CN103641299B

CN103641299B - 碱性精炼渣用于生产矿渣棉的调渣方法

Info

Publication number: CN103641299B
Application number: CN201310646113.4A
Authority: CN
Inventors: 王宏明; 李桂荣
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2033-12-06
Also published as: CN103641299A

Abstract

本发明涉及冶金废渣再利用技术领域，特别涉及一种碱性精炼渣用于生产优质矿渣棉的调渣方法。其特征在于：针对炼钢或铁合金精炼过程产生的碱性精炼渣采用含铝的铝灰渣、锂辉石和硼酐依次作为调渣剂进行调渣，降低精炼渣的碱性和氧化性，提高矿渣的成纤维性能。

Description

碱性精炼渣用于生产矿渣棉的调渣方法

技术领域

本发明涉及冶金废渣再利用技术领域，特别涉及一种碱性精炼渣用于生产优质矿渣棉的调渣方法。

背景技术

矿渣棉是利用冶金废渣为主要原料，经调整成分后将高温熔渣采用高压气体喷吹或者离心甩丝法等方法制成丝绵状无机纤维，这种无机纤维是一种很好的隔热、保温及耐火材料，并可以进一步加工成耐火隔热板、隔热墙等绿色环保的建筑及热力设备用材料；目前矿渣棉可以采用固态渣重熔后制棉，也可以在温度、成分合适的情况下直接从冶炼炉内放出后直接用于制棉，但后者对渣温度、成分及生产的协调一致性要求非常高，特别是冶炼炉出渣后，往往需要进行专门用于满足制棉要求的调质处理后，才能制棉。

现有技术中，利用冶金渣制棉基本上都是针对炼铁和铁合金的冶炼渣，这种冶炼渣的共性是酸度高、渣中的氧化铝含量高，即以CaO-SiO₂-Al₂O₃三元系为基础的酸性冶炼渣；如申请号200910143417.2公开了一种高温液态铁合金废渣为原料制造矿渣棉的方法；如申请号201010211387.7公开了利用炼铁炉渣生产矿渣棉的设备和方法；但是，由于铁合金和炼铁过程冶炼周期长，出渣的周期也长，很难实现与后续直接制棉相匹配协调，而炼钢和铁合金的精炼，周期短、出渣快且渣温高，是有利于直接制棉并实现与制棉工序相协调的，但是，目前，现有技术中没有检索到针对碱性精炼渣进行制棉的技术方法，这是因为目前的铁合金精炼和钢的精炼都是产生碱性强的且往往带有氧化性的精炼渣，高碱性和高氧化性的熔渣喷吹时不易成丝，且冷却后易粉化，缺少玻璃渣成丝和低温下保持纤维状的特征，因此，高碱性精炼渣需要进行专门的调渣处理方法，才能克服目前碱性精炼渣直接制棉的瓶颈问题。

综上所述，欲利用炼钢精炼及铁合金精炼产生的碱性精炼渣制棉，需要发明针对该类渣特性的调渣处理方法，这对实现冶金废渣的高附加值再利用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是：发明一种碱性精炼渣用于生产矿渣棉的调渣方法，解决高碱性的冶金渣难于直接制棉的关键问题，实现利用炼钢精炼及铁合金精炼产生的碱性精炼渣的直接制棉，获得性能优良矿渣棉无机纤维，从而实现碱性冶金废渣的高附加值利用。

实现本发明的技术方案是：

本发明提出一种碱性精炼渣用于生产矿渣棉的调渣方法，其特征在于针对炼钢或铁合金精炼过程产生的碱性精炼渣采用含铝的铝灰渣、锂辉石和硼酐依次作为调渣剂进行调渣，降低精炼渣的碱性和氧化性，提高矿渣的成纤维性能；具体的调渣步骤如下：

A）调渣的第一步采用含铝的铝灰渣调渣，即在高温出炉的碱性精炼渣中加入碱性精炼渣重量分数为10%-30%的铝灰渣调渣，所选用的铝灰渣为Al₂O₃和单质Al的混合物，其组成要根据要调质的碱性精炼渣的氧化性来确定；若碱性精炼渣中氧化铁和氧化锰含量之和大于1%，所用铝灰渣中含Al单质的含量为6-10%，余量为Al₂O₃；若碱性精炼渣中氧化铁和氧化锰含量之和小于或等于1%，则所用铝灰渣中Al单质的含量为1-5%，余量为Al₂O₃；

