钢铁冶金废物VIP

钢铁冶金渣的资源化,一、高炉渣的资源化二、钢渣的资源化三、铁合金渣的资源化四、含铁尘泥的资源化,钢铁冶金工业遍及全国各主要城市，所产生的固体废物占固体废物总量的18，渣中含各种有用元素如FeMnVCrMoNiAl等金属元素和CaMgSi等非金属元素，是一项可再利用的大宗二次资源。钢铁冶金工业所产生的固体废物主要有高炉渣钢渣铁合金渣和尘泥等，目前已大部分得到了利用，但缺乏全量和高附加值的利用技术，特别是对共生符合矿炉渣中共生的金属元素的分离和利用以及通过共生元素的分离全面经济地对炉渣进行综合利用缺乏系统研究。,一、高炉渣的资源化,高炉渣是冶金行业中产生数量最多的一种废渣，目前，根据我国目前矿石品位和冶炼水平，冶炼1t铁约产生高炉渣0.6-0.7t，我国每年排除量已达3000万吨左右。80以上的高炉渣得到了利用，但利用的主要途径是生产水泥和筑路材料。,1.高炉渣的性质和组成,高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排除的一种废渣。在高炉冶炼过程中，从炉顶加入的铁矿石熔剂和焦炭，在炉内高温(13001500)燃烧区变成液相，液相中浮在铁水上的熔渣，通过排渣口排除炉体，经冷却凝固后成为高炉渣，也称高炉矿渣，如下图所示。高炉炼铁过程,铁矿石焦炭石灰石,高炉渣,高炉渣的产生量与铁精矿品位的高低有关、焦炭中灰分的多少以及石灰石的质量有关。也和炼铁的工艺有关。当采用贫铁矿炼铁时，每得到1吨生铁产生出1.01.2吨高炉渣；用富铁矿炼铁时，每得到一吨生铁产出0.25吨高炉渣。,高炉渣的冷却方式,常用的熔融高炉渣冷却方法有急冷（也叫水淬）、半急冷和慢冷（又叫热泼）三种，其对应的成品渣分别称为水渣、膨胀渣和重矿渣。（1）急冷处理即水淬处理，是将熔融状态的高炉渣置于水中急速冷却的方法，我国80%的高炉渣冲成水渣。目前较普遍采用的是渣池水淬和炉前水淬。,渣池水淬：高炉熔渣经接渣槽进入水池，遇水急剧冷却成为水渣。炉前水淬：是在高炉炉台前设置冲渣沟或槽，熔渣在冲渣沟或槽内经高压水冷却成粒状水渣，输送到沉渣池，再经抓斗抓出，堆放脱水后外运。,（2）慢冷处理,高炉熔渣再指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却形成重矿渣（也称块渣）的冷却方法，处理后炉渣经挖掘、破碎、磁选和筛分可得到一种碎石材料。,（3）半急冷处理,高炉熔渣在适量水冲击和成珠设备的配合作用下，被甩待空气中使水蒸发成蒸汽并在内部形成空间，再经空气冷却形成一种多孔珠状矿渣的处理方法，处理后的高炉渣称为膨胀渣或膨珠。膨胀渣的生产方法有湿坑法、喷雾器法、堑沟法、流槽法、喷气水击法、水击挡板法、滚筒法、和离心机法等。我国常用炉前法和炉外滚筒法。,膨珠生产工艺示意1-渣罐2-投渣槽3-流槽4-水管5-滚筒6-膨珠,高炉渣的组成,（1）化学组成高炉渣含有15种以上的化学成分，但其主要成分是CaO、MgO、Al2O3、SiO2四种他们约占高炉总质量的95,高炉渣中的SiO2和Al2O3主要来自矿石中的脉石和焦炭的灰分，CaO和MgO主要来自自助熔剂石灰石等。高炉矿渣属于硅酸盐质材料，可代替天然岩石和作为水泥生产原料等使用。通常，高炉渣化学成分中的主要碱性氧化物之和与酸性氧化物之和的比值，称为高炉渣的碱性率或碱度，用M。表示，即：碱性率Mo（CaOMgO）/（SiO2Al2O3），高炉渣，按其碱性率大小分为：碱性矿渣，碱性率Mo1的矿渣。