CN114716169B - 降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于资源综合利用领域，具体涉及一种降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，包括：(1)在钢渣中喷入水及CO2，于200‑500℃下进行反应得到第一中间渣；(2)所述第一中间渣经破碎、离心、辊磨后得到第二中间渣；(3)在所述第二中间渣中通入水和CO2，于150‑260℃下进行反应，得到钢渣材料。按照本发明的方法对钢渣进行处理后，钢渣内高活度的碱性氧化物的含量降到6％以下，可广泛用于道路建设或钢渣建筑材料。

Description

降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法
技术领域
本发明属于资源综合利用领域，具体涉及一种降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法。
背景技术
钢渣是钢铁厂内炼钢工序产生的含有大量碱性氧化物及酸性氧化物的块矿及粉状物料，属于废弃资源。由于生成量大，以往钢渣都是采取填埋等简易的处理方式，但近年来随着环保政策的严格实施，将钢渣破碎或细磨后作为道路建设或建筑材料进行了二次利用。但由于钢渣内的高活度碱性氧化物与酸性氧化物在自然环境中易产生系列化学反应，使钢渣易生成改性物质，影响钢渣后期性能的稳定，导致钢渣作为建筑材料不能得到有效利用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法。
具体的，本发明的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，包括：
(1)在钢渣中喷入水及CO2，于200-500℃下进行反应得到第一中间渣；
(2)所述第一中间渣经破碎、离心、辊磨后得到第二中间渣；
(3)在所述第二中间渣中通入水和CO2，于150-260℃下进行反应，得到钢渣材料。
上述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，步骤(1)中，所述水与所述钢渣的重量比为(0.1-0.3)：1。
上述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，步骤(1)中，所述CO2的压力为0.1-1Mpa，流量为50-100m3/吨钢渣·小时，通入时长为1-3小时。
上述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，所述第一中间渣经破碎后粒径小于3mm的比例达到75％以上。
上述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，所述离心的转速为50-150转/分钟；所述辊磨的压力为4-6Mpa。
上述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，所述离心的转速为65转/分钟、85转/分钟或125转/分钟。
上述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，所述辊磨的压力为4.5Mpa、5.0Mpa、5.5Mpa或6.0Mpa。
上述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，步骤(3)中，所述水与所述第二中间渣的重量比为(0.04-0.1)：1。
上述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，步骤(3)中，所述CO2的压力为0.1-1Mpa，流量为150-260m3/吨钢渣·小时，通入时长为0.3-1小时。
上述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，按重量百分比计，所述钢渣包括：TFe 2-17％,CaO 46-58％，SiO2 14-31％，MgO 4-8％，Al2O3 1.5-3.5％，Cr 1-3％，Ni0.01-0.1％。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，可以有效降低钢渣中高活度碱性氧化物的含量，进而减少钢渣中高活度碱性氧化物与酸性氧化物重新反应生成改性物质，提高钢渣二次利用性能的稳定性；
(2)按照本发明的方法对钢渣进行处理后，钢渣内高活度的碱性氧化物的含量降到6％以下，可广泛用于道路建设或钢渣建筑材料。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
