CN108998605B - 一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法 - Google Patents

一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，属于钢铁冶金技术领域，解决了现有技术中钢渣回收利用效率低，回收利用不全面的问题。本发明的方法包括如下步骤：通过锍相富集分离得到除铁熔渣和锍相熔体；除铁熔渣经碳热还原后，磷被还原成气态回收；锍相熔体经碳热还原后得到高硫铁水；除铁熔渣经还原后的还原渣返回炼钢工序作为脱硫剂使用，脱硫完成后作为水泥原料利用。实现了钢渣的综合回收利用，深度回收利用钢渣中的铁和磷，利用钢渣中的CaO得到水泥原料CaSO4，大幅提高了炼钢效率和钢渣利用深度，具有广阔的应用前景。

Description

一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法。
背景技术
中国是钢铁产能大国，2017年粗钢产能超过8亿吨，而钢企平均每生产1吨钢将产生约120～150kg钢渣，一年产生的钢渣量约1亿吨，产量巨大。钢渣中约含有20％的铁，主要以金属铁和FeO的形态存在，弃之不用，不仅造成资源浪费，还会占用土地，带来严重的环境问题。
目前钢渣主要有以下几个方面的应用：1、作为碱性熔剂返回烧结利用，但钢渣铁含量较低，造成烧结矿铁品位降低，增加还原能耗，且钢渣中的磷在烧结过程中无法脱除，恶化铁水质量。2、采用热闷、磨矿、磁选处理回收渣钢，尾渣用于制备水泥、钢渣微粉或建筑、铺路材料。由于钢渣中含有一定量的细小“钢珠”，其硬度大，造成钢渣可磨性差，提高了磨矿成本；另外，钢渣中的FeO无法分离，含量约为10～20％，高于水泥中铁的含量范围，制备钢渣水泥时需要添加一定含量的硅酸盐水泥，制备的钢渣微粉也只能替代一部分水泥使用；最后，钢渣中的自由CaO不稳定，用作建筑、铺路材料时需要消化处理，延长了处理时间和成本。3、作为酸性土壤磷肥利用，由于钢渣中磷是以磷酸钙-硅酸钙固溶体的形态存在，土壤对磷的吸收活性差，无法大面积应用。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，用以解决现有对钢渣回收利用方法中存在的钢渣回收利用效率低，回收利用不全面的问题。本发明通过锍相富集实现铁与钢渣分离，并分别通过碳热还原回收金属铁和磷，回收的磷用于制备高品质磷肥，提高磷的活性和应用范围；除铁、除磷后的熔渣用作转炉中脱硫剂；尾渣经氧化处理后CaS转化为CaSO4，提高了渣的胶凝性，同时不存在金属铁，提高了渣的可磨性，无需添加剂可直接用于生产钢渣水泥或钢渣微粉，提高了产品品质；本发明方法对钢渣的回收利用效率高，回收利用全面，效果好。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，包括如下步骤：
S1.在脱硅、脱磷钢渣中加入FeS熔体，充分混合，通过锍相富集分离得到除铁熔渣和锍相熔体；
S2.在所述除铁熔渣中加入固体碳作为还原剂，将除铁熔渣中的化合态磷还原为气态单质磷脱除，得到除铁、除磷熔渣，所述气态单质磷用于制备磷肥；
S3.在所述锍相熔体中加入固体碳作为还原剂进行熔融还原，得到高硫铁水；
S4.将所述除铁、除磷熔渣返回转炉，与转炉中的炼钢铁水反应脱去炼钢铁水中的硫；
S5.步骤S4中进行脱硫反应后的熔渣继续与步骤S3中的高硫铁水反应，将高硫铁水转化为炼钢铁水，熔渣转化为富硫渣；
S6.将所述富硫渣经高温氧化反应，得到钢渣水泥或钢渣微粉原料。
本发明首先通过锍相富集实现了铁与钢渣的分离，然后通过高温碳热还原回收金属铁和磷，最后将尾渣经氧化处理生产钢渣水泥或钢渣微粉；本发明方法对钢渣的回收利用效率高，回收利用全面，效果好。
进一步的，在步骤S1中脱硅、脱磷钢渣与加入的FeS熔体的质量比为1：1～2：1。
通过在钢渣中加入FeS，使钢渣中大量的金属铁和FeO转移富集至锍相中，提高了钢渣中铁的利用率，节约环境资源。
进一步的，所述步骤S2中固体碳为石墨粉，除铁熔渣与石墨粉的质量比为100：2。
