CN102605113B - 采用尾矿复配料改质高温钢渣的方法 - Google Patents

采用尾矿复配料改质高温钢渣的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢渣改质处理的方法，采用大宗廉价的矿业尾矿对炼钢终期排放的高温钢渣进行改质，以高铝硅酸盐尾矿、高钙硅酸盐尾矿和钙质碳酸盐尾矿的重量份数15~30、60~80和5~15混合而成尾矿复配料，造球制备3~5cm聚结块体，按照排放钢渣:尾矿复配料质量百分比(70-80%):(20-30%)的比例将尾矿复配料分批加入渣罐或渣盘，溅渣护炉后剩余的钢渣不再倾倒入实施钢渣改质的渣罐或渣盘中，钢渣在1200-1400℃的范围内保温30~60min，当温度低于1200℃时钢渣进行水淬、热泼或热闷等处理，破碎磁选分离。本发明方法显著改善渣铁的分离效果，提高了钢渣的易磨性，废钢总回收率达到95-100%，选后废渣的组份可控、活性提高，游离氧化钙重量百分比含量小于1.5%，粉磨功指数为14-17kW·h/t，用于替代硅酸盐水泥熟料。

Description

采用尾矿复配料改质高温钢渣的方法
技术领域
本发明涉及一种高温炉渣改质的方法，特别是涉及采用大宗廉价的矿业尾矿对炼钢终期排放的高温钢渣进行改质的方法，以便于钢渣破碎回收以及选后废渣的低能耗应用开发，属于工业废弃物综合利用技术领域。
背景技术
我国城镇化和工业化建设高速发展，每年的钢产量已经超过5亿吨。钢渣是炼钢过程的副产品，平均生产1吨钢材会生成0.15~0.2吨左右的钢渣，以此计算，2010年我国粗钢产量达6.3亿吨，钢渣排放量近亿吨，其中70%以上都是转炉钢渣。目前，钢渣处理技术一般采用首先对排放钢渣进行水淬、风淬、热泼或热闷等处理，再借助一定的破碎和研磨方法，例如湿磨、棒磨、自磨，结合多级筛分磁选工艺处理。由于诸多因素如设备投入大、工艺流程复杂、多级破粉碎能耗高，存在二次污染等，钢渣处理成本高，而且产生的渣钢和尾渣的利用价值低。
炼钢终期排放的钢渣热含量较高，1kg（1600℃）钢渣热含量达2000kJ，这些热量随着钢渣的冷却而逐渐散失，并未有效的利用。利用钢渣余热早期介入钢渣处理，专利ZL200610024549.x利用粉煤灰或煤渣为主的添加剂，有效减少钢渣中f-CaO和f-MgO的含量，解决钢渣体积不安定的问题。专利（申请号200910039605.0）利用电炉渣和煤粉为主的改性剂从源头上提高钢渣的水化和胶凝活性，利用余热的钢渣处理工艺可以克服了钢渣在活性方面的先天性不足。以上钢渣的综合利用以及多品种建筑材料的设计是以钢渣的有效除铁和破碎细磨为前提的，因此理想的钢渣处理工艺中提高钢渣易磨性、实现钢和渣的良好分离、降低破粉碎耗能，提高铁回收效率是决定钢渣磁选效率、处理能耗，渣钢品质的的重要因素，同时也是提高选后废渣利用率，降低综合利用成本的前提条件。
易磨性是指物料被粉磨的难易程度。易磨性大小可用易磨系数表示，国家标准规定，物料的易磨性系数用粉磨功指数表示（kwh/t）。粉磨功指数越大，表示物料越难磨。它与物料的种类和性能有密切关系。例如矿渣比熟料难磨、熟料比石灰石难磨。水泥熟料的易磨性与矿物组成相关，不同组成的熟料易磨性差别较大，通常随着熟料硅率的提高，易磨性变差；随C3S含量提高，易磨性变好；随着Al2O3含量的提高，易磨性变好；随Fe2O3含量提高，易磨性变好；随C2S含量提高，易磨性变差。还有游离氧化钙也对易磨性有影响。物料的易磨性还与物料的物理状态和结构有关，如致密度、孔结构等。干法回转窑熟料的粉磨功指数一般为16~20kW·h/t。本发明对物料易磨性的表征和粉磨功指数的测试参考水泥原料易磨性试验方法的国家标准（GB/T 26567-2011）。
