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工业废渣综合利用技术

工业废渣综合利用技术. —— 钢渣. 资源与环境学院 环境工程教研室 madong8088@yahoo.com.cn. 钢铁是怎样炼成的？. 钢和铁 特种钢材. 钢渣 ( slag) 的处理和利用. 钢渣是炼钢过程中排放出的废渣。 炼钢过程是用空气或高纯氧气氧化铁水中的碳、 Fe、Mn、Si、P 等元素并释放大量化学热。在高温下，炉料分成两个互不相溶的液相：钢液和熔渣，熔渣硬化后即为钢渣，一般每炼一吨钢，产生200～300 kg 钢渣。按冶炼方法，钢渣可分为平炉钢渣(初期渣，后期渣)，电炉钢渣(氧化渣，还原渣)和转炉钢渣三类。 钢渣的物质组成 钢渣的处理工艺

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工业废渣综合利用技术

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Presentation Transcript

  1. 工业废渣综合利用技术 ——钢渣 资源与环境学院 环境工程教研室 madong8088@yahoo.com.cn

  2. 钢铁是怎样炼成的？ • 钢和铁 • 特种钢材

  3. 钢渣(slag)的处理和利用 钢渣是炼钢过程中排放出的废渣。 炼钢过程是用空气或高纯氧气氧化铁水中的碳、Fe、Mn、Si、P等元素并释放大量化学热。在高温下，炉料分成两个互不相溶的液相：钢液和熔渣，熔渣硬化后即为钢渣，一般每炼一吨钢，产生200～300kg钢渣。按冶炼方法，钢渣可分为平炉钢渣(初期渣，后期渣)，电炉钢渣(氧化渣，还原渣)和转炉钢渣三类。 • 钢渣的物质组成 • 钢渣的处理工艺 • 钢渣的利用

  4. 1、钢渣的物质组成 • 钢渣的化学成分 • 钢渣的矿物成分

  5. (1) 钢渣的化学成分 • 钢渣的化学组分的来源 • 钢渣的主要化学成分及其特点 • 钢渣的碱度(alkalinity)及分类

  6. a. 钢渣化学组分的来源 • 金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物； • 被腐蚀的炉衬和补炉材料； • 金属炉料带入的泥砂等杂质； • 造渣材料，如石灰石、白云石、铁矿石、石英砂等。

  7. b. 钢渣的主要化学成分及其特点 • 主要化学成分有：CaO，、SiO2、A12O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5、Y2O5、TiO2等； • 不同种类的钢渣，各组分的含量变化较大。 • 钢渣中FeO和Fe2O3含量(约20％)明显高于高炉矿渣和水泥熟料中的含量(约<5％)。 • 钢渣中含有P2O5(约1～5％)，而高炉矿渣和水泥熟料中一般没有P2O5。P2O5对于钢渣矿物的形成起重要作用，但P2O5和CaO，SiO2能形成活性较差的叠磷硅钙石Ca3(PO4)2·2(α-Ca2SiO4)，阻碍了C3S的生成，并使C3S分解，从而降低钢渣的活性。

  8. c. 钢渣的碱度(alkalinity)及分类 • 钢渣的碱度(M0): • 钢渣按碱度分类： • 低碱度钢渣：M0＜1.8； • 中碱度钢渣：M0＝1.8—2.5； • 高碱度钢渣：M0＞2.5

  9. （2）钢渣的矿物成分 • 钢渣的矿物成分与其化学成分，特别是与碱度密切相关。在炼钢过程中，随着碱度逐渐增高，将发生不同的化学反应，并形成不同的矿物相。 • 在冶炼初期，部分铁水氧化，形成FeO和Fe2O3，铁水中的Si被氧化成SiO2，此时熔渣为 SiO2—(FeO+Fe2O3)—CaO三元体系，主要矿物相为橄榄石CaO·Mg(Fe，Mn)O·SiO2。 • 随后，由于石灰的不断加入，碱度不断提高，依次发生下列反应： • 橄榄石+CaO→3CaO·(Fe,Mg,Mn)O·2Si02(蔷薇辉石)十(Fe,Mg,Mn)O • 蔷薇辉石+CaO→C2S+(Fe,Mg,Mn)O • C2S+CaO→C3S

  10. （2）钢渣的矿物成分 • 在不同冶炼期和不同碱度的钢渣中都有(Pe,Mg,Mn)O连续固溶体和游离CaO、铁酸钙存在，含磷多的钢渣中还存在叠磷硅酸钙石。 • 在这些矿物中C2S和C3S的含量都比较高，若钢渣处理方法适当，可以保存较高的活性，适于生产水泥。 • MgO在低碱度钢渣中以镁蔷薇辉石形式存在，在高碱度钢渣中以氧化物固溶体形式存在，不影响水泥的安定性，因此，钢渣可用于生产水泥。

