轉(zhuǎn)爐渣的綜合利用

1、轉(zhuǎn)爐渣的綜合利用摘要：隨著冶金行業(yè)的快速發(fā)展，冶金業(yè)對資源的利用越來越多，鋼鐵冶金渣的排放量也逐年增多。我國對鋼渣的處理和利用處于較落后的狀態(tài)，大量的鋼渣至今沒有得到有效的處置和利用，有些鋼廠已是渣滿為患，影響生產(chǎn)，對環(huán)境造成污染。為了提高鋼渣的合理回收，本文介紹了鋼渣的各種處理技術(shù)，從而實現(xiàn)了資源化綜合利用，并展望了鋼渣綜合利用的未來前景。本文綜合闡述了國內(nèi)外鋼渣綜合處理技術(shù)，鋼渣是煉鋼工業(yè)的副產(chǎn)品。分析了鋼渣的基本物理特性、化學(xué)成份、礦 物組成等理化性能。介紹鋼渣在筑路、燒結(jié)礦、水泥、建材、環(huán)境工程和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的綜合利用。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐渣；資源；冶金黑色及有色金屬生產(chǎn)伴隨著大量爐渣的形成，這

2、些爐渣不能被利用只好堆積在廢料場，占據(jù)了龐大的土地面積，嚴重影響著冶金工廠區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。目前，煉鋼渣、粗銅、鎳及其合金的生產(chǎn)廢渣的再處理已成為一個越來越嚴重的問題。 2007 年，全世界生產(chǎn)鋼15 億t，產(chǎn)生的爐渣不少于2.2 億t，主要是氧化轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼渣(30%45%CaO；15%20%SiO2；20%40%FenOm。；3%10%MgO；3%5%Al2O3)，其中以金屬珠和碎金屬形式出現(xiàn)的金屬鐵為5%8%，未被利用的石灰石達3%4%。精煉渣中含有55%60%CaO，15%18%SiO2，8%Al2O3，不少于1%FeO，10%MgO，一定量的磷。估計全世界每年精煉渣的產(chǎn)生在1500

3、萬t2500 萬t。 由于煉鋼渣反應(yīng)形成溫度高, 堿度高, 游離氧化鈣含量大, 并且夾帶金屬鐵粒, 使得煉鋼渣往往具有硬度大、易磨性差, 早期活性低、膠凝性差, 易膨脹、體積穩(wěn)定性差等特點, 其利用率相對較低, 應(yīng)用范圍也較窄, 如2005 年我國鋼渣綜合利用率僅為10% 2 . 根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會產(chǎn)業(yè)政策司發(fā)布的2006 年鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)運行情況通報顯示, 2006 年全國粗鋼產(chǎn)量41 878 萬t , 煉鋼渣排出量按粗鋼產(chǎn)量的14%計算, 全年排鋼渣量達5 863萬t , 堆放占地和處理帶來的環(huán)境問題非常突出, 因此發(fā)展新技術(shù)以提高煉鋼渣的再循環(huán)利用率是我國冶金工業(yè)清潔、綠色生產(chǎn)的前提

4、. 一.轉(zhuǎn)爐渣的產(chǎn)生和來源高爐渣是冶煉生鐵時從高爐中排出的廢物，當(dāng)爐溫達到14001600時，爐料熔融，礦石中的脈石、焦炭中的灰分和助溶劑和其他不能進入生鐵中的雜質(zhì)形成以硅酸鹽和鋁酸鹽為主浮在鐵水上面的熔渣。高爐渣中主要成分為CaO、SiO2、Al2O3。轉(zhuǎn)爐鋼渣是轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中產(chǎn)生的廢渣，主要來源于鐵水與廢鋼中所含元素氧化后形成的氧化物，金屬爐料帶入的雜質(zhì)，加入的造渣劑( 如石灰石、螢石、硅石) 、氧化劑、脫硫產(chǎn)物和被侵蝕的爐襯材料等。二.鋼渣的化學(xué)特性表1為部分鋼鐵公司轉(zhuǎn)爐鋼渣的基本化學(xué)組成。轉(zhuǎn)爐鋼渣的礦物結(jié)構(gòu)主要取決于化學(xué)組成。當(dāng)爐渣的堿度(CaO /SiO2 ) < 1. 8時,

