CN104711391A - 一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法，包括以下步骤：a、选用碱度R=2.0~10.0，含Fe总量重量百分比5％～30％，含P2O5总量重量百分比0.5~20%的转炉渣为原料；b、将适量多孔钙质颗粒平铺入容器内，倒入转炉渣；c、将盛渣容器内的转炉渣进行恒温保温，保温温度为1300～1600℃，保温时间为10～150min；d、将转炉渣冷却至室温，取出容器顶部包含多孔钙质颗粒的转炉渣即可作为炼铁烧结料使用。本方法采用多孔、低密度和钙质的球状颗粒将钢渣中的磷进行有效分离，节省堆放空间，提高钢铁资源有效利用率，降低钢铁企业的生产成本。

Description

一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法
技术领域
本发明属于转炉炼钢过程转炉渣资源回收利用领域，特别涉及一种对高磷转炉渣中的磷进行分离的方法。
背景技术
转炉渣是转炉炼钢生产过程中产生的副产品，其产量随着钢产量的增大而大幅攀升。但由于转炉渣自身的物理化学性质，特别是高的磷含量，转炉渣回收利用的方法和能力极其有限。转炉渣的常用处理方法是在转炉出渣后在额外的设备和场地中进行处理，很难实现在炼钢过程中循环利用，同时投资和运行成本相对较高，所生产制品的附加值较低，而且转炉渣的物理化学潜力都没有得到充分的利用和发挥。以清洁生产为中心发展循环经济是钢铁工业实现可持续发展的必然选择，同时重视转炉渣的回收和利用，将有利于减轻污染环境，节省堆放空间，提高钢铁资源有效利用率，降低钢铁企业的生产成本。
转炉渣一般含有10～30%的Fe元素，是非常好的铁资源，而其中高的磷含量是限制转炉渣回收利用的主要因素之一。如果能够降低转炉渣中的磷含量，便可将其作为炼钢烧结原料使用。
对于转炉渣的综合处理及再利用，目前已有一些理论分析和实践探索。专利文献CN102912145A一种转炉渣的综合利用方法中虽有提及对转炉渣的处理，但采用的是对转炉渣的预处理、柠檬酸溶解反应和过滤、水解反应、硫酸溶解反应和过滤、铁的沉淀反应、氧化铁的制备以及镁的硫酸盐的制备等工艺步骤，属于化学处理范畴，并没有考虑到对转炉渣中磷的分离及铁资源的回收利用问题。专利文献CN103707204A提供了一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，是在转炉炼钢末期通过加入助溶剂对转炉渣进行预处理，后经过风淬处理、磁分选处理和喷砂处理等步骤，实现将转炉渣处理为喷砂磨料，降低了喷砂成本。该专利同样没有考虑到对转炉渣中磷的分离及铁资源的回收利用问题，同时处理过程繁琐复杂。
发明内容
本发明针对上述的转炉渣难以再利用，其中的铁资源无法很好地回收并被钢铁企业利用等技术问题，提出一种可以有效分离转炉渣中的磷，从而使转炉渣在钢铁企业得到内部消化和处理的方法。本方法采用多孔、低密度和钙质的球状颗粒将钢渣中的磷进行有效分离，得到达到烧结料要求的低磷高FeO的转炉渣，从而使转炉渣在钢铁企业得到内部消化和处理。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法，包括以下步骤： a、选用碱度R=2.0~10.0，含Fe总量重量百分比5％～30％，含P2O5总量重量百分比0.5~20%的转炉渣为原料；b、将适量多孔钙质颗粒平铺入容器内，倒入转炉渣；c、将盛渣容器内的转炉渣进行恒温保温，保温温度为1300～1600℃， 保温时间为10～150min；d、将转炉渣冷却至室温，取出容器顶部包含多孔钙质颗粒的转炉渣即可作为炼铁烧结料使用。
作为优选，转炉渣为出钢后所剩的液态转炉渣，步骤c中其保温温度为1300~1500℃，保温时间为10-60min。
作为优选，所述转炉渣为冷态转炉渣，步骤c中其保温温度为1400~1600℃，保温时间为30~150min。
作为优选，步骤b倒入转炉渣之前还包括将冷态转炉渣打磨成块状，并加入助溶剂。
作为优选，步骤c中所述保温时间为30～60min。
作为优选，所述多孔钙质颗粒由石灰粉加粘结剂制备而成。
