TWI448556B - 電弧爐爐碴資源化前處理方法 - Google Patents

Description

電弧爐爐碴資源化前處理方法

本發明是有關於一種電弧爐爐碴處理方法，且特別是有關於一種電弧爐爐碴資源化前處理方法。

電弧爐煉鋼廠所產出的副產物及廢棄物中以爐碴為最大宗，集塵灰及污泥次之。電弧爐煉鋼均為批次作業，冶煉過程依其化學反應分成三個階段，分別為熔解期、氧化期及還原期。電弧爐煉鋼爐碴即是由此煉鋼過程所排出的熔碴，依照出碴時期不同，又可分為氧化碴及還原碴。氧化碴之外觀粗糙呈黑褐色，凹凸富有稜角且具有多處孔洞，與天然火成岩類似；還原碴外觀則呈灰白色粉末狀。

電弧爐爐碴包含氧化鈣(CaO)、二氧化矽(SiO₂ )、氧化鋁(Al₂ O₃ )、氧化鎂(MgO)及三氧化二鐵(Fe₂ O₃ )等主要成分，一般氧化碴中氧化鈣含量較低，三氧化二鐵含量較高，而還原碴則相反。目前國內電弧爐爐碴中還原碴約占15%至30%，一般碳鋼廠還原碴約占10%至15%，不銹鋼廠之還原碴約占60%至65%，其餘為氧化碴及雜質。

目前，多數電弧爐煉鋼廠對於所產生之爐碴並未針對氧化碴及還原碴分別貯存。由於氧化碴之粒徑較大(大於0.5毫米)，且其氧化鈣含量較低，而三氧化二鐵含量較高，適用於混凝土粒料及道路工程粒料之再利用；而還原碴粒徑較小，氧化鈣含量高，相對吸水率高，不適用於粒料之替代。

國內再利用機構對於還原碴之再利用多以工程填地材料為主。然而，使用還原碴填地可能造成二次污染，且還原碴易膨脹造成路基結構變形，使得再利用機構對此還原碴之處理及再利用產生莫大的困難。

因此，需要針對還原碴進行適當的處理，以開發更適當之資源化用途，提高其資源化效益。

因此，本發明之一態樣是在提供一種電弧爐爐碴資源化前處理方法，依據本發明一實施方式，包含將還原碴含量為85 wt%以上的還原碴廢料進行至少一次篩分製程，將此還原碴廢料初步分為粗料部份與細料部份。粗料部份至少進行一次破碎製程及除鐵製程，將還原碴廢料的粗料部份處理為粒徑小於等於7 mm之爐碴細粒料，可資源化應用於混凝土用之細粒料；還原碴廢料的細料部份則直接進行一選粉製程，選出比表面積小於等於500 m² /Kg之細度之還原碴細粉，取代水泥應用於混凝土。

本發明之另一態樣是在提供一種電弧爐爐碴資源化前處理方法，依據本發明一實施方式，包含將含有15 wt%至30 wt%還原碴之電弧爐爐碴混合堆置料，進行一次篩分製程以初步分為粗料部份與細料部份。由電弧爐爐碴混合堆置料篩分出之粗料部份先進行碎解洗選製程，得到一細粒料部份及一底泥部份，其中細粒料部份可直接資源化應用於混凝土用之細粒料；底泥部份經研磨、選粉製程後，形成一比表面積小於等於500 m² /Kg之細度的還原碴細粉，可資源化取代水泥應用於混凝土。此外，混合堆置料的細料部份則可以進行至少一次破碎製程及除鐵製程，將電弧爐爐碴混合堆置料的細料部份處理為粒徑小於等於7 mm之爐碴細粒料，資源化應用於混凝土用之細粒料。

本發明之實施方式利用一連串的篩分、破碎等製程處理含有不同還原碴含量之電弧爐爐碴，處理後的還原碴其比表面積高且還原碴活性指數在50%以上，摻配其他卜作嵐材料加以鹼活化後可激發其膠結性能，資源化應用於取代卜特蘭水泥。

第1圖為依照本發明之實施方式，將電弧爐煉鋼廠產出的電弧爐爐碴進行前處理之流程圖。電弧爐煉鋼廠產出之電弧爐爐碴100可區分為還原碴廢料110及混合堆置料120。

還原碴廢料110包含約85 wt%以上之還原碴(含有少部份氧化碴及其他廢料)。還原碴廢料110係將電弧爐煉鋼廠產出的電弧爐爐碴進行氧化碴與還原碴分流，可直接進行乾式處理流程，減少濕式處理所產生之廢水問題，並增加後續研磨的方便性。

混合堆置料120為煉鋼廠以混合方式貯存之還原碴及氧化碴，包含約15 wt%至30 wt%之還原碴。混合堆置料120之一般處理流程是自電弧爐出碴後運至倒碴場內，經噴水冷卻後再運至爐碴貯存區。

