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CN108609875B - 一种利用转炉渣制备水泥混合料的方法 - Google Patents

一种利用转炉渣制备水泥混合料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用转炉渣制备水泥混合料的方法，包括以下步骤：原料化学成分分析‑配料计算‑原料破碎筛分‑烘干‑原料混合‑高温加热‑冷却‑破碎‑渣金分离得到终渣和合金；以混合料的碱度CaO/SiO2、(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)及固定碳含量Mc作为配料依据得出所需高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿的质量；所述混合料满足如下公式：CaO/SiO2＝0.5～1.3；(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)＝0.7‑1.2；

Description

一种利用转炉渣制备水泥混合料的方法
技术领域
本发明属于转炉炼钢过程固体废弃物资源再利用领域，尤其涉及 一种利用转炉渣制备水泥混合料的方法。
背景技术
转炉渣是一种转炉炼钢的过程中产生的工业固体废物。每生产1 吨钢要副产0.1～0.13吨钢渣，温度1350℃～1450℃左右。其中还含 有10～30％全铁(TFe)和大量有益元素钙、镁和硅等，因此，加大 对转炉渣资源的回收利用，成为降低钢厂冶炼成本，实现废弃物零排 放的主要手段。目前，对于转炉渣现有的主要处理方法是将冷态转炉 渣经过破碎、筛分、磁选等步骤，提取其中的金属氧化物后再加以利 用，通常处理后转炉渣用于地基回填、道路铺筑、水泥原料、净水剂 和钢渣肥料等。这种处理方法得到的两种产品分别为铁氧化物及高碱 度渣系，产品附加值较低。
水泥混合料是一种玻璃化率大于80％，胶凝活性高，二元碱度 0.8～1.3，铁氧化物含量低于5％的渣系。
《一种利用煤气还原转炉渣及炉渣循环利用的方法》(CN 105624359 A)公开了的一种利用煤气还原转炉渣及炉渣循环利用的 方法，其包括以下步骤：将转炉冶炼过程分为转炉炼钢与转炉渣热处 理两个流程，所述转炉炼钢流程中，铁水中的杂质元素经氧化反应以 氧化物的形式进入转炉渣，形成高磷含量的热态转炉渣；将所述转炉 渣倒入处理渣灌单元，进入所述转炉渣热处理流程，盛有所述转炉渣 的渣灌单元转移到转炉渣处理站，在所述转炉渣处理站内所述转炉渣 发生以煤气为还原介质的热态还原，其中，FeO的还原比例＞80％、 P2O5的还原比例＞80％，热态还原处理过程同时进行所述转炉渣的 余热回收与气态磷回收工作，处理完结后的转炉渣作为预熔渣与含铁 冷却料返回转炉重新应用。该方法所得到渣系二元碱度较高，玻璃化 率及胶凝活性低，且渣中存在游离氧化钙，该渣系无法在水泥行业得 到应用。
《一种钢渣处理方法及其装置》(CN 103757152 B)公开了的钢 渣处理方法包括将硅铝酸性氧化物和钢渣投料，其中，混合料中的总 的硅铝酸性氧化物与碱性氧化物的摩尔比1:2.5-2.9；回转窑温度为 1350-1450℃，还原剂存在下，混合料在回转窑中加热混合；产物粒 化为颗粒，进行水淬和降温，之后落入水中，再经脱水处理；脱水后 颗粒进行磁选分离，钢粒与系列硅酸盐颗粒分离。该方法中还原剂为 一氧化碳与煤粉混合物，原料成本较高。且回转窑煤粉燃烧过程必然 引入空气中的氧，相比于还原剂直接还原流程复杂，还原效率较低。
《一种从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法》(CN 102264919 A)公 开的方法通过包括以下工序，能以低成本从该炼钢炉渣中回收磷和 铁，并且能将回收的磷和铁分别作为资源进行有效利用：第一工序， 该工序中，用碳、Si、Al等还原剂对脱磷炉渣等含磷炼钢炉渣进行 还原处理，将所述炉渣中的铁氧化物和磷氧化物以含磷熔融铁的形式 还原并回收；第二工序，该工序中，将除去了铁氧化物和磷氧化物的 炼钢炉渣作为烧结工序中的CaO源使用，将制得的烧结矿再循环至 高炉；第三工序，该工序中，对通过所述还原处理回收的含磷熔融铁 进行脱磷处理，直至含磷熔融铁中的磷浓度达到0.1质量％以下，使 磷浓缩在CaO类熔剂中；第四工序，该工序中，将该磷浓度在0.1质 量％以下的含磷熔融铁作为铁源混合至高炉铁水中。该方法中所得到 的渣中CaO质量百分含量较高，因此只能少量替代烧结工序中的 CaO，无法得到具有胶凝性能的渣，产品附加值较低，限制了其再利 用价值。
Taeyoung Kim等人《Recovery of Fe and P from CaO-SiO2-FetO-P2O5Slag byMicrowave Treatment》论文中介绍了一种 微波加热石墨碳还原处理转炉渣的实验室研究。其中碳的平衡常数为 1.69，加热15分钟，铁的还原率达到0.97，磷为0.89。刘春伟等人《Valorization of BOF Steel Slag by Reduction and Phase Modification:MetalRecovery and Slag Valorization》论文中介绍了碳热 还原渣中铁磷氧化物，并通过配加氧化铝和氧化硅调整碱度制备不同 渣系产物的实验室研究。反应在1600℃还原1小时，铁氧化物的去 除率大于0.9，并介绍了铁磷氧化物的去除机理。两篇文章中所用还 原剂均为石墨质碳，在大规模工业化中难以获得经济效益。
以上发明及论文介绍了现有转炉渣处理再利用的方法，大多为碳 热还原铁氧化物或磁选去除渣中含铁物质的方法，为了充分利用钢铁 企业产生的废弃物，本文提出一种由高炉除尘灰、矿山难处理尾矿和 转炉渣为原料制备水泥混合料的方法，该方法中所用原料均为废弃 物，且得到低碱度CaO-SiO2-Al2O3类高炉渣渣系可应用于制备水泥。 根据以上背景资料，本发明专利提出一种利用转炉渣制备水泥混合料 的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种利用转炉渣 制备水泥混合料的方法，利用钢铁企业产生的废弃物高炉除尘灰、矿 山铁尾矿、转炉渣为原料，制备类高炉渣的水泥混合料，同时产生副 产品铁。