本文使用的术语“第一”“第二”等不表示任何顺序或重要性，而是用于区别一个要素与另一要素，术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。术语“优选的”“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特征时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
具体的，本发明提供的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，包括：
(1)在钢渣中喷入水和CO2，于(200-500℃)下进行反应得到第一中间渣；
(2)所述第一中间渣经破碎、离心、辊磨后得到第二中间渣；
(3)在所述第二中间渣中喷入水和CO2，于150-260℃下进行反应，得到钢渣材料。
本发明的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，可以有效降低钢渣中高活度碱性氧化物的含量，进而减少钢渣中高活度碱性氧化物与酸性氧化物重新反应生成改性物质，提高钢渣二次利用性能的稳定性。
在一些优选的实施方式中，本发明的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，包括：
(1)在钢渣中喷入水和CO2，于(200-500℃)下进行反应得到第一中间渣。
其中，钢渣与水和CO2的反应在高压反应器中进行。
其中，所述钢渣为山西太钢不锈钢股份有限公司生产的钢渣，按重量百分比计，所述钢渣包括：TFe 2-17％,CaO 46-58％，SiO2 14-31％，MgO 4-8％，Al2O3 1.5-3.5％，Cr 1-3％，Ni 0.01-0.1％。
优选的，所述钢渣主要为粒度10-200mm的大块。
优选的，所述水为喷头喷入的雾状水，水与所述钢渣的重量比为(0.1-0.3)：1。
进一步优选的，所述CO2的压力为0.1-1Mpa，流量为50-100m3/吨钢渣·小时，通入时长为1-3小时。
(2)所述第一中间渣经破碎、离心、辊磨后得到第二中间渣。
优选的，所述第一中间渣经破碎后粒径小于3mm的比例达到75％以上。
其中，所述离心采用高速离心机，所述离心的转速为50-150转/分钟。
优选的，所述离心的转速为65转/分钟、85转/分钟或125转/分钟。
其中，所述辊磨采用高压辊磨机，辊磨压力为4-6Mpa。经辊磨后的细粒钢渣粉，与辊磨前相比，钢渣粉晶体无序度提高15％以上，其颗料形貌以不规则形状体为主。
优选的，所述辊磨的压力为4.5Mpa、5.0Mpa、5.5Mpa或6.0Mpa。
具体的，当辊磨压力为4.5Mpa时，辊磨处理后相比处理前，钢渣晶体无序度提高17％。
具体的，当辊磨压力为5.0Mpa时，辊磨处理后相比处理前，钢渣晶体无序度为24％。
具体的，当辊磨压力为5.5Mpa时，辊磨处理后相比处理前，钢渣晶体无序度提高26％。
具体的，当辊磨压力为6.0Mpa时，辊磨处理后相比处理前，钢渣晶体无序度提高27％。
(3)在所述第二中间渣中喷入水和CO2，于150-260℃下进行反应，得到钢渣材料。
优选的，第二中间渣及水和CO2在强力混料机中进行反应。
优选的，所述水为喷头喷入的雾状水，所述水与所述第二中间渣的重量比为(0.04-0.1)：1。
进一步优选的，所述CO2的压力为0.1-1Mpa，流量为150-260m3/吨钢渣·小时，通入时长为0.3-1小时。
按照本发明的方法对钢渣进行处理后，钢渣内高活度的碱性氧化物的含量降到6％以下，所得到的钢渣材料可广泛用于道路建设或钢渣建筑材料。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
基准实施例
常规钢渣加工为道路建设或钢渣建筑材料的具体生产步骤如下：
(1)准备钢渣：将100吨高温钢渣(280℃)倾倒到高压反应器内。
其中铁渣为山西太钢不锈钢股份有限公司生产的钢渣，其化学成分为：TFe＝2.57％，CaO＝54.36％，SiO2＝29.13％，MgO＝5.63％，Al2O3＝2.40％，Cr＝1.63％，Ni＝0.07％。粒度以10-200mm的大块为主。
(2)将水和CO2通入高压反应器内：其中水量为12吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为85m3/吨钢渣·小时，通CO2气体的时间为2小时。
(3)破碎：用机械设备将反应后的钢渣破碎，其小于0.044mm的比例达到83％。