根据全国污染源普查的基本情况，2009年全国工业固体废物产生总量38.52亿吨，其中矿业尾矿占29％、冶金废渣占11％。矿业尾矿是固体工业废料的主要组成部分，具有粒度细、数量大、成本低的特点。按化学成分进行分类主要有：镁铁硅酸盐型尾矿、钙铝硅酸盐型尾矿、长英岩型尾矿、碱性硅酸盐型尾矿、高铝硅酸盐型尾矿、高钙硅酸型尾矿、硅质岩型尾矿、碳酸盐型尾矿。2009 年我国尾矿产生量为11.92 亿吨，综合利用量1.59 亿吨，其中从尾矿中回收有价组分约占尾矿综合利用总量的3%，生产水泥等建筑材料约占33%，充填矿山采空区约占63%，其他利用方式约占1%。目前，尾矿的综合利用率仅为13.3%，钢渣综合利用率也只有21%。大量可再生资源尚未得到回收利用，不仅占用土地、造成环境和水资源污染、危害人体健康，而且造成资源的浪费。我国每年因再生资源未得到回收利用而造成的经济损失达200-300亿元。目前，矿业尾矿和钢渣的综合利用技术上的突破关键在于：形成整体利用的开发思路，简化利用工序、降低利用成本，最大限度消纳工业废弃物，实现矿业尾矿和钢渣大量、廉价、高效的应用开发。对于当前资源短缺矛盾变得日益突出的情况下，钢渣和矿渣等工业废弃物的综合利用的不但具有显著的经济价值、而且具有巨大的社会效益。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，采用大宗廉价的矿业尾矿，利用余热进行钢渣改质的方法，实现高温下二次物相反应控制钢渣中矿物相组成,促进渣铁分离，解决钢渣和选后尾渣易磨性差、粉磨能耗高的缺点，便于钢渣破碎回收以及选后废渣的低耗应用开发。
本发明以矿业尾矿进行一定比例的复配、预制，作为高温钢渣改质材料与炼钢终期排放的钢渣混合，利用钢渣余热保持在一定温度下发生二次反应，继而对处理后高温钢渣进行水淬、热泼或热闷，破碎磁选分离，得到高品位块钢、豆钢、铁精粉和可用于建筑材料设计的活性废渣。技术方案如下：
高温钢渣改质材料采用矿业尾矿的复配材料，为高铝硅酸盐尾矿、高钙硅酸盐尾矿和钙质碳酸盐尾矿的混合材料，由如下组分按重量份数混合而成：
高铝硅酸盐尾矿    15~30
高钙硅酸盐尾矿    60-80
钙质碳酸盐尾矿     5~15
    高温钢渣改质材料的矿业尾矿复配材料按照钢渣:尾矿复配料质量百分比(70-80%):(20-30%)的比例混合，然后进行钢渣保温、常规处理、破碎磁选分离。
所述高铝硅酸盐型尾矿主要化学组成（质量百分数）为40~60 wt.%SiO2、30~40 wt.%A12O3、2~8 wt.%Fe2O3、2~5 wt.%K2O；高钙硅酸盐型尾矿主要化学组成为35~55wt.%SiO2、5~10wt.%A12O3、20~35wt.%CaO、5~10 wt.%Fe2O3；钙质碳酸盐型尾矿主要化学组成为2~8 wt.%SiO2、0~3 wt.%A12O3、30~42 wt.% CaO。
