CN113373271A - 一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，属于二次资源循环利用技术领域。本发明包括以下操作步骤：固废混合：将钢包精炼废渣和二次铝灰按一定比例混合，使混合后的混合物中N/S＝1～2；混合料水浸：将上述混合物与水按照1:2～1:3的比例进行混合、搅拌，并在常温下浸出；固液分离：浸出一段时间后，上层溶液直接放出，下层泥浆进行固液分离，分离后的滤液可保留至下一次混合料水浸中重复使用，分离后的滤渣加热焙烧2h～3h。本发明的目的在于克服现有技术中钢包精炼废渣难以兼顾大宗量与低成本处理的问题，拟提供一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，不仅脱硫率高、脱硫速度快，还能够将脱除的含硫物质再次利用，大大地提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明属于二次资源循环利用技术领域，更具体地说，涉及一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法。
背景技术
2020年我国钢产量接近10.53亿吨，钢包精炼废渣排放量达到1500～2000万吨。该渣目前尚没有大宗量的利用方法，多以堆存方式处理，这不仅占用土地、浪费资源，更是污染环境，亟需妥善的处理措施。目前，在研的钢包精炼废渣利用方法针对两个方向：内部循环与外部利用。
一，内部循环，是指在钢铁企业内部利用，目前主要用在钢包精炼工位和转炉炼钢工位。(一)钢包精炼工位循环，循环利用2～3次，由于脱硫能力大大减弱，失去了冶金功能。若重复再用，需将废渣中的硫降到一定含量。目前精炼废渣中硫脱除方法有两种：①湿法浸出，利用CaS遇水发生水解生成H2S气体，根据H2S气体容易外逸的特性，将冷态钢包精炼废渣水浸或加CO2加强浸出(见反应式(1)、(2)和(3))，经过滤，滤渣煅烧后重新制备钢包精炼渣。这种方法还需要解决H2S气体收集的问题。②热态氧化脱硫，向液态废渣吹氧或高温氧化焙烧，其中的硫氧化成SO2气体逸出(见反应式(4))。这种方法能耗较高。(二)炼钢工位利用，冷态精炼废渣加入转炉炼钢作为助熔剂，加快转炉渣熔化。
CaS+CO2+H2O＝CaCO3+H2S↑(1)
CaS+H2O＝Ca(HS)(OH)(2)
Ca(HS)(OH)+H2O＝Ca(OH)2+H2S↑(3)
(S)+O2＝SO2↑(4)
二，外部利用，是指在钢铁企业外部资源化利用，该利用方式分为以下几类：(一)材料化利用，将冷态精炼废渣用作水泥掺和料、制作建筑制品、吸声材料等。(二)提取有价金属，如铁、铝等。铁采用选矿分离的方式回收。对于铝含量较高的钢包精炼废渣，采用碱溶或酸溶的方式浸出其中的氧化铝，再经过后续操作流程制备氧化铝。(三)环保药剂，如用作酸性土壤修复剂，废水中的重金属离子处理剂。
现有利用方法难以兼顾大宗量与高值的问题。能高值的就不能大宗量，能大宗量的则不能高值。仅原工位循环可兼顾两者。钢包精炼市价大约2000元/吨，精炼后形成废渣中除了少量硫之外，其它组元都是精炼渣需要的成分。若脱除废渣中的硫再循环利用，不仅能解决钢包精炼废渣的污染问题，也为钢铁企业节省钢包精炼渣的购置费用，创造较好的经济价值。然而，目前精炼废渣中硫的脱除方法都还存在瓶颈问题，亟需开发新的方法。因此，急需设计一种钢包精炼废渣的处理方法，不仅能够大宗量解决钢包精炼废渣的污染问题，还能够降低处理成本。
发明内容
1、要解决的问题
本发明的目的在于克服现有技术中钢包精炼废渣难以兼顾大宗量与低成本处理的问题，拟提供一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，不仅脱硫率高、脱硫速度快，还能够将脱除的含硫物质再次利用，大大地提高了经济效益。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
本发明的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，包括以下操作步骤：
S1：固废混合：将钢包精炼废渣和二次铝灰按一定比例混合，使混合后的混合物中N/S＝1～2；
S2：混合料水浸：将上述混合物与水按照1:2～1:3的比例进行混合、搅拌，并在常温下浸出；
S3：固液分离：浸出一段时间后，上层溶液直接放出，下层泥浆进行固液分离，分离后的滤液可保留至下一次混合料水浸中重复使用，分离后的滤渣加热焙烧2h～3h。
