專利名稱：一種高效回收磷資源的鋼渣處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金資源再利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從鋼渣中高效回收磷資源的鋼渣處 理方法。
背景技術(shù)：
鋼渣是煉鋼過程的副產(chǎn)品，其發(fā)生量約為粗鋼量的10%~20%左右。按我國(guó)粗鋼產(chǎn)量5億 噸計(jì)算，每年將產(chǎn)生5千萬噸以上的鋼渣。由于鋼渣中含有較高的自由氧化鈣，其有效利用 一直受到限制。例如2006年我國(guó)鋼渣的產(chǎn)生量為5870萬噸，綜合利用率僅為10%，大部分 鋼渣選鐵后堆置而未被利用，不僅占用大量堆棄用地，還嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。因此，加強(qiáng)鋼 渣高效綜合利用，對(duì)促進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排與可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。
目前鋼渣的資源化再利用，主要包括在鋼鐵冶金返回料、建筑和裝飾材料、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及 環(huán)境工程等方面。其中，將鋼渣作為鋼鐵冶金返回料可回收渣中的殘鋼、氧化鐵、氧化鈣、 氧化鎂、氧化錳等有益成分，不僅提高金屬收得率，節(jié)省熔劑和造渣材料，降低生產(chǎn)成本， 還可從根本上實(shí)現(xiàn)鋼渣企業(yè)的內(nèi)部循環(huán)，減少?gòu)U渣排放量，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要舉措。但 由于鋼渣循環(huán)再利用過程中存在磷的循環(huán)累積問題，因此嚴(yán)重限制了鋼渣在企業(yè)內(nèi)部的循環(huán) 利用。特別隨近年來高磷鐵水的增加，這個(gè)問題越來越突出。
另一方面，磷礦作為一種戰(zhàn)略資源，其開發(fā)與利用越來越受到重視。因在全球范圍內(nèi)面 臨枯竭的問題，我國(guó)磷礦資源盡管較為豐富，但也需加以保護(hù)。此外，我國(guó)磷礦以貧礦居多， 在開采過程中還要產(chǎn)生大量尾礦，既占據(jù)用地，又影響環(huán)境。因此，如果能夠用從鋼渣中分 離回收的磷資源替代磷礦使用，既可實(shí)現(xiàn)鋼渣的循環(huán)利用，還可有效節(jié)省磷資源的消耗。
目前已經(jīng)開發(fā)了諸多鋼渣除磷技術(shù)，主要包括還原分離、浸出去除、上浮去除、磁選分 離、浮選分離等， 一定程度上可以實(shí)現(xiàn)鋼渣中含磷礦物(以下簡(jiǎn)稱富磷相)與其他礦物的有效 分離，但這些鋼渣除磷技術(shù)主要以實(shí)現(xiàn)鋼渣的循環(huán)利用為目的，分離后含磷礦物中磷含量低， P205含量一般在4%~7%以下，難以替代磷礦而高效利用。因此，在鋼渣分離去磷的過程中， 只有對(duì)鋼渣中的磷進(jìn)行充分富集，使分離出的富磷相中P205含量在15M以上，才可替代磷礦 而被高效利用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前鋼渣處理過程存在的問題，本發(fā)明提供一種新型鋼渣處理方法，在實(shí)現(xiàn)鋼渣循 環(huán)利用的同時(shí)，還可回收高品位的磷資源，用于替代磷礦使用。
關(guān)于磷在鋼渣中賦存狀態(tài)的研究己經(jīng)很多，且己表明鋼渣中的磷主要以磷酸鈣 (3CaOP205)的形式存在于硅酸二鈣(2CaOSi02)固溶體中，形成所謂的富磷相，而其他相中
很少。但由于鋼渣的堿度高，熔融鋼渣在冷卻凝固過程中析出的硅酸二鈣多，固溶體中P205 含量遠(yuǎn)低于其固溶度，富磷相中P205的濃度低，導(dǎo)致分離后所獲得的富磷相利用價(jià)值低。因 此，本發(fā)明通過以下工藝實(shí)現(xiàn)渣中磷的富集，獲得高品位的富磷相。