所述高温钢渣改质材料的尾矿复配材料的颗粒粒度小于3mm，造球成3~5cm的聚结块体。
所述高温钢渣改质材料的尾矿复配材料的添加方式为：预先将质量百分数为40-60 wt.%的尾矿复配料置于渣罐或渣盘中，转炉出渣后，再将剩余的质量百分数为40-60wt.%的尾矿复配料投入渣罐或渣盘。
所述钢渣保温、常规处理、破碎磁选分离是在1200-1400℃的温度下保温10~60min，低于1200℃下进行水淬或热泼或热闷等常规处理，破碎磁选分离。
采用尾矿复配料改质高温钢渣的方法得到的选后废渣中游离氧化钙重量百分比含量小于1.5%，粉磨功指数为14-17kW·h/t，可以替代硅酸盐水泥熟料使用。
采用尾矿复配料进行高温钢渣改质后，渣铁分离效果好，得到高品位块钢、豆钢、铁精粉，选后废渣的组份可控、活性改善，易磨性提高，实现选后废渣低能耗低成本应用开发。
本发明的突出特点在于：
（1）  采用量大廉价的矿业尾矿，利用钢渣余热促进二次物相反应，改变钢渣矿物组成和物理状态，提高其易磨性和胶凝活性，不额外增加钢渣处理设备，投入成本低，同时为尾矿的利用寻找到一条量大、廉价、高效应用的新途径；
（2）  采用尾矿复配料可满足改质剂对矿物组成和化学组成的要求，发挥协同效应，也可以尽量减少矿业尾矿成分波动大对改质效果的影响，混合粉末粒度小有利于改善高温下反应的动力学条件，另外造球制备成聚结块体可避免钢渣处理对现场造成的粉尘污染，满足环保要求。
（3）  高温二次物相反应和弥散固相提高钢渣易磨性、提高钢渣磁选效率，实现了钢和渣的良好分离、提高了块钢、渣钢和铁精粉的品位，废钢回收率达到95-100%；选后废渣的组份可控、活性提高，游离氧化钙重量百分比含量小于1.5%，选后废渣的粉磨功指数稍低于或接近于熟料粉磨功指数范围的低值，粉碎细磨耗能显著降低，提高选后尾渣利用率，降低综合利用成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施作进一步说明。
实例1~5中涉及的钢渣和矿业尾矿的主要化学成份分别如表1和表2所示。
表1实施例涉及的炼钢厂钢渣主要化学组成
Figure 631695DEST_PATH_IMAGE001
表2实施例中所用矿业尾矿的主要化学组成
Figure 446067DEST_PATH_IMAGE002
实施例1
1、选取高铝硅酸盐尾矿、高钙硅酸盐尾矿和钙质碳酸盐尾矿的复配材料为钢渣改质材料，其中分别采用铝土矿尾矿、金矿尾矿和石灰石尾矿按照重量份数各为20、80和5进行混合，所用矿业尾矿的主要成分如表2所示。
2、作为高温钢渣改质材料的尾矿复配材料的颗粒粒度小于3mm，造球成聚结块体，具体是长轴是5mm、短轴为3cm的椭球形。
3、将上述钢渣改质材料按照首钢炼钢厂排放的高温钢渣与高温改质材料按照质量百分比70:30的比例混合。添加的方式为：预先将质量百分数为60%的尾矿复配料置于渣罐或渣盘中，转炉出渣后，再将剩余的质量百分数为40%的尾矿复配料投入渣罐或渣盘。
4、溅渣护炉后剩余的钢渣不再加入存在尾矿复配料进行钢渣改质的渣罐或渣盘中，钢渣在1200-1400℃的温度下保温50min，低于1200℃下进行热闷，破碎磁选分离。为保障保温时间和改质效果，溅渣护炉操作后剩余的温度较低的固态钢渣不再倾倒入存在尾矿复配料进行钢渣改质的渣罐或渣盘中。
