專利名稱：一種轉(zhuǎn)爐渣制備金屬鐵及水泥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢棄物再資源化利用領(lǐng)域，特別是提供一種以轉(zhuǎn)爐渣為原料分別 制備金屬鐵及水泥的方法。
背景技術(shù)：
按目前我國(guó)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的一般水平，煉鋼終渣量大約是出鋼量的15%，每生產(chǎn) 一噸合格鋼水相應(yīng)會(huì)排放150kg的鋼渣。全國(guó)每年生產(chǎn)6億噸粗鋼，估計(jì)每年會(huì)產(chǎn)生九千萬(wàn) 噸至一億噸鋼渣，這些鋼渣目前尚無(wú)合理的處理和利用的技術(shù)，形成大量的廢棄物。目前，大多數(shù)廠家采用廢棄物處理的思路，將其粗磨，多道磁選，余下者少量作為 水泥原料，大部分予以填埋。目前，轉(zhuǎn)爐鋼渣中混有鋼珠、鋼塊約2 3%，渣中還含有Fe2O3和FeO，其全鐵含量 約為15%，可見(jiàn)全國(guó)每年9000萬(wàn)噸鋼渣中尚有鐵元素約為1500 2000萬(wàn)噸/年，這對(duì)鐵 礦資源十分匱乏的我國(guó)，也是非常巨大的資源。然而，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，這些鐵資源未 能全部回收再利用，而且形成了污染環(huán)境的廢棄物。目前大多數(shù)廠家認(rèn)為鋼渣是廢棄物，送交附企予以處理，采取分揀、篩分、磁選等 簡(jiǎn)單處理的方法，僅能回收部分廢鋼快和含鐵較高的強(qiáng)磁性物質(zhì)返回?zé)掍摶驘Y(jié)工序，作 為低品位原料，經(jīng)濟(jì)性差，不僅資源未能充分利用，而且形成大量固體廢棄物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出將轉(zhuǎn)爐鋼渣看作資源的理念，指出轉(zhuǎn)爐鋼渣中含有15%以上的鐵元 素，正是由于含鐵量較高，不適用與水泥制造而成為廢棄物，應(yīng)該換向思維這些鐵元素將 認(rèn)作是可貴的金屬資源，將鐵元素分離提出；余下的物質(zhì)其化學(xué)成分與普通水泥及其相似。 因此提出了“鋼渣再資源化”的概念即采用精細(xì)還原技術(shù)將鋼渣的鐵元素還原成金屬鐵， 予以分離提取，可獲得金屬鐵和化學(xué)成分與水泥非常接近的剩余物料?！N轉(zhuǎn)爐渣制備金屬鐵及水泥方法，其特征是按“轉(zhuǎn)爐渣強(qiáng)磁分選一細(xì)磨解離一 精細(xì)還原一磁選分離一f-CaO消解”的再資源化工藝路線，將轉(zhuǎn)爐渣中的鐵氧化物還原成金 屬鐵，予以分離提取，分別獲得金屬鐵和化學(xué)成分與水泥非常接近的水泥摻雜料。如上所述轉(zhuǎn)爐渣強(qiáng)磁分選技術(shù)是使用釹鐵硼強(qiáng)磁鐵對(duì)原始大粒度轉(zhuǎn)爐渣顆粒進(jìn) 行強(qiáng)磁分選，分別獲得磁性和非磁性爐渣顆粒。如上所述轉(zhuǎn)爐渣細(xì)磨解離技術(shù)是將強(qiáng)磁分選獲得的磁性爐渣進(jìn)行機(jī)械破碎，使 其粒度小于37μπι(400目)，實(shí)現(xiàn)渣中鐵元素與其他元素的解離。轉(zhuǎn)爐渣細(xì)磨解離過(guò)程中的 參數(shù)控制如下(1)轉(zhuǎn)爐渣經(jīng)機(jī)械破碎后粒度< 37 μ m (即400目)。如上所述轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原技術(shù)是將強(qiáng)磁分選獲得的磁性爐渣經(jīng)機(jī)械破碎后，在 900 1000°C溫度和純H2或70 100% CO氣氛下進(jìn)行精細(xì)還原，精細(xì)還原過(guò)程的參數(shù)控 制為
(1)還原溫度900 IOOO0C ；(2)還原氣氛純H2或70 100% CO ；(3)還原時(shí)間2 4h。如上所述轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原產(chǎn)物磁選分離技術(shù)是轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原產(chǎn)物進(jìn)行濕法磁 選，分別獲得磁性富鐵物料及非磁性物料。濕法磁選過(guò)程的參數(shù)控制為(1)磁鐵磁感強(qiáng)度50 IOOmT ；(2)攪拌時(shí)間1 3min/次；(3)攪拌次數(shù)5 10次。如上所述非磁性物料中f-CaO的消解技術(shù)是轉(zhuǎn)爐渣經(jīng)精細(xì)還原、濕法磁選獲得 的非磁性物料進(jìn)行f-CaO的消解，通入CO2和水蒸氣消解其中的f-CaO，使其轉(zhuǎn)化成CaCO3或 者Ca (OH) 2，使?jié)穹ù胚x獲得的非磁性物料在使用過(guò)程中不再粉化。