(1) 鋼渣的改質(zhì)處理
向液態(tài)鋼渣中加入硅石、粉煤灰或高爐渣等高Si02含量的材料作為改質(zhì)劑進(jìn)行熔融改質(zhì)。
為使加入的改質(zhì)劑盡快熔化、溶解，可控制加入改質(zhì)劑的粒度在5mm以下。為加快熔化，可 對(duì)渣罐進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒嵫a(bǔ)償。此外，對(duì)不能實(shí)現(xiàn)在線熔融改質(zhì)的情況，也可通過加熱方法將冷 卻后的固態(tài)鋼渣與改質(zhì)劑混合后加熱重新熔化來進(jìn)行改質(zhì)處理。為使不同部位熔渣成分盡量 均勻，可進(jìn)行適當(dāng)攪拌?？傊?，通過加入硅質(zhì)改質(zhì)劑，將熔渣堿度(CaO/Si02)調(diào)整至1.0~1.5
范圍，以便改質(zhì)后的熔融鋼渣在冷卻凝固過程中析出硅酸二鈣減少，使熔渣中的P205最大限
度地溶解在硅酸二鈣中。加入改質(zhì)劑太少，析出硅酸二鈣多，改制效果不理想。反之，加入 改質(zhì)劑過多，析出硅酸二鈣過少，凝固時(shí)難以保證渣中3CaOP205完全固溶于其中。
(2) 冷卻
將改質(zhì)后的熔融鋼渣在渣罐、出渣場(chǎng)渣坑內(nèi)冷卻。當(dāng)溫度高于1200。C時(shí)，鋼渣基本為熔 融狀態(tài)，對(duì)富磷相的形成沒有影響。當(dāng)溫度降至1200。C左右時(shí)，開始析出初晶相硅酸二鈣。 因此，在1200。C 1100。C范圍內(nèi)，需要控制冷卻速度在6。C/分鐘以下，以便在冷卻過程中 3CaOP205能夠充分向2CaOSi02中固溶，并有利于形成的固溶體晶粒長(zhǎng)大。當(dāng)溫度低于 1100。C時(shí)，富磷相硅酸二鈣的析出及其結(jié)晶成長(zhǎng)已經(jīng)結(jié)束，因此對(duì)冷卻速率不作要求。
在1200。C 1100。C溫度范圍內(nèi)，為保證6。C/分鐘以下的冷卻速度，可根據(jù)具體情況采用 適當(dāng)熱源進(jìn)行溫度補(bǔ)償。總之，為實(shí)現(xiàn)磷的的充分富集，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，冷卻速度越小 越有利于磷的富集與晶粒長(zhǎng)大。此外，為促進(jìn)磷的的富集，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，還可對(duì)熔渣 進(jìn)行適當(dāng)攪拌。
(3) 破粉碎
將完全凝固的鋼渣在破碎機(jī)或球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行破、粉碎，使其粒度至250目以下，以實(shí)現(xiàn)富磷相與其他組分的充分分離。根據(jù)分離方法和條件不同，可在此粒度范圍內(nèi)酌情調(diào)整。 (4)分離回收
可以通過磁選、浮選、重選等方法進(jìn)行選礦處理，以實(shí)現(xiàn)富磷相與其他組分的分離，回 收富磷相作為磷資源。
采用這種鋼渣處理方法，富磷相中P205含量可達(dá)15。/。以上，完全可以替代磷礦使用。 本發(fā)明的特點(diǎn)在于，利用磷在鋼渣中的賦存狀態(tài)和堿度對(duì)熔渣冷卻凝固過程中硅酸二鈣 析出量的影響，加入硅質(zhì)改質(zhì)劑對(duì)鋼渣進(jìn)行熔融改質(zhì)處理，使鋼渣中的磷充充分富集，經(jīng)分 離后獲得高磷含量的富磷相。這種鋼渣處理方法，不僅可以實(shí)現(xiàn)鋼渣在企業(yè)內(nèi)部的循環(huán)利用， 還可使獲得的富磷相替代磷礦使用，對(duì)促進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排，節(jié)省磷資源及環(huán)境保護(hù)等均具有 重要意義。
具體實(shí)施例方式
采用某鋼廠轉(zhuǎn)爐鋼渣(其化學(xué)組成如表l所示)為原料，按如下工藝處理。