再进一步，钢包精炼废渣包括以下质量百分比的组分：40％～55％CaO、8％～20％SiO2、8％～30％Al2O3、0.5％≤(FeO+MnO)、0.3％～1.2％S以及少量其它成分。
再进一步，二次铝灰包括以下质量百分比的组分：50％～60％Al2O3，1％～10％Al、5％～30％AlN、3％～6％SiO2、1％≤(FeO+MnO)、2％～3％MgO、1％～3％Na2O以及少量其它成分。
再进一步，步骤S2中，二次铝灰中的氮化铝与水反应生成氨，钢包精炼废渣中的硫与水反应生产硫化氢，铵与硫化氢进一步反应生成硫化铵或硫化氢铵。
再进一步，步骤S2中将混合物放至浸出槽内，向混合物中加入水，搅拌20min～30min后，静置2～3天。
再进一步，步骤S3中下层泥浆采用压滤分离的方法进行固液分离处理。
再进一步，步骤S3中固液分离后的滤液为含有硫化铵和硫氢化铵的水溶液，经过多次反复回收利用后得到相应浓度的化工产品。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，将钢包精炼废渣与铝工业固废(即二次铝灰)联合浸出处理，利用两者浸出的物质酸碱中和，可大大提高溶解度，加速钢包精炼废渣与铝工业固废中有害组元的浸出，即钢包精炼废渣中的硫和二次铝灰中的氮同时脱除，能够有效减少环境污染和改善现场生产环境。
(2)本发明的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，脱硫产物为硫化铵和硫氢化铵，在水中的溶解度大，可加快脱硫速度和脱硫效率，提高生产效率，同时脱硫产物硫化铵和硫氢化铵是环境治理的重要药剂，回收利用可创造经济效益。本发明中不仅对钢包精炼废渣中主要组元加以利用，同时也利用了其中的有害组元，大大降低了环境污染。已有的方法均是对钢包精炼废渣进行单独脱硫处理，而本发明则是通过其与其它固废(即二次铝灰)联合处理。钢包精炼废渣浸出脱硫在技术上存在的难点：一：浸出速度慢，主要原因是浸出物H2S在水中溶解度低，这一点通过使浸出物质形成高溶解度的盐(硫化铵和硫氢化铵)来解决；二：钢包精炼废渣的浸出物H2S在水中溶解度小，易发生逃逸现象，污染空气造成环境污染，而本发明中H2S与联合处理的固废中浸出的碱性物质反应生成盐(硫化铵和硫氢化铵)，稳定存在于溶液中，解决了这一问题。
(3)本发明的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，固液分离后的滤液为含有硫化铵和硫氢化铵的水溶液，经过多次反复回收利用，提高溶液中溶质浓度后得到相应浓度的化工产品；分离后的滤渣经干燥、焙烧后重新用作钢包精炼渣继续使用。本发明不仅能解决钢包精炼废渣的污染问题，也为钢铁企业节省钢包精炼渣的购置费用，提高了经济效益。
附图说明
图1为本发明的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，包括以下操作步骤：
S1：固废混合：将钢包精炼废渣和二次铝灰按一定比例混合，使混合后的混合物中N/S＝1～2，其中钢包精炼废渣包括以下质量百分比的组分：40％～55％CaO、8％～20％SiO2、8％～30％Al2O3、0.5％≤(FeO+MnO)、0.3％～1.2％S以及少量其它成分。二次铝灰包括以下质量百分比的组分：50％～60％Al2O3，1％～10％Al、5％～30％AlN、3％～6％SiO2、1％≤(FeO+MnO)、2％～3％MgO、1％～3％Na2O以及少量其它成分。
S2：混合料水浸：将上述混合物与水按照1:2～1:3的比例进行混合、搅拌，并在常温下浸出，具体地，本实施例中将混合物放至浸出槽内，向混合物中加入水，搅拌20min～30min后，静置2～3天。浸出过程中，二次铝灰中的氮化铝与水反应生成氨，精炼废渣的硫(主要以CaS的形式存在)与水反应生产硫化氢，铵与硫化氢进一步反应生成硫化铵或硫化氢铵。具体反应式如下：
AlN+H2O＝Al(OH)3+NH3·H2O
CaS+H2O＝Ca(OH)2+H2S
2NH3·H2O+H2S＝(NH4)2S+2H2O
NH3·H2O+H2S＝(NH4)HS+H2O
