一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法

摘要

本发明涉及固废处理技术领域，尤其涉及一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法。该消解方法主要包括以下步骤：将炼钢除尘灰置于消解容器中，用二氧化碳置换消解容器中的气体，然后注入饱和水蒸气，在特定压力和温度条件下消解，再用预冷的二氧化碳置换消解容器内的气体并降温。该消解方法不需要过高的反应温度和压力，且所需反应时间更短，消解效率高，有利于在生产中实现对炼钢除尘灰的规模化消解。消解后所得炼钢除尘灰粒度分布均匀，且单质铁不会在消解过程中被过多氧化，便于炼钢除尘灰的资源化利用和其中单质铁的回收。

权利要求

1.一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中，用二氧化碳置换所述消解容器中的气体，至所述消解容器内气体中氧气含量＜1％v/v；

S2、向所述消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使所述饱和水蒸气中水分子摩尔量为所述二氧化碳摩尔量的50～80％，且所述消解容器内压力为0.16～0.2MPa；

S3、将所述消解容器内温度升至150～250℃，保持15～30min后，在保持所述消解容器内压力为0.16～0.2MPa的条件下用预冷至5～10℃的二氧化碳置换所述消解容器内的气体，并使所述炼钢除尘灰降温至60～80℃；升温的速率为50～80℃/min，降温的速率为90～

110℃/min。

2.根据权利要求1所述的炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，其特征在于，所述用二氧化碳置换所述消解容器中的气体的方法为：对所述消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复操作至所述消解容器内气体中氧气含量＜1％v/v。

3.根据权利要求1所述的炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，其特征在于，所述消解容器内设有搅拌装置，S2中所述注入饱和水蒸气的操作在搅拌状态下进行。

4.根据权利要求1～3任一项所述的炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，其特征在于，所述消解方法还包括S4，所述S4的操作为：当所述炼钢除尘灰在60～80℃保持10～

15min后，通入饱和水蒸气，使所述饱和水蒸气中水分子摩尔量为所述二氧化碳摩尔量的35～45％；升温至110～120℃，保持15～30min后，用预冷至2～5℃的二氧化碳置换所述消解容器内的气体，并使所述炼钢除尘灰降温至20～40℃。

5.根据权利要求4所述的炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，其特征在于，所述升温的速率为60～90℃/min。

6.根据权利要求4所述的炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，其特征在于，所述降温的速率为100～120℃/min。

说明书

一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法

技术领域

[0001] 本发明涉及固废处理技术领域，尤其涉及一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法。

背景技术

[0002] 炼钢除尘灰是炼钢过程中的副产物，可作为混凝土掺合料或骨料用于建筑材料。但炼钢除尘灰中含有较多的游离氧化钙(f-CaO)，容易吸水产生体积膨胀其水解时炼钢除尘灰会膨胀粉化而使体积增大1～2倍，使得炼钢除尘灰用于建筑材料时可使混凝土工程、道路、建材制品等发生迸裂的情况，因此，炼钢除尘灰在资源化利用中须对游离氧化钙进行消解。

[0003] 目前传统的消解方法主要有热泼法、水淬法、风淬法、热焖法等。热焖法相对于其他方法来说所需时间最短，适应能力强，对操作空间要求最小。但由于炼钢除尘灰中的游离氧化钙一般都被炼钢前期反应生成的C2S等包裹，C2S和游离氧化钙均组织致密，因此，即使采用热焖法，也仍需要数百摄氏度的高温条件和高压环境才能在2至数小时将游离氧化钙含量降至2％以下，对于设备的耐高温高压性能有较高的要求，且高温高压操作存在一定的安全隐患。高温高压热焖过程还会使炼钢除尘灰中的铁发生氧化，使物相组成变化，影响其资源化利用时的原料稳定性和铁的回收。若热焖时采用的温度或压力较低，则需要几十小时甚至数天才能将游离氧化钙含量消解至3％以下。并且，热焖法得到的产品粒度极不均匀，在后续处理中需要消耗大量的能量来破碎。

发明内容

[0004] 针对炼钢除尘灰消解需要时间长、高温高压存在安全隐患、炼钢除尘灰中铁会发生氧化、所得产品粒度不均匀的问题，本发明提供一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法。

[0005] 为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：

[0006] 一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，具体包括以下步骤：

[0007] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中，用二氧化碳置换所述消解容器中的气体，至所述消解容器内气体中氧气含量＜1％v/v；

