粒度＜37μm(即400目)。
如上所述转炉渣精细还原技术是：将强磁分选获得的磁性炉渣经机械破碎后，在900～1000℃温度和纯H2或70～100％CO气氛下进行精细还原，精细还原过程的参数控制为：
(1)还原温度：900～1000℃；
(2)还原气氛：纯H2或70～100％CO；
(3)还原时间：2～4h。
如上所述转炉渣精细还原产物磁选分离技术是：转炉渣精细还原产物进行湿法磁选，分别获得磁性富铁物料及非磁性物料。湿法磁选过程的参数控制为：
(1)磁铁磁感强度：50～100mT；
(2)搅拌时间：1～3min/次；
(3)搅拌次数：5～10次。
如上所述非磁性物料中f-CaO的消解技术是：转炉渣经精细还原、湿法磁选获得的非磁性物料进行f-CaO的消解，通入CO2和水蒸气消解其中的f-CaO，使其转化成CaCO3或者Ca(OH)2，使湿法磁选获得的非磁性物料在使用过程中不再粉化。
一种与上述工艺配套使用的转炉渣精细还原装置，如附图1所示，主要包括：1氮气源，2氢气源，3二氧化碳气源，4煤气重整装置，5流量计，6气体混合室，7电阻炉，8控制柜，9坩埚，H2还原时，使用氮气源1和氢气源2；CO还原时，使用氮气源和1、二氧化碳气源3及煤气重整装置4。对于上述转炉渣精细还原过程，通过流量计控制氮气、氢气或二氧化碳的流量，坩埚置于管式电阻炉内，转炉渣放在坩埚内通入氢气或一氧化碳，在非熔态下还原生成纯度很高的金属铁粉。
本发明优点是提出将转炉钢渣看作资源的理念，实现转炉钢渣的再资源化利用，在将转炉钢渣进行有效消纳处理的同时更能取得良好的经济效益。按本发明工艺路线处理转炉渣，过程能耗低、物耗低、无环境污染，既实现了资源的有效回收利用，亦减少了环境污染。这不仅对于钢铁厂本身，还是对国家、对社会都具有十分重要的意义。
附图说明
图1为转炉渣精细还原装置示意图
注：图中1氮气源，2氢气源，3二氧化碳气源，4煤气重整装置，5流量计，6气体混合室，7电阻炉，8控制柜，9坩埚。
图2为细磨后磁性炉渣的粒度分布情况
注：图中q为粒度分布；Q为累积分布。
图3为还原产物的粒度分布情况
注：图中q为粒度分布；Q为累积分布。
具体实施内容
本发明的实施内容是将山东山钢集团的典型转炉渣试样，共10kg(TFe＝11.31％、FeO＝11.09％、f-CaO＝6.52％)按本发明工艺进行再资源化处理：
(1)转炉渣强磁分选：使用钕铁硼强磁铁对原始大粒度转炉渣颗粒进行强磁分选，分别获得TFe＝20％磁性炉渣5.0kg和TFe＜1％非磁性炉渣3.8kg。
(2)转炉渣细磨解离：将强磁分选获得的磁性炉渣进行机械破碎，使其粒度小于37μm(400目)，实现渣中铁元素与其他元素的解离，细磨后磁性炉渣的粒度分布如附图2所示。转炉渣细磨解离过程中的参数控制如下：
1)转炉渣经机械破碎后粒度＜37μm(即400目)。
(3)转炉渣精细还原：将强磁分选获得的磁性炉渣经机械破碎后，在900～1000℃温度和纯H2或70～100％CO气氛下进行精细还原，精细还原过程的参数控制为：
1)还原温度：900、1000℃；
2)还原气氛：纯H2或100％CO；
3)还原时间：2、4h。
磁性炉渣经精细还原后，金属化率达到85％，且精细还原后磁性炉渣的还原产物仍为粉状，颗粒间并未发生烧结，如附图3所示，可采用物理方法将铁元素与其他杂质元素进一步分离。
(4)转炉渣精细还原产物磁选分离：转炉渣精细还原产物进行湿法磁选，分别获得磁性富铁物料及非磁性物料。湿法磁选过程的参数控制为：
1)磁铁磁感强度：70mT；
2)搅拌时间：3min/次；
3)搅拌次数：10次。
磁性炉渣经精细还原后进行湿法磁选，分别获得富铁物料1.3kg、占20％，其中全铁TFe＝90％；非磁性物料7.1kg、占80％。
(5)非磁性物料中f-CaO的消解技术：转炉渣经精细还原、湿法磁选获得的非磁性物料进行f-CaO的消解，通入CO2和水蒸气消解其中的f-CaO，使f-CaO转化成CaCO3或者Ca(OH)2，使湿法磁选获得的非磁性物料在使用过程中不再粉化。
按本发明工艺路线对山钢集团的典型转炉渣试样(共10kg)进行再资源化处理，分别获得了TFe＞90％的金属铁1.3kg以及f-CaO＜3％的水泥掺杂料7.1kg，实现了转炉渣的再资源化利用。

Claims (6)

1.一种转炉渣制备金属铁及水泥方法，其特征是按“转炉渣强磁分选→细磨解离→精细还原→磁选分离→f-CaO消解”的再资源化工艺路线，将转炉渣中的铁氧化物还原成金属铁，予以分离提取，分别获得金属铁和化学成分与水泥非常接近的水泥掺杂料。
2.如权利要求1所述转炉渣制备金属铁及水泥方法，其特征是转炉渣强磁分选是：使用钕铁硼强磁铁对原始大粒度转炉渣颗粒进行强磁分选，分别获得磁性和非磁性炉渣颗粒。
3.如权利要求1所述转炉渣制备金属铁及水泥方法，其特征是转炉渣细磨解离技术是：将强磁分选获得的磁性炉渣进行机械破碎，使其粒度小于37μm(400目)，实现渣中铁元素与其他元素的解离；转炉渣细磨解离过程中的参数控制如下：
(1)转炉渣经机械破碎后粒度＜37μm，即400目。
4.如权利要求1所述转炉渣制备金属铁及水泥方法，其特征是转炉渣精细还原技术是：将强磁分选获得的磁性炉渣经机械破碎后，在900～1000℃温度和纯H2或70～100％CO气氛下进行精细还原，精细还原过程的参数控制为：
(1)还原温度：900～1000℃；
(2)还原气氛：纯H2或70～100％CO；
(3)还原时间：2～4h。
5.如权利要求1所述转炉渣制备金属铁及水泥方法，其特征是转炉渣精细还原产物磁选分离技术是：转炉渣精细还原产物进行湿法磁选，分别获得磁性富铁物料及非磁性物料；湿法磁选过程的参数控制为：
(1)磁铁磁感强度：50～100mT；
(2)搅拌时间：1～3min/次；
(3)搅拌次数：5～10次。
6.如权利要求1所述转炉渣制备金属铁及水泥方法，其特征是非磁性物料中f-CaO的消解技术是：转炉渣经精细还原、湿法磁选获得的非磁性物料进行f-CaO的消解，通入CO2和水蒸气消解其中的f-CaO，使f-CaO转化成CaCO3或者Ca(OH)2，使湿法磁选获得的非磁性物料在使用过程中不再粉化。
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