中性矿渣，碱性率Mo1的矿渣。酸性矿渣，碱性率Mo1的矿渣。它比较直观地反映了高炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物含量地关系。,（2）矿物组成,高炉渣中的各种氧化物成分以各种形式的硅酸钙或铝酸钙矿物形式存在。碱性高炉渣中最主要矿物有黄长石、橄榄石、硅钙石、硅辉煌石和尖晶石。酸性高炉渣由于冷却的速冻不同，形成的矿物也不一样。当快速冷却时全部凝结成玻璃体。在缓慢冷却时（特别石弱酸性的高炉渣）往往出现结晶的矿物相，如黄长石、假硅灰石、辉石和斜长石等。,CaO-Al2O3-SiO2的三元体系,甲型硅灰石2CaOSiO2硅钙石3CaOSiO2假硅灰石CaOSiO2钙镁橄榄石CaOMgOSiO2尖晶石MgOAl2O3镁蔷薇辉石3CaOMgOSiO2镁方柱石2CaOMgO2SiO2铝方柱石2CaOAl2O3SiO2斜顶灰石MgOSiO2透灰石CaOMgO2SiO2,高炉渣的性质,高炉熔渣的冷却方式不同，得到的高炉渣性能不同。1.水渣水渣即水淬渣，是在高炉溶渣置于水中急速冷却后的形成的海绵状的浮石类物质。高炉溶渣在大量冷却水的作用下急冷形成的海绵状浮石类物质。在急冷过程中，熔渣中的绝大部分化合物来不及形成稳定化合物，而以玻璃体状态将热能转化成化学能封存其内，从而构成了潜在的化学活性。,水渣的化学活性主要取决于其化学成分和矿物结构，其活性大小通常用水淬渣活性率（Mc）或水淬渣质量系数（k）表示，即：McAl2O3/SiO2k（CaOMgOAl2O3/SiO2MnO）当Mc0.25为活性矿渣，Mc0.25为低活性矿渣；k1.9为高活性矿渣，k=1.61.9是中活性矿渣，k1.6为低活性矿渣。,不同化学成分、不同矿物结构的水渣，其化学活性具有一定差异。碱性水渣含大量的硅酸二钙而具有良好的活性。酸性水渣中Al2O3含量高，其在水淬急冷过程中极利于形成玻璃体，因而酸性水渣也具有良好的活性。氧化镁能降低矿渣的黏度，在急冷过程中易进入玻璃体，堆水渣活性有利，而氧化锰堆玻璃体形成不利，因而堆水渣活性有不理影响。水渣具有潜在的水硬胶凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下可显示出水硬胶凝性能。,（2）重矿渣,高温熔渣在空气中自然冷却或淋少量水慢速冷却而形成的致密块渣。重矿渣的物理性质与天然碎石相近，其块渣容重大多在1900kg/m3以上，其抗压强度、稳定性、耐磨性、抗冻性、抗冲击能力（韧性）、均符合工程要求，可以代替碎石用于各种建筑工程中。重矿渣系缓慢冷却形成的结晶相，绝大多数矿物不具备活性，但是重矿渣中的多晶型硅酸二钙，硫化物和石灰，会出现晶型变化和发生化学反应。当含量较高时，会导致矿渣结构破坏，这种现象成为重矿渣分解。因此，在使用重矿渣时，特别时作为混凝土骨料使用时，必须认真分析检验重矿渣的组成，防止重矿渣分解现象的出现。,（3）膨珠,膨珠大多呈球形，表面有釉化玻璃质光泽，珠内有微孔，孔径大的350400um，小的80100um，其堆积密度为4001200kg/m3。膨珠呈现由灰白到黑的颜色，颜色越浅，玻璃体含量越高，灰白色膨珠，玻璃体含量大95。玻璃体微孔互不连通，吸水率低。由于膨珠系半急冷作用形成，珠内存有气体和化学能，其除了具有水渣相同的化学活性外，还具有隔热、保温、质轻、吸水率低、抗压抗压强度和弹性模量高等优点，因而是一种很好的建筑用骨料和生产水泥的原料，也可作为防火隔热材料。