5、采用尾矿复配料进行高温钢渣改质后，渣铁分离效果好，得到高品位块钢、豆钢、铁精粉，废钢回收率达到98%。选后废渣的组份可控、活性提高，游离氧化钙质量百分比含量1.41%，粉磨功指数为15.8 kW·h/t，可替代水泥熟料使用。
实施例2
1、选取高铝硅酸盐尾矿、高钙硅酸盐尾矿和钙质碳酸盐尾矿的复配材料为钢渣改质材料，其中分别采用煤矸石、金矿尾矿和石灰石碎石按照重量份数各为30、60和12进行混合，所用矿业尾矿的主要成分如表2所示。
2、作为高温钢渣改质材料的尾矿复配材料的颗粒粒度小于3mm，造球成聚结块体，具体是长轴是5mm、短轴为3cm的椭球形。
3、将上述钢渣改质材料按照首钢炼钢厂排放的高温钢渣与高温改质材料按照质量百分比80:20的比例混合。添加的方式为：预先将质量百分数为50%的尾矿复配料置于渣罐或渣盘中，转炉出渣后，再将剩余的质量百分数为50%的尾矿复配料投入渣罐或渣盘。
4、溅渣护炉后剩余的钢渣不再加入存在尾矿复配料进行钢渣改质的渣罐或渣盘中，钢渣在1200-1400℃的温度下保温40min，低于1200℃下进行热闷，破碎磁选分离。
5、采用尾矿复配料进行高温钢渣改质后，渣铁分离效果好，得到高品位块钢、豆钢、铁精粉，废钢回收率达到99%。选后废渣的组份可控、活性提高，游离氧化钙质量百分比含量1.10%，粉磨功指数为14.2 kW·h/t，可替代水泥熟料使用。
实施例3
1、选取高铝硅酸盐尾矿、高钙硅酸盐尾矿和钙质碳酸盐尾矿的复配材料为钢渣改质材料，其中分别采用煤矸石、铁尾矿和石灰石尾矿按照重量份数各为24、70和10进行混合，所用矿业尾矿的主要成分如表2所示。
2、作为高温钢渣改质材料的尾矿复配材料的颗粒粒度小于3mm，造球制备直径为4.5cm的类球形聚结块体。
3、将上述钢渣改质材料按照马钢转炉排放的高温钢渣与高温改质材料按照质量百分比 75:25的比例混合。添加的方式为：预先将质量百分数为40%的尾矿复配料置于渣罐或渣盘中，转炉出渣后，再将剩余的质量百分数为60%的尾矿复配料投入渣罐或渣盘。
4、溅渣护炉后剩余的钢渣不再加入存在尾矿复配料进行钢渣改质的渣罐或渣盘中，钢渣在1200-1400℃的温度下保温30min，低于1200℃下进行水淬，破碎磁选分离。
5、采用尾矿复配料进行高温钢渣改质后，渣铁分离效果好，得到高品位块钢、豆钢、铁精粉，废钢回收率达到97%。选后废渣的组份可控、活性提高，游离氧化钙质量百分比含量1.33%，粉磨功指数为16.3 kW·h/t，可替代水泥熟料使用。
实施例4
1、选取高铝硅酸盐尾矿、高钙硅酸盐尾矿和钙质碳酸盐尾矿矿业尾矿的复配材料为钢渣改质材料，其中分别采用铝土矿尾矿、铁尾矿和石灰石碎石按照重量份数各为15、60和15进行混合，所用矿业尾矿的主要成分如表2所示。
2、作为高温钢渣改质材料的尾矿复配材料的颗粒粒度小于3mm，造球制备直径为3cm的类球形聚结块体。
3、将上述钢渣改质材料按照龙钢转炉排放的高温钢渣与高温改质材料按照质量百分比 78:22的比例混合。添加的方式为：预先将质量百分数为45%的尾矿复配料置于渣罐或渣盘中，转炉出渣后，再将剩余的质量百分数为55%的尾矿复配料投入渣罐或渣盘。
4、溅渣护炉后剩余的钢渣不再加入存在尾矿复配料进行钢渣改质的渣罐或渣盘中，钢渣在1200-1400℃的温度下保温60min，低于1200℃下进行热泼，破碎磁选分离。
