CN105384364A

CN105384364A - 一种电炉钢渣改质剂及其电炉钢渣改质的方法

Info

Publication number: CN105384364A
Application number: CN201510890406.6A
Authority: CN
Inventors: 周显涛
Original assignee: Laiwu Steel Huawei Engineering Co Ltd
Current assignee: Laiwu Steel Huawei Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2016-03-09

Abstract

本发明提供了一种电炉钢渣改质剂和电炉钢渣的改质方法。本发明提供的电炉钢渣改质剂包括：河沙骨料、煤矸石骨料、粉煤灰和纯碱；所述电炉钢渣改质剂按质量百分比包括Al₂O₃？14.5-22.5％，CaO？2.4-4％和SiO₂？59.7-72.8％。本发明的改质剂可以用于电炉钢渣的在线改质，充分利用钢渣显热，将钢渣成分由硅钙体系改为硅铝体系，渣铁分离效果好，提高了铁素回收率。

Description

一种电炉钢渣改质剂及其电炉钢渣改质的方法

技术领域

本发明是涉及的是电炉钢渣碱度及活性改变，具体涉及一种电炉钢渣改质剂及其电炉钢渣改质的方法，属于冶金行业。

背景技术

电炉钢渣属于高钙镁体系，并且具有铁含量大、活性组分多、部分钢渣含有重金属离子，以及难磨、难成型加工等特点，且硅钙体系钢渣流动性差，易粘罐，造成钢渣在后续处理时渣铁分离效果差的问题。

钢渣活性组分固化是钢渣资源化利用的前提条件，高值化利用是其资源化利用的有效途径。钢渣用于工程建筑中必须解决钢渣中活性钙镁组分的稳定化问题，即如何将钢渣中氧化钙、氧化镁等活性组分转化为稳定的碳酸盐、硅酸盐或从钢渣中有效脱除。

根据国内外研究现状，钢渣中活性组分稳定化技术主要分为三类，即：液态钢渣活性组分源头改质技术(源头固化)、固态钢渣活性组分直接稳定化技术(原位固化)和固态钢渣活性组分分离转化技术(异位固化)。

在液态钢渣源头固化技术研发方面，国内外相关研究积累较多，如欧洲的Reeves、蒂森克虏伯钢铁厂以及我国北京科技大学、东北大学等钢铁企业或研究单位，分别采用向熔融液态钢渣中加入铁橄榄石、干砂、高炉渣、粉煤灰或者尾矿等改质剂的方法，消除活性钙镁组分对钢渣稳定性的影响。其中，蒂森克虏伯钢铁厂采用喷吹工艺和防护高温氧化喷枪的技术，向熔融钢渣中通入氧气和干砂,以制备出稳定性合格的水泥掺合料或路基材料；而北京科技大学与马鞍山钢铁有限公司合作，向液态钢渣中直接添加尾矿等固体废弃物，能够制备出性能良好的改质钢渣水泥。欧盟正在开展钢渣重熔回收金属，以改善稳定性和环境性能的研究，处理后的尾渣仍然用于水泥和筑路等。

在钢渣活性组分原位固化研发方面，目前国内外的研究主要采用水、水蒸汽和CO₂气体等稳定化介质，实现钢渣活性组分快速消解。其中日本较为领先，主要包括高压和常压蒸汽稳定技术，前者所需时间短但处理成本高、投资大，后者能耗和投资运行成本低但处理周期长，并且稳定后的钢渣也没有得到有效利用。如日本的歌山等钢铁厂采用高压水蒸汽在3小时内完成钢渣稳定化处理，由于此方式处理成本高、投资大，至今未能推广使用。国外还广泛开展了基于碳酸化反应过程，实现钢渣中活性钙镁组分原位转化为稳定的碳酸盐并同步实现CO₂固定的研究工作，如Huijgen等最早系统地研究了钢渣泥浆与CO₂发生碳酸化反应的直接湿法碳酸化固定CO₂工艺路线。通过工艺优化和过程模拟研究，结果表明尽管钢渣固定CO₂的效率达到69％，并且钢渣中活性组分可以完全稳定化处理，但是稳定后的钢渣并不能当作产品进一步利用，使得整体经济性较差，如处理1吨CO₂的成本高达77欧元，经济性无法被工业界所接受。日本JFESteel公司发明了用钢渣吸收CO₂并使之成形为立方体置于海中成为人造礁石的技术，然而钢渣中含有的有毒重金属元素可能造成二次环境污染的风险。我国在90年代就已经对钢渣稳定化后用于建材提出了相应的规定，由此我国钢铁企业通行的做法是将热态钢渣加水焖渣7天左右，再堆存一年以上，使钢渣中的活性钙镁组分得到完全消解。

