CN104141018B

CN104141018B - 一种钢渣回收利用方法

Info

Publication number: CN104141018B
Application number: CN201410352003.1A
Authority: CN
Inventors: 刁江; 江露; 刘璇; 张涛; 谢兵
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: CN104141018A

Abstract

本发明公开了一种钢渣回收利用方法，该方法在于将钢渣作为原料按照一定比例加入到烧结、炼铁或者炼钢工序中作为熔剂，其特征在于，钢渣采用浮选的方式进行脱磷处理后再加入到烧结、炼铁或者炼钢工序中。本发明能够实现钢渣除磷后的回收利用，减小钢渣直接回收利用带来的磷富集影响，同时具有操作简单，成本低廉，适于实用，能够快速高效地实现钢渣除磷以进行回收利用的效果；同时能够一定程度上提高钢渣铁品位，充分利用钢渣中的铁资源。

Description

一种钢渣回收利用方法

技术领域

本发明属于冶金二次资源再利用技术领域，具体涉及一种利用浮选工艺脱除钢渣中磷元素后再回收利用的处理方法。

背景技术

磷元素是钢中最主要的有害杂质之一，需要在炼钢时尽可能地脱除。因此希望在炼钢过程中尽可能地使用低磷铁水和其它低磷原辅料。钢渣是炼钢过程的副产品，是冶金行业的主要固体废弃物。钢渣中含有大量的Fe、Ca、Mn等有用元素，可用做烧结、炼铁和炼钢等工序的熔剂。在烧结矿中适当配加部分钢渣，可改善烧结矿结构，有利于烧结造球，提高烧结速度，减少石灰石等熔剂的消耗，降低生产成本。钢渣返回高炉使用可节省大量的石灰石和白云石资源，改善炉料透气性与高炉渣的流动性，节省大量热能降低焦炭的消耗。钢渣返回炼钢可使冶炼成渣早，减少萤石用量，减少炼钢初期对炉衬的侵蚀，有利于提高炉龄，降低耐火材料消耗，同时减少总渣量，少占农田。概而言之，钢渣在钢铁企业内部循环利用是一种理想的冶金二次资源再利用方法，是实现节能减排的重要措施。

无论钢渣返回烧结、炼铁或是炼钢工序，一个不可避免的问题是均会造成铁水中磷含量的增加，从而加重冶炼环节的脱磷负担。此外，近年来在高品位铁矿资源日益减少和降低原料成本的双重压力下，众多钢铁企业逐渐增大了高磷、低品位铁矿的使用比例。高磷铁矿的使用会导致铁水中磷含量的进一步上升，在炼钢过程中大部分的磷会被氧化进入钢渣中，进而使渣中的磷含量增加。基于此两方面的原因，能够将钢渣中的磷进行有效分离并脱除，就可以减少磷元素的循环累积，降低对炼钢生产的负面影响并提高经济效益。

为实现钢渣的资源化再利用，冶金工作者研究了多种钢渣除磷技术，包括利用密度差异缓冷上浮、碳热还原除磷、硅热还原除磷、磁选除磷等。缓冷上浮方法的不足之处在于分离不完全，而且要求钢渣中的FeO+Fe₂O₃+MnO需达30％以上，同时要求冷却开始温度较高以及在高温段极为缓慢的冷却速度，以满足磷元素上浮的要求，这些条件对工业生产来说极为苛刻。碳热还原除磷法需增加额外的高温反应设备。硅热还原除磷法通常用于溅渣护炉溅渣层的除磷，应用范围有限。磁选除磷法的问题在于钢渣中磁性相与富磷相往往形成嵌布，干扰磁选，很难实现完全除磷。此外，还有电解除磷等方式在文献中也有所提及。但是，上述方法均存在各自的缺陷，目前尚无有效的方法得到工业应用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种操作简单，成本低廉，适于实用，能够快速高效地实现钢渣除磷以进行回收利用的一种钢渣回收利用方法；进一步能够达到一定程度上提高钢渣铁品位的效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种钢渣回收利用方法，该方法在于将钢渣作为原料按照一定比例加入到烧结、炼铁或者炼钢工序中作为熔剂，其特征在于，钢渣采用浮选的方式进行脱磷处理后再加入到烧结、炼铁或者炼钢工序中。

