CN111850214A - 一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢渣与赤泥固体废弃物处理领域，特别是涉及一种钢渣和赤泥组分回收铁及资源再生利用的工艺及应用。本发明主要包括如下步骤：在钢渣A中加入赤泥B，混合均匀得到混合物C，将混合物C温度升至1200℃～1600℃，在混合物C中加入还原剂D，待所述还原剂D与所述混合物C充分反应后，使铁水E与熔融渣F分离。熔融渣材F经后续处理后制备石油压裂陶粒砂、水泥、玻璃等。所述钢渣A可以是钢厂熔融钢渣或者其冷却后经粉碎后的钢渣；所述赤泥是指拜耳法赤泥；所述还原剂的组分主要为碳和二氧化硅，优选为碳化稻壳、煤矸石等同时含有碳和硅的材料；所述钢渣和赤泥的质量比为5:95～95:5。本发明工艺简单，是一种资源改性再生的绿色短流程工艺，充分实现赤泥与钢渣资源的综合利用。

Description

一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用
技术领域
为实现钢渣和赤泥的全资源化综合利用，本发明提出一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用。
背景技术
钢渣是伴随钢铁生产过程中所产生的废渣。在钢材生产过程中会产生大约12％～20％的钢渣，长期以来未得到有效利用。堆砌放置的钢渣不仅严重占用有限的土地资源、污染水与土壤，同时也是一种巨大的资源浪费。随着每年钢渣囤积量的不断增加，世界各地的钢铁生产商面临着在现行环境要求下处理这一问题的挑战，而如何更合理利用钢渣成分优势，将钢渣综合循环利用在整个钢铁工业的可持续发展过程中起着尤为重要的作用。
钢渣中含有大量的铁资源，主要以金属铁和铁氧化物2种形式存在，分别占8％～10％和7％～30％，颗粒较大的单质铁可以经磁选分离，而无磁性的Fe O、Fe2O3和小部分单质铁在磁选后依然存在于尾渣中。直接放弃尾渣中的这部分铁是对资源的极大浪费，同时铁氧化物的存在会导致尾渣耐磨性变差，使得尾渣作为水泥、陶瓷等的原料在应用过程中受到限制。
为了创造更好的经济和环境效益，在钢铁工业中选择合理的循环处理工艺，开发钢渣的再利用价值十分必要和迫切，对节约企业资源、降低环境污染、增加企业经济效益，有着重大的现实意义。
赤泥是氧化铝生产排放的强碱性固体废弃物，因其含有大量的氧化铁，常为红色，故被称为赤泥。按生产方法可分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥3种。每生产1吨氧化铝将产生1.0～1.8吨赤泥，全球累计排放赤泥已超过40亿吨，并以1.2亿吨的年排放量增加。而我国是赤泥排放大国，每年排放赤泥约6000万吨，赤泥利用率很低，大多数采用筑坝堆存。低成本、无害化大宗消纳利用赤泥是亟待解决的世界性难题。赤泥的堆置不但浪费土地资源，由于其高碱性的性质，赤泥的化学成分还会渗入土壤和地下水中，严重污染赤泥堆置场地周边的生态环境。国内外赤泥综合利用的研究主要集中在生产建筑、陶瓷、吸附、新型功能材料和回收铁、铝、钛、钠及稀有金属等。赤泥的减量化、资源化、无害化及全组分利用，不仅能解决上述危废堆存导致的严重环境污染，还可缓解我国铝土矿和铁矿石高度依赖进口的困局，同时可满足生态文明建设与保障资源安全供给的国家重大战略需求。
赤泥的综合利用与处理已经引起学者们的重视，前人已经做了大量的研究工作，但由于赤泥的特殊性质，在其综合利用方面还存在不少问题。例如，作为结构材料，赤泥由于含碱量较高，作为建材使用时会导致泛霜现象的产生而影响其性能和美观；赤泥作为吸附剂处理污水，由于其本身含有重金属离子，可能会导致赤泥中重金属溶入水体中引起二次污染；以及回收其中有价金属存在成本高等问题。
因此，为实现钢渣和赤泥的全资源化综合利用，本发明提出一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用。利用钢厂钢渣高温余热，将赤泥作为钢渣共还原工艺中的添加剂是赤泥综合利用的新途径。利用钢厂钢渣余热作为热源进行还原，高效节能；利用赤泥中的碱性物质代替钢渣还原过程中的添加剂，同时回收钢渣和赤泥中的铁；利用碳化稻壳等还原剂和赤泥协同作用，降低还原成本；利用高温反应过程中钢水表面生成的玻璃膜，减少空气进入钢渣还原过程，降低还原过程中铁的氧化；还原后的渣材可用于制备高质化材料，实现全资源化综合利用。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用，包括如下步骤:
