CN115679022B - 一种钢渣稳定化的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢渣稳定化的处理方法，所述处理方法包括：(1)将钢渣进行筛分，得到筛上粗粒渣和筛下细粒渣；(2)将步骤(1)得到的所述筛上粗粒渣依次进行酸处理和第一筛分，得到筛上稳定化钢渣砂；(3)将步骤(1)得到的所述筛下细粒渣依次进行铵盐处理和固液分离，得到细粒粉，将步骤(2)经所述第一筛分得到的筛下细粒渣经固液分离得到固相物料，将所述固相物料和所述细粒粉混合得到稳定化钢渣粉。通过对钢渣进行预先筛分，选用特定粒度范围内的颗粒并结合特定的化学处理过程，可以显著缩短钢渣稳定化处理的时间，降低钢渣稳定化处理能耗，提高钢渣稳定化处理后的产品质量，由此进一步提高钢铁渣的使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及固废再利用领域，具体涉及一种钢渣稳定化的处理方法。
背景技术
钢渣是钢铁生产过程产生的副产物，钢渣主要矿物组成为硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、钙镁橄榄石(CaO·RO·SiO2)、钙镁蔷薇辉石(3CaO·RO·2SiO2)、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰的氧化物形成的固熔体(RO)，还含有少量游离氧化钙(f-CaO)/氧化镁、氢氧化钙、碳酸钙、金属铁、氟磷灰石等。
对钢渣的综合利用主要分为对热态渣的预处理技术、对预处理渣的再加工技术、对尾渣的综合利用技术三个阶段。热态钢渣处理技术也呈现出多样化的特点，主要有冷弃法、闷渣法、热泼法、盘泼法、水淬法、滚筒法、风淬法、粒化轮法等。
钢渣中主要含有钙镁铁等硅酸盐矿物，其矿物组成与传统水泥建材相似，然而钢渣中的活性钙镁组分会使钢渣建材制品存在安全隐患，因此对于钢渣资源的大规模综合利用关键是钢渣中活性钙镁组分的稳定化处理。
如CN102190450A公开了一种钢渣余热有压自解装置及方法，其主要是将300-800℃的固态热钢渣放入余热自解罐内，然后喷水产生高压饱和水蒸气，实现固态热钢渣中游离氧化钙的消解，其蒸汽压力为0.3-0.6MPa。
CN107447065A公开了一种冷态钢渣高效稳定化处理装置及方法，主要是将冷态钢渣倒入高压消解罐中，先抽真空，然后通入高压饱和水蒸气，保持恒压一定时间，由此将冷态钢渣中含有的游离氧化钙降至1％以下，其冷态钢渣稳定化操作压力为0.4-2.1MPa，操作时间为2-4小时。上述方法主要涉及采用水蒸气介质实现钢渣稳定化处理，但其操作时间长，操作条件苛刻，能耗高。
CN101475999A公开了一种液态块状钢渣快速稳定化处理方法，主要是将液态块状钢渣流入钢渣快速稳定化处理装置，在钢渣快速稳定化处理装置转动的同时，通入CO2气体和水蒸气，通过CO2和钢渣中游离氧化钙、氧化镁反应，并且通过块状钢渣之间以及块状钢渣与研磨介质之间的碰撞摩擦，不断将生成的碳酸钙和碳酸镁从未反应活性氧化钙、氧化镁表面脱离，由此提高液态钢渣中游离氧化钙、氧化镁的消解速率和程度。
CN101851071A公开了一种二氧化碳固定与钢渣微粉中游离氧化钙的消解方法，其主要是采用冷态钢渣为原料，将冷态钢渣浸泡水中，然后转入粉磨机中并通入高温含CO2烟气，由此在将冷态钢渣粉磨成钢渣粉的同时实现钢渣中游离氧化钙的消解。上述公开的方法主要涉及采用CO2和水蒸气耦合介质实现钢渣稳定化处理，具有钢渣游离氧化钙消解速率快、消解程度高，操作条件相对温和等优点，但是钢渣中游离氧化钙以及部分硅酸钙矿物均可与CO2反应后形成的碳酸钙掺杂在钢渣微粉中，由此导致钢渣微粉的胶凝活性减少，钢渣微粉品质差，难以大规模利用。
然而现有技术中在稳定化处理过程中仍存在稳定化程度不足，或者稳定化处理后使用时性能较差等问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供钢渣稳定化的处理方法，通过控制物料粒度及采用特定的控制方法，解决了冷态钢渣或钢渣尾渣稳定化处理过程中存在处理时间长、操作条件苛刻、能耗高，以及钢渣稳定化处理不彻底，稳定化钢渣品质差而难以大规模利用等问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种钢渣稳定化的处理方法，所述处理方法包括：
(1)将钢渣进行筛分，得到筛上粗粒渣和筛下细粒渣；
(2)将步骤(1)得到的所述筛上粗粒渣依次进行酸处理和第一筛分，得到筛上稳定化钢渣砂；
(3)将步骤(1)得到的所述筛下细粒渣依次进行铵盐处理和固液分离，得到细粒粉，将步骤(2)经所述第一筛分得到的筛下细粒渣经固液分离得到固相物料，将所述固相物料和所述细粒粉混合得到稳定化钢渣粉。
