CN1966740A - 一种增强转炉尘泥胶凝性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炼钢转炉尘泥的综合利用。一种与“脱钠”处理相结合的、增强转炉尘泥胶凝性的改性方法。往转炉尘泥中掺入一定量的水玻璃(制成混合浆液)，辅以技术措施，从混合浆液中苛换出氢氧化钠，而把改性所需要的聚硅酸置留下来，生成以硅酸钙为主的凝胶，改变原转炉尘泥以氢氧化钙为主的胶凝形式，这就达到了增强转炉尘泥胶凝性、又减少钠残留量的目的。苛换出的氢氧化钠大部分进入溶液，可随滤液脱出、需要循环使用；混合浆液沉析物——即改性转炉尘泥胶凝性能得到提高，可以广泛用作铁精粉造块制粒的胶凝剂。

Description

一种增强转炉尘泥胶凝性的方法

本发明涉及炼钢转炉尘泥的综合利用。

转炉尘泥是炼钢转炉湿法除尘收集物，其产生量约为粗钢产量的1.5～2.5％，是各大钢厂的大宗工业废渣之一。转炉尘泥有一定胶凝性能，不少厂家将它加入到铁精粉烧结料中。但是，转炉尘泥这种以氢氧化钙为主的胶凝形式，高温下易粉化，强化制粒效果不佳。

本发明提出了一种与“脱钠”处理相结合的、增强转炉尘泥胶凝性的改性方法。往转炉尘泥中掺入一定量的水玻璃(制成混合浆液)，并且利用转炉尘泥湿法脱钠作用，辅以技术措施，从混合浆液中苛换出氢氧化钠，而把改性所需要的聚硅酸置留下来，生成以硅酸钙为主的凝胶，改变原转炉尘泥以氢氧化钙为主的胶凝形式，这就达到了增强转炉尘泥胶凝性、又减少钠残留量的目的。苛换出的氢氧化钠大部分进入溶液，可随滤液脱出、需要循环使用；混合浆液沉析物——即改性转炉尘泥胶凝性能得到提高，可以广泛用作铁精粉造块制粒的胶凝剂。

1.炼钢转炉尘泥来源和性质

炼钢转炉尘泥特点如下：

a.炼钢温度一般在1650℃之上，即便是扬出的烟气温度也高达1260℃左右。由此而见，炼钢烟尘中的固体微粒生成于高温环境之中，是高温物化反应的产物，随着吹炼烟气而扬出。

b.转炉尘泥通常呈泥浆状悬浮液产出，含水量高，稠浆的粘度较高。固体微粒粒径极细，表面性质特殊，≤43μm粒度组分占50％以上，≤1μm粒度组分占10％以上。自然沉淀有一定困难，静置2h无明显沉淀。

c.转炉尘泥以新生态的铁氧化物为主，包裹有少量金属铁。其次是氧化钙、铁酸钙和碳酸钙等。全铁品位在50～60％左右，铁氧化物以Fe₃O₄为主，具有磁性，外观呈黑色(见表1)。

d.转炉尘泥溶液PH值10～11。自然堆存有水化放热现象发生，干燥后自然固结，结石体有一定强度。它的胶凝性主要来自氢氧化钙胶体，其次是水化铁酸钙和水合针铁矿等。

炼钢转炉尘泥化学成分组成质量百分数                                                                   表1

	T Fe	FeO	Fe2O3	CaO	MgO	SiO2	烧失量
									转炉尘泥	50～62	36～65	13～16	8～14	1.5～2.5	1～4	2～3	碱度2.5～5
改性尘泥(1)	49	43	28	12.6	1.2	8.2	3.4	Na2O 1.27
									改性尘泥(2)	37	11	42	23.7	0.75	14.3	5.2	Na2O 2.0

注：改性尘泥(1)为小剂量水玻璃改性转炉尘泥  改性尘泥(2)为大剂量水玻璃改性转炉尘泥

2.转炉尘泥的湿法脱钠作用

转炉尘泥是一种高温生成的超细微米级材料。根据其化学成分、矿物组成和实验表明，转炉尘泥可以作为无机强碱溶液的湿法脱钠剂使用。以转炉尘泥掺入水玻璃为例，转炉尘泥中氢氧化钙与水玻璃中钠盐的苛化反应能够立即发生，其他可溶钙盐在强碱性条件激发下水解水化反应也得以加速。，其中的主要化学反应有：