參照第1圖，電弧爐爐碴100區分為還原碴廢料110及混合堆置料120，進行本發明實施方式之前處理製程。

依照本揭示內容之一實施方式，還原碴廢料110之前處步驟包含步驟112至步驟116，以及步驟118或步驟119並，依需要選擇性進行步驟117。

依照本揭示內容之另一實施方式，混合堆置料120的前處步驟包含步驟122至步驟124，並依需要選擇性進行步驟116及步驟117。

實施方式1-1：還原碴廢料之粗料部份前處理步驟

步驟112：進行一次篩分製程，將還原碴廢料110以篩網網孔為7 mm之篩分機分為粒徑大於7 mm的粗料部份112a及粒徑小於7 mm的細料部份112b。

步驟113：利用破碎設備進行一次破碎，將粗料部份112a破碎至粒徑小於10公分之粗碎粒。依照本實施方式之一實施例，破碎設備例如可為顎式破碎機或錐碎機。

步驟114：進行除鐵製程，將粗碎粒中所含之鐵去除。依照本實施方式之一實施例，可利用磁選設備將粗碎粒中所含之鐵去除。

步驟115：進行二次破碎，利用破碎設備將不含鐵之粗碎粒破碎成粒徑小於5公分之細碎粒。依照本實施方式之一實施例，破碎設備例如可為顎式破碎機或錐碎機。

步驟116：進行二次篩分製程，利用篩分機篩選出不同粒徑之粉料。例如篩分機可為三層振動篩分機，其三層網孔之篩分粒徑分別為7 mm、13 mm及20 mm。

以網孔為7 mm之篩網，將細碎粒分為粒徑小於等於7 mm之爐碴細粒料116a、粒徑介於7 mm至20 mm之間的粗粒料116b及粒徑大於20 mm之粗粒料116c。其中，粒徑小於等於7 mm之爐碴細粒料116a可資源化應用於混凝土用之細粒料。

其中一方面，步驟116處理後之粗粒料116b，可選擇性進行步驟117及選擇性重複進行步驟116至步驟117。

步驟117：研磨粒徑介於7 mm至20 mm之間的粗粒料116b，並進行如步驟116所示之二次篩分製程，將研磨後的粗粒料116b篩選出粒徑小於等於7 mm之爐碴細粒料116a。依照本實施方式之實施例，可依需要重複進行步驟117及步驟116，直至粒徑介於7 mm至20 mm之間的粗粒料116b完全處理成為粒徑小於等於7 mm之爐碴細粒料116a。

另一方面，步驟116處理後之粗粒料116c，可重複進行步驟115至步驟116，並依是否有粒徑介於7 mm至20 mm之間的粗粒料116b產生，選擇性進行步驟117、選擇性重複步驟116至步驟117。

實施方式1-2：還原碴廢料之細料部份前處理步驟

將經由步驟112所篩選出之細料部份112b，進行步驟118至步驟119。

步驟118：將細料部份112b，經烘乾研磨形成還原碴細粉130。再進行步驟119之選粉製程，選出比表面積小於等於500 m² /Kg之細度的還原碴細粉，取代水泥應用於混凝土；例如可為比表面積介於300 m² /Kg至500 m² /Kg的還原碴細粉。

實施方式2-1：混合堆置料之粗料部份前處理步驟

混合堆置料120的前理處步驟包含步驟122至步驟124，並依需要選擇性進行步驟116及步驟117。

步驟122：進行一次篩分製程，以網孔為7 mm之篩網，將混合堆置料120分為粒徑大於7 mm之122a(粗料)及小於等於7 mm之122b(細料)。

其中一方面，粗料122a進行步驟124：將粗料122a進行碎解洗選製程，洗選為細粒料部份124a及底泥部份124b，其中細粒料部份124a可資源化應用於混凝土用之細粒料。

於步驟124中若有剩餘底泥部份124b，可進行如步驟118所示之烘乾研磨製程，將底泥部份124b烘乾研磨成還原碴細粉130，並進行如步驟119所示之選粉製程，選出比表面積小於等於500 m² /Kg之細度之還原碴細粉，取代水泥應用於混凝土；例如比表面積介於300 m² /Kg至500 m² /Kg之還原碴細粉。

實施方式2-2：混合堆置料之細料部份前處理步驟

混合堆置料120之細料122b，係進行如步驟113至步驟116所示之處理，形成粒徑小於等於7 mm之爐碴細粒料116a，即可資源化應用於混凝土用之細粒料。

於步驟116處理後，若有剩餘之粒徑介於7 mm至20 mm之間的粗粒料116b及粒徑大於20 mm之粗粒料116c，可依需要進一步進行步驟117之研磨製程，並進行如步驟116所示之二次篩分製程，將研磨後的粗粒料116b篩選出粒徑小於等於7 mm之爐碴細粒料116a。可依需要重複進行步驟117及步驟116，直至粒徑介於7 mm至20 mm之間的粗粒料116b完全處理為粒徑小於等於7 mm公分之爐碴細粒料116a。