通过石墨粉的高温还原，将除铁熔渣中的化合态磷转化为单质磷用于制备优质磷肥，石墨粉的成本低，还原效率高。
进一步的，所述步骤S3中固体碳为石墨粉，锍相熔体与石墨粉的质量比为100：4。
进一步的，所述步骤S4中除铁、除磷后的熔渣与转炉中炼钢铁水的质量比为20：100。
进一步的，所述步骤S5中进行脱硫反应后的熔渣与高硫铁水质量比为100：20。
进一步的，步骤S1至S5中处理过程为在温度1600℃、N2气氛下保温30分钟。
进一步的，步骤S6中处理过程为在温度1600℃、O2气氛下保温60分钟。
本发明有益效果如下：
(1)将转炉脱硅、脱磷环节与脱硫环节分离开来，提高了脱硫效率；
(2)钢渣中的铁、磷单独回收利用，产品附加值高；
(3)除铁、除磷后的熔渣返回转炉作为脱硫渣利用，充分利用熔渣中的CaO组分和物理热，降低了熔剂用量和化渣时间，提高了生产效率；
(4)富硫渣经氧化后，CaS转化为具有胶凝性的CaSO4，同时没有金属铁的存在，提高了可磨性，得到的钢渣可以直接用于生产钢渣水泥或钢渣微粉。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为钢渣综合回收利用工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供了一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，如图1流程图所示，包括如下步骤：
S1.将脱硅、脱磷钢渣与FeS熔体充分混合，通过锍相富集分离得到除铁熔渣和锍相熔体；
该步骤具体为：将脱硅、脱磷钢渣与FeS熔体在电炉内充分混合，在1600℃、N2气氛下保温30min静置分层，钢渣中的金属铁及FeO转移富集至锍相中，得到除铁熔渣和锍相熔体；
示例性地，起始加入的脱硅、脱磷钢渣与FeS熔体的质量比为1：1～2：1。
S2.在步骤S1得到的除铁熔渣中加入固体碳作为还原剂，将除铁熔渣中的化合态磷还原为气态单质磷脱除，得到除铁、除磷熔渣，所述气态单质磷用于制备磷肥；
该步骤具体为：向所述的除铁熔渣中加入石墨粉，在1600℃、N2气氛下保温30min，将除铁熔渣中的化合态磷还原为气态单质磷脱除，得到除铁、除磷熔渣，所述气态单质磷用于制备磷肥；其中主要化学反应过程为：
2Ca3(PO4)2+10C＝6CaO+10CO(g)+P4(g)
示例性地，除铁熔渣与石墨粉的质量比为100：2。
S3.在步骤S1得到的锍相熔体中加入固体碳作为还原剂进行熔融还原，得到高硫铁水；
该步骤具体为：向所述的锍相熔体中加入石墨粉作为还原剂进行熔融还原，在1600℃、N2气氛下保温30min，得到高硫铁水；其中主要化学反应过程为：
(FeO)+C＝[Fe]+CO(g)
示例性地，锍相熔体与石墨粉的质量比为100：4。
S4.将步骤S2中的除铁、除磷后的熔渣返回转炉，与炼钢铁水反应脱去炼钢铁水中的硫；
该步骤具体为：将步骤S2中的除铁、除磷后的熔渣返回转炉与炼钢铁水混合，在1600℃、N2气氛下保温30min，脱去炼钢铁水中的硫；
示例性地，除铁、除磷后的熔渣与炼钢铁水的质量比为20：100。
S5.用步骤S4中进行脱硫反应后的熔渣继续与步骤S3得到的高硫铁水反应，将高硫铁水转化为炼钢铁水，熔渣转化为富硫渣；
该步骤具体为：将步骤S4中进行脱硫反应后的熔渣与步骤S3得到的高硫铁水混合，在1600℃、N2气氛下保温30min，脱去高硫铁水中的硫，将高硫铁水转化为炼钢铁水，同时熔渣转化为富硫渣；其中主要化学反应过程为：
[S]+CaO+[C]＝(CaS)+CO(g)
示例性地，步骤S4中进行脱硫反应后的熔渣与高硫铁水的质量比为100：20。
S6.将富硫渣经高温氧化反应，得到钢渣水泥或钢渣微粉的原料；
该步骤具体为：将富硫渣在1600℃、O2气氛下保温60min，其中的CaS氧化为硫酸钙，少量的金属铁和FeO被氧化为Fe2O3，得到钢渣水泥或钢渣微粉的原料；其中主要化学反应过程为：
CaS+2O2(g)＝CaSO4
4Fe+3O2(g)＝2Fe2O3
4FeO+O2(g)＝2Fe2O3
实施例1
下面结合具体实例对本发明的技术方案作详细说明。