                    ……………………………(1)

         (硅酸钠)   (硅酸钙)

          ………(2)

(铁酸钙)   (硅酸钠)        (硅酸钙)

…(3)

(铁酸钙)    (硅酸钠)           (水化钙铁榴石)

反应中主要生成物-水化硅酸钙结晶程度很差，接近于无定形，颗粒尺寸接近于胶体范畴。所以一般将它称之为水化硅酸钙凝胶(Ca_1～2SiO₄·nH₂O)。水化硅酸钙凝胶相对于原转炉尘泥以Ca(OH)₂为主的胶凝性能有了很大提高，特别是高温强度。但是水化硅酸钙凝胶脱水较为困难，而转炉尘泥中大量的铁氧化物超细颗粒以及铁酸钙、水合铁等吸附聚沉作用，这才使转炉尘泥表现出良好的脱钠特性。

在水化硅酸钙形成同时脱出氢氧化钠。大部分的NaOH进入溶液，可随滤液脱出、循环使用。

混合浆液的浆状沉析物——即是改性转炉尘泥成品。

3.水玻璃改性转护尘泥的制备方法

3.1原料和配方

主要原料是转炉尘泥、水玻璃、石灰、铁酸二钙和少量氧化剂。

转炉尘泥颗粒越细越好，一般要求颗粒粒度≤43μm，其中≤2μm粒度组份在20％以上为宜。实际收集的转炉尘泥需水力漂洗以去除≥43μm粗颗粒组分，经自然沉析，转炉尘泥的水分至50～70％即可。

水玻璃技术指标要求：模数(m)2.6～3.2，波美度(Be′)28～40(密度1.2～1.4g/cm³)。

石灰要求CaO≥85、SiO₂＜3.5，活性度≥200，0～3mm占100％。

铁酸二钙是一种通用的水泥组分之一，具有水化胶凝性能，它也是一种湿法脱钠材料。铁酸二钙需要采用回转窑专门氧化烧制，制粉颗粒粒度要求≤0.043mm颗粒占90％以上。

氧化剂可以选择次氯酸钠、硝酸钠、各种过氧化物等。氧化剂主要作用促进溶液中高价铁水合物的生成。用量按混合浆液重量的0.1～0.5‰掌握。

水玻璃的加入量可以是转炉尘泥固化物重量的30～100％，以配制出硅酸钙含量不同的改性转炉尘泥，来满足铁精粉造块制粒的不同要求。两者配合比应根据转炉尘泥CaO与水玻璃SiO₂生成水化硅酸钙的摩尔比而定，(CaO/SiO₂)摩尔比取1.6～2.0为宜，脱钠效果较好。转炉尘泥中CaO不足时需补充石灰或铁酸钙。

在配制小剂量(即水玻璃加入量＜50％)水玻璃改性转炉尘泥时，CaO不足可以添加石灰，以保持混合浆液(CaO/SiO₂)比在1.6～2.0之间。需要配制大剂量(即水玻璃加入量＞50％)水玻璃改性转炉尘泥时，CaO不足应该改为添加铁酸二钙为主。

3.2水玻璃改性转炉尘泥浆液制备方法

水玻璃改性转炉尘泥的制备方法并不复杂，往转炉尘泥浆液中掺入一定量的水玻璃，强力搅拌后，滤出上清液即可。这一过程的难点在于脱水，可供选择的技术方法和配套装置很多，应根据现有条件优化选择。在这儿，推荐的工序和方式如下：

a.强力机械搅拌。按照设计配比，将转炉尘泥和水玻璃混合于搅拌桶内，并加入石灰、氧化剂等。转炉尘泥和水玻璃混合必须在快速搅拌条件下进行。采用泥浆搅拌机(300±转/分)，搅拌时间20～40分钟。

b.一次(自然)脱水。将搅拌后的混合浆液在池内静置1～2天自然脱水(可借助自然过滤装置缩短脱水时间)。滤出上清液，剩下的水分在40～50％泥浆便是可以使用的改性转炉尘泥。