本发明提供的技术方案通过对钢渣进行预先筛分，选用特定粒度范围内的颗粒并结合特定的化学处理过程，可以显著缩短钢渣稳定化处理的时间，降低钢渣稳定化处理能耗，提高钢渣稳定化处理后的产品质量，由此进一步提高钢铁渣的使用价值。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述钢渣的粒度≤2.36-4.75mm，例如可以是2.36mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm或4.75mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)筛上粗粒渣的粒度＞0.15-4mm，例如可以是0.18mm、0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm、3mm、3.2mm、3.4mm、3.6mm、3.8mm或4mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述筛下细粒渣的粒度≤0.15-1mm，例如可以是0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述酸处理的酸介质包括盐酸、硝酸或醋酸中的1种或至少2种的组合。
优选地，所述酸介质中氢离子的浓度为0.5-1mol/L，例如可以是0.5mol/L、0.55mol/L、0.6mol/L、0.65mol/L、0.7mol/L、0.75mol/L、0.8mol/L、0.85mol/L、0.9mol/L、0.95mol/L或1mol/L等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述酸处理中的固液比g/mL为1:(5-10)，例如可以是1:5、1:5.5、1:6、1:6.5、1:7、1:7.5、1:8、1:8.5、1:9、1:9.5或1:10等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述酸处理的温度为60-95℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述酸处理的时间为30-90min，例如可以是30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min或90min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述筛上稳定化钢渣砂的粒度＞0.15-1mm，例如可以是0.17mm、0.18mm、0.19mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述铵盐处理的铵介质包括氯化铵、硝酸铵或醋酸铵的1种或至少2种的组合。
优选地，所述铵介质中铵根离子的浓度为5-10mol/L，例如可以是5mol/L、5.5mol/L、6mol/L、6.5mol/L、7mol/L、7.5mol/L、8mol/L、8.5mol/L、9mol/L、9.5mol/L或10mol/L等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述铵盐处理中的固液比g/mL为1:(5-10)，例如可以是1:5、1:5.5、1:6、1:6.5、1:7、1:7.5、1:8、1:8.5、1:9、1:9.5或1:10等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述铵盐处理的温度为80-100℃，例如可以是80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述铵盐处理的时间为30-90min，例如可以是30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min或90min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述固液分离得到的滤液进行碳酸化处理。
优选地，所述碳酸化处理的温度为60-100℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述碳酸化处理的时间为10-30min，例如可以是10min、12min、14min、16min、18min、20min、22min、24min、26min、28min或30min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述碳酸化处理处理中CO2的分压为1-10bar，例如可以是1bar、2bar、3bar、4bar、5bar、6bar、7bar、8bar、9bar或10bar等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述处理方法包括：
(1)将钢渣进行筛分，得到筛上粗粒渣和筛下细粒渣；所述钢渣的粒度≤2.36-4.75mm；筛上粗粒渣的粒度＞0.15-4mm；所述筛下细粒渣的粒度≤0.15-1mm；
(2)将步骤(1)得到的所述筛上粗粒渣依次进行酸处理和第一筛分，得到筛上稳定化钢渣砂；所述酸处理的酸介质包括盐酸、硝酸或醋酸中的1种或至少2种的组合；所述酸介质中氢离子的浓度为0.5-1mol/L；所述酸处理中的固液比g/mL为1:(5-10)；所述酸处理的温度为60-95℃；所述酸处理的时间为30-90min；所述筛上稳定化钢渣砂的粒度＞0.15-1mm；
