CN103789467A - 一种块状钢渣重熔还原改性处理方法 - Google Patents

一种块状钢渣重熔还原改性处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种块状钢渣重熔还原改性处理方法，包括以下步骤：（1）物料混合，将所述块状钢渣与还原改性材料混合均匀置于加热装置中；（2）将步骤（1）的混合物料升温到1350℃-1550℃，同时进行搅拌；（3）待物料反应完毕，铁水与熔渣自然分离，排出铁水后，熔渣进行冷却处理。本发明的方法具有以下优点：对钢渣粒度、成分无限制，流程短，金属元素回收高效，尾渣作水硬胶凝性材料，环境友好。

Description

一种块状钢渣重熔还原改性处理方法
技术领域
本发明涉及冶金渣资源回收及高价值利用方法，特别是涉及一种块状钢渣重熔还原改性处理方法。
背景技术
我国是世界上第一钢铁生产大国，2012年全球粗钢产量达到15.48亿吨，我国粗钢产量达到7.17亿吨，约占全球总产量的一半。钢渣的产生量约为9300万吨，综合利用率仅为22%左右。大量钢渣堆弃处理，占用土地，污染环境。
钢渣不利用是最大的资源浪费，首先钢渣中含有约10%的金属铁，因造渣时钢液喷溅与渣粘附、包裹在一起，很难磁选分离回收。国内现有钢渣处理工艺约5%的残钢随渣丢弃。现在最先进的钢渣热闷和磁选工艺也只能做到尾渣中的金属铁含量小于2%。
另外，钢渣中含有FeO和Fe2O3总量约为30%，折合金属铁约20%。氧化铁和其他氧化物结合成矿物，目前所有的钢渣处理工艺均不能实现氧化态铁元素还原回收，造成铁元素浪费。因而钢渣中水硬胶凝组分（如C3S、C2S等）总量少、质量差，导致钢渣粉、钢渣水泥水化硬化缓慢，早期强度低，影响大规模推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种块状钢渣处理方法，以解决背景技术中提到问题。本发明具有对钢渣粒度、成分无限制，短流程，金属元素高效回收，尾渣高价值利用，环境友好，安全可靠等优点。通过钢渣还原回收铁，加入硅铝质改性材料降低体系熔点，节能降耗；尾渣铁氧化物含量降低及改性材料的适当配比，胶凝性组分的含量显著提高，尾渣活性提高，同时有效降低游离氧化钙含量，提高尾渣安定性，保障其用于建材的安全性。
本发明的目的是按如下的技术方案实现的。本发明是一种块状钢渣重熔还原改性处理方法，包括以下步骤：
（1）物料混合，将所述块状钢渣与还原改性材料混合均匀置于加热装置中；
（2）将步骤（1）的混合物料升温到1350℃-1550℃，同时进行搅拌；
（3）待物料反应完毕，铁水与熔渣自然分离，排出铁水后，熔渣进行冷却处理。
其中，所述还原改性材料包括还原材料和改性材料，所述块状钢渣与所述还原材料和改性材料的质量比为钢渣：还原材料：改性材料=1：0.10-0.35：0.05-0.20。
其中，还原材料的主要成分是C，改性材料的主要成分为SiO2和Al2O3，其中SiO2与Al2O3的质量比为SiO2：Al2O3=1：0.10-0.30。
其中，所述块状钢渣为转炉钢渣或电炉钢渣。
其中，还原材料的主要成分是C（碳），改性材料的主要成分为SiO2：Al2O3=1：0.10-0.30。还原材料一般选为焦炭和/或煤粉，改性材料一般选为粉煤灰、沙、废玻璃、铝矾土和/或高岭土。
其中，所述还原改性材料在使用前进行破碎处理，还原材料破碎处理后的粒径不大于10mm，改性材料破碎处理后的粒径不大于30mm。
其中，物料完全熔融后10min-15min视为物料反应完毕。
其中，所述熔渣进行冷却处理后作为水硬胶凝材料，并用于建筑材料。
其中，搅拌方式可采用机械搅拌或气体搅拌。
其中，所述熔渣进行冷却处理后可作为水硬胶凝材料作为水泥、混凝土等建筑材料的掺合料，有效推进钢渣高价值资源化利用进程。
具体实施方式
实施例1，取块状钢渣1000kg，取含有C（碳）100kg的焦炭作为还原材料，取含有SiO2和Al2O3的高岭土作为改性材料，其中高岭土中SiO2和Al2O3的总重量为50kg，其中SiO2与Al2O3质量比为1:0.2，然后对还原材料进行破碎，破碎后的粒径5mm，对改性材料进行破碎，破碎后的粒径为25mm。将上述重量的钢渣、焦炭、高岭土混合均匀置于加热装置中，升温至1350℃，同时进行机械搅拌，物料完全熔融后保持10min，铁水和熔渣自然分离，排出铁水，熔渣进行冷却处理。然后对熔渣进行化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试及安定性测试结果见表2，分析测试参照YB/T140-2009《钢渣化学分析方法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例2，取块状钢渣1000kg，取含有C（碳）200kg的煤粉作为还原材料，取含有SiO2和Al2O3的粉煤灰作为改性材料，其中粉煤灰中SiO2和Al2O3的总重量为100kg，SiO2与Al2O3质量比为1:0.1，然后对还原材料进行破碎，破碎后的粒径2mm，对改性材料进行破碎，破碎后的粒径为10mm。将上述重量的钢渣、煤粉、粉煤灰混合均匀置于加热装置中，升温至1500℃，同时进行气体搅拌，物料完全熔融后保持12min，铁水和熔渣自然分离，排出铁水，熔渣进行冷却处理。