钢铁生产中冶炼渣的处理和利用

4．1高炉渣、转炉渣、电炉渣的产生和性质4．2炉渣资源化途径、处理技术与存在的问题4．3少渣冶炼4．4复合矿冶炼渣中有价元素的回收钢铁冶金的环保与节能-5钢铁生产中冶炼渣的处理和利用4．1高炉渣、转炉渣、电炉渣的产生和性质•高炉渣在高炉炼铁过程中产生,从高炉排除时期温度约为1500℃,呈熔融状态,根据冷却方法,分为缓冷渣和水淬渣.•钢渣包括转炉吹炼铁水炼钢时产生的转炉渣和用电炉以废钢为原料炼钢时产生的电炉渣,铁水预处理时产生的渣称为铁水预处理渣,一般统计为转炉渣.•电炉渣分为氧化期渣和还原期渣.炉渣种类发生量备注高炉渣缓冷渣约300kg/thotmetal贫矿冶炼时渣量可达1-1.2kg/thotmetal水淬渣钢渣转炉渣100-150kg/tsteel铁水预处理渣40kg/tsteel电炉渣氧化期普通钢\特殊钢100kg/tsteel不锈钢200kg/tsteel还原期中国钢铁渣的发生量和利用率•2002年全国产钢1.8155亿吨，生铁1.7074亿吨；•2002年钢渣产生量2480万吨，136.6kgslag/tsteel，利用率约36%。•2002年高炉渣产生量5909万吨，346.1kgslag/thotmetal，利用率约75%。•钒钛高炉渣和放射性高炉渣未能利用•全国钢铁弃渣约3亿吨，占地3万亩。•“十五”规划要求2005年工业废渣综合利用率要达到60%。钒钛磁铁矿高炉冶炼渣成分(质量%）CaOSiO2Al2O3MgOMnOFeOSTiO2V2O520-3119-3213-177-90.3-1.20.2-1.90.2-0.96-310.06-1.0500kgBFSlag/thotmetalinBaotouSteel种类SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3FeOMnOTiO2P2O5BOFS19.191.4840.149.789.4317.441.990.941.51BOFS19.144.0745.187.237.1020.540.800.981.23BOFS13.212.4233.769.3716.0311.703.251.101.26BOFS14.075.2940.9713.596.5012.611.210.691.21BOFS14.501.7935.1910.1312.8716.045.670.671.22EAFS22.4411.0335.336.581.2213.141.260.730.34EAFS23.277.6725.204.886.2416.523.376.820.49BFS33.4913.2738.209.800.91_0.09_0.01BFS32.2814.2535.359.971.22_0.381.640.02BFS33.1814.0539.049.073.13_1.210.53_BFS35.0114.4436.789.720.88_0.30__BFS33.8411.6838.1310.612.20_0.26__各种炉渣的物相组成•高炉渣缓慢冷却时生成各种结晶矿物相，急冷时生成大量无定形的玻璃体和微晶，酸性高炉渣急冷时全部凝结成玻璃体。•钢渣不轮缓冷或急冷都生成结晶矿物相，不形成玻璃态物质。钢铁渣的矿物组成种类CaO/(SiO2+P2O5)矿物成分钢渣1.36橄榄石(CRS)、蔷薇辉石(C3MS2)、RO相钢渣1.80蔷薇辉石(C3MS2)、硅酸二钙(C2S)、RO相钢渣2.51硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、RO相钢渣2.99硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、RO相、铁酸盐缓冷高炉渣硅酸二钙(C2S)、钙铝黄长石(C2AS)、镁黄长石(C2MS2)、钙长石(CAS2)、硫化钙(CaS)水淬高炉渣玻璃体和微晶体高炉渣利用途径•粒化高炉渣做水泥混合材•粒化高炉渣矿粉作