(3)将步骤(1)得到的所述筛下细粒渣依次进行铵盐处理和固液分离，得到细粒粉，将步骤(2)经所述第一筛分得到的筛下细粒渣经固液分离得到固相物料，将所述固相物料和所述细粒粉混合得到稳定化钢渣粉；所述铵盐处理的铵介质包括氯化铵、硝酸铵或醋酸铵的1种或至少2种的组合；所述铵介质中铵根离子的浓度为5-10mol/L；所述铵盐处理中的固液比g/mL为1:(5-10)；所述铵盐处理的温度为80-100℃；所述铵盐处理的时间为30-90min；
其中，所述固液分离得到的滤液进行碳酸化处理；所述碳酸化处理的温度为60-100℃；所述碳酸化处理的时间为10-30min；所述碳酸化处理处理中CO2的分压为1-10bar。
本发明的技术方案中通过采用铵盐介质可以使的钢渣表面的惰性矿物活化，可以使颗粒钢渣表面生成更多的硅羟基，进而可以强化碱处理过程，使得钢渣与水泥熟料之间具有较好的相容性，使得产品可以代替水泥熟料使用。通过利用低浓度酸性介质的较强渗透作用，可以高效选择性脱除钢渣内部包裹的活性氧化钙、氧化镁，同时可尽量保持钢渣所具有的潜在胶凝特性，由此使得处理后的钢渣具有广阔的应用市场。
本发明中，上述粒度小于或大于一定的范围为筛分后保证筛下或筛上的粒度小于或大于范围内的值即可，如所述钢渣浆中钢渣颗粒的粒度≤2.36-4.75mm，实际选择钢渣的粒度可以是≤2.36mm、≤3mm、≤4.75mm等。其他的类似关于粒度的限定依次类推即可。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)相比于传统水或水蒸气钢渣稳定化处理方法，本发明无需高温高压等苛刻操作条件，同时钢渣稳定化处理时间显著缩短。
(2)相比与传统水和CO2复合介质钢渣稳定化处理方法，本发明通过选用特定的粒度范围的钢渣并采用特定的化学处理过程，有效提升了稳定化钢渣的品质。
(3)本发明将建筑用砂的颗粒级配特征用于钢渣稳定化处理，通过采用低浓度的酸性介质以较温和的条件和较快的处理速度实现钢渣中包裹的游离氧化钙、氧化镁选择性脱除，不仅显著提升了钢渣稳定化处理效果，而且其操作过程简单，处理效率更高。
(4)本发明针对细颗粒钢渣采用高浓铵盐介质的稳定化处理方法，不仅能够高效的脱除细颗粒钢渣中含有的游离氧化钙、氧化镁，使得处理后的细颗粒钢渣拥有较高的使用价值，并且高浓铵盐介质还可以吸收烟气中的CO2生产高附加值的碳酸钙产品，并同步实现高浓铵盐介质的直接循环，具有显著的经济与环保效益。
(5)本发明特别适合冷态钢渣的稳定化处理，易于大规模工业应用，经济效益显著和工业应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种钢渣稳定化的处理方法的示意图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种钢渣稳定化的处理方法，如图1所示，选用的钢渣中主要成分为：～45％CaO、～10％MgO、～20％SiO2、～20％FeO、以及～5％其他杂质，具体工艺过程如下：
(1)将1000g钢渣进行机械粉碎，得到钢渣固体颗粒；
(2)将机械粉碎后的钢渣颗粒进行物理筛分分级处理，对于粒径＞4.75mm的钢渣颗粒返回步骤(1)进行机械粉碎，对于粒径≤4.75mm的钢渣颗粒进一步筛分，得到850g粒径＞0.15mm但≤4.75mm的粗颗粒钢渣以及150g粒径≤0.15mm的细颗粒钢渣；
(3)向由步骤(2)得到的粗颗粒钢渣中加入4250mL氢离子浓度为1.0mol/L的盐酸，在60℃下搅拌处理30分钟；
(4)向由步骤(2)得到的细颗粒钢渣中加入750mL铵根离子浓度为5mol/L的氯化铵水溶液，在80℃下搅拌处理30分钟；
(5)将步骤(3)浸取后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞0.15mm的固体颗粒即得到750g稳定化粗钢渣，经检测稳定化粗钢渣中游离氧化钙含量为0.5％；
(6)将步骤(5)湿式筛分后的物料进行固液分离，得到粗颗粒钢渣稳定化残渣及滤液，所得滤液补充一定量的盐酸，使得盐酸中氢离子浓度达到1.0mol/L后返回步骤(3)进行粗颗粒钢渣的稳定化处理；
(7)将步骤(4)浸出后的物料进行固液分离，得到200g含水率为35％的稳定化细颗粒钢渣滤饼以及滤液；
(8)将步骤(7)中所得滤液吸收由步骤(4)中产生的氨气，得到含氯化铵、氯化钙及氨水的混合溶液；
(9)将步骤(8)中得到的含氯化铵、氯化钙及氨水混合溶液中通入纯度为99.5％的CO2气体，在反应温度60℃，CO2分压1bar及反应时间30分钟条件下进行碳酸化反应，由此将细颗粒钢渣中浸出的钙离子转化为轻质碳酸钙产品，得到含水率为0.5％的轻质碳酸钙产品35g，分离出轻质碳酸钙产品的滤液直接返回步骤(4)中进行细钢渣颗粒的稳定化处理；
(10)将步骤(6)得到的粗颗粒钢渣稳定化残渣及步骤(7)得到稳定化细颗粒钢渣滤饼进行混合洗涤干燥，由此得到180g稳定化钢渣粉，经检测稳定化钢渣粉中游离氧化钙含量为0.1％。