於步驟116處理後，剩餘之粒徑粒徑大於20 mm之粗粒料116c，可重複進行步驟115至步驟116，並依是否有粒徑介於7 mm至20 mm之間的粗粒料116b產生，選擇性進行步驟117，必要時再進行步驟116至步驟117。

比較例：

表一為經過本發明實施方式處理製程處理後的電弧爐爐碴活性及比表面積與未處理之樣品比較結果。

由表一可看出，未處理之爐碴比表面積低，且28天活性指數僅30%，後續進行膠結性質激發時，將難以達成活化效果；而經過本發明實施方式之前處理製程處理過的還原碴活性指數在50%以上，掺配其他卜作嵐材料加以激活化後可激發其膠結性能，取代卜特蘭水泥。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明具有下列優點。

一、本發明之實施方式的電弧爐爐碴前處理方法，不同於一般以氧化碴的再利用為主，特別針對還原碴提供一系列有效之前處理製程，克服了長久以來還原碴再利用之困難點，使還原碴資源化再利用更具可行性。

二、本發明之實施方式的電弧爐爐碴前處理方法，配合電弧爐煉鋼業之廢棄物處理現況，將煉鋼業產出之來源組成不同的爐渣廢棄物進行有效的分類、篩選製程，以一貫作業之方式，將電弧爐還原碴資源化成為應用於混凝土中取代卜特蘭水泥，或應用於混凝土用之細粒料。

三、本發明之實施方式利用一連串的篩分、破碎等製程，處理含有不同還原碴含量之電弧爐爐碴，處理後的還原碴其比表面積高且還原碴活性指數在50%以上，因此本發明實施方式之步驟有效提昇了還原碴的可再利用性。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．電弧爐爐碴

110．．．還原碴廢料

112．．．步驟

112a．．．粗料部份

112b．．．細料部份

113．．．步驟

114．．．步驟

115．．．步驟

116．．．步驟

116a．．．爐碴細粒料

116b．．．7 mm至2 cm粗粒料

116c．．．2 cm以上粗粒料

117．．．步驟

118．．．步驟

119．．．步驟

120．．．混合堆置料

122．．．步驟

122a．．．粗料部份

122b．．．細料部份

124．．．步驟

124a．．．細粒料部份

124b．．．底泥部份

130．．．還原碴細粉

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖為依照本發明之實施方式將電弧爐煉鋼廠產出的電弧爐爐碴進行前處理之流程圖。

100．．．電弧爐爐碴

110．．．還原碴廢料

112．．．步驟

112a．．．粗料部份

112b．．．細料部份

113．．．步驟

114．．．步驟

115．．．步驟

116．．．步驟

116a．．．爐碴細粒料

116b．．．7 mm至2 cm粗粒料

116c．．．2 cm以上粗粒料

117．．．步驟

118．．．步驟

119．．．步驟

120．．．混合堆置料

122．．．步驟

122a．．．粗料部份

122b．．．細料部份

124．．．步驟

124a．．．細粒料部份

124b．．．底泥部份

130．．．還原碴細粉

Claims (2)

1. 一種電弧爐爐碴資源化前處理方法，包含：提供一含還原碴之電弧爐爐碴，包含15wt%至30wt%之還原碴；進行一次篩分製程，將該含還原碴之電弧爐爐碴分為一粗料部份及一細料部份；進行一碎解洗選製程，將該粗料部份洗選分為一細粒料部份及一底泥部份，其中包含以下步驟：(c)進行一次破碎，將該粗料部份破碎成小於10cm之粗碎粒；(d)進行除鐵製程，將該粗碎粒中所含之鐵去除；(e)進行二次破碎，將不含鐵之該粗碎粒破碎成小於5cm之細碎粒；及(f)進行二次篩分製程，將該細碎粒分為粒徑小於等於7mm之爐碴細粒料、粒徑介於7mm至20mm之間的粗粒料及粒徑大於20mm之粗粒料，其中該爐碴細粒料可資源化應用於混凝土用之細粒料；研磨該底泥部份，形成一還原碴細粉；以及進行一選粉製程，選出比表面積為300m² /kg至500m² /kg細度之還原碴細粉，取代水泥應用於混凝土。
2. 如請求項1所述之電弧爐爐碴資源化前處理方法，更包含進行以下所述步驟至少一次： (g)研磨該粒徑介於7mm至20mm之間的粗粒料；以及(h)進行該二次篩分製程，將該研磨後的粗粒料篩選出粒徑小於等於7mm之爐碴細粒料，直至該粒徑介於7mm至20mm之間的粗粒料完全形成爐碴細粒料。