[0008] S2、向所述消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使所述饱和水蒸气中水分子摩尔量为所述二氧化碳摩尔量的50～80％，且所述消解容器内压力为0.16～0.2MPa；

[0009] S3、将所述消解容器内温度升至150～250℃，保持15～30min后，在保持所述消解容器内压力为0.16～0.2MPa的条件下用预冷至5～10℃的二氧化碳置换所述消解容器内的气体，并使所述炼钢除尘灰降温至60～80℃。

[0010] 本发明所采用的消解方法与现有技术相比，不需要过高的反应温度和压力，对设备的要求显著降低，生产的安全隐患小，且所需反应时间更短，更有利于在生产中实现对炼钢除尘灰的规模化消解。

[0011] 该消解方法首先在S1中通过二氧化碳置换消解容器中气体的方式使二氧化碳深入至炼钢除尘灰内部，一方面能够置换掉炼钢除尘灰颗粒之间及颗粒内部孔隙中的氧，减少炼钢除尘灰中的铁成分在后续消解过程中发生氧化，另一方面，当游离氧化钙遇水生成氢氧化钙时，二氧化碳能够更快地与所得氢氧化钙反应生成碳酸钙，减少游离氧化钙含量，而未反应的氢氧化钙则可促进结块的产物碎裂；

[0012] 随后在S2中输入饱和水蒸气，二氧化碳与水的摩尔比可确保二氧化碳与氢氧化钙完全反应，二氧化碳含量过高则游离氧化钙水解程度不足，且反应体系含水量过低，反应不易进行；二氧化碳含量过低则无法完全完成氢氧化钙的碳酸化；

[0013] S3中0.16～0.2MPa的压力范围和150～250℃的温度范围可促进水分子与游离氧化钙反应生成氢氧化钙，并进一步使氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙，将游离氧化钙进行碳酸化而得以稳定，并且，在上述温度和压力的反应条件下所得碳酸钙较为稳定，不易再次分解为氧化钙；

[0014] 炼钢除尘灰中游离氧化钙遇水后会使除尘灰结块并在表面形成氢氧化钙覆盖膜，阻碍水分进一步渗入，本申请在S3中通过用预冷的二氧化碳置换消解容器内的气体，可使结块产物的外部快速收缩，同时留在结块产物表面的水分在0.16～0.2MPa的压力下继续透过该覆盖膜进入游离氧化钙内部，与氧化钙反应生成氢氧化钙而膨胀，使结块产物碎裂，使消解反应继续进行，从而进一步降低炼钢除尘灰中游离氧化钙的含量。

[0015] 该方法中的二氧化碳可选自钢铁企业生产中产生的二氧化碳，以达到在消解游离氧化碳的过程中消耗二氧化碳、减少温室气体排放的目的，有助于绿色环保生产。

[0016] 经本发明中的消解方法消解后，所得炼钢除尘灰中游离氧化钙的含量可降至1％以下，且粒度分布均匀，便于后期直接利用，且单质铁在消解过程中不会被过多氧化，可通过磁选等方式对消解后炼钢除尘灰中的单质铁进行回收。

[0017] 优选地，所述用二氧化碳置换所述消解容器中的气体的方法为：对所述消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复操作至所述消解容器内气体中氧气含量＜1％v/v。抽真空的方式更优利于二氧化碳向炼钢除尘灰内部空隙深度渗入。

[0018] 优选地，所述消解容器内设有搅拌装置，S2中所述注入饱和水蒸气的操作在搅拌状态下进行。在搅拌状态下注入饱和水蒸气，能够使炼钢除尘灰与水、二氧化碳接触更充分，反应更彻底。

[0019] 优选地，S3中所述升温的速率为50～80℃/min。在本发明的消解方法中，该升温速率可获得更高的消解效率。

[0020] 优选地，S3中所述降温的速率为90～110℃/min。在本发明的消解方法中，该降温速率能够使所得消解产物的粒径分布更均匀。

[0021] 优选地，所述消解方法还包括S4，所述S4的操作为：当所述炼钢除尘灰在60～80℃保持10～15min后，通入饱和水蒸气，使所述饱和水蒸气中水分子摩尔量为所述二氧化碳摩尔量的35～45％；升温至110～120℃，保持15～30min后，用预冷至2～5℃的二氧化碳置换所述消解容器内的气体，并使所述炼钢除尘灰降温至20～40℃。该操作能够进一步消解残留的游离氧化钙，使所得炼钢除尘灰中氧化钙含量更低，更便于其资源化利用。