,2高炉渣的资源化途径,高炉渣的资源化途径取决于高炉渣的冷却方式。冷却方式不同，高炉渣的特性不同，资源化途径液不同。高炉渣的资源化在我国已有几十年的历史，目前利用率80左右。,2.1水渣的资源化,水渣具有潜在的水硬胶凝的性能,在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下可显示出水硬胶凝的性能,是生产水泥的优质原料,因而广泛的用语生产水泥和混凝土等.,(1)生产水泥,在前苏联和日本,50%的高炉渣用于水泥生产.我国约有3/4的水泥掺有高炉渣.目前,我国利用高炉渣生产的水泥主要有矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、石膏矿渣水泥、石灰矿渣水泥和钢渣矿渣水泥等五种.矿渣硅酸盐水泥,简称矿渣水泥,是我国水泥产量最大的水泥品种.它由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉渣加3%5%石膏混合、磨细或分别磨细后再加以混合均匀制成的水硬性胶凝材料,矿渣硅酸盐水泥,特点：较强的抗溶出性和抗硫酸盐侵蚀性能。能适用水上工程、海港及地下工程等，但在含酸性及含镁盐的水中，矿渣水泥的抗侵蚀性较普通水泥差；水化热较低。适合于浇筑大体积混凝土；耐热性较强。使用在高温车间及高炉基础等容易受热的地方比普通水泥好；生产成本低；但在循环受干湿或冻融作用条件下，其抗冻性不如硅酸盐水泥，所以不适宜用在水位时常变动的水工混凝土建筑中。,(2)生产矿渣砖,主要原料是水渣和激发剂,水渣既是矿渣砖的胶结材料又是骨料,用量占85%以上.常用激发剂有碱性激发剂(石灰、水泥)和硫酸盐激发剂(石膏)两种.,(3)湿碾矿渣混凝土,以水渣为主要原料配入激发剂(水泥、石灰、石膏),放在轮碾机中加水碾磨,制成沙浆后与粗骨料拌和而成的一种混凝土。,2.2重矿渣的资源化,(1)配制矿渣碎石混凝土矿渣碎石配制的混凝土具有与普通混凝土相近的物理力学性能,而且还有良好的保温、隔热、耐热、抗渗和耐久性能.配制矿渣混凝土的方法与普通混凝土相似,但用水量稍高,其增加的用水量,一般按质量的1%2%计算.(2)重矿渣在地基工程中的应用矿渣的块体强度一般都超过50MPa(3)矿渣碎石在道路工程中的应用(4)矿渣碎石在铁路道渣上的应用,3高炉渣资源化利用的新技术,（1）生产矿渣棉（2）生产微晶玻璃：矿渣微晶玻璃主要成分为CaO-MgO-Al2O3-SiO2系统（3）生产硅肥：硅肥是一种以含氧硅（SiO2）和氧化钙(CaO)为主的矿物质肥料，它是水稻等作物生长不可缺少的营养元素之一，被国际土壤学界确认为继氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）、后的第四大元素肥料。（4）生产高炉渣微粉：所谓高炉渣微粉是指高炉水渣经烘干、破碎、粉磨、筛分而得到的比表面积在3000cm2/g以上的超细高炉渣粉末。我国20世纪50年代就可代替50的熟料生产矿渣水泥。高炉渣粒度越细，水化能力越强。一般，高炉渣微粉粒度要求达到比表面积为30005000cm2/g或更细，因此，粉磨设备的选择很关键。,二钢渣的资源化,钢渣是炼钢过程中排出的废渣。该过程石出去生铁中的碳、氧、磷和硫等杂质，使钢具有特定性能的过程，也是造渣材料和冶炼反应物以及熔融的炉衬材料生成融合物的过程。