5、主要礦物為CMS (鎂橄欖石) 、C3MS2 (鎂薔薇輝石) ;堿度為1. 82. 5時,主要礦物為C2 S(硅酸二鈣) 、C2 F (鐵酸二鈣)及RO 相(以FeO為主的Fe、Mn、Mg二價金屬氧化物固熔體) ;堿度為2. 5以上時,主要礦物為C3 S (硅酸三鈣) 、C2 S、C2 F及RO相;此外,鋼渣中還含有少量的游離氧化鈣。推薦精選表1部分鋼鐵公司轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學(xué)組成名稱轉(zhuǎn)爐渣的化學(xué)組成/%企業(yè)CaOSiO2Al2O3MgOFe2O3MnOP2O5f - CaO首都鋼鐵公司44.0015.863.8810.0422.371.111.310.80本溪鋼鐵公司41.1415.993.009

6、.2212.291.340.560.80唐山鋼鐵公司40.3013.382.549.0512.731.881.400.84太原鋼鐵公司49.8014.222.869.298.791.060.561.57馬鞍山鋼鐵公司43.1915.553.843.425.192.311.403.56舞鋼鋼鐵公司49.3026.30三.轉(zhuǎn)爐渣處理工藝3.1 鋼渣熱悶處理工藝對鋼渣熱悶處理工藝研究發(fā)現(xiàn), 利用熔融態(tài)冶金渣自身熱量, 在水蒸氣的條件下快速自解粉化,實現(xiàn)鋼渣粉化、渣-鐵充分分離、f-CaO和f-MgO水化, 使鋼渣的磁性物易于分離、鋼尾渣性能穩(wěn)定, 是鋼渣處理過程中應(yīng)著力解決的最根本問題。該項技術(shù)研究

7、的方案是: 在露天條件下, 采用多點均勻打水、自然悶渣和延長陳化時間等技術(shù)措施進行熱悶處理。具體做法是將進廠的鋼罐采用熱潑法翻往渣道, 一條渣道一般分為8個區(qū)進行循環(huán)作業(yè)。一個區(qū)域翻滿冶金渣后進行多點連續(xù)打水(7天) 、自然熱悶, 隨后用電鏟進行降坡(將悶完的冶金渣進行倒垛) , 最后再經(jīng)過7 天的鋼渣陳化過程。3.2鋼渣熱悶處理特點鋼渣的生成溫度在16001700, 鋼渣中含有水硬性礦物硅酸二鈣和硅酸三鈣, 且總量在50%以上, 鋼渣屬于過燒的硅酸鹽水泥熟料。鋼渣熱悶是使鋼渣從熱熔狀態(tài)變?yōu)槌? 是鋼渣本身性質(zhì)變化的一個復(fù)雜物理-化學(xué)過程。鋼渣經(jīng)熱悶后, 可消除鋼渣中有害的物質(zhì), 保留鋼渣有

8、益的性能。具體表現(xiàn)為: 1) 鋼渣可充分粉化, 實現(xiàn)了渣- 鐵的有效分離, 使鋼渣中的磁性物質(zhì)易于分離出來; 2) 鋼渣中的有害物質(zhì)f-CaO 和f-MgO在水蒸氣的作用下水化為Ca(OH)2和Mg(OH)2, 從而消除了鋼渣的膨脹因素; 3) 鋼渣中的活性礦物硅酸二鈣和硅酸三鈣實現(xiàn)了急冷, 使鋼尾渣保留了較高的水硬性。3.3鋼渣磁選工藝礦渣開發(fā)公司現(xiàn)有的磁選線是1988年從德國引進的240萬t/a 鋼渣磁選加工線, 是目前國內(nèi)惟一一條技術(shù)最先進、加工能力最大的鋼渣磁選加工線, 鋼渣中40%的磁性物質(zhì)回送鋼廠, 其余60%的鋼渣最佳應(yīng)用途徑是建材行業(yè)。其工藝是將鋼渣原料進行三篩、二破、三磁選處

9、理的工藝。熱悶處理后的鋼渣經(jīng)磁選后, 可從鋼渣中選出: TFe品位>80%的渣鋼, 占鋼渣原渣的10%;粒徑1050 mm、TFe品位>62%的粒鋼, 占鋼渣原渣的10%; 粒徑010mm、TFe品位42%的磁選粉, 占鋼渣原渣的20% , 即從鋼渣中磁選出40%的含鐵物料。四.煉鋼渣冶金資源化利用 煉鋼渣固態(tài)冶金資源化循環(huán)利用現(xiàn)狀 煉鋼渣固態(tài)冶金資源化利用是一種將廢渣從冶煉爐排出、冷卻并簡單處理后的再利用方式. 其應(yīng)用方式包括用作燒結(jié)和煉鋼助熔劑、造渣劑和精煉劑等方面. 推薦精選1 用作燒結(jié)熔劑 鋼渣用作燒結(jié)熔劑是目前最為成熟的煉鋼渣冶金二次利用方式, 已在我國和世界各鋼廠廣泛采

