1 / 66

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

shel
Download Presentation

工业废渣综合利用技术

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

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

More Related