本实施例中先将钢渣进行破碎筛分，得到850g粒径＞0.15mm但≤4.75mm的粗颗粒钢渣以及150g粒径≤0.15mm的细颗粒钢渣，然后分别采用盐酸和氯化铵进行粗钢渣和细钢渣的稳定化处理，最终得到750g活性氧化钙含量为0.5％的粗钢渣，180g活性氧化钙含量为0.1％的细钢渣粉，以及35g含水率为0.5％的轻质碳酸钙。
本实施例中所得粗钢渣经检测，其质量指标完全满足道路用钢渣砂质量标准(YB/T4187-2009)。进一步将所得粗钢渣替代40％的黄砂用于水泥砂浆，替代后的水泥砂浆强度可提高10-20％。
实施例2
本实施例提供一种钢渣稳定化的处理方法，选用的钢渣中主要成分为：～45％CaO、～10％MgO、～20％SiO2、～20％FeO、以及～5％其他杂质，具体工艺过程如下：
(1)将1000g钢渣进行机械粉碎，得到钢渣固体颗粒；
(2)将机械粉碎后的钢渣颗粒进行物理筛分分级处理，对于粒径＞3.35mm的钢渣颗粒返回步骤(1)进行机械粉碎，对于粒径≤3.35mm的钢渣颗粒进一步筛分得到800g粒径＞0.15mm但≤3.35mm的粗颗粒钢渣以及200g粒径≤0.15mm的细颗粒钢渣；
(3)向由步骤(2)得到的粗颗粒钢渣中加入8000mL氢离子浓度为0.5mol/L的硝酸，在95℃下搅拌处理90分钟；
(4)向由步骤(2)得到的细颗粒钢渣中加入1600mL铵根离子浓度为10mol/L的硝酸铵水溶液，在100℃下搅拌处理90分钟；
(5)将步骤(3)浸取后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞0.6mm的固体颗粒即得到700g稳定化粗钢渣，经检测稳定化粗钢渣中游离氧化钙含量为0.3％；
(6)将步骤(5)湿式筛分后的物料进行抽滤，得到粗颗粒钢渣稳定化残渣及滤液，所得滤液补充一定量的硝酸，使得硝酸中氢离子浓度达到0.5mol/L后返回步骤(3)进行粗颗粒钢渣的稳定化处理；
(7)将步骤(4)浸出后的物料进行固液分离，得到240g含水率为35％的稳定化细颗粒钢渣滤饼以及滤液；
(8)将步骤(7)中所得滤液吸收由步骤(4)中产生的氨气，得到含硝酸铵、硝酸钙及氨水的混合溶液；
(9)将步骤(8)中得到的含硝酸铵、硝酸钙及氨水混合溶液中通入纯度为99.5％的CO2气体，在反应温度80℃，CO2分压5bar及反应时间20分钟条件下进行碳酸化反应，由此将细颗粒钢渣中浸出的钙离子转化为轻质碳酸钙产品，得到含水率为0.5％的轻质碳酸钙产品80g，分离出轻质碳酸钙产品的滤液直接返回步骤(4)中进行细钢渣颗粒的稳定化处理；
(10)将步骤(6)得到的粗颗粒钢渣稳定化残渣及步骤(7)得到稳定化细颗粒钢渣滤饼进行混合洗涤干燥，由此得到210g稳定化钢渣粉，经检测稳定化钢渣粉中游离氧化钙含量为0.1％。
本实施例中先将钢渣进行破碎筛分，得到800g粒径＞0.15mm但≤3.35mm的粗颗粒钢渣以及200g粒径≤0.15mm的细颗粒钢渣，然后分别采用硝酸和硝酸铵进行粗钢渣和细钢渣的稳定化处理，最终得到700g活性氧化钙含量为0.3％的粗钢渣，210g活性氧化钙含量为0.1％的细钢渣粉，以及80g含水率为0.5％的轻质碳酸钙。
本实施例中所得粗钢渣经检测，其质量指标完全满足道路用钢渣砂质量标准(YB/T4187-2009)。进一步将所得粗钢渣替代50％的黄砂用于水泥砂浆，替代后的水泥砂浆强度可提高15-30％。
实施例3
本实施例提供一种钢渣稳定化的处理方法，选用的钢渣中主要成分为：～45％CaO、～10％MgO、～20％SiO2、～20％FeO、以及～5％其他杂质，具体工艺过程如下：
(1)将1000g钢渣进行机械粉碎，得到钢渣固体颗粒；
(2)将机械粉碎后的钢渣颗粒进行物理筛分分级处理，对于粒径＞2.36mm的钢渣颗粒返回步骤(1)进行机械粉碎，对于粒径≤2.36mm的钢渣颗粒进一步筛分得到750g粒径＞0.15mm但≤2.36mm的粗颗粒钢渣以及250g粒径≤0.15mm的细颗粒钢渣；
(3)向由步骤(2)得到的粗颗粒钢渣中加入6000mL氢离子浓度为0.8mol/L的醋酸，在85℃下搅拌处理60分钟；
(4)向由步骤(2)得到的细颗粒钢渣中加入2000mL铵根离子浓度为6mol/L的醋酸铵水溶液，在90℃下搅拌处理60分钟；
(5)将步骤(3)浸泡后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞0.15mm的固体颗粒即得到650g稳定化粗钢渣，经检测稳定化粗钢渣中游离氧化钙含量为0.8％；
(6)将步骤(5)湿式筛分后的物料进行抽滤，得到粗颗粒钢渣稳定化残渣及滤液，所得滤液补充一定量的冰醋酸，使得醋酸中氢离子浓度达到0.8mol/L后返回步骤(3)进行粗颗粒钢渣的稳定化处理；
(7)将步骤(4)浸出后的物料进行固液分离，得到300g含水率为35％的稳定化细颗粒钢渣滤饼以及滤液；
(8)将步骤(7)中所得滤液吸收由步骤(4)中产生的氨气，得到含醋酸铵、硝酸钙及氨水的混合溶液；
