钢渣综合利用的方法

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1、钢渣的综合利用钢渣是在转炉、电炉或精炼炉熔炼过程中产生的由炉料杂质、造渣材料等熔化形成的以氧化物为主、有时还含有少量氟化物、硫化物及渣钢渣粒的冶炼废物，发生量约占钢铁企业固废总量的25%。近年来，我国钢铁业发展迅猛，粗钢产量年均增长22.4%,2010年19月已达4.75亿t计，由此产生近1亿t的钢渣。钢渣中富含Ca、Si、Fe、Mg、A1等有价元素，蕴含大量热能，是一种宝贵的次生资源，而有效处理和利用钢渣，不仅有利于节能降耗和温室气体减排，还是钢铁企业实现可持续发展和循环经济的必由之路。1 钢渣的种类与来源冶金企业生产工艺的各异导致渣的种类也不尽相同，特别是化学成分和物理性能存在巨大差异。鞍

2、钢长流程生产工艺所产生的渣，大体上分为脱硫渣、转炉炼钢渣、连铸渣和精炼渣等：脱硫渣。转炉炼钢前进行铁水预处理，在脱硫站脱硫扒渣，炉渣碱度较高。一般，因脱硫渣的硫过高而须脱硫处理，否则，其冶金用途不大。转炉钢渣。鞍钢日产5000t左右的转炉钢渣，占钢厂渣总量的60%以上，是一种利用范围较广和使用价值最高的钢渣。连铸渣。鞍钢采用全流程的连铸生产工艺，连铸过程中的保护渣成分在使用前后变化不大，理论上可循环使用。但现实中因连铸保护渣随二冷水流走并与其它杂质混杂，且含较多难以回收的氟，故大部分堆放在渣场，目前利用率偏低，其应用问题还有待于进一步研究。精炼渣。鞍钢采用炉外精炼等措施冶炼高纯净度的钢水，精炼

3、过程产生大量副渣，其除含高碱度的碱性氧化物外，还有非常高的三氧化二铝和非常低的金属铁量，适合制造水泥和耐火材料。同时，国外已开展对精炼渣深人利用的研究，如日本己对LF炉的顶渣利用课题立项，开展了热渣循环利用的研究。2 钢渣的基本物性2.1钢渣的物理性质钢渣呈黑色，外观像结块的水泥熟料，其中夹带部分铁粒，硬度大，密度为17002000kg/m3。钢渣组成来源于铁水与废钢中所含铝硅锰等元素氧化后形成的氧化物；金属料带入的泥砂；加入的造渣剂，如石灰、萤石等；作氧化剂或冷却剂使用的铁矿石、烧结矿、氧化铁皮等；被侵蚀的炉衬材料和炉材料；脱氧用合金的脱氧产物和熔渣的脱硫产物等。2.2钢渣的化学性质钢渣的主

4、要化学成分有：CaO,SiO2,FeO,A12O3,MgO等，成分组成基本稳定。钢渣的主要矿物组成为橄榄石(FeOSiO2),硅酸二钙(2CaOSiO2),硅酸三钙(3CaOSiO2),铁酸二钙(2CaOFe2O3)和f-CaO等。3钢渣的处理与加工工艺钢渣成分复杂、流动性差别大、性能不稳定、处理技术发展缓慢,主要为热态处理和冷态加工两个环节。前者是指高温熔渣处理成常温固态渣的过程,侧重于钢渣快速、清洁的处理；后者是指固态渣经破碎、磁选等工序,加工成不同粒度、不同金属含量的尾渣、渣粉、渣钢的过程,侧重于钢渣的资源化利用。在实际生产中,两个环节区分并不明显,一般采取适当的组合工艺,如对流动性较好

5、的液态钢渣,采取“风淬/滚筒+磁选”工艺；流动性较差的采取“热焖/水淬+破碎+磁选”工艺。3.1钢渣的热态处理热态钢渣的处理工艺应考虑的原则：(1)安全可靠,处理能力大；(2)渣和金属分离度高,利于金属回收；(3)可有效消解f-CaO,满足尾渣利用要求；(4)工艺简单,经济性好,无二次污染。3.2钢渣的冷态加工由于各个钢厂排渣设备配置不同、钢渣性质各异,钢渣的冷态加工多是粗碎破碎、磁选、风选等单项工艺的组合,如鞍钢对热焖处理后的钢渣,先通过“三筛、二破、三磁选”粗选出40%的含铁物料，再经“球磨机湿磨、筛分分级、磁滑轮分选的深度处理，选出品位大于90%、粒径1.5100mm的精块铁，作为废钢原