B）调渣的第二步采用锂辉石调渣，即在第一步采用铝灰渣调渣后，向碱性精炼渣中加入碱性精炼渣重量分数为20%-50%的锂辉石，使调渣后渣中Li₂O的质量分数为1-2%；所用锂辉石的成分指标要求为：Li₂O的质量分数为4-7%，SiO₂>75%，余量杂质越低越好；

C）调渣的第三步采用硼酐进一步调高渣的酸度，即在第二步采用锂辉石调渣后，向熔渣中加入硼酐，硼酐的加入量为使调渣后的渣中B₂O₃的质量分数为1-2%；

需要特别指出的是，在调渣过程中调渣剂有效成分含量的选择和加入量，还需要考虑到渣的酸度，这是决定渣是否具备好的成纤维成棉性能的重要指标，因此，调渣剂铝灰渣、锂辉石和硼酐的加入量以控制渣中的六元酸度系数M_k6=1.10-1.19，其中M_k6=w(SiO₂+Al₂O₃+B₂O₃)/w(CaO+MgO+Li₂O)（质量比）；调质后的渣在1450-1500℃下通过常规的喷吹方法制棉。

与现有技术相比本发明的主要优点如下：

（1）、对于碱性精炼渣，通过铝灰渣调整了渣中氧化铝，控制了渣的氧化性，使其由“短渣”变成“长渣”，并降低了碱性渣的熔点和粘度，提高了碱性渣的成纤维性能。

（2）、对于碱性精炼渣，通过锂辉石调渣，一方面，锂辉石中的Li₂O能非常好的调整渣的成玻璃性能，有利于成棉，且锂辉石中的大部分SiO₂，又成为提高渣酸度，降低渣碱性的重要组分，锂辉石的这种两方面作用，都有利于碱性精炼渣的变性，提高成棉性能。

（3）、本发明还采用硼酐调渣，硼酐是目前对硅酸盐渣系而言改变碱性渣为酸性玻璃渣的最强组元，硼酐不仅显著降低了渣熔化温度和粘度，而且提高了渣的成玻璃性能，即非常有效的提高碱性精炼渣的成纤维成棉性能。

（4）与现有技术中采用氧化铝和硅石调渣相比，突出优势有三个：1）是引入铝控制了渣的氧化性，消除了氧化铁和氧化锰造成的短渣因素；2）是通过锂辉石引入氧化锂，改善渣的玻璃性能；3）是引入硼酐高效调整渣的酸度，改善渣的成纤维成棉性能。

（5）、本发明充分利用碱性精炼渣出渣温度高，热焓高的有利因素，所加组元吸热少，成渣快，温度降低到1450-1500℃时具有非常好的成棉性能，有利于节约能源。

（6）、采用本发明的调渣方法，可以利用碱性精炼渣制备优质的矿渣棉，所得矿渣棉的指标为：阻燃级别A级不可燃；导热系数<0.040、渣球含量<8%、荷重收缩温度高于650℃，吸湿率<3%，所有技术指标均符合相关国家技术标准。

具体实施方式

实施实例1：炼钢精炼渣

针对150吨钢包炉精炼渣实施调渣处理，造高碱度渣脱硫以后，渣中碱度为4.5，渣中MnO和FeO含量之和小于1%，每一炉次的总渣量约3吨，根据本发明的内容，采取的调渣方案及调渣步骤如下：

第一步采用含铝的铝灰渣调渣，即在1580℃下高温出炉的碱性精炼渣中加入碱性精炼渣重量分数为20%的铝灰渣调渣，即600Kg，所选用的铝灰渣组成为Al单质的含量为2%，余量为Al₂O₃，调渣后渣温为1540℃。

第二步采用锂辉石调渣，即在第一步采用铝灰渣调渣后，向碱性精炼渣中加入碱性精炼渣重量分数为20%的锂辉石，即600Kg，所用锂辉石的成分指标为：Li₂O的质量分数为6%，SiO₂78%，使调渣后渣中Li₂O的质量分数为1.1%。

第三步采用硼酐进一步调高渣的酸度，即在第二步采用锂辉石调渣后，向熔渣中加入硼酐，硼酐的加入量为39Kg，使调渣后的渣中B₂O₃的质量分数为1%。

第四步熔渣测温取样分析，采用一次性双铂铑热电偶测温为1460℃，根据成分分析结果得到调渣后渣的六元酸度为：M_k6=w(SiO₂+Al₂O₃+B₂O₃)/w(CaO+MgO+Li₂O)=1.15，通过常规的喷吹方法制棉，喷吹用高压氮气的压力为1.0MPa，吹出的矿渣棉纤维直径5-8微米，所有技术指标符合相关国家技术标准。

