CN1986411A - 一种人工合成铝酸钙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及转炉钢渣的处理和利用方法，特别涉及一种利用钢渣人工合成铝酸钙的方法。主要解决现有钢渣利用附加值较低的技术问题。本发明人工合成铝酸钙的方法，包括两种技术方案：在熔融的转炉钢渣中按配比加入铝渣、煤或者是金属铝、铝矾土和煤，所用原料的重量百分比配比为：转炉钢渣：70～90％，铝渣：10～20％，煤：0～10％，或者是转炉钢渣：70～90％，金属铝：1～5％，铝矾土：10～20％，煤：0～10％，反应结束后将渣和金属分离，所述的渣即为铝酸钙渣料，所述的金属是含一定量Mn、P、S的铁粒。本发明主要用于转炉钢渣加入造渣剂合成铝酸钙渣料回收钢渣中金属资源。

Description

一种人工合成铝酸钙的方法
技术领域：本发明涉及转炉钢渣的处理和利用方法，特别涉及一种利用钢渣人工合成铝酸钙的方法。
背景技术：
铝酸钙是生产高附加值铝酸钙水泥产品的一种主要原料。近年来以铝酸钙为主要原料生产加工成高性能的炼钢精炼用渣料，钢包覆盖剂，高碱度的连铸中间包覆盖剂等的应用越来越广泛。铝酸钙目前主要是以石灰(石)、铝矾土为原料在窑炉内经高温烧结或熔融而成。文献《反应烧结法制备六铝酸钙多孔材料》(《耐火材料》2004年第5期)介绍的以轻质碳酸钙和工业氧化铝为原料，采用反应烧结工艺制备了六铝酸钙多孔材料。《煅烧温度及配料组成对纯铝酸钙水泥矿物形成的影响》(《水泥技术》2004年第1期)依据CaO-Al2O3二元相图，以高纯石灰石和工业氧化铝为原料，研究了煅烧温度及配料组成对纯铝酸钙水泥矿物形成的影响。获得铝酸钙的其它方式有文献《高纯铝酸钙粉体的化学合成》(《耐火材料》2004年第4期)阐述的是选用Ca(OH)2饱和溶液和AlCl3溶液为初始原料，按Al3+与Ca2+的摩尔比为2.2配成混合溶液，在常温、高pH值下，先合成前驱体铝酸钙水化沉淀物，再经1100℃煅烧制成高活性、高纯度的铝酸钙粉体。中国专利申请CN02148932.7涉及的是拜尔法生产铝酸钙的方法，其特征在于用石灰将拜尔法种分母液中的Al2O3沉下来，经分离洗涤，得到沉铝渣水合铝酸钙。
转炉炼钢工艺过程中产生的转炉钢渣主要成分是CaO、FeO、MgO，SiO2、Al2O3等。经过处理以后的转炉钢渣主要用于筑路的路基材料、生产水泥、工程填埋、混凝土的掺合料等。如专利申请CN1324777A阐述的就是用转炉钢渣生产钢渣硅酸盐水泥的一种方法，即在转炉炼钢出钢后向钢渣中加入白灰、矾土、铁矿石、硅石等调整钢渣的组成，使其达到硅酸盐水泥熟料的成分要求，经粉磨后制成硅酸盐水泥。专利CN1089732C介绍的是由矿渣、钢渣、晶种、表面改性剂等经粉磨细化激发后制成一种高性能的混凝土掺合料。文献《钢渣填料的工程应用研究》(兰州铁道学院学报2001年第3期)通过对钢渣的粒形、级配、化学成分、物理力学性质的试验分析，论证了钢渣的基本工程性质，并经工程应用试验，进一步证明钢渣是一种优质筑路材料。
此外，也有钢渣用于污水处理的报道等，如文献《钢渣在水处理中的应用初步研究》(攀枝花学院学报2003年第06期)通过对钢渣比表面积等物理特性的测定，并在实验室条件下研究其对水中污染物的去除效果。表明钢渣对水中重金属离子及COD的去除效果明显，是一种较为理想的水处理新材料。
用转炉钢渣为原料生产铝酸钙未见相关报道。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用钢渣人工合成铝酸钙的方法，利用钢渣、铝渣、煤或者金属铝、铝矾土、煤生产出优质的炼钢生产用铝酸钙渣料，提高钢渣产品的附加值，回收渣中的金属。主要解决现有钢渣利用附加值较低的技术问题。本发明的思路和原理是：
转炉吹炼结束出完钢后的钢渣的温度可达1500～1600℃左右，向高温下熔融的钢渣中，加入铝渣、煤或者金属铝、铝矾土、煤等造渣剂进行二次造渣反应，置换出渣中的Fe、Mn等金属资源，获得铝酸钙渣料。主要的化学反应为：
3FeO+2Al＝3Fe+Al2O3    (1)
2FeO+C＝2Fe+CO2        (2)
CaO+Al2O3＝CaO·Al2O3  (3)
3MnO+2Al＝3Mn+Al2O3    (4)
2MnO+C＝2Mn+CO2        (5)
上述反应总体来看是放热反应，且经造渣反应后生成的铝酸钙渣料的熔点也大大降低。加入的总造渣剂的量占钢渣总量的10~40％。因此，利用钢渣进行人工合成铝酸钙渣料是可行的。
本发明的技术方案为：方案1是在熔融的转炉钢渣中加入铝渣、煤，经过上述化学反应式的一系列化学反应，合成铝酸钙渣料，回收钢渣中的金属。对铝渣的要求是金属铝含量在5~20％，Al2O3的含量不小于60％。人工合成铝酸钙渣料所用原料的配比为(重量百分比，％)：
(1)转炉钢渣：70~90％，铝渣：10~20％，煤：0~10％
其制备工艺为，将铝渣和煤事先混匀后根据上述原料的配比要求，加入熔融的钢渣中即可。反应结束后，沿用原来的钢渣处理工艺及设备将渣和金属分离，渣即是人工合成的铝酸钙渣料，金属是含一定量Mn、P、S的铁粒。