(9)将步骤(8)中得到的含醋酸铵、醋酸钙及氨水混合溶液中通入纯度为99.5％的CO2气体，在反应温度100℃，CO2分压10bar及反应时间10分钟条件下进行碳酸化反应，由此将细颗粒钢渣中浸出的钙离子转化为轻质碳酸钙产品，得到含水率为0.5％的轻质碳酸钙产品100g，分离出轻质碳酸钙产品的滤液直接返回步骤(4)中进行细钢渣颗粒的稳定化处理；
(10)将步骤(6)得到的粗颗粒钢渣稳定化残渣及步骤(7)得到稳定化细颗粒钢渣滤饼进行混合洗涤干燥，由此得到250g稳定化钢渣粉，经检测稳定化钢渣粉中游离氧化钙含量为0.1％。
本实施例中先将钢渣进行破碎筛分，得到750g粒径＞0.15mm但≤3.35mm的粗颗粒钢渣以及250g粒径≤0.15mm的细颗粒钢渣，然后分别采用醋酸和醋酸铵进行粗钢渣和细钢渣的稳定化处理，最终得到650g活性氧化钙含量为0.8％的粗钢渣，250g活性氧化钙含量为0.1％的细钢渣粉，以及100g含水率为0.5％的轻质碳酸钙。
本实施例中所得粗钢渣经检测，其质量指标完全满足道路用钢渣砂质量标准(YB/T4187-2009)。进一步将所得粗钢渣替代80％的黄砂用于水泥砂浆，替代后的水泥砂浆强度可提高20-40％。
实施例4
本实施例提供一种钢渣稳定化的处理方法，选用的钢渣中主要成分为：～45％CaO、～10％MgO、～20％SiO2、～20％FeO、以及～5％其他杂质，具体工艺过程如下：
(1)将1000g钢渣进行机械粉碎，得到钢渣固体颗粒；
(2)将机械粉碎后的钢渣颗粒进行物理筛分分级处理，对于粒径＞3.35mm的钢渣颗粒返回步骤(1)进行机械粉碎，对于粒径≤3.35mm的钢渣颗粒进一步筛分得到750g粒径＞0.6mm但≤3.35mm的粗颗粒钢渣以及250g粒径＜0.6mm的细颗粒钢渣；
(3)向由步骤(2)得到的粗颗粒钢渣中加入6000mL氢离子浓度为0.8mol/L的盐酸，在80℃下搅拌处理60分钟；
(4)向由步骤(2)得到的细颗粒钢渣中加入1500mL铵根离子浓度为5mol/L的氯化铵水溶液，在90℃下搅拌处理60分钟；
(5)将步骤(3)浸泡后得到的物料进行湿式筛分，收集粒径＞1.0mm的固体颗粒即得到650g稳定化粗钢渣，经检测稳定化粗钢渣中游离氧化钙含量为0.4％；
(6)将步骤(5)湿式筛分后的物料进行抽滤，得到粗颗粒钢渣稳定化残渣及滤液，所得滤液补充一定量的盐酸，使得盐酸中氢离子浓度达到0.8mol/L后返回步骤(3)进行粗颗粒钢渣的稳定化处理；
(7)将步骤(4)浸出后的物料进行固液分离，得到280g含水率为35％的稳定化细颗粒钢渣滤饼以及滤液；
(8)将步骤(7)中所得滤液吸收由步骤(4)中产生的氨气，得到含氯化铵、氯化钙及氨水的混合溶液；
(9)将步骤(8)中得到的含氯化铵、氯化钙及氨水混合溶液中通入纯度为99.5％的CO2气体，在反应温度80℃，CO2分压8bar及反应时间20分钟条件下进行碳酸化反应，由此将细颗粒钢渣中浸出的钙离子转化为轻质碳酸钙产品，得到含水率为0.5％的轻质碳酸钙产品120g，分离出轻质碳酸钙产品的滤液直接返回步骤(4)中进行细钢渣颗粒的稳定化处理；
(10)将步骤(6)得到的粗颗粒钢渣稳定化残渣及步骤(7)得到稳定化细颗粒钢渣滤饼进行混合洗涤干燥，由此得到230g稳定化钢渣粉，经检测稳定化钢渣粉中游离氧化钙含量为0.1％。
本实施例中先将钢渣进行破碎筛分，得到750g粒径＞0.6mm但≤3.35mm的粗颗粒钢渣以及250g粒径≤0.6mm的细颗粒钢渣，然后分别采用盐酸和氯化铵进行粗钢渣和细钢渣的稳定化处理，最终得到650g活性氧化钙含量为0.4％的粗钢渣，230g活性氧化钙含量为0.1％的细钢渣粉，以及120g含水率为0.5％的轻质碳酸钙。
本实施例中所得粗钢渣经检测，其质量指标完全满足道路用钢渣砂质量标准(YB/T4187-2009)。进一步将所得粗钢渣替代50％的黄砂用于水泥砂浆，替代后的水泥砂浆强度可提高20-30％。
对比例1
与实施例1的区别仅在于选用≤10mm粒径的钢渣进行进一步的筛分，本对比例中最终得到900g活性氧化钙含量为4.5％的粗钢渣，70g活性氧化钙含量为0.1％的细钢渣粉，以及45g含水率为0.5％的轻质碳酸钙。
本对比例中所得粗钢渣经检测，其质量指标完全不满足道路用钢渣砂质量要求。所得粗钢渣不仅游离氧化钙含量超标，存在安定性不良的问题，并且粗钢渣颗粒级配超出道路用钢渣砂质量要求。这主要是由于当钢渣颗粒太大时，低浓度酸性介质在短时间内无法脱除钢渣中包裹的活性氧化钙、氧化镁，由此导致所得粗钢渣中游离氧化钙含量超标。
对比例2
与实施例1的区别仅在于步骤(2)中第二次筛分的筛子筛孔为2mm，本对比例中最终得到400g活性氧化钙含量为0.2％的粗钢渣，480g活性氧化钙含量为4.2％的细钢渣粉，以及100g含水率为0.5％的轻质碳酸钙。
本对比例中所得粗钢渣经检测，其质量指标满足道路用钢渣砂质量要求。所得细钢渣粉游离氧化钙含量超标，存在安定性不良的问题，并且细钢渣粉含泥量较高，不满足道路用钢渣砂质量要求。这主要是由于高浓铵盐介质无法脱除粗颗粒钢渣中包裹的活性氧化钙、氧化镁，由此导致所得细钢渣粉中粗颗粒钢渣占比较高，其游离氧化钙含量也高。
对比例3