然后对熔渣进行化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试及安定性测试结果见表2，分析测试参照YB/T140-2009《钢渣化学分析方法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例3，取块状钢渣1000kg，取含有C（碳）350kg的煤粉和焦炭的混合物作为还原材料，取含有SiO2和Al2O3的沙作为改性材料，其中沙中SiO2和Al2O3的总重量为150kg，其中SiO2与Al2O3质量比为1:0.3，然后对还原材料进行破碎，破碎后的粒径10mm，对改性材料进行破碎，破碎后的粒径为30mm。将上述重量的钢渣、煤粉、焦炭、沙混合均匀置于加热装置中，升温至1550℃，同时进行机械搅拌，物料熔融后保持13min，铁水和熔渣自然分离，排出铁水，熔渣进行冷却处理。然后对熔渣进行化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试及安定性测试结果见表2，分析测试参照YB/T140-2009《钢渣化学分析方法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例4，取块状钢渣3000kg，取含有C（碳）1050kg的焦炭作为还原材料，取含有SiO2和Al2O3的铝矾土作为改性材料，其中铝矾土中SiO2和Al2O3的总重量为600kg，其中SiO2与Al2O3质量比为1:0.2，然后对还原材料进行破碎，破碎后的粒径5mm，对改性材料进行破碎，破碎后的粒径为10mm。将上述重量的钢渣、焦炭、铝矾土混合均匀置于加热装置中，升温至1550℃，同时进行机械搅拌，物料熔融后保持15min，铁水和熔渣自然分离，排出铁水，熔渣进行冷却处理。然后对熔渣进行化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试及安定性测试结果见表2，分析测试参照YB/T140-2009《钢渣化学分析方法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例5，取块状钢渣500kg，取含有C（碳）75kg的煤粉和焦炭作为还原材料，取含有的SiO2和Al2O3的废玻璃和沙的混合物作为改性材料，其中废玻璃和沙的混合物中含有的SiO2和Al2O3的总重量为80kg，其中SiO2与Al2O3质量比为1:0.25，然后对还原材料进行破碎，破碎后的粒径5mm，对改性材料进行破碎，破碎后的粒径为10mm。将上述重量的钢渣、焦炭和煤粉、废玻璃和沙混合均匀置于加热装置中，升温至1550℃，同时进行机械搅拌，物料熔融后保持14min，铁水和熔渣自然分离，排出铁水，熔渣进行冷却处理。然后对熔渣进行化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试及安定性测试结果见表2，分析测试参照YB/T140-2009《钢渣化学分析方法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例6，取块状钢渣5000kg，取含有C（碳）1250kg的焦炭作为还原材料，取含有SiO2和Al2O3的高岭土和沙的混合物作为改性材料，其中高岭土和沙的混合物中含有的SiO2和Al2O3的总重量为750kg，SiO2与Al2O3质量比为1:0.25，然后对还原材料进行破碎，破碎后的粒径10mm，对改性材料进行破碎，破碎后的粒径为30mm。将上述重量的钢渣、焦炭、高岭土和沙混合均匀置于加热装置中，升温至1450℃，同时进行机械搅拌，物料熔融后保持15min，铁水和熔渣自然分离，排出铁水，熔渣进行冷却处理。然后对熔渣进行化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试及安定性测试结果见表2，分析测试参照YB/T140-2009《钢渣化学分析方法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例7，取块状钢渣1000kg，取含有C（碳）200kg的焦炭作为还原材料，取含有SiO2和Al2O3的粉煤灰和铝矾土的混合物作为改性材料，其中粉煤灰和铝矾土的混合物中含有SiO2和Al2O3的总重量为180kg，SiO2与Al2O3质量比为1:0.26，然后对还原材料进行破碎，破碎后的粒径5mm，对改性材料进行破碎，破碎后的粒径为18mm。将上述重量的钢渣、焦炭、粉煤灰和铝矾土混合均匀置于加热装置中，升温至1550℃，同时进行机械搅拌，物料熔融后保持12min，铁水和熔渣自然分离，排出铁水，熔渣进行冷却处理。然后对熔渣进行化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试及安定性测试结果见表2，分析测试参照YB/T140-2009《钢渣化学分析方法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。符合相关的使用要求。上述实施例给出了不同的组合，但是具体的实施方式并不限于此，所述还原材料选自焦炭和/或煤粉的任意组合，改性材料选自粉煤灰、沙、废玻璃、铝矾土和/或高岭土的任意组合。
表1钢渣重熔还原改性尾渣化学分析结果（%）
Figure BDA0000467411470000041
表2钢渣重熔还原改性尾渣水硬胶凝活性指数测试结果
Figure BDA0000467411470000042