(4)得到细粒钢渣材料，经检测，钢渣内高活度碱性氧化物的含量为7.8％。
上述基准例表明，按常规工艺处理钢渣后，其钢渣内高活度碱性氧化物的含量为7.8％，相对较高。
下面通过实施例来进一步说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于以下实施例。
实施例1
本实施例处理钢渣时，当高温钢渣在反应器内通入水和CO2气体反应后，先将钢渣破碎为3mm的比例达75％以上的粗颗粒，然后将上述钢渣依次通过高速离心机和高压辊磨处理，再将上述处理后的钢渣加入强力混料机内通入水和CO2气体继续反应，得到钢渣粉。
本实施例具体的步骤特征如下：
(1)准备钢渣：将100吨高温钢渣(280℃)倾倒到高压反应器内。
其中铁渣为山西太钢不锈钢股份有限公司生产的钢渣，其化学成分为：TFe＝2.57％，CaO＝54.36％，SiO2＝29.13％，MgO＝5.63％，Al2O3＝2.40％，Cr＝1.63％，Ni＝0.07％。粒度以10-200mm的大块为主。
(2)将水和CO2通入高压反应器内：其中水量为12吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为85m3/吨钢渣·小时，通CO2气体的时间为2小时。
(3)破碎：用机械设备将反应后的钢渣破碎，其小于3mm的比例为77％。
(4)离心分离：用高速离心机处理破碎后的钢渣，离心机转速为65转/分钟。
(5)高压辊磨再加工：将高速离心机处理的钢渣加入高压辊磨机内进一步处理，辊磨压力为4.5Mpa，得到细粒钢渣粉，与辊磨前相比，钢渣粉晶体无序度提高了17％，其颗料形貌以不规则形状体为主。
(6)再通入水和CO2：将高压辊磨处理后的钢渣加入强力混料机内，并通入通入水和CO2气体，其中水量为6吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为180m3/吨钢渣·小时，温度为180℃，通CO2气体的时间为0.5小时。
(7)得到细粒钢渣材料。经检测，钢渣内高活度碱性氧化物的含量为5.8％。
实施例2
本实施例处理钢渣时，在实施例1的基础上，提高了高速离心机的转速。
本实施例具体的步骤特征如下：
(1)准备钢渣：将100吨高温钢渣(280℃)倾倒到高压反应器内。
其中铁渣为山西太钢不锈钢股份有限公司生产的钢渣，其化学成分为：TFe＝2.57％，CaO＝54.36％，SiO2＝29.13％，MgO＝5.63％，Al2O3＝2.40％，Cr＝1.63％，Ni＝0.07％。粒度以10-200mm的大块为主。
(2)将水和CO2通入高压反应器内：其中水量为12吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为85m3/吨钢渣·小时，通CO2气体的时间为2小时。
(3)破碎：用机械设备将反应后的钢渣破碎，其小于3mm的比例为77％。
(4)离心分离：用高速离心机处理破碎后的钢渣，离心机转速为85转/分钟。
(5)高压辊磨再加工：将高速离心机处理的钢渣加入高压辊磨机内进一步处理，辊磨压力为4.5Mpa，得到细粒钢渣粉，与辊磨前相比，钢渣粉晶体无序度提高了17％，其颗料形貌以不规则形状体为主。
(6)再通入水和CO2：将高压辊磨处理后的钢渣加入强力混料机内，并通入通入水和CO2气体，其中水量为6吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为180m3/吨钢渣·小时，温度为180℃，通CO2气体的时间为0.5小时。
(7)得到钢渣材料。经检测，钢渣内高活度碱性氧化物的含量为5.1％。
实施例3
本实施例处理钢渣时，在实施例2的基础上，进一步提高了高速离心机的转速。
本实施例具体的步骤特征如下：
(1)准备钢渣：将100吨高温钢渣(280℃)倾倒到高压反应器内。
其中铁渣为山西太钢不锈钢股份有限公司生产的钢渣，其化学成分为：TFe＝2.57％，CaO＝54.36％，SiO2＝29.13％，MgO＝5.63％，Al2O3＝2.40％，Cr＝1.63％，Ni＝0.07％。粒度以10-200mm的大块为主。
(2)将水和CO2通入高压反应器内：其中水量为12吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为85m3/吨钢渣·小时，通CO2气体的时间为2小时。
(3)破碎：用机械设备将反应后的钢渣破碎，其小于3mm的比例为77％。
(4)离心分离：用高速离心机处理破碎后的钢渣，离心机转速为125转/分钟。