在钢渣活性组分异位固化研发方面，国外研究最多的是采用水、氯化铵-氨水缓冲溶液和乙酸等反应介质，将钢渣中活性钙镁组分分离提取出来，然后与CO₂发生碳酸化反应生产稳定的碳酸盐。如Stolaroff等提出了用水浸出钢渣中的CaO和Ca(OH)₂后得到的含钙饱和溶液喷淋到堆弃的钢渣表面吸收空气中的CO₂生成碳酸钙留于渣中，Lekakh等提出采用移动床和吸收塔反应器来加速钢渣中钙元素被水浸出以及吸收转炉煤气中的CO₂转化为碳酸钙，Yogo、Kakizawa等分别提出利用由氯化铵-氨水缓冲溶液所组成的弱酸性媒质以及酸性较弱的乙酸为反应介质将钢渣中的钙浸出，然后在常压或高压下吸收CO₂生产碳酸钙沉淀等诸多工艺路线，实现钢渣中活性钙镁分离提取制备碳酸钙并同步实现CO₂大规模固定。然而，这些反应介质或者损失量大、或者再生成本高、或者造成钢渣中有毒重金属元素浸出污染环境等不利因素，目前还没有进一步工业应用的报道。国内中科院过程工程研究所和北京科技大学联合在钢渣活性组分异位固化技术研发方面取得较大进展，提出了一种多相复合反应介质，可实现钢渣活性组分高效选择性浸出，同时反应介质高效直接再生循环，反应介质损失量小，并且钢渣钙镁组分及残渣可分别制备纳米碳酸钙和吸声材料等高附加值产品。

发明内容

为解决上述技术问题，根据钢渣组分还原原理将硅钙体系改为硅铝体系机理，本发明提供一种用于电炉钢渣的、具有良好还原性、防粘渣及渣铁分离彻底特点的，对于铁元素收的率高的钢渣改质剂，其可以显著提升使用质量。

为了实现上述目的，本发明所采用的电炉钢渣改质剂按质量百分比包括Al₂O₃14.5～25.5％，CaO2.4～4％，SiO₂59.7～72.8％。

优选的，所述电炉钢渣改质剂的原料包括：河沙骨料、煤矸石骨料、粉煤灰和纯碱。

优选的，所述电炉钢渣改质剂中河沙骨料的含量为50—60wt％，煤矸石骨料的含量为30-35％，粉煤灰的含量为10-15％，纯碱的含量为1-3％。

优选的，所述用粉煤灰骨料为Ⅰ级，其化学成分构成为wt％

SiO₂

Al₂O₃

CaO

K₂O

Na₂O

Fe₂O₃

MgO

粉煤灰

55～65

24～28

3.8～5.20

1～3

0.2～1.20

1.50～8

1.2～3.8

优选的，所述用河沙经破碎、磁选，筛分，得到粒度d≤10mm颗粒级配，其化学成分构成为wt％。

SiO₂

Al₂O₃

CaO

K₂O

Na₂O

Fe₂O₃

MgO

河沙

70～78

8～12

2～3

4～6

2.5～4.5

2～3

0.8～1.2

优选的，所述用煤矸石经拣选，破碎、磁选，筛分，得到粒度d≤10mm颗粒级配，其化学成分构成为wt％

SiO₂

Al₂O₃

CaO

K₂O

Na₂O

Fe₂O₃

MgO

煤矸石

50～60

18～15

4～6

2～3

0.1～0.3

5～8

0.5～1

优选的，所述用纯碱为工业纯碱，其化学构成成份为wt％

	Na2CO3	NaCl
			纯碱	98～99.2	0.7～1.2

本发明还提供了制备一种电炉钢渣改质剂的方法，包括：

将所述电炉钢渣改质剂中的煤矸石、粉煤灰和纯碱混合后铺在渣罐的底部。

优选的，所述方法进一步包括：

在排渣过程的中期和后期加入粉煤灰。

更有选的，所述方法进一步包括：

在排渣的同时加入煤矸石骨料和河沙骨料，所述煤矸石骨料和河沙骨料在排渣过程的中期和后期的加入量高于排渣过程前期的加入量。

在本发明的实施例内，采用如下的方式进行加料：

1)首先将粉煤灰原料(d<0.1mm)采用袋装料方式装好，在排渣过程的中、后期加料。

2)颗粒煤矸石和河沙原料(20mm>d>0.2mm)用吨袋装好运至现场料仓内采用螺旋输送机给料，如根据需要加入的数量控制流量，早期少加，中、后期多加.