实施实例2：镍精炼渣

针对5t吨电弧炉进行镍精炼的精炼渣实施调渣处理，镍精炼为氧化精炼，旨在脱磷，精炼结束后，取渣样分析，渣中碱度为5.5，渣中MnO和FeO含量之和10%，每一炉次的总渣量约1吨，根据本发明的内容，采取的调渣方案及调渣步骤如下：

第一步采用含铝的铝灰渣调渣，即在1600℃下高温出炉的碱性精炼渣中加入碱性精炼渣重量分数为30%的铝灰渣调渣，即300Kg，所选用的铝灰渣组成为Al单质的含量为10%，余量为Al₂O₃，调渣后渣温为1580℃。

第二步采用锂辉石调渣，即在第一步采用铝灰渣调渣后，向碱性精炼渣中加入碱性精炼渣重量分数为40%的锂辉石，即400Kg，所用锂辉石的成分指标为：Li₂O的质量分数为4%，SiO₂78%，使调渣后渣中Li₂O的质量分数为1.9%。

第三步采用硼酐进一步调高渣的酸度，即在第二步采用锂辉石调渣后，向熔渣中加入硼酐，硼酐的加入量为25Kg，使调渣后的渣中B₂O₃的质量分数为2%。

第四步熔渣测温取样分析，采用一次性双铂铑热电偶测温为1480℃，根据成分分析结果得到调渣后渣的六元酸度为：M_k6=w(SiO₂+Al₂O₃+B₂O₃)/w(CaO+MgO+Li₂O)=1.12，通过常规的喷吹方法制棉，喷吹用高压氮气的压力为0.8MPa，吹出的矿渣棉纤维直径5-8微米，所有技术指标符合相关国家技术标准。

Claims

1.碱性精炼渣用于生产矿渣棉的调渣方法，其特征在于：针对炼钢或铁合金精炼过程产生的碱性精炼渣采用含铝的铝灰渣、锂辉石和硼酐依次作为调渣剂进行调渣，降低精炼渣的碱性和氧化性，提高矿渣的成纤维性能；在调渣过程中调渣剂有效成分含量的选择和加入量，还需要考虑到渣的酸度，这是决定渣是否具备好的成纤维成棉性能的重要指标；调渣剂铝灰渣、锂辉石和硼酐的加入量以控制渣中的六元酸度系数M_k6=1.10-1.19，其中M_k6=w(SiO₂+Al₂O₃+B₂O₃)/w(CaO+MgO+Li₂O)；所述的铝灰渣的组成要根据要调质的碱性精炼渣的氧化性来确定指：若碱性精炼渣中氧化铁和氧化锰含量之和大于1%，所用铝灰渣中含Al单质的含量为6-10%，余量为Al₂O₃；若碱性精炼渣中氧化铁和氧化锰含量之和小于或等于1%，则所用铝灰渣中Al单质的含量为1-5%，余量为Al₂O₃。

2.如权利要求1所述的碱性精炼渣用于生产矿渣棉的调渣方法，其特征在于具体的调渣步骤如下：

A）调渣的第一步采用含铝的铝灰渣调渣，即在高温出炉的碱性精炼渣中加入碱性精炼渣重量分数为10%-30%的铝灰渣调渣，所选用的铝灰渣为Al₂O₃和单质Al的混合物，其组成要根据要调质的碱性精炼渣的氧化性来确定；

B）调渣的第二步采用锂辉石调渣，即在第一步采用铝灰渣调渣后，向碱性精炼渣中加入碱性精炼渣重量分数为20%-50%的锂辉石，使调渣后渣中Li₂O的质量分数为1-2%；

D）调质后的渣通过常规的喷吹方法制棉。

3.如权利要求2所述的碱性精炼渣用于生产矿渣棉的调渣方法，其特征在于：所用锂辉石的成分指标要求为：Li₂O的质量分数为4-7%，SiO₂>75%，余量杂质越低越好。

4.如权利要求2所述的碱性精炼渣用于生产矿渣棉的调渣方法，其特征在于：所述的调质后的渣通过常规的喷吹方法制棉是在1450-1500℃下通过常规的喷吹方法制棉。