CN110372042A - 铁酸钙制备方法 - Google Patents

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苏航
茅沈栋
王飞
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Zhangjiagang Hongchang Steel Plate Co Ltd
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Abstract

本申请涉及一种铁酸钙的制备方法，针对原料厂脱硫灰数量多，存放难，处理难，污染严重的情况，先将脱硫灰在氧化性气氛下加热一段时间，然后加入煤粉、焦粉、铁矿粉作为原料，经粉碎、混料、加水压块、热压、加热焙烧等步骤，脱硫后制成主要成分为铁酸钙的产物，脱除的硫经吸收塔后制成硫酸回收。本申请的铁酸钙制备方法工艺方法先进，操作简单，脱硫率高，生成的产物纯度高，可用作烧结添加剂或者转炉造渣剂，以实现废弃物的循环回收利用。

Description

铁酸钙制备方法
技术领域
本申请属于冶金技术领域，特别是涉及一种铁酸钙的制备方法。
背景技术
钢铁行业是我国重要的基础性产业，具有消耗能量大、排放量高、环境污染严重等特点。伴随着钢铁行业冶金技术的不断发展，高炉的容积也随之扩大，由此导致烟尘排放量进一步增大。钢铁企业所排放的烧结烟气中含有大量的SO2，此环节的SO2排放量高达整个钢铁企业SO2总排放量的60％。由于炼铁的主要原料为烧结矿，因此通过关闭烧结厂来解决SO2排放的问题是不可行的，所以目前唯一的选择是对烧结烟气进行脱硫处理。
近几年，国内大型钢铁企业相继建成了烧结烟气脱硫装置，其中半干法脱硫工艺在烧结厂得到了较为广泛的应用，SO2的控制取得了显著的成效，但半干法脱硫工艺原料采用生石灰，经过烟气脱硫后产生的副产物为半干法脱硫灰，半干法脱硫灰成分很不稳定，含有S、Cl等有害元素，呈碱性，遇水易膨胀。目前国内外尚未找到合适的方法处理脱硫灰，所以钢铁厂脱硫灰主要采用堆存的方式处理，由于脱硫灰中含有大量的钙元素，不仅造成了资源的极大浪费，同时也会对周边的环境造成污染，因此亟需对部分脱硫灰进行处理。
另一方面，生产高碱度烧结矿，尤其是超高碱度烧结矿的烧结矿黏结相主要由铁酸钙组成，铁酸钙可使烧结矿的强度和还原性同时得到提高。除此以外，铁酸钙还可以取代萤石在转炉中所起的作用，因为其在脱磷过程中具有高的脱磷能力，铁酸钙被视为良好的脱磷材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁酸钙的制备方法，针对背景技术的状况，将脱硫灰在整个钢铁厂内进行回收处理、循环利用，经氧化、混料、加水压块、加热焙烧等步骤，制成铁酸钙，作为烧结添加剂或者转炉造渣剂，使废弃物得到回收再利用，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铁酸钙的制备方法，所述制备方法的原料为脱硫灰，包括以下步骤：
S1:取脱硫灰在氧化性气氛下进行焙烧，控制焙烧温度为500-800℃，焙烧时间为5-30min，焙烧完毕后，冷却得到脱硫灰焙烧物；其中，所述氧化性气氛的氧气含量大于10％；
S2：取铁矿粉和碳粉与脱硫灰焙烧物，按比例混合后得到混合物料；其中：混合比例按摩尔比控制脱硫灰焙烧物中的S元素：铁矿粉中的Fe元素：碳粉中的C元素＝1：0.5-2：0-2；
S3:于保护气氛下将混合物料进行焙烧，焙烧温度为800-1200℃，焙烧时间为0.1-4h，焙烧完毕，冷却得到铁酸钙；其中，所述保护气氛为氧含量小于5％的氧化性气氛或惰性气氛。
优选的，所述步骤S2中还包括有，将所述混合物料放入压块机中压制，压实后得到压块混合物料，其中，压制过程中，将在混合物料仲加入水和粘结剂。
更优选的，所述压块混合物料为直径为3cm，高度为2cm，重量为3g的块状，所述压块机的压力为20MPa。
优选的，所述脱硫灰为钢铁厂或发电厂石灰石半干法脱硫工艺的产物，所述脱硫灰中Ca含量40-60％，S含量20-45％，Cl含量0-3％，碱金属含量0-5％。
为了充分利用铁粉中的铁元素，优选所述铁矿粉中的Fe含量大于50wt％，更进一步地，优选铁矿粉为赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿和氧化铁皮中的至少一种。
为了充分利用碳粉中的碳元素，优选所述碳粉中的C含量超过50％，
更进一步地，优选碳粉为烟煤、无烟煤、焦粉中的至少一种。
为了节约能源，所述步骤S3中，首先将混合物料加热至1100℃，随后控制温度在900～1200℃保温0.5～2h，焙烧结束后冷却至室温得到铁酸钙。
更进一步地，所述步骤S3中，焙烧过程中，加热速率为10℃/min，考虑到反应机理，所述保护气氛为氧气含量小于1％的氧化性气氛或惰性气氛。
为了节约能源，所述步骤S1中，焙烧温度优选为500-600℃，焙烧时间为5-20min。考虑到亚硫酸钙的氧化，所述氧化气氛优选为空气。