6、料用于转炉生产，而湿磨后、筛分分级出的渣浆，再用螺旋分级机重选、水选出铁品位为55%、粒径小于1.5mm的精铁粉用于烧结，其余尾渣用作建材原料。莱钢的渣铁分离生产工艺可归纳为“三破七选四筛分”，使球磨料和尾渣质量大大提升，达到钢渣资源“吃干榨尽”和闭路循环。白俄罗斯OP公司针对钢渣粉的精细风选工艺，可从粒度010mm粒化钢渣中回收0.08mm以上金属颗粒（单纯采用磁选方法很难实现，因为钢渣中的细小非金属物料同样被磁铁吸附），分选后的尾渣粉用作水泥原料。4钢渣的利用从赋存状态上，钢渣可分为固态渣和熔融渣，在综合利用方面，两者对比如表1所示。表1固态冷渣和液态冷渣的综合利用利用方式原理优点缺点前景

7、固态渣冷却后，利用有价处理方式钢渣存放不能从本经破碎、资源，稀简单、可占地大.质上解决分选后被释有害物靠，可离相关设备炼钢渣的动利用，质，循环线进行，投入多冶金资源目前较为用虽和适不影响冶冷却耗水化利用问普遍用性有限炼工艺多，余热题资源浪费熔融渣在原冶炼采用再生在线处理，需在冶炼未来发展设备或就手段去除占地小，现场增添趋势，但在近直接利渣中有害循坏利用设备，受处理工艺用物质.并将周期短、现场条件和技术上再生处理坏境影响限制，工还有待提后渣用于少.可利用况不顺即高以扩大冶金工业显热影响稳定其应用范排渣围和领域4.1钢渣用作冶金原料钢渣返回冶金再用，包括返回烧结、返回高炉和返回炼钢。由于钢渣作冶炼

8、熔剂可以回收钢渣中Ca、Mg、Mn的氧化物和稀有元素等成分，能大量节约石灰石、萤石，降低焦比、提高利用系数、降低成本。因此，世界几个产钢大国一直坚持钢渣返回作熔剂，而且占钢渣资源化的比重很大，美国把钢渣配入烧结和高炉等再利用，利用率大约为56%，德国约24%，日本约为19%。(1) 从钢渣中分选回收废钢和钢粒钢渣中一般含7%10%的废钢，经破碎、磁选、筛选等分选技术可回收其中90%以上的废钢及部分磁性氧化物。磁选出的渣钢，一般含铁在55%以上。钢渣分选工艺，按破碎原理可分为机械破碎-磁选-和自磨-磁选两种。 机械破碎-磁选工艺钢渣机械破碎-磁选工艺流程，它是回收渣钢最基本的工艺流程。工艺中所用

9、的破碎机包括颗式破碎机、圆锥式破碎机、反击式破碎机和双辊破碎机等。磁选机包括吊挂式磁选机和电磁铁式磁选机。筛子包括格筛、单层振动筛和双层振动筛等。钢渣分选时，用皮带运输机和提升机，按不同要求把这凡种设备连接起来，组成二破三选-两筛、一破两级复合磁选、两破-三选一筛等工艺流程。 钢渣自磨分选工艺钢渣自磨分选工艺是利用钢渣在旋转的自磨机内互相碰撞而破碎。钢渣先经筛分、磁选、筛分，再进入自磨机自磨。粒度小于自磨机周边出料孔径的钢渣自行漏出。未能磨小漏出的渣钢，达到一定量时卸出。自磨机破碎钢渣的过程，也是渣钢提纯的过程。从自磨机取出的废钢，含铁量高达80%以上。渣钢精加工可采用棒磨机，渣钢在旋转的棒磨