(1)在钢渣A中加入赤泥B，混合均匀得到混合物C；
(2)将混合物C温度升至1200℃～1600℃，在混合物C中加入还原剂D，待所述还原剂D与所述混合物C充分反应后，先形成的玻璃材料(硅酸钠材料，解决赤泥的强碱性污染)，同时在混合物中隔绝空气，使还原剂(例如碳)能充分还原出铁元素，铁水E与熔融渣材F分离，实现铁回收利用。
(3)以钢渣为主材、赤泥为辅料分离后的渣材F1主要为硅酸二钙、硅酸三钙、二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，是制备水泥及陶粒砂材料的关键材料，待所述改性料与所述赤泥钢渣充分反应后，冷却后破碎成颗粒，制备成水泥和石油压裂陶粒砂材料；也可以直接冷却成块状，切割成建材砖，或者加入发泡材料制成轻体保温砖等，工艺简单，强度高。
(4)以赤泥为主材、钢渣为辅料分离后的渣材F2加水玻璃等材料可以制造玻璃等。
所述钢渣A可以是钢厂熔融钢渣或者其冷却后经粉碎后的钢渣。优选钢铁厂冶炼过程中在线得到的熔融钢渣，利用熔融钢渣的余热与赤泥及还原剂反应还原铁，可大量节省能源。
所述赤泥是指拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥等。
所述还原剂的组分主要为碳和二氧化硅，优选为碳化稻壳、煤矸石等同时含有碳和硅的材料。
所述钢渣和赤泥的质量比为5:95～95:5。
所述还原剂与钢渣加赤泥的质量比为1:95～30:70。
所述铁水E与熔融渣材F分离采用物理法直接分离铁，包括但不限于密度分离、磁选等工艺。
所述玻璃材料可以单独利用在钢渣，铁渣，锌渣，铜渣等所有金属还原的反应，也可以单独用在赤泥中铁元素的还原。
在所述步骤1中，可以边升温边投入改性料，也可投入改性料后再升温。
所述改性料均是市场可直接购得的产品。碳化稻壳，碳化椰壳等主要成分是碳和二氧化硅，价格较低，性质稳定，易于购买和使用。
在熔融态钢渣中添加合适的改性料，利用熔融钢渣的余热，使铁水与熔融渣分离，然后排出铁水，通过对钢渣的组份改性重构，还原出钢渣中的铁资源，并将钢渣中的Ca O等物质转化为硅酸盐，形成钢渣改性料。将价值极低的钢渣变成铁和钢渣水泥、石油行业陶粒砂等，大大提高了钢渣的附加值，为国内的钢铁厂找到新的利润增长点。
有益效果
本发明提出一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用，利用钢厂钢渣高温余热，利用廉价的碳化稻壳等原材料作为还原剂，将赤泥作为钢渣共还原工艺中的添加剂是赤泥综合利用的新途径。利用钢厂钢渣余热作为热源进行还原，高效节能；利用赤泥中的碱性物质代替钢渣还原过程中的添加剂，同时回收钢渣和赤泥中的铁；利用碳化稻壳和赤泥协同作用，降低还原成本；利用高温反应过程中钢水表面生成的玻璃膜，减少空气进入钢渣还原过程，降低还原过程中铁的氧化；还原后的渣材可用于制备高质化玻璃和水泥，实现全资源化综合利用。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1：
将烘干后的碳化稻壳E按质量比例投入钢渣A与赤泥B混合物C中，所述钢渣A：赤泥B＝80:20，混合物C：碳化稻壳＝90：10(质量比)；然后将钢渣温度升至1500℃±50℃，待其充分反应后，将铁水E与熔融渣F分离。自然冷却后，按标准(YB/T140-2009水泥用钢渣分析方法)分析其化学成分，熔融渣F用于制造钢渣水泥。混合物C中含有约30％的铁，加入了碳化稻壳E后，回收铁后的渣材中铁含量显著降低至0.5％-1％，Ca O含量从10.2％降低到了0.2％左右。
实施例2：