一种利用转炉渣制备水泥混合料的方法，包括以下步骤：原料化 学成分分析-配料计算-原料破碎筛分-烘干-原料混合-高温加热-冷却- 破碎-渣金分离得到终渣和合金；
所述水泥混合料以高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿为原料充分均匀 混合；
(1)原料化学成分分析：
首先分别检测待混合原料高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿中CaO、 MgO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MnO、P2O5、固定碳含量Mc的质 量百分含量；
(2)配料计算：
配料依据：以混合料的碱度CaO/SiO2、(CaO+MgO)/(SiO2+ Al2O3)及固定碳含量Mc作为配料依据得出所需高炉除尘灰，转炉 渣，铁尾矿的质量；
所述混合料的碱度CaO/SiO2、(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)及 Mc所述满足如下公式：
CaO/SiO2＝0.5～1.3 (一)
(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)＝0.7-1.2 (二)
Figure BDA0001661158620000041
其中：Mc—混合料固定碳质量，MFe2O3—混合料氧化铁质量， MFeO—混合料氧化亚铁质量，MP2O5—混合料五氧化二磷质量，MMnO— 混合料氧化锰质量；
(3)高温加热：
将混合后的高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿混合物高温加热，加热 温度不低于1450℃，非氧化性气氛，保温时间不低于20分钟。
进一步，所述高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿粒度小于1mm占质 量百分比70％以上，含水质量百分比低于2％。
本发明的有益效果在于：本发明公开的一种利用转炉渣制备水泥 混合料的方法是以高炉除尘灰作为还原剂，利用铁尾矿中硅含量高的 特点降低渣系碱度，解决钢铁企业三种固体废弃物难处理问题的同 时，得到可用于制备水泥产品的填补料及副产品还原铁水；解决固体 废弃物占用陆地资源同时，提升产品附加值。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案，进行原料化学成分分析-配料计算- 原料破碎筛分-烘干-原料混合-高温加热-冷却-破碎-渣金分离得到终 渣和合金。
所述水泥混合料以高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿为原料充分均匀 混合；
(4)原料化学成分分析：
首先分别检测待混合原料高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿中CaO、 MgO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MnO、P2O5、固定碳含量Mc的质 量百分含量；
(5)配料计算：
配料依据：以混合料的碱度CaO/SiO2、(CaO+MgO)/(SiO2+ Al2O3)及固定碳含量Mc作为配料依据得出所需高炉除尘灰，转炉渣， 铁尾矿的质量；
所述混合料的碱度CaO/SiO2、(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)及 Mc所述满足如下公式：
CaO/SiO2＝0.5～1.3 (一)
(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)＝0.7-1.2 (二)
Figure BDA0001661158620000061
其中：Mc—混合料固定碳质量，MFe2O3—混合料氧化铁质量， MFeO—混合料氧化亚铁质量，MP2O5—混合料五氧化二磷质量，MMnO— 混合料氧化锰质量；
(6)高温加热：
将混合后的高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿混合物高温加热，加热 温度不低于1450℃，非氧化性气氛，保温时间不低于20分钟。
进一步，所述高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿粒度小于1mm占质 量百分比70％以上，含水质量百分比低于2％。
本发明实施例原料化学成分分析见表1。本发明实施例水泥混合 料预设终渣碱度和Mc见表2。本发明实施例水泥混合料水泥混合料 原料成分见表3。本发明实施例水泥混合料的性能见表4。
表1本发明实施例原料化学成分分析(wt％)
Figure BDA0001661158620000071
表2本发明实施例水泥混合料预设终渣碱度和Mc
Figure BDA0001661158620000072
表3本发明实施例水泥混合料水泥混合料原料成分(wt％)
原料 转炉渣 铁尾矿 高炉除尘灰
1 50.0 25.9 24.1
2 55.2 20.0 24.8
3 59.2 15.6 25.2
4 62.2 12.0 25.8
表4本发明实施例水泥混合料的性能
Figure BDA0001661158620000081
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进 行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制， 有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况 下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进 等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由 权利要求限定。