本实施例中将钢包精炼废渣与铝工业固废(即二次铝灰)联合浸出处理，利用两者浸出的物质酸碱中和，可大大提高溶解度，加速钢包精炼废渣与铝工业固废中有害组元的浸出，即钢包精炼废渣中的硫和二次铝灰中的氮同时脱除，能够有效减少环境污染和改善现场生产环境。从上述化学反应式可以看出本发明的脱硫产物为硫化铵和硫氢化铵，在水中的溶解度大，可加快脱硫速度和脱硫效率，提高生产效率，同时脱硫产物硫化铵和硫氢化铵是环境治理的重要药剂，回收利用可创造经济效益。本实施例中不仅对钢包精炼废渣中主要组元加以利用，同时也利用了其中的有害组元，大大降低了环境污染。已有的方法均是对钢包精炼废渣进行单独脱硫处理，而本发明则是通过其与其它固废(即二次铝灰)联合处理。钢包精炼废渣浸出脱硫在技术上存在的难点：一：浸出速度慢，主要原因是浸出物H2S在水中溶解度低，这一点通过使浸出物质形成高溶解度的盐(硫化铵和硫氢化铵)来解决；二：钢包精炼废渣的浸出物H2S在水中溶解度小，易发生逃逸现象，污染空气造成环境污染，而本实施例中H2S与联合处理的固废中浸出的碱性物质反应生成盐(硫化铵和硫氢化铵)，稳定存在于溶液中，解决了这一问题。
S3：固液分离：浸出一段时间后，上层溶液直接放出，下层泥浆采用压滤分离的方法进行固液分离处理，分离后的滤液可保留至下一次混合料水浸中重复使用，分离后的滤渣放入回转窑内加热至550℃～600℃，焙烧2h～3h。其中固液分离后的滤液为含有硫化铵和硫氢化铵的水溶液，经过多次反复回收利用，提高溶液中溶质浓度后得到相应浓度的化工产品；分离后的滤渣经干燥、焙烧后重新用作钢包精炼渣继续使用。本实施例的方法不仅能解决钢包精炼废渣的污染问题，也为钢铁企业节省钢包精炼渣的购置费用，提高了经济效益。
表1滤渣干燥后成分
| CaO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SiO<sub>2</sub> | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | MgO | S | 其它 | |
| 处理前 | 52.25 | 23.71 | 14.78 | 1.96 | 4.87 | 0.71 | 1.72 |
| 处理后 | 47.13 | 33.72 | 12.83 | 1.54 | 3.23 | 0.12 | 1.43 |
表1为本实施例中硫脱除前、后滤渣的化学成分，通过表1可看出本发明中钢包精炼废渣中硫脱除率达到80％以上。综合上述，本发明采用钢包精炼废渣与二次铝灰联合处理，加速钢包精炼废渣中硫的浸出，脱硫率高，脱硫产物(硫化铵和硫氢化铵)稳定溶解度大，且可作为化工产品，是一种优质脱硫产物，具有较高的经济效益。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
S1：固废混合：将钢包精炼废渣和二次铝灰按一定比例混合，使混合后的混合物中N/S＝1～2；
S2：混合料水浸：将上述混合物与水按照1:2～1:3的比例进行混合、搅拌，并在常温下浸出；
S3：固液分离：浸出一段时间后，上层溶液直接放出，下层泥浆进行固液分离，分离后的滤液可保留至下一次混合料水浸中重复使用，分离后的滤渣加热焙烧2h～3h。
2.根据权利要求1所述的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，其特征在于：所述钢包精炼废渣包括以下质量百分比的组分：40％～55％CaO、8％～20％SiO2、8％～30％Al2O3、0.5％≤(FeO+MnO)、0.3％～1.2％S以及少量其它成分。
3.根据权利要求2所述的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，其特征在于：所述二次铝灰包括以下质量百分比的组分：50％～60％Al2O3，1％～10％Al、5％～30％AlN、3％～6％SiO2、1％≤(FeO+MnO)、2％～3％MgO、1％～3％Na2O以及少量其它成分。
4.根据权利要求3所述的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，其特征在于：步骤S2中，二次铝灰中的氮化铝与水反应生成氨，钢包精炼废渣中的硫与水反应生产硫化氢，铵与硫化氢进一步反应生成硫化铵或硫化氢铵。
5.根据权利要求4所述的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，其特征在于：步骤S2中将混合物放至浸出槽内，向混合物中加入水，搅拌20min～30min后，静置2～3天。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，其特征在于：步骤S3中下层泥浆采用压滤分离的方法进行固液分离处理。
7.根据权利要求6所述的一种钢包精炼废渣处理后再循环利用的方法，其特征在于：步骤S3中固液分离后的滤液为含有硫化铵和硫氢化铵的水溶液，经过多次反复回收利用后得到相应浓度的化工产品。
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