一种转炉渣制备金属铁及水泥掺杂料的方法

摘要

本发明属于固体废弃物再资源化利用领域，特别是提供一种以转炉渣为原料分别制备金属铁及水泥的方法。其特征是按“转炉渣强磁分选→细磨解离→精细还原→磁选分离→f-CaO消解”的再资源化工艺路线，将转炉渣中的铁氧化物还原成金属铁，予以分离提取，分别获得金属铁和化学成分与水泥非常接近的水泥掺杂料。工艺过程的参数控制为：(1)转炉渣细磨解离粒度＜37μm(即400目)；(2)精细还原温度：900～1000℃；还原气氛：纯H2或70～100％CO；(3)磁选分离过程磁铁磁感强度：50～100mT。本发明的优点是处理转炉渣，过程能耗低、物耗低、无环境污染，既实现了资源的有效回收利用，亦减少了环境污染。在将转炉钢渣进行有效消纳处理的同时更能取得良好的经济效益。

权利要求

1.一种转炉渣制备金属铁及水泥掺杂料的方法，其特征是按“转炉渣强磁分选→细磨解离→精细还原→磁选分离→f-CaO消解”的再资源化工艺路线，将转炉渣中的铁氧化物还原成金属铁，予以分离提取，分别获得金属铁和化学成分与水泥非常接近的水泥掺杂料；

转炉渣强磁分选是：使用钕铁硼强磁铁对原始大粒度转炉渣颗粒进行强磁分选，分别获得磁性和非磁性炉渣颗粒；

转炉渣细磨解离技术是：将强磁分选获得的磁性炉渣进行机械破碎，使其粒度小于

37μm(400目)，实现渣中铁元素与其他元素的解离；转炉渣细磨解离过程中的参数控制如下：转炉渣经机械破碎后粒度＜37μm，即400目；

转炉渣精细还原技术是：将强磁分选获得的磁性炉渣经机械破碎后，在900～1000℃温度和纯H2或70～100％CO气氛下进行精细还原，精细还原过程的参数控制为：(1)还原温度：900～1000℃；

(2)还原气氛：纯H2或70～100％CO；

(3)还原时间：2～4h；

转炉渣精细还原产物磁选分离技术是：转炉渣精细还原产物进行湿法磁选，分别获得磁性富铁物料及非磁性物料；湿法磁选过程的参数控制为：(1)磁铁磁感强度：50～100mT；

(2)搅拌时间：1～3min/次；

(3)搅拌次数：5～10次。

说明书

一种转炉渣制备金属铁及水泥掺杂料的方法

技术领域

[0001] 本发明属于固体废弃物再资源化利用领域，特别是提供一种以转炉渣为原料分别制备金属铁及水泥掺杂料的方法。

背景技术

[0002] 按目前我国氧气转炉炼钢的一般水平，炼钢终渣量大约是出钢量的15％，每生产一吨合格钢水相应会排放150kg的钢渣。全国每年生产6亿吨粗钢，估计每年会产生九千万吨至一亿吨钢渣，这些钢渣目前尚无合理的处理和利用的技术，形成大量的废弃物。

[0003] 目前，大多数厂家采用废弃物处理的思路，将其粗磨，多道磁选，余下者少量作为水泥原料，大部分予以填埋。

[0004] 目前，转炉钢渣中混有钢珠、钢块约2～3％，渣中还含有Fe2O3和FeO，其全铁含量约为15％，可见全国每年9000万吨钢渣中尚有铁元素约为1500～2000万吨/年，这对铁矿资源十分匮乏的我国，也是非常巨大的资源。然而，在现有的技术条件下，这些铁资源未能全部回收再利用，而且形成了污染环境的废弃物。

[0005] 目前大多数厂家认为钢渣是废弃物，送交附企予以处理，采取分拣、筛分、磁选等简单处理的方法，仅能回收部分废钢快和含铁较高的强磁性物质返回炼钢或烧结工序，作为低品位原料，经济性差，不仅资源未能充分利用，而且形成大量固体废弃物。

发明内容

[0006] 本发明提出将转炉钢渣看作资源的理念，指出：转炉钢渣中含有15％以上的铁元素，正是由于含铁量较高，不适用与水泥制造而成为废弃物，应该换向思维：这些铁元素将认作是可贵的金属资源，将铁元素分离提出；余下的物质其化学成分与普通水泥及其相似。因此提出了“钢渣再资源化”的概念：即采用精细还原技术将钢渣的铁元素还原成金属铁，予以分离提取，可获得金属铁和化学成分与水泥非常接近的剩余物料。

[0007] 一种转炉渣制备金属铁及水泥掺杂料方法，其特征是按“转炉渣强磁分选→细磨解离→精细还原→磁选分离→f-CaO消解”的再资源化工艺路线，将转炉渣中的铁氧化物还原成金属铁，予以分离提取，分别获得金属铁和化学成分与水泥非常接近的水泥掺杂料。

[0008] 如上所述转炉渣强磁分选技术是：使用钕铁硼强磁铁对原始大粒度转炉渣颗粒进行强磁分选，分别获得磁性和非磁性炉渣颗粒。

[0009] 如上所述转炉渣细磨解离技术是：将强磁分选获得的磁性炉渣进行机械破碎，使其粒度小于37μm(400目)，实现渣中铁元素与其他元素的解离。转炉渣细磨解离过程中的参数控制如下：