与实施例1的区别仅在于步骤(3)中的盐酸换为等浓度的硫酸，本对比例中最终得到800g活性氧化钙含量为5.0％的粗钢渣，180g活性氧化钙含量为0.1％的细钢渣粉，以及35g含水率为0.5％的轻质碳酸钙。
本对比例中所得粗钢渣经检测，其质量指标不满足道路用钢渣砂质量要求。
所得粗钢渣游离氧化钙含量超标，存在安定性不良的问题。这主要是由于硫酸与钢渣中含有的游离氧化钙反应生成了微溶于水的硫酸钙，使得氢离子的渗透孔道被硫酸钙堵塞，由此导致低浓度硫酸无法脱除钢渣中包裹的活性氧化钙、氧化镁，硫酸处理后所得粗钢渣难以有效利用。此外，部分生成的硫酸钙作为残渣混入细钢渣粉中，由此导致细钢渣粉中三氧化硫含量超过4％，不满足用于水泥和混凝土中的钢渣粉的指标要求。
对比例4
与实施例1的区别仅在于步骤(4)中的铵盐换为等浓度的醋酸，本对比例最终得到750g活性氧化钙含量为0.5％的粗钢渣，120g活性氧化钙含量为0.1％的细钢渣粉。
本对比例中采用高浓醋酸处理钢渣细粉，钢渣细粉中的钙镁几乎全部被溶出，钢渣中的游离氧化钙、氧化镁以及硅酸钙等矿物全部被溶解，使得处理后残渣中主要是难溶的RO相和二氧化硅，其无法进一步有效利用，成为二次固废。此外，处理后所得滤液仍含有较高浓度的氢离子，无法直接与CO2反应生成碳酸钙、碳酸镁沉淀，由此导致高浓度的醋酸难以循环利用，也显著降低了钢渣稳定化处理的经济效益。
通过上述实施例和对比例的结果可知，本发明提供的技术方案通过对钢渣进行预先筛分，选用特定粒度范围内的颗粒并结合特定的化学处理过程，可以显著缩短钢渣稳定化处理的时间，降低钢渣稳定化处理能耗，提高钢渣稳定化处理后的产品质量，由此进一步提高钢铁渣的使用价值。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (32)
1.一种钢渣稳定化的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：
（1）将钢渣进行筛分，得到筛上粗粒渣和筛下细粒渣；
（2）将步骤（1）得到的所述筛上粗粒渣依次进行酸处理和第一筛分，得到筛上稳定化钢渣砂；
（3）将步骤（1）得到的所述筛下细粒渣依次进行铵盐处理和固液分离，得到细粒粉，将步骤（2）经所述第一筛分得到的筛下细粒渣经固液分离得到固相物料，将所述固相物料和所述细粒粉混合得到稳定化钢渣粉；
步骤（1）所述钢渣的粒度≤4.75mm；所述筛上粗粒渣的粒度＞0.15mm且≤4.75mm；所述筛下细粒渣的粒度≤0.15mm；
步骤（2）所述酸处理的酸介质包括盐酸，氢离子的浓度为1mol/L；所述酸处理中的固液比g/mL为1:5；所述酸处理的温度为60℃；所述酸处理的时间为30min；所述筛上稳定化钢渣砂的粒度＞0.15mm；
步骤（3）所述铵盐处理的铵介质包括氯化铵溶液，铵根离子的浓度为5mol/L；所述铵盐处理中的固液比g/mL为1:5；所述铵盐处理的温度为80℃；所述铵盐处理的时间为30min。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（2）所述酸处理的酸介质还包括硝酸和/或醋酸。
3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（3）所述铵盐处理的铵介质还包括硝酸铵溶液和/或醋酸铵溶液。
4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（3）所述固液分离得到的滤液进行碳酸化处理。
5.如权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理的温度为60℃。
6.如权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理的时间为30min。
7.如权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理处理中CO2的分压为1bar。
8.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：
（1）将钢渣进行筛分，得到筛上粗粒渣和筛下细粒渣；所述钢渣的粒度≤4.75mm；筛上粗粒渣的粒度＞0.15且≤4.75mm；所述筛下细粒渣的粒度≤0.15mm；
（2）将步骤（1）得到的所述筛上粗粒渣依次进行酸处理和第一筛分，得到筛上稳定化钢渣砂；所述酸处理的酸介质包括盐酸；所述酸介质中氢离子的浓度为1mol/L；所述酸处理中的固液比g/mL为1:6；所述酸处理的温度为60℃；所述酸处理的时间为30min；所述筛上稳定化钢渣砂的粒度＞0.15mm；
（3）将步骤（1）得到的所述筛下细粒渣依次进行铵盐处理和固液分离，得到细粒粉，将步骤（2）经所述第一筛分得到的筛下细粒渣经固液分离得到固相物料，将所述固相物料和所述细粒粉混合得到稳定化钢渣粉；所述铵盐处理的铵介质包括氯化铵溶液；所述铵介质中铵根离子的浓度为5mol/L；所述铵盐处理中的固液比g/mL为1:5；所述铵盐处理的温度为80℃；所述铵盐处理的时间为30min；