Claims (9)

1.一种块状钢渣重熔还原改性处理方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）物料混合，将所述块状钢渣与还原改性材料混合均匀，然后置于加热装置中；
（2）将步骤（1）的混合物料升温到1350℃-1550℃，同时进行搅拌；
（3）待物料反应完毕，铁水与熔渣自然分离，排出铁水后，熔渣进行冷却处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原改性材料包括还原材料和改性材料，所述块状钢渣与所述还原材料和改性材料的质量比为钢渣：还原材料：改性材料=1：0.10-0.35：0.05-0.20。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中还原材料的主要成分是C，改性材料的主要成分为SiO2和Al2O3，其中SiO2与Al2O3的质量比为SiO2：Al2O3=1：0.10-0.30。
4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述块状钢渣为转炉钢渣或电炉钢渣。
5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述还原材料选自焦炭和/或煤粉，改性材料选自粉煤灰、沙、废玻璃、铝矾土和/或高岭土。
6.如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述还原改性材料在步骤（1）之前进行破碎处理，还原材料破碎处理后的粒径不大于10mm，改性材料破碎处理后的粒径不大于30mm。
7.如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，物料完全熔融后10min-15min视为物料反应完毕。
8.如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述熔渣进行冷却处理后作为水硬胶凝材料，并用于建筑材料。
9.如权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，搅拌方式可采用机械搅拌或气体搅拌。
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