本方法中，将钢渣作为烧结、炼铁和炼钢等工序的熔剂。在烧结矿中适当配加部分钢渣，可改善烧结矿结构，有利于烧结造球，提高烧结速度，减少石灰石等熔剂的消耗，降低生产成本。钢渣返回高炉使用可节省大量的石灰石和白云石资源，改善炉料透气性与高炉渣的流动性，节省大量热能降低焦炭的消耗。钢渣返回炼钢可使冶炼成渣早，减少萤石用量，减少炼钢初期对炉衬的侵蚀，有利于提高炉龄，降低耐火材料消耗，同时减少总渣量，少占农田。同时，本发明对现有技术做出贡献的地方在于，对钢渣采用浮选的方式进行脱磷处理；这样，和现有的除磷方法相比，要求可以更简单，成本可以更加低廉，能够快速高效地实现钢渣的脱磷回收利用。

其中，对钢渣以浮选方式脱磷的具体过程包括顺序执行的以下步骤：

1）磁选钢渣粉的制取，即先对钢渣进行处理（实施时，可以采用常规的热泼法、热闷法、滚筒法等方法进行钢渣处理）促使钢渣中金属铁和炉渣相分离，再经多级破碎、磁选后得到粒度小于10 mm的磁选钢渣粉；

2）磁选钢渣粉的磨矿，即在球磨机中将磁选钢渣粉细磨至200目以下，使富磷相和富铁相充分分离；

3）浮选脱磷，即将球磨后的细钢渣粉置入加水的槽中，并搅拌调节为浓度10～20%的矿浆，将调浆后的溶液送入浮选装置，同时依次加入pH调节剂、抑制剂、表面活化剂和捕收剂；药剂全部加入后2 min开始吹泡浮选，8~10 min后结束，得到富含磷的上浮物和低磷的下沉物。若有必要，可对下沉物进行二次浮选以进一步除磷。

这样，先对钢渣预处理，经多级破碎和磁选后，将富含金属相的炉渣先充分分离后提取出来，利于后续浮选脱磷；然后再球磨至200目以下，可以确保富磷相和富铁相充分分离以保证后续浮选脱磷效果；最后进行浮选脱磷时，加入了pH调节剂调节pH值以避免化学反应，同时加入了抑制剂、表面活化剂和捕收剂，其中，抑制剂可以阻碍或降低富铁部分成分的化学反应速率并抑制其上浮以利于物理分离，表面活化剂可以改变含磷成分矿物表面的化学组成, 使之易于吸附捕收剂，捕收剂可以改变含磷成分矿物表面疏水性，使其利于黏附于气泡上并上浮。各试剂相互调和配合，再结合浮选流程的特殊时间要求，可以实现富含磷炉渣的充分上浮以及低磷富铁炉渣的充分下沉，提高分离效率。

作为优化，钢渣在转炉出渣时即先对钢渣进行改性预处理，即在转炉出渣时同时向渣罐中加入一定量的富含SiO₂和/或Al₂O₃的改性剂原料，加入量，按照最终渣中SiO₂和Al₂O₃的总量占最终渣总质量的15％～35％进行控制。

这样，通过加入特定要求比例的改性剂的作用，改变钢渣物相组成和元素分布，减少渣中磷元素和铁元素的嵌布分布并令渣中的磷元素主要富集于3CaO·P₂O₅-2CaO·SiO₂固溶体中；这样，更好地减轻富含磷元素炉渣的质量，使其更加利于后续分离彻底。

作为优化，所述步骤3）中矿浆pH值控制在9~11。pH调节剂优选采用浓度为30％的NaOH溶液。所述步骤3）中，抑制剂用量控制在1～2 kg/吨。其作用在于抑制钢渣中铁矿物的上浮，可选用淀粉和Na₂SiO₃等常规试剂。所述步骤3）中，表面活化剂用量控制在4.5～6.5kg/吨。表面活化剂优选为十二烷基磺酸钠。所述步骤3）中，捕收剂用量控制在4.5～6.5kg/吨。捕收剂优选为油酸钠。

这样优化后，可以确保各试剂的上述效果能够充分发挥，各试剂之间相互配合调和，实现富含磷炉渣的充分上浮以及低磷富铁炉渣的充分下沉，保证分离效率。经试验，采用上述比例的试剂调控，能够保证除磷率提高到25-35%左右，提高铁品位近2个百分点。确保钢渣回炉利用的可行性。同时，本方法中除磷效率提高后，可以使得处理后的钢渣作为原料加入到烧结、炼铁或者炼钢工序中作为熔剂的比例能够达到5%以上，而现有技术中钢渣回收利用使用比例普遍在1-3%，没有超过3%的技术，故本发明方法可以极大地提高了浮渣利用效率。