方案2是在熔融的转炉钢渣中加入金属铝、铝矾土和煤，经过一系列的化学反应，合成铝酸钙渣料，回收钢渣中的金属。人工合成铝酸钙渣料所用原料的配比为(重量百分比，％)：
(2)转炉钢渣：70~90％，金属铝：1~5％，铝矾土：10~20％，煤：0~10％。
其制备工艺为，将金属铝、铝矾土和煤事先混匀后根据上述原料的配比要求，加入熔融的钢渣中即可。反应结束后，沿用原来的钢渣处理工艺及设备将渣和金属分离，渣即是人工合成的铝酸钙渣料，金属是含一定量Mn、P、S的铁粒。
本发明与现有技术相比，区别或优势主要有：
首先，现有技术生产铝酸钙的成本比本发明高；其次，本发明是利用转炉钢渣来进行生产炼钢精炼用的铝酸钙渣料的，与现有技术是完全不同的；第三，回收了钢渣中的Mn等贵金属资源；第四，提高了钢渣的附加值。
具体实施方式：实施例1-6，
转炉出钢完毕后，向高温熔融的钢渣中加入配制的造渣剂，所述的造渣剂为铝渣和煤或者为金属铝、铝矾土和煤。经过一系列的化学反应后，回收了钢渣中的金属资源，获得了合成的铝酸钙渣料。表1为本发明方案1实施例1-3及合成铝酸钙渣料的主要化学组成，其余为不可避免的杂质。表2为本发明的方案2实施例4-6及合成铝酸钙渣料的主要化学组成，其余为不可避免的杂质。表3为回收的金属铁粒的成分。由表1、表2可知，合成的铝酸钙渣料化学组成完全符合生产铝酸钙系的精炼渣、高碱度的中间包覆盖剂等高级炼钢辅材的要求。由表3可知，回收的金属铁粒含有很高的Mn等贵重资源，经脱硫、脱磷处理后，具有很高的利用价值。
表1：本发明1的实施例及合成铝酸钙渣料的主要化学组成
  原料配比(重量百分比，％)                      造渣反应生成物 备注
转炉钢渣 造渣剂               合成铝酸钙主要化学组成(重量百分比，％) 金属
    铝渣     煤     /   CaO   Al2O3   MgO   SiO2
  72     19     9     /   50.34   26.58   8.59   9.95   含P、S、Mn的铁粒   实施例1
  80     14     6     /   52.35   24.75   9.85   10.38   实施例2
  87     11     2     /   51.63   22.36   11.34   12.44   实施例3
表2：本发明2的实施例及合成铝酸钙渣料的主要化学组成
  原料配比(重量百分比，％)                    造渣反应生成物 备注
转炉钢渣 造渣剂             合成铝酸钙主要化学组成(重量百分比，％) 金属
    铝   铝矾土     煤   CaO   Al2O3   MgO   SiO2
  75     1   16     8   53.13   23.58   10.15   9.15   含P、S、Mn的铁粒   实施例4
  80     2   14     4   52.09   25.75   9.88   10.83   实施例5
  85     4   11     0   50.93   27.12   9.33   11.03   实施例6
表3：本发明的实施例回收的金属铁粒主要化学组成
                       铁粒的其它主要成分，(重量百分比，％)
    C     Si     Mn     P     S
  0.8～2.5   0.2～1.5   7.0～13.0   3.0～5.0   0.005～1.0
预计发明推广应用的可行性及前景：本发明是利用钢渣的高温显热向熔融的钢渣中加入造渣剂合成铝酸钙渣料回收钢渣中金属资源的一种工艺方法。本发明涉及的工艺操作简单，沿用原先的钢渣处理工艺设备；合成的铝酸钙渣料是生产高级炼钢、连铸用辅料的重要原材料，价格高达1800元/吨左右，大大提高了钢渣的附加值，同时回收了钢渣的贵重金属资源。因此，本发明具有良好的推广和应用前景。

Claims (4)

1、一种人工合成铝酸钙的方法，合成步骤包括：在熔融的转炉钢渣中按配比加入铝渣、煤，所用原料的重量百分比配比为：转炉钢渣：70~90％，铝渣：10~20％，煤：0~10％，反应结束后将渣和金属分离，所述的渣即为铝酸钙渣料，所述的金属是含一定量Mn、P、S的铁粒。
2、一种人工合成铝酸钙的方法，合成步骤包括：在熔融的转炉钢渣中按配比加入金属铝、铝矾土和煤，所用原料的重量百分比配比为：转炉钢渣：70~90％，金属铝：1~5％，铝矾土：10~20％，煤：0~10％，反应结束后将渣和金属分离，所述的渣即为铝酸钙渣料，所述的金属是含一定量Mn、P、S的铁粒。
3、根据权利要求1所述的一种人工合成铝酸钙的方法，其特征是，铝渣和煤混匀后加入钢渣；铝渣中铝含量在5~20％，Al2O3的含量不小于60％。
4、根据权利要求2所述的一种人工合成铝酸钙的方法，其特征是，金属铝、铝矾土和煤混匀加入钢渣。
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