5、采用尾矿复配料进行高温钢渣改质后，渣铁分离效果好，得到高品位块钢、豆钢、铁精粉，废钢回收率达到95%。选后废渣的组份可控、活性提高，游离氧化钙质量百分比含量1.47%，粉磨功指数为16.98kW·h/t，可替代水泥熟料使用。
实施例5
1、选取高铝硅酸盐尾矿、高钙硅酸盐尾矿和钙质碳酸盐尾矿矿业尾矿的复配材料为钢渣改质材料，其中分别采用煤矸石、铁尾矿和石灰石尾矿按照重量份数各为28、76和7进行混合，所用矿业尾矿的主要成分如表2所示。
2、作为高温钢渣改质材料的尾矿复配材料的颗粒粒度小于3mm，造球制备长轴是5mm、短轴为3cm的椭球形聚结块体。
3、将上述钢渣改质材料按照龙钢转炉排放的高温钢渣与高温改质材料按照质量百分比 78:22的比例混合。添加的方式为：预先将质量百分数为56%的尾矿复配料置于渣罐或渣盘中，转炉出渣后，再将剩余的质量百分数为44%的尾矿复配料投入渣罐或渣盘。
4、溅渣护炉后剩余的钢渣不再加入存在尾矿复配料进行钢渣改质的渣罐或渣盘中，钢渣在1200-1400℃的温度下保温55min，低于1200℃下进行热泼，破碎磁选分离。
5、采用尾矿复配料进行高温钢渣改质后，渣铁分离效果好，得到高品位块钢、豆钢、铁精粉，废钢回收率达到98%。选后废渣的组份可控、活性提高，游离氧化钙质量百分比含量1.32%，粉磨功指数为15.1 kW·h/t，可替代水泥熟料使用。

Claims (5)

1.一种采用尾矿复配料改质高温钢渣的方法，其特征在于，高温钢渣改质材料为矿业尾矿复配材料，其中高铝硅酸盐尾矿、高钙硅酸盐尾矿和钙质碳酸盐尾矿按照如下重量份数混合而成：
高铝硅酸盐尾矿    15~30
高钙硅酸盐尾矿    60~80
钙质碳酸盐尾矿     5~15
矿业尾矿复配材料按照排放钢渣:尾矿复配料质量百分比(70-80%):(20-30%)的比例混合，然后进行保温、常规处理、破碎磁选分离；其中，所述高铝硅酸盐型尾矿化学组成按质量百分数计，主要包含40~60 %SiO2、30~40 %A12O3、2~8 %Fe2O3、2~5%K2O；高钙硅酸盐型尾矿化学组成按质量百分数计，主要包含35~55%SiO2、5~10%A12O3、20~35%CaO、5~10 %Fe2O3；钙质碳酸盐型尾矿化学组成按质量百分数计，主要包含2~8 %SiO2、0~3 %A12O3、30~42 %CaO。
2.如权利要求1所述的采用尾矿复配料改质高温钢渣的方法，其特征在于，所述矿业尾矿复配材料的颗粒粒度小于3mm，造球成3~5cm的聚结块体。
3.如权利要求1所述的采用尾矿复配料改质高温钢渣的方法，其特征在于，矿业尾矿复配材料混合的添加方式为：预先将质量百分数为40-60%的尾矿复配料置于渣罐或渣盘中，出渣后，再将剩余的质量百分数为40-60%的尾矿复配料投入渣罐或渣盘。
4.如权利要求1所述的采用尾矿复配料改质高温钢渣的方法，其特征在于，所述磁选分离是先将钢渣在1200-1400℃的温度下保温30~60min，低于1200℃下进行水淬、热泼或热焖常规处理，破碎磁选分离。
5.一种如权利要求1所述的采用尾矿复配料改质高温钢渣用于替代硅酸盐水泥熟料，得到的选后废渣中游离氧化钙重量百分比含量小于1.5%，粉磨功指数为14-17kW·h/t。
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