作为优选，所述转炉渣冷却时冷速为0.1～20℃/s。
作为优选，所述多孔钙质颗粒密度为800-2000kg/m3。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：操作简单方便，是一种低成本回收利用转炉渣的手段。根据所使用的多孔、低密度和钙质的球状颗粒的密度和尺寸的不同，提取出来的低磷高FeO含量的转炉渣料中的磷含量与原转炉渣相比降低10%～80%。提取出的转炉渣可以作为炼铁烧结料使用，节省堆放空间，提高钢铁资源有效利用率，降低钢铁企业的生产成本。
附图说明
图1为CaO-SiO2-P2O5-30%FeO系三元相图；
图2为炼钢温度下液态转炉渣样品扫描电镜结果；
图3为多孔钙质颗粒在转炉渣中的运动路线图；
其中，a为液相，b为FeO, c为钙硅酸盐，d为高磷析出物，e为多孔钙质颗粒，Ⅰ为磷的主要存在区，Ⅱ为低磷高FeO区。
具体实施方式
本发明的设计构思如下：
图1为CaO-SiO2-P2O5-30%FeO系三元相图，通过观察申请人发现转炉渣中的磷主要以C2S-C3P（2CaO·SiO2-3CaO·P2O5）形式存在，并且熔点在1700℃以上，那么转炉渣降温过程中可以大量析出含磷产物C2S-C3P。可见脱磷产物主要与C2S（2CaO·SiO2）相结合，而与之相应的液态渣中含磷量肯定低，且含FeO量肯定高，这样在一定温度下可以实现将转炉渣中的磷元素和铁元素进行有效分离。对炼钢温度下液态渣取样快冷后扫描电镜检测结果如图2所示。从图2检测结果可以看出，实际转炉渣样品检测结果与理论分析基本一致：固态析出物为含高磷的钙硅酸盐，液态为含FeO的液相。那么，将含高磷的固态析出物与含高铁的液相分离便可实现转炉渣中磷和铁的分离。
为此，本发明提出如图3所示的技术路线图。将一定温度下的转炉渣倒入底部铺满多孔颗粒的盛渣容器中，由于多孔颗粒可以吸收低磷高FeO的液相，并且密度小，在渣相中逐渐上浮至顶层，从而最后放置一定时间后呈现出高磷和低磷分层的现象。顶部多孔球占据的地方由于磷含量低且含有一定量的FeO，而多孔颗粒又是钙质的，所以，可以作为烧结原料使用。
为了更好的理解本发明，下面结合实施例做具体说明。
实施例一：选择某一钢种出钢后的液态转炉渣，其化学成分按重量百分比为：T.Fe 13.81%、SiO2 16.02%、CaO 49.66%、MgO 8.76%、Al2O3 1.26%、TiO2 0.78%、MnO 2.40%、P2O5 2.007%、S 0.028%、碱度R 3.1。通过采用石灰粉颗粒经添加一定量的粘结剂后，制备密度为1256kg/m3的多孔球状颗粒。将若干多孔钙质颗粒平铺于盛渣容器底部，然后倒入转炉渣，多孔钙质颗粒的量根据转炉渣的量决定。将盛渣容器在1450℃下保温30分钟后，空冷至室温。取出容器顶部包含多孔钙质颗粒的转炉渣即可作为炼铁烧结料使用。碱度R=2.0~10.0，含Fe总量重量百分比5％～30％，含P2O5总量重量百分比0.5~20%的转炉渣适合磷和铁的分离，若含铁量过低，无需回收其中的铁质。由石灰粉制备的多孔球状颗粒质量轻、吸附性强，而且作为炼铁烧结料使用不会引入额外污染元素。
为进一步证明本实施例的效果，采用内径尺寸为150mm的氧化铝坩埚作为盛渣容器，并把硅钼棒高温箱式马弗炉作为加热和保温的设备，取样进行试验。具体试验过程如下：
（1）将若干多孔球状颗粒平铺氧化铝坩埚底部，厚度为15~16mm；
（2）在转炉出钢前，用取样勺取液态转炉渣，并倒入底部已铺满多孔球状颗粒的氧化铝坩埚中；
（3）使用夹钳将氧化铝坩埚快速放入马弗炉中，并在1450℃保温30分钟；
（4）取出氧化铝坩埚并空冷至室温，分别取氧化铝坩埚顶层渣样与底部渣样，分别测量渣中的磷含量，发现顶层渣样中P2O5质量百分比含量降到了0.18%，而底部渣样中P2O5质量百分比含量升高到了3.86%，说明此方法对转炉渣中的磷含量进行了有效分离。