[0010] (1)转炉渣经机械破碎后粒度＜37μm(即400目)。

[0011] 如上所述转炉渣精细还原技术是：将强磁分选获得的磁性炉渣经机械破碎后，在900～1000℃温度和纯H2或70～100％CO气氛下进行精细还原，精细还原过程的参数控制为：

[0012] (1)还原温度：900～1000℃；

[0013] (2)还原气氛：纯H2或70～100％CO；

[0014] (3)还原时间：2～4h。

[0015] 如上所述转炉渣精细还原产物磁选分离技术是：转炉渣精细还原产物进行湿法磁选，分别获得磁性富铁物料及非磁性物料。湿法磁选过程的参数控制为：

[0016] (1)磁铁磁感强度：50～100mT；

[0017] (2)搅拌时间：1～3min/次；

[0018] (3)搅拌次数：5～10次。

[0019] 如上所述非磁性物料中f-CaO的消解技术是：转炉渣经精细还原、湿法磁选获得的非磁性物料进行f-CaO的消解，通入CO2和水蒸气消解其中的f-CaO，使其转化成CaCO3或者Ca(OH)2，使湿法磁选获得的非磁性物料在使用过程中不再粉化。

[0020] 一种与上述工艺配套使用的转炉渣精细还原装置，如附图1所示，主要包括：1氮气源，2氢气源，3二氧化碳气源，4煤气重整装置，5流量计，6气体混合室，7电阻炉，8控制柜，9坩埚，H2还原时，使用氮气源1和氢气源2；CO还原时，使用氮气源和1、二氧化碳气源3及煤气重整装置4。对于上述转炉渣精细还原过程，通过流量计控制氮气、氢气或二氧化碳的流量，坩埚置于管式电阻炉内，转炉渣放在坩埚内通入氢气或一氧化碳，在非熔态下还原生成纯度很高的金属铁粉。

[0021] 本发明优点是提出将转炉钢渣看作资源的理念，实现转炉钢渣的再资源化利用，在将转炉钢渣进行有效消纳处理的同时更能取得良好的经济效益。按本发明工艺路线处理转炉渣，过程能耗低、物耗低、无环境污染，既实现了资源的有效回收利用，亦减少了环境污染。这不仅对于钢铁厂本身，还是对国家、对社会都具有十分重要的意义。

附图说明

[0022] 图1为转炉渣精细还原装置示意图

[0023] 注：图中1氮气源，2氢气源，3二氧化碳气源，4煤气重整装置，5流量计，6气体混合室，7电阻炉，8控制柜，9坩埚。

[0024] 图2为细磨后磁性炉渣的粒度分布情况

[0025] 注：图中q为粒度分布；Q为累积分布。

[0026] 图3为还原产物的粒度分布情况

[0027] 注：图中q为粒度分布；Q为累积分布。

[0028] 具体实施内容

[0029] 本发明的实施内容是将山东山钢集团的典型转炉渣试样，共10kg(TFe＝11.31％、FeO＝11.09％、f-CaO＝6.52％)按本发明工艺进行再资源化处理：

[0030] (1)转炉渣强磁分选：使用钕铁硼强磁铁对原始大粒度转炉渣颗粒进行强磁分选，分别获得TFe＝20％磁性炉渣5.0kg和TFe＜1％非磁性炉渣3.8kg。

[0031] (2)转炉渣细磨解离：将强磁分选获得的磁性炉渣进行机械破碎，使其粒度小于37μm(400目)，实现渣中铁元素与其他元素的解离，细磨后磁性炉渣的粒度分布如附图2所示。转炉渣细磨解离过程中的参数控制如下：

[0032] 1)转炉渣经机械破碎后粒度＜37μm(即400目)。

[0033] (3)转炉渣精细还原：将强磁分选获得的磁性炉渣经机械破碎后，在900～1000℃温度和纯H2或70～100％CO气氛下进行精细还原，精细还原过程的参数控制为：

[0034] 1)还原温度：900、1000℃；

[0035] 2)还原气氛：纯H2或100％CO；

[0036] 3)还原时间：2、4h。

[0037] 磁性炉渣经精细还原后，金属化率达到85％，且精细还原后磁性炉渣的还原产物仍为粉状，颗粒间并未发生烧结，如附图3所示，可采用物理方法将铁元素与其他杂质元素进一步分离。

[0038] (4)转炉渣精细还原产物磁选分离：转炉渣精细还原产物进行湿法磁选，分别获得磁性富铁物料及非磁性物料。湿法磁选过程的参数控制为：

[0039] 1)磁铁磁感强度：70mT；

[0040] 2)搅拌时间：3min/次；

[0041] 3)搅拌次数：10次。

[0042] 磁性炉渣经精细还原后进行湿法磁选，分别获得富铁物料1.3kg、占20％，其中全铁TFe＝90％；非磁性物料7.1kg、占80％。

[0043] (5)非磁性物料中f-CaO的消解技术：转炉渣经精细还原、湿法磁选获得的非磁性物料进行f-CaO的消解，通入CO2和水蒸气消解其中的f-CaO，使f-CaO转化成CaCO3或者Ca(OH)2，使湿法磁选获得的非磁性物料在使用过程中不再粉化。

[0044] 按本发明工艺路线对山钢集团的典型转炉渣试样(共10kg)进行再资源化处理，分别获得了TFe＞90％的金属铁1.3kg以及f-CaO＜3％的水泥掺杂料7.1kg，实现了转炉渣的再资源化利用。