3)运到现场后，采用渣罐铺底的方式，可以将粉状原料、颗粒原料混合后铺在渣罐底部。

排渣的前期高温有利于碳的还原和排气搅拌，但是前期渣粘度大，容易产生泡沫渣，所以避免排渣早期放入过多煤矸石。同时也可以将大颗粒煤矸石与粉煤灰混合后加入渣罐底部，起到提高孔隙度和排气混匀作用，但是量不能大，否则容易产生泡沫渣和熔渣溢流。优选的，所述方法进一步包括在排渣的中后期向钢渣中加入粉煤灰原料。

本发明采用骨料，所使用的原料容易获得；本发明采用在线改质的方法，有效利用了冶炼过程中的显热，本发明通过加入改质剂将钢渣原有的硅钙体系还原为硅铝体系，使钢渣流动性增强，安定性提高，提高渣铁分离的效果，其可以用于电炉钢渣的在线改质，可充分利用钢渣显热，将钢渣成分由硅钙体系改为硅铝体系，渣铁分离效果好，提高了铁素回收率。

具体实施方式

实施例1

一种电炉钢渣改质剂，其原料包括质量百分数为：

原料包括质量百分数为：50-60％河沙骨料，30-35％煤矸石骨料，10-15％粉煤灰1-3％纯碱。

改质剂原料的化学组成/wt％

	SiO₂	Al₂O₃	CaO	K₂O	Na₂O	Fe₂O₃	MgO
								粉煤灰	57.1302	24.4791	3.8872	2.2823	0.2933	8.1537	1.2116
河沙	74.0284	10.8779	2.5042	5.3073	3.3418	2.3635	0.9275
								煤矸石	56.7368	23.1089	5.4627	2.4458	0.1016	6.4155	0.8257
电炉渣	14.2527	2.1079	39.7943	0.0358	0	31.4061	3.7324

通过合适的配比使得改质剂中具有如下的组成：Al₂O₃14.5～25.5％，CaO2.4～4％，SiO₂59.7～72.8％。

上述钢渣改质剂的制备和使用方法如下：

1)、首先将粉煤灰原料(d<0.1mm)采用袋装料方式装好，在排渣中、后期加料。

2)、颗粒煤矸石和河沙原料(20mm>d>0.2mm)用吨袋装好运至现场料仓内采用螺旋输送机给料，如根据需要加入的数量控制流量，早期少加，中、后期多加.

3)、运到现场后，采用渣罐铺底的方式，可以将粉状原料、颗粒原料(煤矸石、粉煤灰和纯碱)混合后铺在渣罐底部。

4)、前期高温有利于碳的还原和排气搅拌，但是前期渣粘度大，容易产生泡沫渣，所以避免排渣早期放入过多煤矸石。同时也可以将大颗粒煤矸石与粉煤灰混合后加入渣罐底部，起到提高孔隙度和排气混匀作用，但是量不能大，否则容易产生泡沫渣和熔渣溢流，电炉出渣一般都采用较深的渣罐进行接渣，如果发生熔渣溢流将损坏现场设备，并给现场清理带来麻烦，增加不必要的工作，造成成本的浪费，控制好改质混合物的加入量，使熔渣全部存于渣罐。

通过加入改质剂可以将钢渣原有的硅钙体系还原为硅铝体系，使钢渣流动性增强，安定性提高，提高渣铁分离效果。

Claims

1.一种电炉钢渣改质剂，其特征在于，所述电炉钢渣改质剂包括：河沙骨料、煤矸石骨料、粉煤灰和纯碱；所述电炉钢渣改质剂按质量百分比包括Al₂O₃14.5-22.5％，CaO2.4-4％和SiO₂59.7-72.8％。

2.根据权利要求1所述的电炉钢渣改质剂，其特征在于，所述炉钢渣改质剂中河沙骨料的含量为50-60wt％，煤矸石骨料的含量为30-35％，粉煤灰的含量为10-15％，纯碱的含量为1-3％。

3.根据权利要求2所述的电炉钢渣改质剂，其特征在于，所述粉煤灰按质量百分比包括：

SiO₂55-65％，Al₂O₃24-28％，CaO3.8-5.20％，K₂O1-3％，Na₂O0.2-1.20％，Fe₂O₃1.50-8％，MgO1.2-3.8％。

4.根据权利要求2所述的电炉钢渣改质剂，其特征在于，所述煤矸石骨料按质量百分比包括：

SiO₂70-78％，Al₂O₃8-12％，CaO2-3％，K₂O4-6％，Na₂O2.5-4.5％，Fe₂O₃2-3％，MgO0.8-1.2％。

5.根据权利要求2所述的电炉钢渣改质剂，其特征在于，所述河沙按质量百分比包括：

SiO₂50-60％，Al₂O₃15-18％，CaO4-6％，K₂O2-3％，Na₂O0.1-0.3％，Fe₂O₃5-8％，MgO0.5-1％。

6.利用权利要求1所述电炉钢渣改质剂进行电炉钢渣改质的方法，包括：

将所述电炉钢渣改质剂中的煤矸石和粉煤灰混合后铺在渣罐的底部。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在排渣过程的中期和后期加入粉煤灰。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：