表1實(shí)施用轉(zhuǎn)爐渣的理化指標(biāo)(％)
CaOSi02MnOP205MgOTFe堿度
52.412.65.65.27.416.84.15
(1) 鋼渣改質(zhì)。取鋼渣100kg在感應(yīng)爐內(nèi)加熱至1400°C使之完全融化。按堿度調(diào)整為1.2 向鋼渣加入粉煤灰，至完全熔融。
(2) 冷卻。隨爐冷卻至1200。C后，以1.6。C/分鐘冷卻至U00。C，而后自然冷卻。
(3) 破粉碎。將完全凝固的鋼渣自感應(yīng)爐中倒出，經(jīng)破碎后球磨至300目以下。
(4) 分離回收。將球磨后的粉渣用強(qiáng)度為0.3T的磁場(chǎng)進(jìn)行磁選分離。將磁選后余下物回 收，即為分離出的富磷相。
分離后，回收富磷相17.3kg，占原渣量的17.3%?；瘜W(xué)分析結(jié)果表明，此富磷相中&05 中含量為22.6%。
權(quán)利要求
1. 一種自鋼渣中高效回收磷資源的鋼渣處理方法，其特征在于通過加入改質(zhì)劑對(duì)鋼渣進(jìn)行熔融改質(zhì)，控制富磷相的析出量實(shí)現(xiàn)磷的富集。具體工藝步驟如下(1)鋼渣的改質(zhì)處理向熔融鋼渣中加入硅石、粉煤灰或高爐渣等粒度在5mm以下的高SiO2含量材料作為改質(zhì)劑進(jìn)行熔融改質(zhì)，使改質(zhì)后熔渣堿度(CaO/SiO2)在1.0～1.5的范圍。(2)冷卻將改質(zhì)后的熔融鋼渣冷卻，在1200℃～1100℃范圍內(nèi)，控制冷卻速度在6℃/分鐘以下，以便在冷卻過程中3CaO·P2O5能夠充分向2CaO·SiO2中固溶富集，并有利于晶粒長(zhǎng)大。(3)粉碎將完全凝固的鋼渣在破碎機(jī)或球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行破、粉碎，使其粒度至250目以下，以實(shí)現(xiàn)富磷相與其他組分的完全分離。(4)分離回收通過磁選、浮選、重選等方法進(jìn)行選礦處理，以實(shí)現(xiàn)富磷相與其他組分的分離。
2. 按照權(quán)利要求1所述的鋼渣處理方法，其特征在于，改質(zhì)后熔渣的堿度(CaO/Si02)為 1.0~1.5。
3. 按照權(quán)利要求l所述的的鋼渣處理方法，其特征在于，在1200。C 1100。C范圍內(nèi)，鋼 渣的冷卻速度在6。C/分鐘以下。
4. 按照權(quán)利要求1所述的鋼渣處理方法，其特征在于，分離后富磷相中P20s含量在15% 以上。
5. 按照權(quán)利要求1所述的鋼渣處理方法，其特征在于，加入的改質(zhì)劑包括硅石、粉煤灰 或高爐渣等含Si02的材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及冶金資源再利用技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種從鋼渣中高效回收磷資源的鋼渣處理方法。通過鋼渣熔融改質(zhì)，冷卻凝固、粉碎、分離工藝實(shí)現(xiàn)鋼渣中的磷在初晶相硅酸二鈣(2CaO·SiO₂)中充分富集，形成所謂的富磷相，并通過選礦方法實(shí)現(xiàn)富磷相與其他礦物的分離，使獲得的富磷相可用于替代磷礦使用。其主要特征在于，改質(zhì)后熔渣的堿度(CaO/SiO₂)為1.0～1.5；在1200℃～1100℃范圍內(nèi)，鋼渣的冷卻速度在6℃/分鐘以下；分離后富磷相中P₂O₅在15％以上。本發(fā)明提供的鋼渣處理方法，不僅可以實(shí)現(xiàn)鋼渣在企業(yè)內(nèi)部的循環(huán)利用，還可使獲得的富磷相替代磷礦使用，對(duì)促進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排，節(jié)省磷資源及環(huán)境保護(hù)等均具有重要意義。
文檔編號(hào)C21B3/00GK101475997SQ20091001026
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者楠 王, 敏 陳 申請(qǐng)人:東北大學(xué)