[0022] 优选地，所述升温的速率为60～90℃/min。

[0023] 优选地，所述降温的速率为100～120℃/min。

具体实施方式

[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

[0025] 为了更好的说明本发明实施方式，下面通过实施例做进一步的举例说明。

[0026] 实施例1

[0027] 本实施例提供了一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，该消解方法包括以下步骤：

[0028] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中；对消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复抽真空、注入二氧化碳的操作至该消解容器中的气体中氧气含量＜1％v/v；

[0029] S2、向该消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的65％，且该消解容器内压力保持在0.18～0.19MPa的范围内；

[0030] S3、将该消解容器内温度以65℃/min的速率升至200℃，在190～210℃保持20min后，在保持消解容器内压力为0.18～0.19MPa的条件下用预冷至7℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以100℃/min的速率降温至70℃。将消解容器泄压，待炼钢除尘灰自然冷却后出料。

[0031] 实施例2

[0032] 本实施例提供了一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，该消解方法包括以下步骤：

[0033] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中；对消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复抽真空、注入二氧化碳的操作至该消解容器中的气体中氧气含量＜1％v/v；

[0034] S2、向该消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的50％，且该消解容器内压力保持在0.16～0.18MPa的范围内；

[0035] S3、将该消解容器内温度以80℃/min的速率升至240℃，在230～250℃保持15min后，在保持消解容器内压力为0.16～0.18MPa的条件下用预冷至5℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以110℃/min的速率降温至80℃。将消解容器泄压，待炼钢除尘灰自然冷却后出料。

[0036] 实施例3

[0037] 本实施例提供了一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，该消解方法包括以下步骤：

[0038] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中；对消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复抽真空、注入二氧化碳的操作至该消解容器中的气体中氧气含量＜1％v/v；

[0039] S2、向该消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的80％，且该消解容器内压力保持在0.18～0.20MPa的范围内；

[0040] S3、将该消解容器内温度以50℃/min的速率升至160℃，在150～170℃保持30min后，在保持消解容器内压力为0.18～0.20MPa的条件下用预冷至10℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以90℃/min的速率降温至60℃。将消解容器泄压，待炼钢除尘灰自然冷却后出料。

[0041] 实施例4

[0042] 本实施例提供了一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，该消解方法包括以下步骤：

[0043] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中；对消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复抽真空、注入二氧化碳的操作至该消解容器中的气体中氧气含量＜1％v/v；

[0044] S2、向该消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的65％，且该消解容器内压力保持在0.18～0.19MPa的范围内；

[0045] S3、将该消解容器内温度以65℃/min的速率升至200℃，在190～210℃保持20min后，在保持消解容器内压力为0.18～0.19MPa的条件下用预冷至7℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以100℃/min的速率降温至70℃。

[0046] S4、将炼钢除尘灰在68～72℃保持12min，然后通入饱和水蒸气，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的40％；以75℃/min的速率升温至115℃，在113～117℃保持20min后，用预冷至3℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以110℃/min的速率降温至30℃，出料。

[0047] 实施例5

[0048] 本实施例提供了一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，该消解方法包括以下步骤：

[0049] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中；对消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复抽真空、注入二氧化碳的操作至该消解容器中的气体中氧气含量＜1％v/v；

[0050] S2、向该消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的65％，且该消解容器内压力保持在0.18～0.19MPa的范围内；

[0051] S3、将该消解容器内温度以65℃/min的速率升至200℃，在190～210℃保持20min后，在保持消解容器内压力为0.18～0.19MPa的条件下用预冷至7℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以100℃/min的速率降温至63℃。

[0052] S4、将炼钢除尘灰在60～65℃保持15min，然后通入饱和水蒸气，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的35％；以60℃/min的速率升温至112℃，在110～114℃保持30min后，用预冷至5℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以100℃/min的速率降温至20℃，出料。

[0053] 实施例6

[0054] 本实施例提供了一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，该消解方法包括以下步骤：

[0055] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中；对消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复抽真空、注入二氧化碳的操作至该消解容器中的气体中氧气含量＜1％v/v；

[0056] S2、向该消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的65％，且该消解容器内压力保持在0.18～0.19MPa的范围内；

[0057] S3、将该消解容器内温度以65℃/min的速率升至200℃，在190～210℃保持20min后，在保持消解容器内压力为0.18～0.19MPa的条件下用预冷至7℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以100℃/min的速率降温至77℃。