综上所述，本发明能够实现部分钢渣除磷后的回收利用，同时具有操作简单，成本低廉，适于实用，能够快速高效地实现钢渣除磷以进行回收利用的效果；同时能够一定程度上提高钢渣铁品位，使其利于回收利用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：一种钢渣回收利用方法，该方法在于将钢渣作为原料按照一定比例加入到烧结、炼铁或者炼钢工序中作为熔剂，其中，钢渣采用浮选的方式进行脱磷处理后再加入到烧结、炼铁或者炼钢工序中。

具体地说，对钢渣以浮选方式脱磷的具体过程包括顺序执行的以下步骤：

1）磁选钢渣粉的制取，即先对钢渣采用常规的热泼法、热闷法、滚筒法等方法进行钢渣处理，促使钢渣中金属铁和炉渣相分离，再经多级破碎、磁选后得到粒度小于10 mm的磁选钢渣粉；

3）浮选脱磷，即将球磨后的细钢渣粉置入加水的槽中，并搅拌调节为浓度10～20%的矿浆，将调浆后的溶液送入浮选装置，同时依次加入pH调节剂、抑制剂、表面活化剂和捕收剂；药剂全部加入后2 min开始吹泡浮选，8~10 min后结束，得到富含磷的上浮物和低磷的下沉物。

具体实施时，1）步骤之前，钢渣在转炉出渣时即先对钢渣进行改性预处理，即在转炉出渣时同时向渣罐中加入一定量的富含SiO₂和/或Al₂O₃的改性剂原料，加入量，按照最终渣中SiO₂和Al₂O₃的总量占最终渣总质量的15％～35％进行控制。这样，通过改性剂的作用改变钢渣物相组成和元素分布，减少渣中磷元素和铁元素的嵌布分布并令渣中的磷元素主要富集于3CaO·P₂O₅-2CaO·SiO₂固溶体中；更加利于后续分离彻底。

具体实施时，3）步骤中，矿浆pH值控制在9~11。pH调节剂优选采用浓度为30％的NaOH溶液。抑制剂用量控制在1～2 kg/吨。可选用淀粉和Na₂SiO₃等常规试剂。表面活化剂用量控制在4.5～6.5 kg/吨。表面活化剂优选为十二烷基磺酸钠。捕收剂用量控制在4.5～6.5 kg/吨。捕收剂优选为油酸钠。

具体实施时，若有必要，可对下沉物进行二次浮选以进一步除磷。

另外，为了验证本方法效果，申请人在上述具体实施方式要求的基础上，采用具体成分的钢渣，采用具体的浮选脱磷控制参数，进行试验验证。得到以下试验实例。

试验实例1：

1）采用某钢厂含铁19.05％，含磷1.46％的钢渣磁选粉进行球磨、筛分，取200目筛子筛下物备用；2）取20g渣样与200ml水配成矿浆溶液。矿浆浓度为10%，并搅拌均匀；3）将浮选药剂每隔2min依次加入到浮选装置中，加入顺序依次为浓度为30％的NaOH溶液、抑制剂淀粉溶液、表面活化剂和捕收剂溶液。抑制剂、活化剂和捕收剂的用量分别为1.8 kg/吨、6.0 kg/吨和6.0 kg/吨。矿浆pH值控制在10左右。4）药剂全部加入后2min开始吹泡浮选，10min后结束，分出4.5 g上浮物S-1和14.7 g下沉物X-1；5）得到的上浮物和下沉物分别过滤，净化。在烘箱中去水烘干后称重，并做XRF检测。

6）最终得到的上浮物中的磷含量和铁含量分别为1.66％和17.94％。下沉物中的磷含量和铁含量分别为1.38％和20.12％。除磷率为25.6%且提高铁品位近2个百分点。

试验实例2

1）采用某钢厂含铁19.05％，含磷1.46％的钢渣磁选粉进行球磨、筛分，取200目筛子筛下物备用；2）取20g渣样与200ml水配成矿浆溶液。矿浆浓度为10%，并搅拌均匀；3）将浮选药剂每隔2min依次加入到浮选装置中，加入顺序依次为浓度为30％的NaOH溶液、抑制剂Na₂SiO₃溶液、表面活化剂和捕收剂溶液。抑制剂、活化剂和捕收剂的用量分别为1.8 kg/吨、6.0 kg/吨和6.0 kg/吨。矿浆pH值控制在10左右。4）药剂全部加入后2min开始吹泡浮选，10min后结束，分出4.0 g上浮物S-1和15.2 g下沉物X-1；5）得到的上浮物和下沉物分别过滤，净化。在烘箱中去水烘干后称重，并做XRF检测。6）最终得到的上浮物中的磷含量和铁含量分别为1.72％和17.64％。下沉物中的磷含量和铁含量分别为1.32％和20.93％。除磷率为23.6%且提高铁品位近2个百分点。