一種與上述工藝配套使用的轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原裝置，如附圖1所示，主要包括1氮 氣源，2氫氣源，3 二氧化碳?xì)庠矗?煤氣重整裝置，5流量計(jì)，6氣體混合室，7電阻爐，8控制 柜，9坩堝，H2還原時(shí)，使用氮?dú)庠?和氫氣源2 ;C0還原時(shí)，使用氮?dú)庠春?、二氧化碳?xì)庠?3及煤氣重整裝置4。對(duì)于上述轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原過(guò)程，通過(guò)流量計(jì)控制氮?dú)狻錃饣蚨趸?碳的流量，坩堝置于管式電阻爐內(nèi)，轉(zhuǎn)爐渣放在坩堝內(nèi)通入氫氣或一氧化碳，在非熔態(tài)下還 原生成純度很高的金屬鐵粉。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是提出將轉(zhuǎn)爐鋼渣看作資源的理念，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐鋼渣的再資源化利用， 在將轉(zhuǎn)爐鋼渣進(jìn)行有效消納處理的同時(shí)更能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。按本發(fā)明工藝路線處理 轉(zhuǎn)爐渣，過(guò)程能耗低、物耗低、無(wú)環(huán)境污染，既實(shí)現(xiàn)了資源的有效回收利用，亦減少了環(huán)境污 染。這不僅對(duì)于鋼鐵廠本身，還是對(duì)國(guó)家、對(duì)社會(huì)都具有十分重要的意義。


圖1為轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原裝置示意圖注圖中1氮?dú)庠矗?氫氣源，3 二氧化碳?xì)庠矗?煤氣重整裝置，5流量計(jì)，6氣體混 合室，7電阻爐，8控制柜，9坩堝。圖2為細(xì)磨后磁性爐渣的粒度分布情況注圖中q為粒度分布；Q為累積分布。圖3為還原產(chǎn)物的粒度分布情況注圖中q為粒度分布；Q為累積分布。具體實(shí)施內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施內(nèi)容是將山東山鋼集團(tuán)的典型轉(zhuǎn)爐渣試樣，共IOkg (TFe = 11. 31%, FeO = 11. 09%, f-CaO = 6. 52% )按本發(fā)明工藝進(jìn)行再資源化處理(1)轉(zhuǎn)爐渣強(qiáng)磁分選使用釹鐵硼強(qiáng)磁鐵對(duì)原始大粒度轉(zhuǎn)爐渣顆粒進(jìn)行強(qiáng)磁分 選，分別獲得TFe = 20%磁性爐渣5. Okg和TFe < 1 %非磁性爐渣3. 8kg。(2)轉(zhuǎn)爐渣細(xì)磨解離將強(qiáng)磁分選獲得的磁性爐渣進(jìn)行機(jī)械破碎，使其粒度小于 37 μ m(400目)，實(shí)現(xiàn)渣中鐵元素與其他元素的解離，細(xì)磨后磁性爐渣的粒度分布如附圖2 所示。轉(zhuǎn)爐渣細(xì)磨解離過(guò)程中的參數(shù)控制如下1)轉(zhuǎn)爐渣經(jīng)機(jī)械破碎后粒度< 37 μ m (即400目)。
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(3)轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原將強(qiáng)磁分選獲得的磁性爐渣經(jīng)機(jī)械破碎后，在900 1000°C 溫度和純H2或70 100% CO氣氛下進(jìn)行精細(xì)還原，精細(xì)還原過(guò)程的參數(shù)控制為1)還原溫度900、1000°C ；2)還原氣氛純H2或100% CO ；3)還原時(shí)間2、4h。磁性爐渣經(jīng)精細(xì)還原后，金屬化率達(dá)到85 %，且精細(xì)還原后磁性爐渣的還原產(chǎn)物 仍為粉狀，顆粒間并未發(fā)生燒結(jié)，如附圖3所示，可采用物理方法將鐵元素與其他雜質(zhì)元素 進(jìn)一步分離。(4)轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原產(chǎn)物磁選分離轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原產(chǎn)物進(jìn)行濕法磁選，分別獲 得磁性富鐵物料及非磁性物料。濕法磁選過(guò)程的參數(shù)控制為1)磁鐵磁感強(qiáng)度70mT ；2)攪拌時(shí)間3min/次；3)攪拌次數(shù)10次。磁性爐渣經(jīng)精細(xì)還原后進(jìn)行濕法磁選，分別獲得富鐵物料1. 3kg、占20%，其中全 鐵TFe = 90% ；非磁性物料7. 1kg、占80%。(5)非磁性物料中f-CaO的消解技術(shù)轉(zhuǎn)爐渣經(jīng)精細(xì)還原、濕法磁選獲得的非磁性 物料進(jìn)行f-CaO的消解，通入CO2和水蒸氣消解其中的f-CaO，使f_CaO轉(zhuǎn)化成CaCO3或者 Ca (OH) 2，使?jié)穹ù胚x獲得的非磁性物料在使用過(guò)程中不再粉化。按本發(fā)明工藝路線對(duì)山鋼集團(tuán)的典型轉(zhuǎn)爐渣試樣(共IOkg)進(jìn)行再資源化處理， 分別獲得了 TFe > 90%的金屬鐵1. 3kg以及f-CaO < 3%的水泥摻雜料7. Ikg,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐 渣的再資源化利用。