其中，所述固液分离得到的滤液进行碳酸化处理；所述碳酸化处理的温度为60℃；所述碳酸化处理的时间为30min；所述碳酸化处理处理中CO2的分压为1bar。
9.一种钢渣稳定化的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：
（1）将钢渣进行筛分，得到筛上粗粒渣和筛下细粒渣；
（2）将步骤（1）得到的所述筛上粗粒渣依次进行酸处理和第一筛分，得到筛上稳定化钢渣砂；
（3）将步骤（1）得到的所述筛下细粒渣依次进行铵盐处理和固液分离，得到细粒粉，将步骤（2）经所述第一筛分得到的筛下细粒渣经固液分离得到固相物料，将所述固相物料和所述细粒粉混合得到稳定化钢渣粉；
步骤（1）所述钢渣的粒度≤3.35mm；所述筛上粗粒渣的粒度＞0.15mm且≤3.35mm；所述筛下细粒渣的粒度≤0.15mm；
步骤（2）所述酸处理的酸介质包括硝酸，氢离子的浓度为0.5mol/L；所述酸处理中的固液比g/mL为1:10；所述酸处理的温度为95℃；所述酸处理的时间为90min；所述筛上稳定化钢渣砂的粒度＞0.6mm；
步骤（3）所述铵盐处理的铵介质包括硝酸铵溶液，铵根离子的浓度为10mol/L；所述铵盐处理中的固液比g/mL为1:8；所述铵盐处理的温度为100℃；所述铵盐处理的时间为90min。
10.如权利要求9所述的处理方法，其特征在于，步骤（2）所述酸处理的酸介质还包括盐酸和/或醋酸。
11.如权利要求9所述的处理方法，其特征在于，步骤（3）所述铵盐处理的铵介质还包括氯化铵溶液和/或醋酸铵溶液。
12.如权利要求9所述的处理方法，其特征在于，步骤（3）所述固液分离得到的滤液进行碳酸化处理。
13.如权利要求12所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理的温度为80℃。
14.如权利要求12所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理的时间为20min。
15.如权利要求12所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理处理中CO2的分压为5bar。
16.如权利要求9所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：
（1）将钢渣进行筛分，得到筛上粗粒渣和筛下细粒渣；所述钢渣的粒度≤3.35mm；筛上粗粒渣的粒度＞0.15mm且≤3.35mm；所述筛下细粒渣的粒度≤0.15mm；
（2）将步骤（1）得到的所述筛上粗粒渣依次进行酸处理和第一筛分，得到筛上稳定化钢渣砂；所述酸处理的酸介质包括硝酸；所述酸介质中氢离子的浓度为0.5mol/L；所述酸处理中的固液比g/mL为1:10；所述酸处理的温度为95℃；所述酸处理的时间为90min；所述筛上稳定化钢渣砂的粒度＞0.6mm；
（3）将步骤（1）得到的所述筛下细粒渣依次进行铵盐处理和固液分离，得到细粒粉，将步骤（2）经所述第一筛分得到的筛下细粒渣经固液分离得到固相物料，将所述固相物料和所述细粒粉混合得到稳定化钢渣粉；所述铵盐处理的铵介质包括硝酸铵溶液；所述铵介质中铵根离子的浓度为10mol/L；所述铵盐处理中的固液比g/mL为1:8；所述铵盐处理的温度为100℃；所述铵盐处理的时间为90min；
其中，所述固液分离得到的滤液进行碳酸化处理；所述碳酸化处理的温度为80℃；所述碳酸化处理的时间为20min；所述碳酸化处理处理中CO2的分压为5bar。
17.一种钢渣稳定化的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：
（1）将钢渣进行筛分，得到筛上粗粒渣和筛下细粒渣；
（2）将步骤（1）得到的所述筛上粗粒渣依次进行酸处理和第一筛分，得到筛上稳定化钢渣砂；
（3）将步骤（1）得到的所述筛下细粒渣依次进行铵盐处理和固液分离，得到细粒粉，将步骤（2）经所述第一筛分得到的筛下细粒渣经固液分离得到固相物料，将所述固相物料和所述细粒粉混合得到稳定化钢渣粉；
步骤（1）所述钢渣的粒度≤2.36mm；所述筛上粗粒渣的粒度＞0.15mm且≤2.36mm；所述筛下细粒渣的粒度≤0.15mm；
步骤（2）所述酸处理的酸介质包括醋酸，氢离子的浓度为0.8mol/L；所述酸处理中的固液比g/mL为1:8；所述酸处理的温度为85℃；所述酸处理的时间为60min；所述筛上稳定化钢渣砂的粒度＞0.15mm；
步骤（3）所述铵盐处理的铵介质包括醋酸铵溶液，铵根离子的浓度为6mol/L；所述铵盐处理中的固液比g/mL为1:8；
所述铵盐处理的温度为90℃；所述铵盐处理的时间为60min。
18.如权利要求17所述的处理方法，其特征在于，步骤（2）所述酸处理的酸介质还包括盐酸和/或硝酸。
19.如权利要求17所述的处理方法，其特征在于，步骤（3）所述铵盐处理的铵介质包括氯化铵溶液和/或硝酸铵溶液。
20.如权利要求17所述的处理方法，其特征在于，步骤（3）所述固液分离得到的滤液进行碳酸化处理。
21.如权利要求20所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理的温度为100℃。