试验实例3

1）采用某钢厂含铁19.05％，含磷1.46％的钢渣磁选粉进行球磨、筛分，取200目筛子筛下物备用；2）在钢渣磁选粉中添加8%Al2O3。将200 g混合物装入纯铁坩埚。纯铁坩埚外套刚玉坩埚。刚玉坩埚外套石墨坩埚，并放入硅钼炉中加热到1723 K并保温半小时。然后以5 K/min的速度使温度降到1623 K并保温2小时，以充分促进3CaO·P₂O₅的析出，再以5 K/min的速度降温至1523 K后，关闭炉子，取出试样空冷。3）将空冷后的钢渣先破碎至10 mm以下，然后装入球磨机中球磨至200目以下备用。4）取20g渣样与200ml水配成矿浆溶液。矿浆浓度为10%，并搅拌均匀；5）将浮选药剂每隔2min依次加入到浮选装置中，加入顺序依次为浓度为30％的NaOH溶液、抑制剂淀粉溶液、表面活化剂和捕收剂溶液。抑制剂、活化剂和捕收剂的用量分别为1.8 kg/吨、6.0 kg/吨和6.0 kg/吨。矿浆pH值控制在10左右。6）药剂全部加入后2min开始吹泡浮选，10min后结束，分出6.0 g上浮物S-1和13.2 g下沉物X-1；7）得到的上浮物和下沉物分别过滤，净化。在烘箱中去水烘干后称重，并做XRF检测。8）最终得到的上浮物中的磷含量和铁含量分别为1.66％和17.26％。下沉物中的磷含量和铁含量分别为1.35％和20.97％。除磷率为34.1%且提高铁品位近2个百分点。钢渣改性处理后浮选除磷率比直接除磷高10个百分点。

上述实例中均未采取二次浮选处理，若对下沉物进行二次浮选，可进一步降低磷含量，取得更优的实施结果。

经上述试验实例证明，本发明方法中，采用浮选的方式对钢渣进行脱磷，一次浮选除磷率可以高达24％～35％。在除磷的同时还可在一定程度上提高钢渣铁品位。进一步验证，使得脱磷后的钢渣加入到烧结、炼铁或者炼钢工序中的比例可以提高到5%以上；充分提高了废渣利用效率，同时，本方法具有工艺流程简单，生产易操作，可广泛应用等特点。

Claims

1.一种钢渣回收利用方法，该方法在于将钢渣作为原料按照一定比例加入到烧结、炼铁或者炼钢工序中作为熔剂，其特征在于，钢渣采用浮选的方式进行脱磷处理后再加入到烧结、炼铁或者炼钢工序中；对钢渣以浮选方式脱磷的具体过程包括顺序执行的以下步骤：

1）磁选钢渣粉的制取，即先采用热泼法、热闷法或滚筒法进行钢渣处理促使钢渣中金属铁和炉渣相分离，再经多级破碎、磁选后得到粒度小于10 mm的磁选钢渣粉；

2）磁选钢渣粉的磨矿，即在球磨机中将磁选钢渣粉细磨至过200目筛，使富磷相和富铁相充分分离；

3）浮选脱磷，即将球磨后的细钢渣粉置入加水的槽中，并搅拌调节为浓度10～20%的矿浆，将调浆后的溶液送入浮选装置，同时依次加入pH调节剂、抑制剂、表面活化剂和捕收剂；药剂全部加入后2 min开始吹泡浮选，8~10 min后结束，得到富含磷的上浮物和低磷的下沉物；所述表面活性剂采用十二烷基磺酸钠并用于改变含磷成分矿物表面化学组成，使其易于吸附捕收剂；捕收剂采用油酸钠并用于改变含磷成分矿物表面疏水性，使其利于黏附于气泡并上浮；

所述步骤3）中，表面活化剂用量控制在4.5～6.5 kg/吨；捕收剂用量控制在4.5～6.5kg/吨。

2.如权利要求1所述的一种钢渣回收利用方法，其特征在于，钢渣在转炉出渣时即先对钢渣进行改性预处理，即在转炉出渣时同时向渣罐中加入一定量的富含SiO₂和/或Al₂O₃的改性剂原料，加入量，按照最终渣中SiO₂和Al₂O₃的总量占最终渣总质量的15％～35％进行控制。

3.如权利要求1所述的一种钢渣回收利用方法，其特征在于，所述步骤3）中矿浆pH值控制在9~11。

4.如权利要求1所述的一种钢渣回收利用方法，其特征在于，所述步骤3）中，抑制剂用量控制在1～2 kg/吨。