本申请的铁酸钙制备方法针对传统石灰石/石灰—石膏半干法烧结烟气脱硫工艺，脱硫产物资源化利用困难、无序堆储占地大、造成扬尘及地质污染严重等问题，将铁矿粉，碳粉引入处理脱硫灰工艺，利用铁矿粉中的铁元素以及碳粉中的碳元素，调整混合物料的摩尔比，经压块、焙烧直接生产铁酸钙产品，作为烧结原料及炼钢造渣、脱磷剂使用，脱除的硫经吸收塔后制成硫酸回收。该工艺方法先进，操作简单，脱硫率高，生成的产物价值高，用于烧结和炼钢工序，提高烧结产、质量，加快炼钢过程的造渣和脱磷，同时实现脱硫灰和冶金固废的高值化、资源化利用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例的铁酸钙制备方法的工艺流程图；
图2为本发明具体实施例的铁酸钙制备方法的实施例一焙烧后生成的铁酸钙X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1-2所示，
实施例1铁酸钙的制备
(1)氧化焙烧取新鲜的脱硫灰，在空气气氛下进行焙烧，焙烧温度为600℃，焙烧时间20min，焙烧完毕，冷却得到产物。
(2)混料
向上一步得到的产物中加入烟煤和赤铁矿混合，脱硫灰中的S元素：铁矿粉中的Fe元素：碳粉中的C元素＝1：0.5-2：0-2，搅拌混合30min，制成混合粉料；
(3)压块
将混合后的粉料用压块机，压块压力20MPa，样品直径为3cm，高度为2cm，重量为3g的块状。
(4)加热焙烧将步骤(2)得到的混合粉料或步骤(3)得到的块状样品在电回转窑中进行加热焙烧处理，具体步骤如下：
S1开启保护气体管，向回转窑中输入保护气体，使窑中的气氛为惰性气氛；
S2将原料装入梭式喂料斗中，顺着管道进入回转窑的炉身；
S3设置窑回转窑的加热程序，使其从25℃加热到1100℃，然后在1100℃保温2h；
S4焙烧结束后停止加热，使产物随窑冷却至25℃，从窑出口处取出产物，即得到铁酸钙；
所述加热焙烧过程中发生的化学反应为：
2CaSO4+Fe2O3+C＝2SO2(g)↑+CO2(g)↑+*2CaO*Fe2O3
式中：*2CaO*Fe2O3：铁酸钙。
实施例1中脱硫灰产物XRD如图2所示，脱硫率为95.9％。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种铁酸钙的制备方法，其特征在于：所述制备方法的原料为脱硫灰，包括以下步骤：
S1:取脱硫灰在氧化性气氛下进行焙烧，控制焙烧温度为500-800℃，焙烧时间为5-30min，焙烧完毕后，冷却得到脱硫灰焙烧物；其中，所述氧化性气氛的氧气含量大于10％；
S2：取铁矿粉和碳粉与脱硫灰焙烧物，按比例混合后得到混合物料；其中：混合比例按摩尔比控制脱硫灰焙烧物中的S元素：铁矿粉中的Fe元素：碳粉中的C元素＝1：0.5-2：0-2；
S3:于保护气氛下将混合物料进行焙烧，焙烧温度为800-1200℃，焙烧时间为0.1-4h，焙烧完毕，冷却得到铁酸钙；其中，所述保护气氛为氧含量小于5％的氧化性气氛或惰性气氛。
2.根据权利要求1所述的一种铁酸钙的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中还包括有，将所述混合物料放入压块机中压制，压实后得到压块混合物料，其中，压制过程中，将在混合物料中加入水和粘结剂。
3.根据权利要求2所述的铁酸钙制备方法，其特征在于：所述压块混合物料为直径为3cm，高度为2cm，重量为3g的块状，所述压块机的压力为20MPa。
4.根据权利要求1所述的铁酸钙制备方法，其特征在于：所述脱硫灰为钢铁厂或发电厂石灰石半干法脱硫工艺的产物，所述脱硫灰中Ca含量40-60％，S含量20-45％，Cl含量0-3％，碱金属含量0-5％。
5.根据权利要求1-4任一所述的铁酸钙制备方法，其特征在于：所述铁矿粉中的Fe含量大于50wt％，优选赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿和氧化铁皮中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一任一所述的铁酸钙制备方法，其特征在于：所述碳粉中的C含量超过50％，优选烟煤、无烟煤、焦粉中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的铁酸钙制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，首先将混合物料加热至1100℃，随后控制温度在900～1200℃保温0.5～2h，焙烧结束后冷却至室温得到铁酸钙。
8.根据权利要求1所述的铁酸钙制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，焙烧过程中，加热速率为10℃/min，且所述保护气氛为氧气含量小于1％的氧化性气氛或惰性气氛。
9.根据权利要求1所述的铁酸钙制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，焙烧温度优选为500-600℃，焙烧时间为5-20min。
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