10、机内，经过棍棒和大块钢的磨打，使渣与钢分离。磁选后，可得到含铁90%以上的废钢。也可联合使用棒磨机与投射式破碎机，大块渣钢用棒磨机处理，小块渣钢用投射式破碎机处理。经预处理的v30Omm热泼钢渣与老渣山的陈渣经磁选机选出渣钢后进入一次振动筛筛分。筛上块渣进入自磨机进行自磨，磨至小于60mm后由自磨机周边漏出，与一次筛下渣一起进入二次筛分。二次筛分并磁选后使得到010mm、1040mm、4060mm规格渣。自磨机内的渣钢待有一定数量后取出。采用自磨工艺回收渣钢，工艺简单、占地面积小，一台自磨机可以代替几台机械破碎机。对钢渣适应性强，不会有大块废钢损坏破碎机，操作安全。破碎的规格渣无棱角，更适于做

11、级配料使用。钢渣中含有20%左右的FeO,并夹杂有金属Fe,钢渣破碎的粒度越细，回收的金属Fe越多。国外较早开展从钢渣中回收废钢铁，例如：美国19701972年从钢渣中回收近350万t废钢。我国已有不少厂家建立了处理钢渣生产线，例如：鞍钢采用无介质自磨及磁选的方法回收钢渣中的废钢量达8.0%，武钢达8.5%。(2) 作烧结矿原料和熔剂鞍钢的钢渣经破碎后送人钢渣加工中心进行磁选，磁选后的精矿粉送烧结厂重新烧结利用。由于磁选粉的w(TFe)在44%-56%(品位较低)，在烧结生产中的配比不易过大，否则会降低烧结矿品位。实验室和工业生产表明，烧结中配入5%-10%小于8mm的转炉钢渣代替熔剂使用，可

12、利用渣中钢粒中氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分，显著改善烧结矿的宏观和微观结构，提高转鼓指数及结块率，同时降低风化率、提高成品率。另外，转炉渣的铁和氧化铁的氧化放热可补偿钙、镁碳酸盐分解时所需热量，有利于降低烧结矿的燃料消耗。尽管在烧结过程中添加钢渣可代替石灰石作熔剂，利于烧结顺行和降低成本，但由于钢渣中磷有所富集，配比不宜超过3%。(3) 为高炉和转炉炼钢熔剂低磷钢渣可作为高炉、化铁炉熔剂，利用其中的粒钢和氧化铁成分，同时还可改善高炉渣的流动性。转炉钢渣另一重要用途是返回转炉继续利用，用其代替氧化钙和部分萤石也有较好效果。此外，钢渣可起到钢水降温的作用，鞍钢炼钢厂应用此法取得较好效果

13、；渣中铁又部分重新回到钢水中，转炉渣直接返回转炉炼钢；同时加人白云石可使炼钢成渣早、减少初期渣对炉衬的侵蚀，有利于提高炉龄、降低耐火材料消耗和节约生产成本。高炉每加工100kg钢渣就可节约资金3-6元，经济效果明显。4.2钢渣处理废水张运徽用钢渣处理含Cr废水，在废水pH值为2.512、Cr3+浓度为0350mg/L、按Cr与钢渣重量比为1135投加钢渣进行处理，Cr去除率为99%，处理效果可以达到排放标准。邓希雁等人用钢渣对废水中的P进行去除，当废水中P浓度为10mg/L、pH=7.507.60、钢渣用量为0.5g/100mL时，在1h内就可使残留液P浓度降低到0.1mg/L以下，去除率达到

14、99%以上。郑礼胜等人用钢渣处理含As废水，在废水pH=1.59.0、As(III)含量10200mg/L、As(III)/钢渣为1/2000(质量比)的条件下，As的去除率达98%以上。4.3 钢渣用于建筑材料(1) 用于生产水泥碱度高、有很好的水硬性，如果熔融钢渣的碱度及其各氧化物之间的分子配比和冷却速度合理，常温下与水作用的主要矿物组成硅酸三钙:C3S)、硅酸二钙(C2S)和铁铝酸四钙(C4AF)能产生一定的强度。早在70年代就已开始利用钢渣来生产水泥，由于钢渣的后期强度较高，配加部分水泥熟料，利用熟料早期强度高的优势，制成的钢渣水泥具有各龄期强度好、耐磨、抗渗等优点。目前在豫北地区水泥