本实施例转炉中脱硅、脱磷钢渣成分(质量百分数)为：
CaO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO 全铁含量 FeO P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> MnO CaO
48.23％ 8.48％ 2.1％ 10.85％ 22.6％ 18.37％ 2.65％ 2.3％ 12.28％
步骤S1：将上述脱硅、脱磷钢渣与FeS按质量比2:1混合，在1600℃、N2气氛下保温30min，静置分层，钢渣中的金属铁及FeO转移富集至锍相中，得到除铁熔渣和锍相熔体；冷却后取样通过化学分析分别测定除铁熔渣和锍相熔体的全铁含量，元素分析如表1所示：
表1除铁熔渣和锍相熔体的全铁含量(质量百分数％)
Figure GDA0002261287760000061
计算铁在锍相熔体的富集率，实验结果表明，脱硅、脱磷钢渣与FeS质量比2:1时，铁在锍相熔体的富集率为83％。
针对步骤S1中脱硅、脱磷钢渣与FeS的质量比实施另一实施例，具体为：将与上述同样成分的脱硅、脱磷钢渣与FeS质量比调整为1:1，在1600℃、N2气氛下保温30min，静置分层，钢渣中的金属铁及FeO转移富集至锍相中，得到除铁熔渣和锍相熔体；冷却后取样通过化学分析分别测定除铁熔渣和锍相熔体的全铁含量，全铁含量如表2所示：
表2除铁熔渣和锍相熔体的全铁含量(质量百分数％)
Figure GDA0002261287760000071
计算铁在锍相熔体中的富集率，实验结果表明，脱硅、脱磷钢渣与FeS质量比1:1时，铁在锍相的富集率升高至92％，即提高锍相量有利于铁在锍相的富集，在本发明的配比范围内，除铁熔渣中全铁含量都低于5％。
步骤S2：将上述脱硅、脱磷钢渣与FeS质量比为1:1分离所得的除铁熔渣与石墨粉按质量比100:2混合，在1600℃、N2气氛下保温30min，将除铁熔渣中的化合态磷还原为气态单质磷脱除，得到除铁、除磷熔渣，所述单质磷回收用于制备磷肥；其中主要化学反应过程为：
2Ca3(PO4)2+10C＝6CaO+10CO(g)+P4(g)
通过化学分析确定除铁、除磷熔渣中磷的含量，如表3所示：
表3除铁、除磷熔渣中磷含量(质量百分数％)
Figure GDA0002261287760000072
结果表明，除铁、除磷熔渣中磷含量低于0.05％，磷的脱除率高于95％。
步骤S3：向上述脱硅、脱磷钢渣与FeS质量比为1:1分离所得的锍相熔体加入石墨粉作为还原剂进行熔融还原，锍相熔体与加入的石墨粉的质量比为100：4，在1600℃、N2气氛下保温30min，得到高硫铁水；其中主要化学反应过程为：
(FeO)+C＝[Fe]+CO(g)
通过化学元素分析确定高硫铁水中碳和硫的含量，如表4所示：
表4高硫铁水中各元素的含量(质量百分数％)
Figure GDA0002261287760000081
结果表明，高硫铁水中碳含量为4.51％，硫含量为1.07％。
步骤S4：将步骤S2中的除铁、除磷后的熔渣(磷含量低于0.05％)返回转炉，与转炉中炼钢铁水混合，在本实施例中转炉炼钢铁水的硫含量为0.3％，熔渣与炼钢铁水质量比为20:100，在1600℃、N2气氛下保温30min，脱去炼钢铁水中的硫；通过化学分析处理后的炼钢铁水中硫含量，如表5所示：
表5处理后的炼钢铁水中硫元素含量(质量百分数％)
Figure GDA0002261287760000082
结果表明，处理后的炼钢铁水中硫含量为0.042％，转炉中炼钢铁水的硫脱除率为86％。
步骤S5：将步骤S4中进行脱硫反应后的熔渣继续与步骤S3得到的高硫铁水混合，两者质量比为100:20，在1600℃、N2气氛下保温30min，脱去高硫铁水中的硫，将其转化为炼钢铁水，同时熔渣转化为富硫渣；其中主要化学反应过程为：
[S]+CaO+[C]＝(CaS)+CO(g)
通过化学元素分析确定炼钢铁水中硫含量，如表6所示：
表6炼钢铁水中硫含量(质量百分数％)
Figure GDA0002261287760000083
结果表明，炼钢铁水中硫含量为0.27％，高硫铁水中硫的脱除率为75％，高硫铁水处理后得到的铁水可以直接作为炼钢铁水使用。