10、用. 燒結(jié)礦中配加鋼渣代替熔劑, 不僅回收利用了鋼渣中 殘鋼、FeO、CaO、MgO、MnO 等有益成分, 而且由于高溫熔煉后煉鋼渣的軟化溫度低, 物相均勻特點, 對提高燒結(jié)礦質(zhì)量, 降低燒結(jié)燃料消耗也起著有益作用. 梅山鋼鐵集團公司采用在燒結(jié)原料中配加轉(zhuǎn)爐鋼渣1. 0% 2. 0% 后, 取得燒結(jié)原料成本下降3. 1 元/ t 的效果 13 . 燒結(jié)中配加鋼渣值得注意的是磷的富集問題. 鋼渣用作燒結(jié)熔劑會使燒結(jié)礦含磷量增加, 而高爐不具備脫磷能力, 從而加重?zé)掍撁摿棕摀?dān). 按照寶山鋼鐵集團公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù), 燒結(jié)礦中鋼渣配入量增加10 kg/ t, 燒結(jié)礦的磷含量將增加約0. 003 8% ,

11、 而相應(yīng)鐵水中磷含量將增加0. 007 6% . 考慮磷富集問題, 鋼渣配入燒結(jié)礦的比例目前在我國不超過3% . 2 用作煉鋼返回料 煉鋼渣富含CaO、A12O3的特點使得近年來出現(xiàn)了將鋼渣用作煉鋼返回渣料或助熔劑的技術(shù).如寶山鋼鐵集團公司采用轉(zhuǎn)爐脫磷脫碳雙聯(lián)煉鋼工藝, 將磷含量較低的脫碳爐鋼渣返回轉(zhuǎn)爐利用, 有效地促進轉(zhuǎn)爐冶煉過程的前期化渣, 降低副原料的消耗, 達到降本增效的目的. 崔九霄等人利用精煉廢渣成分與煉鋼過程中所需的助熔劑-鋁釩土的成分類似的這一特點, 將精煉廢渣配加一定的添加劑和含鐵礦粉, 經(jīng)成型干燥后,代替鐵礬土等加入轉(zhuǎn)爐作為煉鋼助熔劑, 并在鞍鋼一、二煉鋼廠進行現(xiàn)場實驗,

12、取得了化渣速度快、節(jié)約煉鋼助熔劑和石灰等效果. 在煉鋼和精煉過程中, 鋼液中的磷、硫經(jīng)冶煉過程大量富集在鋼渣和精煉渣中, 上述將鋼渣和鋼包爐精煉廢渣用作煉鋼造渣劑和助熔劑的方法存在磷、硫富集的問題, 因此限制了煉鋼渣二次利用的利用率和適用鋼種. 3 用作電爐噴吹劑 這是一種在意大利Ferrier e No rd 鋼廠、北方鋼公司和斯蒂發(fā)納鋼公司實施的一項旨在回收鋼水包、中間罐和煉鋼爐爐渣及耐火材料的技術(shù) 17 ,這項技術(shù)于2002 年1 月投入使用, 可連續(xù)處理和回收所產(chǎn)生的鋼包爐渣. 該技術(shù)將鋼包爐爐渣冷卻、破碎并運送到噴吹系統(tǒng)噴吹入電爐作為煉鋼造渣劑. 用這種技術(shù)可以顯著節(jié)省石灰添加劑的用

13、量( 節(jié)省量可達15% ) . 由于該技術(shù)仍屬一種對煉鋼渣進行的簡單物理處理, 同上述各煉鋼渣循環(huán)利用技術(shù)一樣, 存在的主要的問題仍是循環(huán)利用過程中爐渣中有害物質(zhì)的循環(huán)累積. 1.1.4用作鋼水精煉脫磷劑 該法是由日本福山鋼管開發(fā)的技術(shù), 是在精煉過程中將仍具有較高磷容量的轉(zhuǎn)爐渣加入精煉爐, 并配加一定的石灰和硅酸蘇打, 吹氣強烈攪拌, 對鋼液進行脫磷操作, 該法的脫磷率可達50%. 轉(zhuǎn)爐冶煉完畢后轉(zhuǎn)爐渣的磷含量較高, 這種簡單的循環(huán)利用方式引起的有害物質(zhì)循環(huán)累計現(xiàn)象也不能真正解決渣再利用的問題, 同時為提高脫磷率加入的硅酸蘇打?qū)δ筒挠休^大的侵蝕. 五.存在的主要問題以及未來發(fā)展趨勢 有關(guān)冶金