15、厂采用，但钢渣掺量一般为15%左右。(2) 用于筑路材料钢渣碎石具有比重大、强度高、磨损率小、耐磨等特点。国外40%的钢渣用来修筑公路，国内目前也正大力向筑路发展，建设部编制的“钢渣筑路规范”肯定了钢渣应用于筑路的研究工作和实际应用的可能性。首钢应用050mm自然级配的渣粉(金属铁含量小于1%)与部分粉煤灰、石灰按80:6:14配比，生产钢渣拌合料作为道路基层材料。与二灰砂粉砾拌合料或二灰碎石拌合料相比，钢渣拌合料的各项室内性能提高明显，试验路通车一年后的专家评议意见认为，在车流量大、路面经常通过4060t大型钢坯车的重载条件下路面基本平整、无沉陷、无鼓包、达到了设计要求。1997年，北京修建

16、白颐路道路基层时，正式使用了此种钢渣拌合料。(3) 用于建材生产钢渣含FeO、CaO、SiO2等化合物，可作为生产砖、砌块等建材。钢渣经过磨细和加入添加剂，可降低f-CaO的不安定性，适合作建筑材料。如武钢利用水淬钢渣研制的钢渣砖所建的三层楼房已使用25年之久，证明钢渣砖质量可靠、性能稳定、强度高。4.4 作农肥和酸性土壤改良剂钢渣含Ca、Mg、Si、P等元素，可根据不同元素的含量作不同的应用，我国用钢渣改良土壤始于20世纪50年代末、60年代初。19581960年，中国科学院东北林业土壤研究所对全国各地主要炼钢厂的平炉钢渣进行了分析研究，将加工的粉化钢渣用于各种不同的土壤中进行田间肥度试验。

17、19651973年中科院南京土壤研究所对含磷较多的平炉钢渣加工粉化，用于水稻、黄豆作物试验。19841985中科院开展了钢渣的农用试验研究，在用量、用法、粒度、土种、肥度及作物品种、性状、抗性和肥种对比等10个方面，取得了可喜进展。目前，我国用钢渣生产的磷肥品种有钢渣磷肥和钙镁磷肥。4.5 钢渣制备微晶玻璃国外有关钢渣制备微晶玻璃的报道很早，如：美国Alfred大学的AgrwalG等人利用钢渣制造富CaO的微晶玻璃，具有比普通玻璃高2倍的耐磨性及较好的耐化学腐蚀性。西欧的GoktasAA用钢渣制造出透明玻璃和彩色玻璃陶瓷，拟用作墙面装饰块及地面瓷砖。我国这方面研究较晚，但已经取得了很大的进展，

18、如肖汉宁等通过对材料组成和结构的设计，获得了高炉渣和钢渣用量为55%60%、抗弯强度300MPa、显微硬度达12GPa、耐磨性比GCr钢高26倍的微晶玻璃；程金树等以还原钢渣为原料制备了以B-硅灰石为主晶相的钢渣微晶玻璃；陈惠君等以钢渣和粉煤灰为主要原料，研制出了以钙、铁辉石为主晶相的钢渣微晶玻璃。4.6 钢渣在化学领域中的应用钢渣在建筑或者道路工程中的应用可能受到运输距离等因素的影响,因此现在有很多专家越来越将注意力投放到钢渣用于化学领域目。前有利用钢渣开发白碳黑、硅胶等产品；利用钢渣含有少量游离氧化钙(f-CaO)在后期有微小膨胀的特性,开发各种膨胀剂包括膨胀水泥。4.7 钢渣在装饰工程中