(5)高压辊磨再加工：将高速离心机处理的钢渣加入高压辊磨机内进一步处理，辊磨压力为4.5Mpa，得到细粒钢渣粉，与辊磨前相比，钢渣粉晶体无序度提高了17％，其颗料形貌以不规则形状体为主。
(6)再通入水和CO2：将高压辊磨处理后的钢渣加入强力混料机内，并通入通入水和CO2气体，其中水量为6吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为180m3/吨钢渣·小时，温度为180℃，通CO2气体的时间为0.5小时。
(7)得到钢渣材料。经检测，钢渣内高活度碱性氧化物的含量为4.9％。
实施例4
本实施例处理钢渣时，在实施例3的基础上，加大了高压辊磨的压力，提高了高压辊磨处理钢渣后的晶体无序度。
本实施例具体的步骤特征如下：
(1)准备钢渣：将100吨高温钢渣(280℃)倾倒到高压反应器内。
其中铁渣为山西太钢不锈钢股份有限公司生产的钢渣，其化学成分为：TFe＝2.57％，CaO＝54.36％，SiO2＝29.13％，MgO＝5.63％，Al2O3＝2.40％，Cr＝1.63％，Ni＝0.07％。粒度以10-200mm的大块为主。
(2)将水和CO2通入高压反应器内：其中水量为12吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为85m3/吨钢渣·小时，通CO2气体的时间为2小时。
(3)破碎：用机械设备将反应后的钢渣破碎，其小于3mm的比例为77％。
(4)离心分离：用高速离心机处理破碎后的钢渣，离心机转速为125转/分钟。
(5)高压辊磨再加工：将高速离心机处理的钢渣加入高压辊磨机内进一步处理，辊磨压力为5.0Mpa，得到细粒钢渣粉，与辊磨前相比，钢渣粉晶体无序度提高了24％，其颗料形貌以不规则形状体为主。
(6)再通入水和CO2：将高压辊磨处理后的钢渣加入强力混料机内，并通入通入水和CO2气体，其中水量为6吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为180m3/吨钢渣·小时，温度为180℃，通CO2气体的时间为0.5小时。
(7)得到钢渣材料。经检测，钢渣内高活度碱性氧化物的含量为3.6％。
实施例5
本实施例处理钢渣时，在实施例4的基础上，进一步加大了高压辊磨的压力，提高了高压辊磨处理钢渣后的晶体无序度。
本实施例具体的步骤特征如下：
(1)准备钢渣：将100吨高温钢渣(280℃)倾倒到高压反应器内。
其中铁渣为山西太钢不锈钢股份有限公司生产的钢渣，其化学成分为：TFe＝2.57％，CaO＝54.36％，SiO2＝29.13％，MgO＝5.63％，Al2O3＝2.40％，Cr＝1.63％，Ni＝0.07％。粒度以10-200mm的大块为主。
(2)将水和CO2通入高压反应器内：其中水量为12吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为85m3/吨钢渣·小时，通CO2气体的时间为2小时。
(3)破碎：用机械设备将反应后的钢渣破碎，其小于3mm的比例为77％。
(4)离心分离：用高速离心机处理破碎后的钢渣，离心机转速为125转/分钟。
(5)高压辊磨再加工：将高速离心机处理的钢渣加入高压辊磨机内进一步处理，辊磨压力为5.5Mpa，得到细粒钢渣粉，与辊磨前相比，钢渣粉晶体无序度提高了26％，其颗料形貌以不规则形状体为主。
(6)再通入水和CO2：将高压辊磨处理后的钢渣加入强力混料机内，并通入通入水和CO2气体，其中水量为6吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为180m3/吨钢渣·小时，温度为180℃，通CO2气体的时间为0.5小时。
(7)得到钢渣材料。经检测，钢渣内高活度碱性氧化物的含量为3.3％。
实施例6
本实施例处理钢渣时，在实施例5的基础上，又进一步加大了高压辊磨的压力，提高了高压辊磨处理钢渣后的晶体无序度。
本实施例具体的步骤特征如下：
(1)准备钢渣：将100吨高温钢渣(280℃)倾倒到高压反应器内。
其中铁渣为山西太钢不锈钢股份有限公司生产的钢渣，其化学成分为：TFe＝2.57％，CaO＝54.36％，SiO2＝29.13％，MgO＝5.63％，Al2O3＝2.40％，Cr＝1.63％，Ni＝0.07％。粒度以10-200mm的大块为主。
(2)将水和CO2通入高压反应器内：其中水量为12吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为85m3/吨钢渣·小时，通CO2气体的时间为2小时。
(3)破碎：用机械设备将反应后的钢渣破碎，其小于3mm的比例为77％。
(4)离心分离：用高速离心机处理破碎后的钢渣，离心机转速为125转/分钟。