14、渣的資源化利用已經(jīng)進行了諸多的研究，并且取得了一些成果。但是，尚存在著一些問題。目前，除了一部分作為冶金溶劑使用外，冶金渣基本上還是用于代替部分砂石而使用的，即主要用于水泥生產(chǎn)或作為建筑材料來使用。雖然作為農(nóng)用肥料和土壤改良劑進行了一些研究和開發(fā)，但還只是簡單地利用了冶金渣中的一些有效成分，如CaO，MgO，Si02和P205，應(yīng)用范圍較小。另外，雖然目前冶金渣已經(jīng)被應(yīng)用于水泥生產(chǎn)，但冶金渣的活性要遠低于硅酸鹽水泥的活性。另外，爐渣的堿度過高，渣中含有大量的自由氧化鈣和氧化鎂，不宜作為水泥、建材和工程回填材料。鋼渣不易磨，直接用于水泥生產(chǎn)會降低生產(chǎn)能力。推薦精選鋼渣在企業(yè)內(nèi)部回用是一種理想的方

15、法，但在目前的回用方法中，作燒結(jié)溶劑和高爐煉鐵熔劑雖然有積極的報道,但燒結(jié)和煉鐵過程無法脫磷,鋼渣的循環(huán),必然使鐵水的磷含量不斷提高，給下一步的煉鋼增加負擔(dān)，要求煉鋼工序消耗更多的石灰，產(chǎn)出更大的渣量滿足脫磷要求，所以從工藝全盤考慮是不一定合理的。將鋼渣用作鐵水預(yù)處理渣劑，不能解決現(xiàn)代煉鋼工藝中不同階段的爐渣的回用問題。除此之外，在目前的所有利用方法當(dāng)中，冶金渣在高溫時的這部分潛在熱能也沒有得到合理的利用。根據(jù)冶金爐渣性能分析，從現(xiàn)實的環(huán)保要求出發(fā)，冶金渣資源化應(yīng)用進一步研究應(yīng)主要集中在以下幾個方面：（1）根據(jù)鋼鐵企業(yè)煉鋼工序不同階段產(chǎn)出鋼渣的特性，利用梯級回用的方法，使煉鋼爐渣盡量在煉鋼工藝

16、中循環(huán)利用，發(fā)掘其最大冶金潛能，實現(xiàn)最大限度的回用，提高煉鋼造渣材料的利用效率，減少造渣材料消耗，減少爐渣的外攤，從而實現(xiàn)對煉鋼爐渣的資源化利用和生態(tài)工業(yè)的要求，提高企業(yè)的經(jīng)濟和社會效益。（2）利用冶金渣生產(chǎn)緩釋性鉀肥。所謂的“緩釋性肥料”，是指難溶于水，而易溶于從植物根部分泌出來的檸檬酸溶液的肥料。因此可以從根本上減少因灌溉用水和雨水等所引起的肥料流失。植物在生長期對鉀肥的需求量相對較少，而在植物的結(jié)果期則需求較多。因此，一般要求鉀肥的肥效要長，即要求其要具有緩釋性。生產(chǎn)緩釋性鉀肥主要使用的是鐵水預(yù)處理時所產(chǎn)生的脫硅渣。這種渣的主要化學(xué)成分為SiO2和CaO，向其中添加K2CO3或KOH合成

17、鉀肥時，可利用脫硅渣的余熱形成CaO-SiO2K2O三元渣系。一般認為，根據(jù)含鉀化合物的種類以及K2O含量的不同，其溶解特性，即緩釋性會有明顯的差異。因此，通過控制CaO-SiO2-K2O三元渣系的化學(xué)組成以及冷卻速度是生產(chǎn)緩釋性鉀肥的重要手段 。六.結(jié)束語鋼渣的處理與利用已經(jīng)成為世界性的課題。目前處理后的鋼渣主要應(yīng)用于燒結(jié)配料煉鋼熔劑、水泥添加劑或建筑材料等沒有得到高效利用。鋼渣處理方法主要用濕法, 這種方法既污染了環(huán)境而且鋼渣中的鐵資源和大量的余熱資源沒有得到良好地回收利用。目前的鋼渣處理沒有兼顧資源回收和環(huán)境保護, 因此開發(fā)一種合理科學(xué)的鋼渣處理方法是冶金工作者的首要任務(wù)之一。 參考文獻1 于興邦 .鋼鋼渣資源的綜合利用.礦業(yè)工程學(xué)院.2010-5-09；1-22 張春雷.