CN103725825A

CN103725825A - 一种以铝工业赤泥为基体的转炉炼钢脱磷剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103725825A
Application number: CN201410036893.5A
Authority: CN
Inventors: 尹振兴; 张雷; 李�杰; 范鼎东
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2014-04-16

Abstract

本发明公开了一种以铝工业赤泥为基体的转炉炼钢脱磷剂及其制备方法，属于转炉炼钢领域。该脱磷剂主要是由以下原料按质量百分比组成：50～70%的干燥赤泥，5～15%的石灰，15～30%的铁精矿或铁皮球，2～10%的轻烧白云石，0.5%的粘合剂，将上述原料破碎、混均，压制成块，在300～500℃温度下焙烧2～4小时，冷却后破碎成粒径为15～30mm的脱磷剂，在转炉炼钢的脱磷操作过程中加入该脱磷剂，能够处理中低磷含量的铁水，可以达到90%以上的脱磷效果。本发明利用了赤泥中含有的大量CaO和Fe₂O₃，既能达到较高的脱磷效果，又能解决了赤泥的污染，实现了赤泥的再利用同时降低了炼钢成本。

Description

一种以铝工业赤泥为基体的转炉炼钢脱磷剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及转炉炼钢领域，具体涉及一种以铝工业赤泥为基本原料辅以石灰、铁精矿或铁皮球、轻烧白云石和少量粘结剂合成的转炉炼钢脱磷剂及其制备方法。

背景技术

赤泥是一种铝工业生产过程中的固体废料，每冶炼1吨氧化铝约产生1.0～2.0t赤泥，以现在的产能计算，全世界每年产出的赤泥超7000万吨，我国每年产生的赤泥也在3000万吨以上。其中现在最先进的联合法冶炼的赤泥中也含有43.7～46.8%的CaO，20.0～25%的SiO₂，5.4～7.5%的Al₂O₃，6.1～7.5%的Fe₂O₃，还有少量的Na₂O，K₂O和TiO₂等。如果不加以利用，这些资源将会浪费掉，而且由于我国产出的赤泥全部露天堆放会给环境带来不小的危害。赤泥的堆放不仅占用大量土地，耗费大量的堆场和维护费用，而且赤泥中的可溶性碱会向地下渗透，造成地下水体和土壤污染。另外，裸露的赤泥随着风吹日晒会形成粉尘随风飞扬，污染大气，对人和动植物产生危害，恶化生态环境。因此，做好赤泥的处理和再利用工作具有重要的意义，例如，可以充分利用其高碱性与氧化性在转炉炼钢过程中脱除钢水中的有害杂P，可以实现赤泥废渣的有效利用，同时也是钢铁企业发展循环经济，实现可持续发展的必由之路。

目前铝工业赤泥的处理办法有利用赤泥生产砖、生产水泥、生产硅钙复合肥等，或者利用赤泥进行废水净化、回收赤泥中金属等。以赤泥为主要原料生产砖，但在应用中，由于大多数赤泥本身含有大量碱性物质与微量放射性元素，常常不能推广。再以赤泥生产水泥为例，国内外实践表明，用赤泥可以生产出多种型号的水泥。我国山东铝厂早在上世纪60年代初就建成综合利用赤泥的大型水泥厂，利用烧结法赤泥生产普通硅酸盐水泥，水泥生料中的赤泥配比通常在20.0～38.5%之间，这主要是由于赤泥含碱量高，赤泥配比受到制约。由于赤泥中含有一定的有价金属和非金属元素，如含有不同比例的氧化铝、氧化铁、氧化硅、氧化钙、氧化锌等，此外还含有微量元素Ti，Ni，Cd，K，Pb，As等，是一种宝贵而丰富的二次资源，因此对赤泥中有价金属和稀有稀土元素的回收具有重要的意义，但一般成本较高、流程复杂，在国内推广困难。