  11. 2、钢渣的处理工艺 由于炼钢设备，工艺过程，造渣制度的不同，钢渣物化性能的多样性及其多种利用途径，决定了钢渣处理工艺的多样化，处理工艺的选择必须综合考虑钢渣的用途、炼钢工艺特点和有利于提高炼钢能力。 • 炼钢熔渣的处理 • 钢渣的加工处理

  12. (1) 炼钢熔渣的处理 目前炼钢熔渣的处理工艺主要有四种。 • 弃渣法 将熔渣倒入渣槽，稍冷后直接运往渣场抛弃，堆积量大时便形成渣山。这种工艺不利钢渣合理加工利用，占用农田、污染环境。 • 热泼法 将熔渣运到有一定坡度的热泼场地，分层泼倒并用冷水喷淋，冷却后用堆土机堆集，外运加工，热泼渣的块度大多在80mm左右。 • 盘泼水冷法 将熔渣运到炉渣车间，倒入几个浅盘内，形成约l0cm厚的渣层，再洒水急冷，温度降到500℃时，倒入排渣台车，进行第二次洒水冷却，温度降至200～90℃，倒入渣池，冷至70℃时用抓斗装车外运。 • 水淬法 水淬原理与高炉渣急冷处理相同，在急冷过程中,抑制了C2S向γ-C2S的转变,故水淬钢渣安定性好，有较高的综合利用价值。

  13. (2) 钢渣的加工处理 • 为了利用钢渣，必须根据不同用途的要求，对上述各种钢渣进行合理的破碎，细磨、筛分和磁选工艺流程。 • 例如：若将钢渣用作烧结原料或改良土壤,则可选用自磨机加工。 • 将钢渣用于生产水泥或钢渣磷肥，则应选用球磨机加工。钢渣的入磨粒度要求小于10cm，含水率<2％，含钢量<1％。 • 钢渣加工处理的工艺流程见下图。

  14. 钢渣加工处理的工艺流程图

  15. 3、钢渣的利用 • 在冶炼钢铁中的应用 • 作烧结矿的熔剂 • 作高炉炼铁熔剂 • 作化铁炉熔剂 • 返回转炉炼钢 • 生产铁水脱硫剂 • 回收钢铁及提取稀有元素 • 用于建筑材料 • 在农业中的应用

  16. 作烧结矿的熔剂 • 在烧结矿中掺配5～15％，粒度<8mm的钢渣代替部分熔剂,利用钢渣中的钢粒及其它有益组分可以显著改善烧结过程。 • 由于钢渣软化温度低,可使烧结矿液相生成早,并迅速向周围扩散，与周围物质反应，使粘结相增多且分布均匀，不易破碎，有利于烧结造球，提高烧结速度。 • 对于含P低的烧结矿，由于引入钢渣中的磷，其离子半径小，能固溶在C2S晶体中，可以抑制β-C2S向γ-C2S转化，防止烧结矿的粉化，有助于提高烧结成品率。 • 炼铁高炉使用掺入矿渣的烧结矿，虽然铁的品位稍有降低但烧结矿强度高，可使高炉操作顺利，有利于提高生铁产量，降低焦比。（钢渣中CaO≈50％±）。

  17. 作高炉炼铁熔剂 • 将钢渣破碎到8～30 mm粒径，直接返回高炉，以代替石灰石，并回收利用其中的有益组分，可以节省熔剂(石灰石、白云石、萤石)消耗，改善高炉渣的流动性，增加生铁产量。

  18. 作化铁炉熔剂 • 用钢渣代替石灰石或萤石作化铁炉熔剂,对于铁水温度、铁水含硫量、熔化率、炉渣的碱度及流动性均无明显的不利影响，对于使用化铁炉的厂矿企业都可使用，并可以取得明显的经济效益。 (代替石灰石)

  19. 返回转炉炼钢 • 转炉炼钢时，每吨钢铁中掺入25 kg高碱度钢渣，并配合使用白云石，可使炼钢成渣早，减少初期渣对炉衬的腐蚀，有利于延长炉龄，降低耐火材料的消耗。

  20. 生产铁水脱硫剂 • 利用平炉末期钢渣生产铁水炉外复合脱硫剂，处理初始含硫量大于0.03％铁水，脱硫率可达50％，此种脱硫剂不粘罐，无污染，原料来源于废渣。