因此钢渣石炼钢过程的必然副产物，其排出量约为粗钢产量的1520。,1钢渣的组成和性质,目前，我国采用的炼钢方法主要有转炉、平炉和电炉炼钢。在钢渣中，平炉渣又可分为初期渣和末期渣（包括精炼渣和出钢渣），电炉渣又可分为氧化渣和还原渣。钢渣石一种由多种矿物组成的固熔体，其性质与其化学成分由密切关系。钢渣冷却后呈块状和粉状。低碱度钢渣呈黑色，质量较轻，气孔较多；高碱度钢渣呈黑灰色、灰褐色、灰白色，密度坚硬。,来源,金属炉料中的Si、MnO、P和少量Fe氧化后生成的氧化物；向炉内加入的各种造渣材料如石灰石、白云石、铁矿石、硅石等，是炉渣的主要来源；被侵蚀、剥落下来的炉衬材料和补炉炉料如CaO、MgO等金属炉料带入的杂质如泥砂等。,我国主要钢厂钢渣的化学成分（）,化学组成,钢渣的特点：铁氧化物是以FeO和Fe2O3的形式存在，而以FeO为主，总量在25%以下。,钢渣形成反应过程,钢渣矿物组成：橄榄石（初期渣）蔷薇辉石（后期渣）硅酸二钙硅酸三钙+RO相+游离CaO,冶炼初期：钢渣以SiO2、FeOFe2O3、CaO三系统为主（因部分铁水氧化）,冶炼后期：,钢渣的利用,（1）从钢渣中分选回收废钢和钢粒。（2）钢渣用做冶炼熔剂（3）用做筑路材料（4）生产水泥、钢渣转,2.钢渣的资源化途径,迄今，人们已经开发了多种有关钢渣综合利用途径，主要包括回收废钢铁和钢粒、冶金、建筑材料、农业利用、回填等几个领域。（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、筛分等分选技术可回收其中90%以上的废钢及部分磁性氧化物。,(2)钢渣用作冶炼熔剂钢渣常含有很高的CaO、铁及一定比例的MgO、MnO。若用于炼铁，这些成分能有效地降低溶剂、矿石的消耗及能耗。作为溶剂用于高炉冶炼和绍介的钢渣量，以美国为最多，占钢总量的56以上。（3）钢渣用作筑路材料（4）生产水泥（5）生产钢渣砖（6）用做农肥和酸性土壤改良剂（7）富集和提取钢渣中的稀有元素,三铁合金渣的资源化,铁合金渣是铁合金冶炼过程中生产的废渣。我国每年约生产100万吨各种铁合金渣。铁合金渣的种类较多，根据冶炼工艺分为火法冶炼渣和浸出渣.根据铁合金品种，分为高炉锰铁渣、锰硅合金渣、硅铁合金渣、硅铬合金渣、中碳铬铁渣等。其中以高碳锰铁渣为最多，其次是锰硅合金渣。,1.铁合金渣的组成与性质,铁合金渣产品的种类很多，其生产工艺各不相同。同一种产品由于原料品味不同，采用的生产工艺可能不同，因此，铁合金渣的化学成分各不同。我国铁合金渣的主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO等各种金属氧化物。铁合金渣的矿物组成主要以硅酸钙为主。我国大多数高炉锰铁渣/电炉锰铁渣和几乎全部的硅锰合金渣是采用水淬法冷却的。,2合金渣的资源化途径,(1)做水泥混合材(2）生产铸石制品（3）制作耐火材料（4）回收化工原料或做农肥,四含铁尘泥的资源化,含铁尘泥，通常是烧结尘泥、高炉瓦斯灰、转炉尘泥、平炉尘泥及轧钢铁皮的总称。一般，含铁尘泥占钢产量的68。它是废气、废水处理的回收产品，含有较多的铁氧化物和碱性氧化物，近似铁矿粉。,1含铁尘泥的组成和性质,尘泥中Fe/FeO的比值一般波动在0.9538.1之间，含铁高达76.3%86.17%。含铁尘泥的堆积密度为1.252g/cm3,2含铁尘泥的资源化途径,含铁尘泥中含铁和碱性氧化物较多，有害杂质少，近似铁矿粉，有很大