Claims (2)

1.一种利用转炉渣制备水泥混合料的方法，包括以下步骤：原料化学成分分析-配料计算-原料破碎筛分-烘干-原料混合-高温加热-冷却-破碎-渣金分离；
原料化学成分分析：
该方法以高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿为原料；分别检测高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿中CaO、MgO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MnO、P2O5、固定碳质量百分含量；
配料计算：
水泥混合料以终渣碱度【CaO/SiO2；（CaO+ MgO）/（SiO2+ Al2O3）】，混合料固定碳质量作为配料依据；满足如下公式：
MCaO/MSiO2=0.5~1.3 （一）
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（二）
其中：MCaO—终渣氧化钙质量；MMgO—终渣氧化镁质量；MSiO2—终渣二氧化硅质量；MAl2O3—终渣氧化铝质量；
Figure 608502DEST_PATH_IMAGE002
（三）
其中：Mc—混合料固定碳质量；MFe2O3—混合料氧化铁质量；MFeO—混合料氧化亚铁质量；MP2O5—混合料五氧化二磷质量；MMnO—混合料氧化锰质量；
高温加热：
非氧化性气氛环境，加热温度不低于1450℃，保温时间不低于20分钟。
2.根据权利要求1所述的利用转炉渣制备水泥混合料的方法，所述高炉除尘灰，转炉渣，铁尾矿粒度小于1mm占质量百分比70%以上，含水质量百分比低于2%。
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