将烘干后的煤矸石E按质量比例投入钢渣A与赤泥B混合物C中，所述钢渣A：赤泥B＝70:30，混合物C：碳化稻壳＝95：5(质量比)；然后将钢渣温度升至1450℃±50℃，待其充分反应后，将铁水E与熔融渣F分离。自然冷却后，按标准(YB/T140-2009水泥用钢渣分析方法)分析其化学成分，熔融渣F用于制造钢渣水泥。混合物C中含有约35％的铁，加入了碳化椰壳后，回收铁后的渣材中铁含量显著降低至1％-2％，Ca O含量从9.8％降低到了0.1％左右。
实施例3：
将烘干后的碳化稻壳按质量比例与钢渣B中，所述钢渣B、碳化稻壳的具体比例为：熔融钢渣:碳化稻壳＝1：0.3；然后将钢渣温度升至1250℃，待其充分反应后，将冷却后的熔融渣破碎用于制造石油行业支撑剂，支撑剂的密度1.45g/cm3，压缩强度75MPa。
实施例4：
将钢渣分离后的渣材F1按质量比例投入钢渣A与赤泥B混合物C中，所述钢渣A：赤泥B＝60:40，混合物C：钢渣材F1＝90：10(质量比)；然后将钢渣温度升至1410℃，待其充分反应后，冷却后破碎成颗粒，制备成水泥和石油压裂陶粒砂材料；也可以直接冷却成块状，切割成建材砖，或者加入发泡材料制成轻体保温砖等，工艺简单，强度高。
综上所述，本发明有效实现了钢渣的综合利用，工艺简单，产品附加值高，具有很好的产业化前景。上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用，包括如下步骤:
(1)在钢渣A中加入赤泥B，混合均匀得到混合物C；
(2)将混合物C温度升至1200℃～1600℃，在混合物C中加入还原剂D，待所述还原剂D与所述混合物C充分反应后，先形成的玻璃材料(硅酸钠，解决赤泥的碱化度污染，使水泥建材中没有碱性污染)。同时在混合物中隔绝空气，使还原剂(例如碳)能充分还原出铁元素，铁水E与熔融渣材F分离，实现铁回收利用。
(3)以钢渣为主材、赤泥为辅料分离后的渣材F1主要为硅酸二钙、硅酸三钙、二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，是制备水泥及陶粒砂材料的关键材料，待所述改性料与所述赤泥钢渣充分反应后，冷却后破碎成颗粒，制备成水泥和石油压裂陶粒砂材料；也可以直接冷却成块状，切割成建材砖，或者加入发泡材料制成轻体保温砖等，工艺简单，强度高。
(4)以赤泥为主材、钢渣为辅料分离后的渣材F2加水玻璃等材料可以制造玻璃等。
2.如权利要求1所述的一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用，其特征在于，所述钢渣A可以是钢厂熔融钢渣或者其冷却后经粉碎后的钢渣。优选钢铁厂冶炼过程中在线得到的熔融钢渣，利用熔融钢渣的余热与赤泥及还原剂反应还原铁，可大量节省能源。
3.如权利要求1所述的一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用，其特征在于，所述赤泥是指拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥等。
4.如权利要求1所述的一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用，其特征在于，所述还原剂的组分主要为碳和二氧化硅，优选为碳化稻壳、煤矸石等同时含有碳和硅的材料。
5.如权利要求1所述的一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用，其特征在于，所述钢渣和赤泥的质量比为5:95～95:5。
6.如权利要求1所述的一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用，所述还原剂与钢渣加赤泥的质量比为1:95～30:70。
7.如权利要求1所述的一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用，其特征在于，所述铁水E与熔融渣材F分离采用物理法直接分离铁，包括但不限于密度分离、磁选等工艺。
8.如权利要求1所述的一种钢渣与赤泥反应资源回收再利用新工艺及应用，其特征在于，所述玻璃材料可以单独利用在钢渣，铁渣，锌渣，铜渣等所有金属还原的反应，也可以单独用在赤泥中铁元素的还原。
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