水泥和混凝土掺和料•粒化高炉渣作砖•高炉渣做硅肥•缓冷渣做混凝土骨料、道路材料•膨胀矿渣珠做混凝土轻骨料•做矿渣棉、铸石、微晶玻璃材料•Portlandcement-patentedbyJosephAspdininmid-1800’s.Madefromfinelygroundlimestoneandfinelydividedclaytogiveaburnedproductcontaining65-70%CaO,18-24%SiO2,3-8%Fe2O3,3-8%Al2O3plussmallerproportionsofminoroxides(e.g.Na2O,K2O,MgO,etc.).Modernplantspermitmuchmoreefficientprocessingandinaddition,proportionrawmixcompositionstoproduceacementfromwhicharangeofstrengthdevelopmentanddurabilitypropertiescanbeexpected.高炉水渣做矿渣水泥•用硅酸盐水泥熟料与粒化高炉渣配合3-5%石膏经混合磨细可制成矿渣硅酸盐水泥，矿渣掺入对水泥的抗压和抗拉强度影响不大，掺入量可占水泥重量的20-70%。–与普通水泥比，矿渣硅酸盐水泥具有较强的抗溶出性、抗硫酸盐侵蚀性，适用于水上工程、海港和地下工程，在酸性水和含Mg盐水中不及普通水泥。–水化热较低，适用于大体及混凝土浇筑，耐热性强，适用于高温车间、高炉基础，早期强度低，后期强度增长率高，早期养护重要。在循环型干湿变化、冻融条件下不如普通水泥抗冻。•石膏矿渣水泥–高炉水渣（最多80%）+石膏（15%）+石灰（5%)或硅酸盐水泥熟料，可制成石膏矿渣水泥，成本低，抗硫酸盐侵蚀，抗渗透性好，适用于水工建筑。•石灰矿渣水泥–石灰（10-30%）+天然石膏（5%)+干燥粒化矿渣，制成的水泥可用于无筋混凝土、工民建砂浆、蒸汽养护预制品。•矿渣硅酸盐水泥国家标准中矿渣掺量最高为70%，实际生产中掺量为40%，增加矿渣掺量将引起水泥强度显著下降。影响该品种水泥的适用范围。•1999年我国水泥胶砂强度检验方法采用ISO,矿渣硅酸盐水泥标准也相应修改，原425号矿渣硅酸盐水泥的强度指标将达不到新标准。•为提高矿渣硅酸盐水泥的强度，矿渣掺量降低，高炉水渣的销售形势变坏。钢铁渣作水泥的生态意义钢渣利用途径•1钢渣的厂内循环再利用和冶金功能•钢渣代替石灰石、白云石、铁矿石等用作冶炼熔剂和代替石灰石等作为冶炼熔剂。世界上很多国家已积累多年的使用经验,这是钢渣合理利用的一条重要途径。–用作烧结矿熔剂。钢渣用作烧结矿熔剂国内外都有较成熟的经验,也是钢渣一项价值很高的综合利用。钢渣用作烧结料代替石灰石等,其优点:ａ.提高烧结矿强度,改善烧结矿质量;ｂ.有利于提高烧结矿产量;ｃ.有利于降低燃料消耗;ｄ.有利于降低烧结矿的生产成本。–钢渣用作高炉熔剂。钢渣用作高炉熔剂,其优点:ａ.提高铁水含锰量,在某些特定条件下还能富集钒,铌等有益元素,提高了资源综合利用程度;ｂ.利用钢渣中的铁,取代部分铁矿石,降低了生产成本;ｃ.代替石灰石,减少碳酸盐分解热,有利于降低焦比;ｄ.钢渣中的ＭｎＯ、ＭｇＯ有利于改善高炉渣的流动性。近年来,高炉利用钢渣在逐渐减少,其原因是多方面的。如高炉炉料结构改变,硫、磷的富集,钢渣成分的波动等。•2筑路和建筑材料•含游离ＣａＯ低,含磷高而不适宜用作熔剂的钢渣可以考虑用作筑路,河道和水土建筑材料等。–建筑材料钢渣在建材领域的用途也很广泛。首钢将0～10ｍｍ钢渣打水焖渣、自然堆放,经过足够的时效处理,控制游离ＣａＯ的含量,降低膨胀性,生产砌块空心砖及其他混凝土制品。鞍钢100～356ｍｍ钢渣同时用于生产耐火粘土砖及镁砂.–铺筑道路多年前英国已把钢渣作为沥青主料来铺筑路面。经处理后的钢渣具有较好的稳定性,可用于道路的基层、垫层及面层。国内宝钢、武钢等多家企业已用钢渣铺筑了很多道路。钢渣与沥青有很好的亲合性,与部分天然石料相混可铺筑高质量柔性道路。