c.二次(机械)脱水。为了进一步减少浆液中钠的含量和提高钠的回收率，需要采用真空过滤机或磁力过滤机进行二次脱水，得到水分为28～36％水玻璃改性转炉尘泥的滤饼。

对二次滤液一般单独静置1～3天左右，将其上清液送入一次滤液池内。对一次滤液和二次滤液需加入少量石灰，以提高滤液NaOH含量，沉淀泥浆送回改性转炉尘泥滤饼池。

改性转炉尘泥配制工艺流程：

d.为了便于泵送机喷，水玻璃改性转炉尘泥滤饼在使用前适当添加些水搅匀、同时用蒸汽加热到70～80℃制成浆液为宜。当然，有条件可以进一步采取超细湿磨，事半功倍。

3.3与“脱钠”处理相结合的水玻璃改性转炉尘泥性能和用途

水玻璃改性转炉尘泥浆液含水量控制在40～50％，外观呈黑或黑褐色的粘稠浆液，PH值12～13，无毒无臭。浆液密度为1.5～1.6g/cm³，粘度15～20厘泊。它是由水化溶胶和炼钢炉尘微粒混合而成的悬浊液，固形物主要有铁氧化物和硅酸盐等(参见表1)，残留的Na₂O≤2％，对炼铁不利影响微乎其微。作为一种液态的胶凝剂其稳定性和粘结强度完全满足操作和使用的要求。

水玻璃改性转炉尘泥浆液主要用作铁精粉造块制粒的胶凝剂。其中小剂量水玻璃改性转炉尘泥浆液特别适用于铁精粉烧结料和球团料的滚球制粒需要。它具有成球速度快，初凝时间短(2～5分钟)，生球强度满足要求、不粘连、高温不粉化诸多优点。而大剂量水玻璃改性转炉尘泥滤饼适用于铁精粉冷固球团胶结压团的需要，经过养护的冷固球团强度达到800N/个以上，在600～900℃升温阶段，基本不存在低温还原粉化现象。在900℃以上高温热态强度仍在300～500N/个，可以满足一般冶金炉的工艺技术要求。

4.滤液循环使用

湿法脱钠产生的滤液，是NaOH为主的溶液，浓度2～4％，循环使用于水玻璃生产或其他用途。目前，滤液的用途主要有三处：

(1)滤液直接使用于固体硅酸钠的加热溶解。加热溶解在一个带有搅拌器的高压反应釜内进行，加热温度150℃，压力0.5Mpa，时间1小时左右，即得到成品水玻璃。固体硅酸钠可以是外购的，也可以自产。

(2)滤液加入少许亚硝酸钠等氧化剂，用作钢铁厂热轧钢材的冷却液和防锈剂。

(3)通过滤液浓缩和添加高浓度烧碱的方法，将滤液NaOH含量提高到12～20％，采用类似湿法水玻璃生产手段，回收利用钢铁厂一些工业废料。制得的泥浆状悬浊液也用作铁精粉造块制粒胶凝剂。

以下结合实施例对本发明作进一步的说明

实施例1：

配制小剂量水玻璃改性转炉尘泥浆液，用于铁精粉烧结料强化制粒。

(1)取经水力漂洗、水分在50％的转炉尘泥，添加水玻璃(m＝2.6、Be′＝32)35％、石灰5.2％(均指：占转炉尘泥固化物重量比)和少量亚硝酸钠(0.3kg/t浆液)。即：

转炉尘泥浆液∶水玻璃∶石灰＝100∶17.5∶2.6(质量份)。

经充分混合、静置、滤出上清液，又经真空过滤脱水，得到水分31％水玻璃改性转炉尘泥滤饼，此时Na₂O含量1.27％(占全部固化物重量比)。使用前加热加水搅拌、稀释到水分44％浆液便于喷洒。

(2)首先对细的铁精粉(已掺加有12％含铁炉尘)喷洒水玻璃改性转炉尘泥浆液，搅拌混匀待用。首批混合细粉料水分掌握在10±％。

(3)将配比好的水分＜5％铁精粉烧结料(包括首批混合细粉料)经搅拌，送入圆筒造球机、喷洒水玻璃改性转炉尘泥浆液，进行强化制粒(水分控制在7±％)，时间5～10分钟，再送上烧结机烧结。

铁精粉烧结料采用水玻璃改性转炉尘泥浆液强化制粒，改善了烧结料粒度，烧结机台车上铺料厚度增加。生产效率大为提高，而成本增加甚微。这主要得益于以硅酸钙为主胶凝的烧结料小球强度提高、高温下不粉化，大大提高了烧结矿料层的透气性。