步骤S6：将富硫渣在1600℃、O2气氛下保温60min，保证熔渣充分氧化，其中的CaS氧化为硫酸钙，少量的金属铁和FeO被氧化为Fe2O3，得到钢渣水泥或钢渣微粉的原料；其中主要化学反应过程为：
CaS+2O2(g)＝CaSO4
4Fe+3O2(g)＝2Fe2O3
4FeO+O2(g)＝2Fe2O3
通过化学分析，富硫渣氧化后的钢渣中金属铁、二价铁和三价铁的含量如表7所示。
表7富硫渣氧化后的不同价态铁含量(质量百分数％)
分析表明富硫渣氧化后的熔渣中铁主要为三价铁，只有很少量的金属铁和二价铁，Fe2O3含量低于5％，可以直接作为钢渣水泥或钢渣微粉的优质原料。
综上所述，本发明的钢渣回收利用方法，通过锍相富集分离得到除铁熔渣和锍相熔体，将钢渣中的铁和磷单独回收利用，产品附加值高，富硫渣经氧化后，CaS转化为具有胶凝性的CaSO4，同时没有金属铁的存在，提高了可磨性，尾渣可以直接用于生产钢渣水泥或钢渣微粉。本发明中的钢渣回收利用方法，深度综合地回收利用钢渣中的铁和磷，利用钢渣中的CaO得到水泥原料，大幅提高了炼钢效率和钢渣利用深度，对钢铁冶金领域中的环境保护和资源利用具有的重要意义。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.在脱硅、脱磷钢渣中加入FeS熔体，充分混合，通过锍相富集分离得到除铁熔渣和锍相熔体；
S2.在所述除铁熔渣中加入固体碳作为还原剂，将除铁熔渣中的化合态磷还原为气态单质磷脱除，得到除铁、除磷熔渣，所述气态单质磷用于制备磷肥；
S3.在所述锍相熔体中加入固体碳作为还原剂进行熔融还原，得到高硫铁水；
S4.将所述除铁、除磷熔渣返回转炉，与转炉中炼钢铁水反应脱去炼钢铁水中的硫；
S5.步骤S4中进行脱硫反应后的熔渣继续与步骤S3中的高硫铁水反应，将高硫铁水转化为炼钢铁水，熔渣转化为富硫渣；
S6.将所述富硫渣经高温氧化反应，得到钢渣水泥或钢渣微粉原料。
2.根据权利要求1所述的一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，其特征在于，所述步骤S1中，脱硅、脱磷钢渣与加入的FeS熔体的质量比为1：1～2：1。
3.根据权利要求1所述的一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，其特征在于，所述步骤S2中固体碳为石墨粉。
4.根据权利要求3所述的一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，其特征在于，所述步骤S2中，除铁熔渣与石墨粉的质量比为100：2。
5.根据权利要求1所述的一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，其特征在于，所述步骤S3中固体碳为石墨粉。
6.根据权利要求5所述的一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，其特征在于，所述步骤S3中，锍相熔体与石墨粉的质量比为100：4。
7.根据权利要求1所述的一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，其特征在于，所述步骤S4中除铁、除磷后的熔渣与转炉中炼钢铁水的质量比为20：100。
8.根据权利要求1所述的一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，其特征在于，所述步骤S5中进行脱硫反应后的熔渣与高硫铁水质量比为100：20。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，其特征在于，步骤S1至S5中，在温度1600℃、N2气氛下保温30分钟。
10.根据权利要求1所述的一种采用渣、铁热态分离回收利用钢渣的方法，其特征在于，步骤S6中，在温度1600℃、O2气氛下保温60分钟。
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