(5)高压辊磨再加工：将高速离心机处理的钢渣加入高压辊磨机内进一步处理，辊磨压力为6.0Mpa，得到细粒钢渣粉，与辊磨前相比，钢渣粉晶体无序度提高了27％，其颗料形貌以不规则形状体为主。
(6)再通入水和CO2：将高压辊磨处理后的钢渣加入强力混料机内，并通入通入水和CO2气体，其中水量为6吨，为喷头喷入的雾状水，CO2气体的压力为0.6Mpa，流量为180m3/吨钢渣·小时，温度为180℃，通CO2气体的时间为0.5小时。
(7)得到钢渣材料。经检测，钢渣内高活度碱性氧化物的含量为3.2％。
上述各实施例与基准例比较：
对于本发明实施例1，当高温钢渣在反应器内通入水和CO2气体反应后，先将钢渣破碎为3mm的比例达到75％以上的粗颗粒，然后将上述钢渣依次通过高速离心机和高压辊磨处理，再将上述处理后的钢渣加入强力混料机内通入水和CO2气体继续反应，得到钢渣粉，其钢渣内高活度碱性氧化物的含量为5.8％，较基准例的7.8％降低2.0个百分点，降低幅度较大。
对于本发明实施例2，在实施例1的基础上，提高了高速离心机的转速，其钢渣内高活度碱性氧化物的含量为5.1％，较实施例1降低0.7个百分点。
对于本发明实施例3，在实施例2的基础上，进一步提高了高速离心机的转速，其钢渣内高活度碱性氧化物的含量为4.9％，较实施例2降低0.2个百分点，降低的幅度缩小。
对于本发明实施例4，在实施例3的基础上，加大了高压辊磨的压力，提高了高压辊磨处理钢渣后的晶体无序度，其钢渣内高活度碱性氧化物的含量为3.6％，较实施例3降低1.3个百分点，降低幅度较大。
对于本发明实施例5，在实施例4的基础上，又进一步加大了高压辊磨的压力，提高了高压辊磨处理钢渣后的晶体无序度，其钢渣内高活度碱性氧化物的含量为3.3％，较实施例4降低0.3个百分点。
对于本发明实施例6，在实施例5的基础上，又进一步加大了高压辊磨的压力，提高了高压辊磨处理钢渣后的晶体无序度，其钢渣内高活度碱性氧化物的含量为3.2％，较实施例5降低0.1个百分点，降低幅度很小。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，其特征在于，包括：
（1）在钢渣中喷入水及CO2，于200-500℃下进行反应得到第一中间渣；
（2）所述第一中间渣经破碎、离心、辊磨后得到第二中间渣；
其中，所述离心的转速为50-150转∕分钟；所述辊磨的压力为4-6 Mpa；
（3）在所述第二中间渣中通入水和CO2，于150-260℃下进行反应，得到钢渣材料。
2.根据权利要求1所述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述水与所述钢渣的重量比为（0.1-0.3）：1。
3. 根据权利要求1所述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述CO2的压力为0.1-1Mpa，流量为50-100 m3／吨钢渣·小时，通入时长为1-3小时。
4. 根据权利要求1所述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，其特征在于，所述第一中间渣经破碎后粒径小于3 mm的比例达到75%以上。
5.根据权利要求1所述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，其特征在于，所述离心的转速为65转∕分钟、85转∕分钟或125转∕分钟。
6. 根据权利要求1所述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，其特征在于，所述辊磨的压力为4.5 Mpa、5.0Mpa、5.5 Mpa或6.0 Mpa。
7. 根据权利要求1所述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述水与所述第二中间渣的重量比为（0.04-0.1）：1 。
8. 根据权利要求1所述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述CO2的压力为0.1-1Mpa，流量为150-260 m3／吨钢渣·小时，通入时长为0.3-1小时。
9. 根据权利要求1所述的降低钢渣中高活度碱性氧化物含量的方法，其特征在于，按重量百分比计，所述钢渣包括：TFe 2-17%, CaO 46-58%，SiO2 14-31%，MgO 4-8%，Al2O31.5-3.5%，Cr 1-3%，Ni 0.01-0.1%。
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