19、的应用由于钢渣混凝土有很高的强度,而且本身具有一定的颜色,所以有厂家用钢渣开发人造石和人造仿古建筑材料,用于大型公园的外装饰墙、人造雕塑、人造无机座椅等。4.8 钢渣在墙体和路面砖中的应用钢渣掺入粉煤灰和石灰以及其他添加剂用于墙体砌块(包括免烧砖瓦)是近来研究得很热的课题,目前已经取得了一些成果并得到了生产应用。该应用主要是要解决钢渣后期不稳定的问题。研究发现,适当掺入一些矿渣微粉,会取得一些效果。4.9 熔融渣的综合利用(1) 利用熔渣的高温特性，在线进行“调质处理”，不仅可降低后续冷态渣游离氧化钙的含量，更可直接生产产品，如利用热态熔渣直接生产矿棉、岩棉或微晶玻璃等，从而将熔渣余热回收和高

20、附加值利用有机结合了起来。(2) 采用合适的处理工艺对热态熔渣调质预处理，除去硫、磷杂质之后，再重返冶炼过程，可有效回收熔渣显热和有价资源，在循环利用周期、保护环境、回收熔渣显热等方面具有固态渣二次利用无法比拟的优点，应成为钢铁企业未来节能减排的重点。5钢渣综合利用思路梯级利用5.1梯级利用工艺介绍根据上一章所作各工序炉渣冶金性能分析，从现实的环保要求出发，我们提出了炉渣梯级回收利用的新概念。根据钢铁企业炼钢工序不同阶段产出钢渣的特性，利用梯级回用的方法，使炼钢炉渣尽量在炼钢工艺中循环利用，发掘其最大冶金潜能，实现最大限度的回用，提高炼钢造渣材料的利用效率，减少造渣材料消耗，减少炉渣的外排，实

21、现对炼钢炉渣的资源化利用和生态工业的要求，提高企业的经济和社会效益。转炉和电弧炉冶炼工艺的炉渣梯级利用示意图如下所示（图1）。图1电弧炉冶炼工艺的炉渣梯级利用示意图通过梯级利用，炼钢过程产生的炉渣大部分都返回上一级炼钢工序，一方面变废为宝，使原本当作废弃物排出的炉渣作为造渣材料返回利用，充分利用了其潜在的冶炼潜能，代替了一部分原料，优化了炼钢工艺，同时降低了成本，提高了经济效益;另一方面，炉渣的梯级利用减少了炉渣的最终排出量，实现了少渣生产，减少了废弃物的产生，降低了冶金工业对环境的污染。这符合我国对于工业走可持续发展道路的思路，对于实现“绿色冶金”清洁生产有重要的意义。52梯级利用的工艺方法

22、对钢渣返回利用可通过下述技术方案予以实现，钢铁冶炼过程中，将后步工序产出的炉渣逐级返回应用到前面工序，在返回过程中，可配入调整剂，调整剂为石灰、石灰石或铁矿石等。具体实施方式:高炉、转炉流程中，将电渣炉产出的炉渣返回到精炼炉，精炼炉产出的炉渣返回到转炉和铁水预处理脱硫，将转炉特别是脱碳转炉产出的炉渣返回到铁水预处理脱磷。电弧炉钢铁冶炼过程中，将电渣炉产出的炉渣返回到精炼炉，精炼炉产出的炉渣返回到电弧炉。以上弃渣返回利用过程中，脱碳渣和精炼渣用量为30%一100%。由于后步工序炉渣的产出量比较小，其返回应用不一定能替代全部原上部工序的造渣材料。渣量不足部分，依造渣要求，由石灰、粘土砖块、白云石、

23、萤石等补充。6影响钢渣综合利用的因素(1)磨细能耗大。钢渣虽具有与硅酸盐水泥熟料类似的化学组成，但受其形成过程的影响，钢渣的化学成分、矿物组成波动大，尤其是其中大量的铁和含铁元素的化合物，磨细能耗大、活性低。体积不稳定。钢渣中f-Ca0和f-MgO含量高，在常温下易与水(或水蒸气)发生缓慢反应，导致体积分别膨胀97.8%、148%，陈化时间不足，用于建材行业会造成构筑物开裂，甚至整体建筑的损坏，因而制约了大规模的工程应用。(3) 杂质含量高，影响直接回用。钢渣中较高的硫或磷含量，影响大宗冶炼回用。(4) 高温熔渣直接利用技术较少。熔渣热焓高、显热资源丰富，目前缺乏成熟的显热回收技术和设备，导致处理工艺后移，增加了冷态钢渣的处理成本和难度。11