22.如权利要求20所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理的时间为10min。
23.如权利要求20所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理处理中CO2的分压为10bar。
24.如权利要求17所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：
（1）将钢渣进行筛分，得到筛上粗粒渣和筛下细粒渣；所述钢渣的粒度≤2.36mm；筛上粗粒渣的粒度＞0.15mm且≤2.36mm；所述筛下细粒渣的粒度≤0.15mm；
（2）将步骤（1）得到的所述筛上粗粒渣依次进行酸处理和第一筛分，得到筛上稳定化钢渣砂；所述酸处理的酸介质包括醋酸；所述酸介质中氢离子的浓度为0.8mol/L；所述酸处理中的固液比g/mL为1:8；所述酸处理的温度为85℃；所述酸处理的时间为60min；所述筛上稳定化钢渣砂的粒度＞0.15mm；
（3）将步骤（1）得到的所述筛下细粒渣依次进行铵盐处理和固液分离，得到细粒粉，将步骤（2）经所述第一筛分得到的筛下细粒渣经固液分离得到固相物料，将所述固相物料和所述细粒粉混合得到稳定化钢渣粉；所述铵盐处理的铵介质包括醋酸铵溶液；所述铵介质中铵根离子的浓度为6mol/L；所述铵盐处理中的固液比g/mL为1:8；所述铵盐处理的温度为90℃；所述铵盐处理的时间为60min；
其中，所述固液分离得到的滤液进行碳酸化处理；所述碳酸化处理的温度为100℃；所述碳酸化处理的时间为10min；所述碳酸化处理处理中CO2的分压为10bar。
25.一种钢渣稳定化的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：
（1）将钢渣进行筛分，得到筛上粗粒渣和筛下细粒渣；
（2）将步骤（1）得到的所述筛上粗粒渣依次进行酸处理和第一筛分，得到筛上稳定化钢渣砂；
（3）将步骤（1）得到的所述筛下细粒渣依次进行铵盐处理和固液分离，得到细粒粉，将步骤（2）经所述第一筛分得到的筛下细粒渣经固液分离得到固相物料，将所述固相物料和所述细粒粉混合得到稳定化钢渣粉；
步骤（1）所述钢渣的粒度≤3.35mm；所述筛上粗粒渣的粒度＞0.6mm且≤3.35mm；所述筛下细粒渣的粒度＜0.6mm；
步骤（2）所述酸处理的酸介质包括盐酸，氢离子的浓度为0.8mol/L；所述酸处理中的固液比g/mL为1:8；
所述酸处理的温度为80℃；所述酸处理的时间为60min；所述筛上稳定化钢渣砂的粒度＞1mm；
步骤（3）所述铵盐处理的铵介质包括氯化铵溶液，铵根离子的浓度为5mol/L；所述铵盐处理中的固液比g/mL为1:6；
所述铵盐处理的温度为90℃；所述铵盐处理的时间为60min。
26.如权利要求25所述的处理方法，其特征在于，步骤（2）所述酸处理的酸介质包括硝酸和/或醋酸。
27.如权利要求25所述的处理方法，其特征在于，步骤（3）所述铵盐处理的铵介质包括硝酸铵溶液和/或醋酸铵溶液。
28.如权利要求25所述的处理方法，其特征在于，步骤（3）所述固液分离得到的滤液进行碳酸化处理。
29.如权利要求28所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理的温度为80℃。
30.如权利要求28所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理的时间为20min。
31.如权利要求28所述的处理方法，其特征在于，所述碳酸化处理处理中CO2的分压为8bar。
32.如权利要求25所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：
（1）将钢渣进行筛分，得到筛上粗粒渣和筛下细粒渣；所述钢渣的粒度≤3.35mm；筛上粗粒渣的粒度＞6mm且≤3.35mm；所述筛下细粒渣的粒度＜0.6mm；
（2）将步骤（1）得到的所述筛上粗粒渣依次进行酸处理和第一筛分，得到筛上稳定化钢渣砂；所述酸处理的酸介质包括盐酸；所述酸介质中氢离子的浓度为0.8mol/L；所述酸处理中的固液比g/mL为1:8；所述酸处理的温度为80℃；所述酸处理的时间为60min；所述筛上稳定化钢渣砂的粒度＞1mm；
（3）将步骤（1）得到的所述筛下细粒渣依次进行铵盐处理和固液分离，得到细粒粉，将步骤（2）经所述第一筛分得到的筛下细粒渣经固液分离得到固相物料，将所述固相物料和所述细粒粉混合得到稳定化钢渣粉；所述铵盐处理的铵介质包括氯化铵溶液；所述铵介质中铵根离子的浓度为5mol/L；所述铵盐处理中的固液比g/mL为1:6；所述铵盐处理的温度为90℃；所述铵盐处理的时间为60min；
其中，所述固液分离得到的滤液进行碳酸化处理；所述碳酸化处理的温度为80℃；所述碳酸化处理的时间为20min；所述碳酸化处理处理中CO2的分压为8bar。
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