權(quán)利要求
一種轉(zhuǎn)爐渣制備金屬鐵及水泥方法，其特征是按“轉(zhuǎn)爐渣強(qiáng)磁分選→細(xì)磨解離→精細(xì)還原→磁選分離→f CaO消解”的再資源化工藝路線，將轉(zhuǎn)爐渣中的鐵氧化物還原成金屬鐵，予以分離提取，分別獲得金屬鐵和化學(xué)成分與水泥非常接近的水泥摻雜料。
2.如權(quán)利要求1所述轉(zhuǎn)爐渣制備金屬鐵及水泥方法，其特征是轉(zhuǎn)爐渣強(qiáng)磁分選是使 用釹鐵硼強(qiáng)磁鐵對(duì)原始大粒度轉(zhuǎn)爐渣顆粒進(jìn)行強(qiáng)磁分選，分別獲得磁性和非磁性爐渣顆 粒。
3.如權(quán)利要求1所述轉(zhuǎn)爐渣制備金屬鐵及水泥方法，其特征是轉(zhuǎn)爐渣細(xì)磨解離技術(shù) 是將強(qiáng)磁分選獲得的磁性爐渣進(jìn)行機(jī)械破碎，使其粒度小于37 μ m(400目)，實(shí)現(xiàn)渣中鐵 元素與其他元素的解離；轉(zhuǎn)爐渣細(xì)磨解離過(guò)程中的參數(shù)控制如下(1)轉(zhuǎn)爐渣經(jīng)機(jī)械破碎后粒度< 37 μ m,即400目。
4.如權(quán)利要求1所述轉(zhuǎn)爐渣制備金屬鐵及水泥方法，其特征是轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原技術(shù) 是將強(qiáng)磁分選獲得的磁性爐渣經(jīng)機(jī)械破碎后，在900 1000°C溫度和純H2或70 100% CO氣氛下進(jìn)行精細(xì)還原，精細(xì)還原過(guò)程的參數(shù)控制為(1)還原溫度900 IOOO0C；(2)還原氣氛純H2或70 100%CO ；(3)還原時(shí)間2 4h。
5.如權(quán)利要求1所述轉(zhuǎn)爐渣制備金屬鐵及水泥方法，其特征是轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原產(chǎn)物磁 選分離技術(shù)是轉(zhuǎn)爐渣精細(xì)還原產(chǎn)物進(jìn)行濕法磁選，分別獲得磁性富鐵物料及非磁性物料； 濕法磁選過(guò)程的參數(shù)控制為(1)磁鐵磁感強(qiáng)度50 IOOmT；(2)攪拌時(shí)間:1 3min/次;(3)攪拌次數(shù)5 10次。
6.如權(quán)利要求1所述轉(zhuǎn)爐渣制備金屬鐵及水泥方法，其特征是非磁性物料中f-CaO的 消解技術(shù)是轉(zhuǎn)爐渣經(jīng)精細(xì)還原、濕法磁選獲得的非磁性物料進(jìn)行f-CaO的消解，通入CO2 和水蒸氣消解其中的f-CaO，使f-CaO轉(zhuǎn)化成CaCO3或者Ca (OH)2,使?jié)穹ù胚x獲得的非磁性 物料在使用過(guò)程中不再粉化。
全文摘要
本發(fā)明屬于固體廢棄物再資源化利用領(lǐng)域，特別是提供一種以轉(zhuǎn)爐渣為原料分別制備金屬鐵及水泥的方法。其特征是按“轉(zhuǎn)爐渣強(qiáng)磁分選→細(xì)磨解離→精細(xì)還原→磁選分離→f-CaO消解”的再資源化工藝路線，將轉(zhuǎn)爐渣中的鐵氧化物還原成金屬鐵，予以分離提取，分別獲得金屬鐵和化學(xué)成分與水泥非常接近的水泥摻雜料。工藝過(guò)程的參數(shù)控制為(1)轉(zhuǎn)爐渣細(xì)磨解離粒度＜37μm(即400目)；(2)精細(xì)還原溫度900～1000℃；還原氣氛純H2或70～100％CO；(3)磁選分離過(guò)程磁鐵磁感強(qiáng)度50～100mT。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是處理轉(zhuǎn)爐渣，過(guò)程能耗低、物耗低、無(wú)環(huán)境污染，既實(shí)現(xiàn)了資源的有效回收利用，亦減少了環(huán)境污染。在將轉(zhuǎn)爐鋼渣進(jìn)行有效消納處理的同時(shí)更能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)B09B3/00GK101906492SQ201010254760
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者劉潤(rùn)藻, 孫靈芝, 張顏庭, 李士琦, 汪玉嬌, 沈平, 王玉剛, 金曉輝, 陳培鈺, 高金濤 申請(qǐng)人:北京科大國(guó)泰能源環(huán)境工程技術(shù)有限公司