磨光石试验表明钢渣沥青路面防滑性好,不易开裂、拉裂;轮碾试验表明,承重层变形小,道路工作寿命长。钢渣有很好的抗冻解冻性,适应寒冷气候开放道路的使用•3钢渣作用于农业•钢渣是一种以钙、硅为主含有多种成分的具有速效又有后劲的复合矿质肥料，发达国家一般有10％的冶金渣用于农业，我国南方至少有3000万亩水稻的土壤缺硅．有3．7亿亩酸性红土壤可用钢渣去改良。湖南娄底市土地站曾预测：“每年将十万吨钢渣在百万亩农田施用将取得千万元效益。”尽快开发利用此技术对发展我国农业有非常重要的意义。•我国有些钢铁厂,铁水含磷较高,炼钢后钢渣中含Ｐ2Ｏ5较高,虽然钢渣磷肥的国际标准规定有效Ｐ2Ｏ515%,但据我国国情用作磷肥不拘于Ｐ2Ｏ5含磷量,其原因是钢渣可再处理,钢渣磷肥对酸性、中性和碱性土壤都有用,同时渣中丰富的ＣａＯ与ＳｉＯ2等也有不同程度的肥效.转炉渣中含有大约1%Ｐ2Ｏ5,可以用于农业生产磷肥。因其含有约50%ＣａＯ,也可以用作酸性土壤改良剂。转炉渣处理方法•各种钢渣从炉子里放出或者出钢时从钢包上部溢渣口流出的钢渣均处于熔融状态。由于处理方法不同，钢渣运行的流程也不一样。•在大多数情况下，钢渣是用渣罐被运到渣场，经自然冷却后进行破碎再应用。•对采用水淬、风淬、高速滚筒、余热自解以及热盘等方法处理的炉渣不经破碎或局部破碎，然后应用。•1）破碎处理法•用破碎法处理的钢渣有两类：一是多年累积的渣山，二是新排放的钢渣。•这种处理方法的基本流程是破碎一磁选—筛分分级。由于用途不同，详细流程也不一样。有的经二级破碎二级磁选和二级筛分；有的经二级破碎、三级磁选和一级筛分；还有的经三级破碎二级磁选二级筛分。根据国内外采用的破碎方法，现选出有代表性的予以叙述。•武钢矿渣综合利用科技开发公司于1986年末建成一条小型钢渣处理生产线。基本流程是：二级破碎一二级磁选一一级筛分(见图4)。该生产线年生产能力为5万吨成品，具体处理过程如下：•氧气转炉钢渣以热泼的方式翻罐，然后打水冷却。在钢渣冷却过程中使其自裂(碎)，经集中运到处理生产线受料斗处。钢渣经过有300x300mm格孔的格筛的受料斗流到皮带运输机上送到破碎机进行破碎。小于40mm的渣粒经皮带式磁选机磁选，磁选出的钢粒等另行堆放，供炼铁、炼钢等部门应用。磁选后余下的渣经皮带送入反击式破碎机受料斗，经纲破、磁选和筛分(筛网孔10x10mm)后供使用。武钢钢渣处理方法武钢破碎加工转炉渣工艺唐山钢铁公司钢渣处理方法•唐山钢铁公司钢渣处理间工作程序为：首先热拨钢渣结成厚度200一300mm的渣壳，然后经破碎筛分获得0—8mm、8—40mm和40—70mm三种不同粒度的钢渣，分别用于烧结、高炉和化铁生产，经再循环后，回收其中的铁和大部份Mn。处理工艺流程见图。该车间年处理能力为16万吨钢渣。该公司二炼钢所产生的钢渣除铸余渣外全部可以经过该车间处理。•鞍钢为了开采渣山，建立一个钢渣处理车间。工作程序是：先用人工采渣，然后经颚式破碎机和锤式破碎机进行粗破和中破碎。破碎后的钢渣经磁选和筛分获得各种用途的成品和废钢。为了给生产水泥提供原料或者为水泥代用品提供渣粉，于1974年9月建成一个干式自磨系统，其工艺流程如图7所示。钢渣经自磨、磁选和筛分后，得8％废钢、4—7％的铁精矿和87％的尾渣。鞍钢陈年钢渣处理流程缓冷破碎法•苏联车里雅宾斯克钢铁公司炼钢厂用缓冷法处理钢渣。工艺流程如图所示。具体步骤为：将盛满钢渣的渣盘运到渣场，翻罐倒渣后经空冷或浇水，钢渣经较长时间的缓冷风化而自然冷却破碎，然后用挖土机收集，再经破碎成块状或粒状渣，磁选筛分后供使用。这种处理方法有三个缺点：缓冷时间长，占地面积大，破碎工作量大，翻罐时遇水有爆炸危险。前苏联车里雅宾斯克钢铁厂130t氧气转炉钢渣处理的工艺流程水处理法•采用水处理法处理钢渣是一种比较理想、行之有效的方法。但是，有一定的危险性，难度较大。从1970年开始，我国许多钢厂、例如济南钢铁厂、湘潭钢铁公司炼钢厂、成都无缝钢管厂以及上钢三厂等均先后采用过水处理法(主要是水淬法)处理钢渣。国外有很多钢厂采用此法