目前，转炉炼钢过程使用的脱磷剂主要是由石灰（CaO）、氧化铁皮（Fe₂O₃）和少量的轻烧白云石（主要是CaO和MgO）组成，这些原料除了少量的氧化铁皮可以由钢铁厂自产外，都需要从外面购进，是炼钢过程中的重要成本之一，而且由于石灰的熔点高，在炼钢过程中脱磷时为了尽快化渣提高脱磷效率，需要加入少量的萤石（CaF₂）作为熔剂降低渣的熔点，但是由于萤石中含有氟元素，会造成一定的环境污染，已经被禁止使用，因此，如何降低脱磷剂的熔点也是一个重要的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种以铝工业赤泥为基体而合成的转炉炼钢脱磷剂，实现了赤泥的高效无污染的工业化利用。

为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明提供了一种以铝工业赤泥为基体的转炉炼钢脱磷剂，以质量百分比计，该转炉炼钢脱磷剂配方如下：50～70%干燥赤泥，5～15%的石灰，15～30%的铁精矿或铁皮球，2～10%的轻烧白云石，0.5%的粘合剂；以质量百分比计，所述赤泥中CaO、Na₂O和Fe₂O₃总含量不小于55%、P₂O₅含量低于1%，所述石灰中CaO含量不小于97%，所述铁精矿或铁皮球中Fe_tO含量不小于65%，所述轻烧白云石中CaO含量不小于50%、MgO含量不小于32%；所述粘合剂为水玻璃或膨润土或二者的混合物；所述转炉炼钢脱磷剂的二元碱度（CaO/SiO₂）为2.5～3.5，熔点（半球点温度）为1200～1400℃。

本发明同时提供了一种上述转炉炼钢脱磷剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将上述转炉炼钢脱磷剂的配方原料经过干燥处理后，磨成0.1～0.5mm的细小颗粒；

（2）将步骤（1）所得的原料经混匀后压制成块，在300～500℃温度下焙烧2～4小时，冷却后破碎至15～30mm的颗粒，既得到本发明目标产物：转炉炼钢脱磷剂。

本发明的科学原理如下：

本发明用铝工业赤泥合成转炉炼钢脱磷剂的原理是，炉渣氧化脱磷反应：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]

lgK^θ=40067/T-15.06

由公式可知，升高温度则平衡常数K值减小，脱磷率降低，故应根据脱磷率合理控制温度，温度过高过低对脱磷都是不利的。我国赤泥的熔点是在1200～1350℃，即使加入了石灰和氧化铁之后，由于赤泥中含有合适的三氧化二铝和二氧化硅，可以起到降低熔点的作用，因此赤泥在转炉内能够实现较快地融化造渣。转炉脱磷，在一定范围内，碱度越高，脱磷效果越好，一般碱度R应高于2.0。赤泥的综合利用在其它领域之所以受到限制，究其原因是其高碱度，但这正是转炉脱磷所必须的条件之一。铁水脱磷过程是将铁水中的磷氧化后转移到熔渣的过程，因此实现铁水中磷向渣中转移的氧势范围是重要的，铁水氧势越高，实现这种转移的热力学条件越强，动力学条件越好，赤泥中常常含有大量的氧化铁正好符合这一要求。综上所述，用赤泥做脱磷原料符合转炉脱磷的条件，即“三高一低”，高碱度，高氧化性，大渣量和适当低的温度。本发明根据赤泥成分控制配料的比例，制成的脱磷剂符合碱度高于2.0、熔点约为1300～1500℃、氧化性（全铁含量10～30%）等各方面都符合现代工业转炉脱磷剂的要求。

与现有技术相比，本发明的技术效果如下：

1、在转炉炼钢的脱磷操作中加入本发明的脱磷剂，能够处理中低磷含量的铁水，可以达到90%以上的脱磷效果，采用本技术方案后处理的钢水磷含量很低，满足了钢铁工业对磷的一般要求（普通钢P<0.03%，纯净钢P<0.01%）；

2、本发明的转炉炼钢脱磷剂熔点低、成渣快、流动性好；该脱磷剂充分利用了赤泥的高碱度、高氧化性和低熔点的特点，制备低成本高性能的脱磷剂，而且其中含有的少量稀土金属进入钢水中可以改变钢的凝固过程，使其钢材性能更加优越；

3、本发明制备工艺流程简单，操作灵活，能耗低，投资少；

4、通过本发明可以实现铝工业废料的循环利用，减少了赤泥的堆积和对环境的污染；同时达到了较高的脱磷效果，降低了炼钢成本，具有良好的经济和社会效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