[0058] S4、将炼钢除尘灰在75～80℃保持10min，然后通入饱和水蒸气，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的45％；以90℃/min的速率升温至118℃，在116～120℃保持15min后，用预冷至2℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以120℃/min的速率降温至40℃，出料。

[0059] 对比例1

[0060] 本对比例提供了一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，该消解方法包括以下步骤：

[0061] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中；对消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复抽真空、注入二氧化碳的操作至该消解容器中的气体中氧气含量＜1％v/v；

[0062] S2、向该消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的1.2倍，且该消解容器内压力保持在0.18～0.19MPa的范围内；

[0063] S3、将该消解容器内温度以65℃/min的速率升至200℃，在190～210℃保持20min后，在保持消解容器内压力为0.18～0.19MPa的条件下用预冷至7℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以100℃/min的速率降温至70℃。将消解容器泄压，待炼钢除尘灰自然冷却后出料。

[0064] 对比例2

[0065] 本对比例提供了一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，该消解方法包括以下步骤：

[0066] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中；对消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复抽真空、注入二氧化碳的操作至该消解容器中的气体中氧气含量＜1％v/v；

[0067] S2、向该消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的30％，且该消解容器内压力保持在0.18～0.19MPa的范围内；

[0068] S3、将该消解容器内温度以65℃/min的速率升至200℃，在190～210℃保持20min后，在保持消解容器内压力为0.18～0.19MPa的条件下用预冷至7℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以100℃/min的速率降温至70℃。将消解容器泄压，待炼钢除尘灰自然冷却后出料。

[0069] 对比例3

[0070] 本对比例提供了一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，该消解方法包括以下步骤：

[0071] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中；对消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复抽真空、注入二氧化碳的操作至该消解容器中的气体中氧气含量＜1％v/v；

[0072] S2、向该消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的65％，且该消解容器内压力保持在0.18～0.19MPa的范围内；

[0073] S3、将该消解容器内温度以65℃/min的速率升至350℃，在340～360℃保持20min后，在保持消解容器内压力为0.18～0.19MPa的条件下用预冷至7℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以100℃/min的速率降温至70℃。将消解容器泄压，待炼钢除尘灰自然冷却后出料。

[0074] 对比例4

[0075] 本对比例提供了一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，该消解方法包括以下步骤：

[0076] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中；对消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复抽真空、注入二氧化碳的操作至该消解容器中的气体中氧气含量＜1％v/v；

[0077] S2、向该消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的65％，且该消解容器内压力保持在0.18～0.19MPa的范围内；

[0078] S3、将该消解容器内温度以100℃/min的速率升至200℃，在190～210℃保持20min后，在保持消解容器内压力为0.18～0.19MPa的条件下用预冷至7℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以100℃/min的速率降温至70℃。将消解容器泄压，待炼钢除尘灰自然冷却后出料。

[0079] 对比例5

[0080] 本实施例提供了一种炼钢除尘灰中游离氧化钙的消解方法，该消解方法包括以下步骤：

[0081] S1、将炼钢除尘灰置于消解容器中；对消解容器抽真空后注入二氧化碳，重复抽真空、注入二氧化碳的操作至该消解容器中的气体中氧气含量＜1％v/v；

[0082] S2、向该消解容器注入饱和水蒸气并调节二氧化碳浓度，使饱和水蒸气中水分子摩尔量为二氧化碳摩尔量的65％，且该消解容器内压力保持在0.18～0.19MPa的范围内；

[0083] S3、将该消解容器内温度以65℃/min的速率升至200℃，在190～210℃保持20min后，在保持消解容器内压力为0.18～0.19MPa的条件下用预冷至7℃的二氧化碳置换消解容器内的气体，并使炼钢除尘灰以70℃/min的速率降温至70℃。将消解容器泄压，待炼钢除尘灰自然冷却后出料。

[0084] 检验例

[0085] 检测实施例1～6和对比例中炼钢除尘灰在消化前后游离氧化钙含量、铁单质含量以及消解完成后消解产物的粒径。结果如表1所示。

[0086] 表1游离氧化钙、铁单质含量和粒径

[0087]

[0088] 由以上结果可见，本申请实施例所提供的消解方法能够更有效地消解游离氧化钙，与对比例相比，消解效率更高，残留游离氧化钙更少，且所得消解后的炼钢除尘灰粒度更均匀。

[0089] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。