实施例2：

配制小剂量水玻璃改性转炉尘泥浆液，用于铁精粉氧化球团混合料滚压成球。

(1)水玻璃改性转炉尘泥浆液配制同实施例1。

(2)氧化球团原料主要是水分＜4％的铁精粉。

(3)往铁精粉内喷洒水玻璃改性转炉尘泥浆液，充分混合拌匀，混合料水分控制在8％，送入圆盘造球机滚压成球。筛分出直径15mm大小的合格球团送入链壁机-回转窑内烘干和氧化烧结。

采用水玻璃改性转炉尘泥浆液作为铁精粉氧化球团混合料的胶凝材料，完全可以替代膨润土胶凝剂。带入的硅酸盐不到0.6％(占铁精粉重量比)，仅是膨润土用量的1/4～1/6。而两者效果相差无几。

实施例3：

配制大剂量水玻璃改性转炉尘泥浆液，用于铁精粉水硬胶凝法冷固球团的加工。

(1)取经水力漂洗、水分在68％的转炉尘泥，添加水玻璃(m＝2.8、Be′＝36)100％、铁酸钙71％、石灰6.4％(均指：占转炉尘泥固化物重量比)，并加入少量亚硝酸钠(0.3kg/t浆液)。即：

转炉尘泥浆液∶水玻璃∶铁酸二钙∶石灰＝100∶32∶22∶2(质量份)。

经充分混合、静置、滤出上清液，又经真空过滤脱水，得到水分29％水玻璃改性转炉尘泥滤饼，此时Na₂O含量2.0％(占全部固化物重量比)。

(2)：球团原料主要是水分＜5％的铁精粉，掺加矿渣微粉3.5％(占铁精粉重量比)。

(3)冷固球团的加工：铁精粉掺入水玻璃改性转炉尘泥滤饼9％(占铁精粉重量比)，混合料水分控制在≤8％。经充分搅拌混匀和润磨，送入压球机，在20～30Mpa压力下压制成块。压块施以高压的目的在于铁精粉紧密接触、充分粘结。将压制好的、直径20mm大小的球团送入养护仓。由于刚制出的生球强度较低，需采取分层撒垫铁精粉措施来保护生球在硬化仓内不致于互相粘结、压扁。一般，球团在仓内硬化养护15天后取出筛分即可。

冷固球团主要用作高炉炼铁炉料，如烘干到水分＜1％可作炼钢炉料。

Claims (4)

1.一种与“脱钠”处理相结合的、增强转炉尘泥胶凝性的改性方法。

往转炉尘泥中掺入一定量的水玻璃(制成混合浆液)，并且利用转炉尘泥湿法脱钠作用，辅以技术措施，从混合浆液中苛换出氢氧化钠，而把改性所需要的聚硅酸置留下来，生成以硅酸钙为主的凝胶，改变原转炉尘泥以氢氧化钙为主的胶结形式，这就达到了增强转炉尘泥胶凝性、又减少钠残留量的目的。苛换出的氢氧化钠大部分进入溶液，可随滤液脱出、需要循环使用；混合浆液沉析物——即胶凝性能得到增强的改性转炉尘泥，用作铁精粉造块制粒的胶凝剂。

2.根据权利要求1，水玻璃改性转炉尘泥的主要原料是转炉尘泥、水玻璃，添加剂为石灰、铁酸钙和少量氧化剂等。水玻璃的加入量可以是转炉尘泥固化物重量的30～100％，以配制出硅酸钙含量不同的改性转炉尘泥，来满足铁精粉造块制粒的不同要求。两者的配合比应根据转炉尘泥CaO与水玻璃SiO₂生成水化硅酸钙的摩尔比而定，(CaO/SiO₂)比取1.6～2.0为宜，湿法脱钠效果较好。转炉尘泥中CaO不足时需添加石灰或铁酸钙。

水玻璃改性转炉尘泥的制备方法并不复杂，往转炉尘泥浆液中掺入水玻璃等，强力搅拌后，滤出上清液即可。这一过程的难点和要领在于脱水。

3.根据权利要求1，混合浆液湿法脱钠处理产生的滤液是NaOH为主的溶液，浓度2～4％，需要循环使用，以实现资源利用最大化。目前在钢铁行业内，滤液的用途主要推荐有三处。

4.根据权利要求1，混合浆液沉析物——即改性转炉尘泥胶凝性能得到增强，广泛用作铁精粉造块制粒的胶凝剂，特别适用于铁精粉烧结料和球团料的滚球制粒需要。