  21. 回收钢铁及提取稀有元素 • 钢渣一般含有7～10％的废钢及钢粒，可以回收大量废钢铁及部分磁性氧化物。用化学浸取法可以提取钢渣中的Nb，V等稀有金属。

  22. 用于建筑材料 • 钢渣水泥 • 钢渣砖 • 代替碎石作骨料和道路基材

  23. 钢渣水泥 • 以碱度较高(＞1.8)的平炉精渣，后期渣，转炉后期渣以及电炉还原渣为主要原料,加入一定量的粒化高炉渣和适量石膏，经细磨而成钢渣水泥，钢渣最少掺量不少于35％，必要时可掺入不超过20％的水泥熟料。我国目前生产的钢渣水泥有无熟料钢渣水泥和少熟料钢渣水泥。 • 无熟料钢渣水泥以石膏为激发剂，其配合比为：钢渣＜45％，粒化高炉渣40～45％，石膏8～12％，其标号为275～325。此种水泥早期强度低，仅用于砌筑砂浆，墙体材料，预制混凝土构件和农田水利等工程。 • 少熟料钢渣水泥以水泥熟料为激发剂，其配合比为：钢渣35～45％，粒化矿渣35～45％，熟料10～15％，石膏3～5％，标号在325以上，此种水泥的早期、后期强度比无熟料钢渣水泥都高。 • 钢渣水泥的质量必须符合GBnl64—82规定要求。钢渣水泥适于蒸气养护，具有后期强度高，耐腐蚀、微膨胀、耐磨性能好，水化热低等特点，可配制200和400号混凝土，分别用于民用建筑和工业建筑的各个方面，防水混凝土工程方面。

  24. 水泥 • GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》 • GB1344-1999《矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》 • GB12958-1999《复合硅酸盐水泥》 • 水泥标号： • 225＃、325＃、425＃、525＃ • 200、250、300、400、500、600 • P.O 32.5/42.5、P.S 32.5/42.5、P.P、P.F等

  25. 钢渣砖 • 以粉状钢渣或水淬钢渣为主要原料，掺入一定量的粒化高炉渣(或粉煤灰)和激发剂(石灰、石膏)，加水拌和，经轮碾、蒸养而制成的建筑用砖，其配合比为：钢渣60～67％，粒化高炉渣20～30％，石灰5～10％，石膏3～10％。 • 生产钢渣砖的主要设备有磁选机，球磨机，搅拌机，轮碾机，压砖机等。 • 钢渣砖可用于民用建筑中的墙体、柱子、沟道等。

  26. 代替碎石作骨料和路材 • 钢渣碎石具有容重大，强度高，表面粗糙，稳定好，不滑移，耐蚀，耐久性好，与沥青结合牢固等优良性能，特别适用于铁路、公路、工程回填、修筑堤坝、填海造地等方面。 • 由于钢渣中含有一定量的游离CaO(fCaO)，会导致碎石体积膨胀，出现碎裂，粉化，因此，严格禁止将钢渣用于混凝土骨料。 • 作路材时，必须促使fCaO完全分解，可将钢渣碎石在堆放过程中向堆内洒水，堆高20 m，存放半年后再使用。 • 钢渣碎石作沥青混凝土骨料时,由于其受到沥青胶结剂薄膜包裹，隔绝了腐蚀的可能性，体积膨胀问题不严重。

  27. 钢渣在农业上的应用 • 钢渣是一种以Ca、Si为主，含有多种养分的速效并有后劲的复合矿质肥料，由于钢渣在冶炼过程中经高温煅烧，营养组分的溶解度大大提高，可达全溶解的1／3～1／2，有的甚至更高，容易被植物吸收。 • 钢渣可用于生产钢渣磷肥和钙镁磷肥，以前者为主。 • 钢渣磷肥是用含中、高磷的铁水炼钢时,在不加萤石造渣的情况下回收的含磷钢渣，经破碎—磁选—磨细而成。钢渣中的P2O5不溶于水，但能溶解于2％的柠檬酸或柠檬酸铵溶液中，可以被植物吸收，磷的枸溶率可达80～90％。为保证钢渣有较高的枸溶率，通常要求初期渣的碱度在1.4以上。 • 生产实践表明，钢渣磷肥在酸性土壤和缺磷的碱性土壤中施用都可增产，水田、旱田都可用，即使普通钢渣也有一定磷效。 • 钢渣中的Ca、Si、Mn、Al、V等组分都是植物所需的养分，对植物早期、晚期都有肥效。

  28. 环保方面的应用研究 1、利用钢渣制备吸附剂

  29. 2、钢渣做吸附剂除磷

  30. 3、钢渣做吸附剂除苯胺

  31. 4、钢渣做脱色剂除色度

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