本实施例选用某铝厂的铝工业赤泥作为原料，其化学成分如表1所示。

表1赤泥化学成分（mass%）

组分	CaO	Na₂O	K₂O	Fe₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	P₂O₅	其它
										含量	44.51	6.93	1.25	12.11	20.17	9.25	2.84	0.6	2.34

合成脱磷剂的原料配比如下（都为质量分数）：55%的赤泥，29%铁皮球，10%的石灰，5.5%的轻烧白云石，0.5%的水玻璃。按照前述的制备方法生产出粒径为15mm的脱磷剂，其中焙烧温度为400℃，焙烧时间为3小时。脱磷剂的二元碱度R为2.5，熔点（半球点温度）为1260℃。

在100吨转炉炼钢脱磷过程中按照18kg/吨钢的比例由料斗经称量后加入脱磷。脱磷前铁样的磷含量为0.2%，经过脱磷后，铁中磷含量为0.0186%，脱磷率为90.7%。

实施例2

本实施例选用某铝厂的铝工业赤泥作为原料，其化学成分如表2所示。

表2赤泥化学成分（mass%）

组分

CaO

Na₂O

Fe₂O₃

SiO₂

Al₂O₃

TiO₂

Sc₂O₃

P₂O₅

其它

含量

42.09

5.00

18.66

18.10

9.18

6.72

0.02

0.1

0.58

合成脱磷剂的原料配比如下（都为质量分数）：65%的赤泥，20%铁皮球，9.5%的石灰，5%的轻烧白云石，0.5%水玻璃和膨润土的混合物。按照前述的制备方法生产出粒径为20mm的脱磷剂，其中焙烧温度为350℃，焙烧时间为3.5小时。脱磷剂的二元碱度R为2.8，熔点（半球点温度）为1300℃。

在150吨转炉炼钢脱磷过程中按照20kg/吨钢的比例由料斗经称量后加入脱磷。脱磷前铁样的磷含量为0.25%，经过脱磷后，铁中磷含量为0.021%，脱磷率为91.2%。

实施例3

本实施例选用某铝厂的铝工业赤泥作为原料，其化学成分如表3。

表3赤泥化学成分（mass%）

组分	CaO	Na₂O	Fe₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	P₂O₅	MgO	其它
										含量	32.88	2.29	33.02	11.34	10.67	7.34	0.1	1.65	0.10

合成脱磷剂的原料配比如下（都为质量分数）：70%的赤泥，15%铁精矿，11.5%的石灰，3%的轻烧白云石，0.5%膨润土。按照前述的制备方法生产出粒径为25mm的脱磷剂，其中焙烧温度为350℃，焙烧时间为3.5小时。脱磷剂的二元碱度R为3.3，熔点（半球点温度）为1320℃。

在250吨转炉炼钢脱磷过程中按照25kg/吨钢的比例由料斗经称量后加入脱磷。脱磷前铁样的磷含量为0.43%，经过脱磷后，铁中磷含量为0.029%，脱磷率为93.1%。

Claims

1.一种以铝工业赤泥为基体的转炉炼钢脱磷剂，其特征在于，以质量百分比计，其配方如下：50～70%干燥赤泥，5～15%的石灰，15～30%的铁精矿或铁皮球，2～10%的轻烧白云石，0.5%的粘合剂；

以质量百分比计，所述赤泥中CaO、Na₂O和Fe₂O₃总含量不小于55%、P₂O₅含量低于1%，所述石灰中CaO含量不小于97%，所述铁精矿或铁皮球中Fe_tO含量不小于65%，所述轻烧白云石中CaO含量不小于50%、MgO含量不小于32%；所述粘合剂为水玻璃或膨润土或二者的混合物；

所述转炉炼钢脱磷剂的二元碱度为2.5～3.5，熔点为1200～1400℃。

2.一种如权利要求1所述的转炉炼钢脱磷剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将权利要求1中的配方原料经过干燥处理后，磨成0.1～0.5mm的细小颗粒；

（2）将步骤（1）所得的原料经混匀后压制成块，在300～500℃温度下焙烧2～4小时，冷却后破碎至15～30mm的颗粒，既为本发明目标产物：转炉炼钢脱磷剂。