实施例二：选择某一钢种的冷态转炉渣化学成分按重量百分比为：T.Fe 24.65%、SiO2 12.93%、CaO 35.09%、MgO 6.93%、Al2O3 1.58%、TiO2 0.57%、MnO 2.58%、P2O5 2.78%、S 0.064%、碱度R 2.71。通过采用石灰粉颗粒经添加一定量的粘结剂后，制备密度为1256kg/m3的多孔球状颗粒。将若干多孔钙质颗粒平铺于盛渣容器底部。将冷态渣样打磨成粒度较小块状渣样后，放入盛渣容器的顶层，并加入助溶剂，助溶剂与转炉渣配比为1:20。将盛渣容器在1500℃下保温50分钟后，空冷至室温。取出容器顶部包含多孔钙质颗粒的转炉渣即可作为炼铁烧结料使用。
为进一步证明本实施例的效果，采用内径尺寸为150mm的氧化铝坩埚作为盛渣容器，并把硅钼棒高温箱式马弗炉作为加热和保温的设备，取样进行试验。具体试验过程如下：
（1）将粒径为8mm的多孔球状颗粒平铺氧化铝坩埚底部，厚度为15~16mm；
（2）将冷态渣样打磨成粒度为2~5mm的块状渣样后，放入氧化铝坩埚的顶层，渣样重量为120g，并加入6g助溶剂；
（3）使用夹钳将氧化铝坩埚快速放入马弗炉中，并以15℃/s的加热速度加热至1500℃范围内，保温50分钟；
（4）取出氧化铝坩埚并空冷至室温，分别取氧化铝坩埚顶层渣样与底部渣样，分别测量渣中的磷含量，发现顶层渣样中P2O5质量百分比含量降到了0.97%，而底部渣样中P2O5质量百分比含量升高到了3.54%，说明此方法对转炉渣中的磷含量进行了有效分离。
实施例三：本实施例与实施例一的区别在于，将盛渣容器在1350℃下保温140分钟。低温加热可以使含高磷的钙硅酸盐充分析出，较长的保温时间可以使含FeO的液相被多孔钙质颗粒吸收，并上浮，实现转炉渣中磷的有效分离。
实施例四：本实施例与实施例一的区别在于，将盛渣容器在1600℃下保温20分钟。高温下，转炉渣熔融充分，多孔钙质颗粒上浮运动阻力较小，可以较短时间内上浮。短时间的保温可以充分节省能源。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、选用碱度R=2.0~10.0，含Fe总量重量百分比5％～30％，含P2O5总量重量百分比0.5~20%的转炉渣为原料；
b、将多孔钙质颗粒平铺入容器内，倒入转炉渣；
c、将盛渣容器内的转炉渣进行恒温保温，保温温度为1300～1600℃， 保温时间为10～150min；
d、将转炉渣冷却至室温，取出容器顶部包含多孔钙质颗粒的转炉渣即可作为炼铁烧结料使用。
2.根据权利要求1所述的一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法，其特征在于：所述转炉渣为出钢后所剩的液态转炉渣，所述步骤c中其保温温度为1300~1500℃，保温时间为10-60min。
3.根据权利要求1所述的一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法，其特征在于：所述转炉渣为冷态转炉渣，所述步骤c中其保温温度为1400~1600℃，保温时间为30~150min。
4.根据权利要求3所述的一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法，其特征在于：所述步骤b倒入转炉渣之前还包括将冷态转炉渣打磨成块状，并加入助溶剂。
5. 根据权利要求2或3所述的一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法，其特征在于：步骤c中所述保温时间为30～60min。
6.根据权利要求5所述的一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法，其特征在于：所述多孔钙质颗粒由石灰粉加粘结剂制备而成。
7.根据权利要求6所述的一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法，其特征在于：所述转炉渣冷却时冷速为0.1～20℃/s。
8.根据权利要求7所述的一种对转炉渣中磷进行分离及回收利用转炉渣的方法，其特征在于：所述多孔钙质颗粒密度为800-2000kg/m3。
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