武建院钢铁渣及化工渣综合利用新技术研究与开发

1、钢铁渣及化工渣综合利用新技术研究与开发1概述1.1项目概况1.2研究依据与范围1.3项目背景1.4项目的特点及意义2国内外研究现状及发展趋势2.1国内外现状2.2发展趋势3研究工作主要内容3.1技术方案3.2钢渣预处理3.3造块3.4熔分还原改性3.5新型建材4技术特点及创新点4.1技术特点4.2创新点5技术应用实践6经济及社会效益分析6.1经济效益分析6.2社会效益分析6.3推广应用7结论名词术语解释原料钢渣：特指高温钢渣经降温、初级处理后的低品位钢渣。渣钢：特指高温钢渣经降温、初级处理回收的全铁（tfe）含量70%钢渣，可直接返回炼钢。预选钢渣：特指原料钢渣经初级磁选回收的粒径100mm，

2、全铁（tfe）含量39.5%的钢渣。大粒钢渣：特指预选钢渣经磁选回收的粒径6mm的钢渣，全铁（tfe）含量39.5%。小粒钢渣：特指预选钢渣及尾料钢渣经磁选回收的粒径6mm，全铁(tfe)含量39.5%的钢渣。尾料钢渣：特指钢渣经磁选除铁后全铁(tfe)含量16%的钢渣。钢渣砂：特指尾料钢渣经破碎、干燥、粉磨、风选分级、磁选后回收的粒径0.16mm的粒状钢渣。钢渣粉：特指尾料钢渣经破碎、干燥、粉磨、风选分级、磁选后回收的粒径0.1mm的粉状钢渣。瓦斯灰:钢铁生产过程中产生的煤气经除尘后收集的固体废弃物。除尘灰：钢铁生产过程中排放的大气污染物经除尘设备处理后收集的固体废弃物。硫酸渣：硫酸渣又称黄

3、铁矿烘渣或烧渣，是用黄铁矿制造硫酸或亚硫酸过程中排出的固体废渣。og泥：转炉煤气经og法处理后收集的湿泥状废弃物。造块：特指钢铁渣、化工渣烧结成型渣的生产工艺。型渣：特指钢铁渣、化工渣经造块工艺制得的中间产品，作为熔分还原改性炉使用的原料。型渣机：特指用于造块工艺生产型渣的一种专用设备。型渣粉：粒径6mm的型渣。熔分还原改性：特指将型渣及大粒钢渣中化合状态的铁、锰等还原成单质并进行渣铁分离，同时将炉渣改性成硅酸盐材料的生产工艺。熔分还原改性炉：特指进行熔分还原改性生产工艺过程中使用的专用炉。熔分还原铁：特指经熔分还原改性生产工艺后分离出来的以铁为主要成分，同时含有锰、磷、硫、硅、碳等成分的金属

4、铁。炉渣：特指熔分还原改性生产工艺过程中排出的高温熔渣。水渣：特指熔分还原改性生产工艺排出的高温熔渣经水淬成粒后的一种活性高、安定性好的硅酸盐材料。水渣微粉：特指水渣加入一定的外加剂后经烘干、粉磨工艺加工成的一种微粉。混凝土免烧砖：特指混凝土中加入了一定比例的水渣、水渣微粉、钢渣砂、钢渣粉生产的一种用于承重墙体的新型建材制品。泡沬混凝土砌块：特指利用水渣微粉、钢渣粉为主要原材料生产的一种用于非承重墙体的新型轻质建材制品。砌筑水泥：特指利用水渣微粉、钢渣粉为主要原材料生产的一种用于配制砂浆的水泥。振动磁选机：特指用于尾料钢渣干燥粉磨风选分级后从0.16mm的钢渣颗粒中分离小粒钢渣和钢渣砂的磁选机

5、。悬浮磁选机: 特指尾料钢渣干燥粉磨风选分级后从0.1mm以下的钢渣粉中分离小粒钢渣和钢渣粉的磁选机。1概述世界经济的持续增长带来的“资源危机”、“资源安全”问题，早已受到国内外科学家和政治家们的广泛重视，纷纷从人口、环境、社会、经济发展等不同角度，探索缓解资源危机的各种途径，提出可持续发展和循环经济、资源集约型经济等不同理念。随着我国经济的快速增长，资源、能源、环保等结构性矛盾更加突出，只有采用循环经济的发展模式，搞好资源的综合利用，大力推行循环经济，采取措施以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境污染，取得最大的经济收益和最少的废弃物，才能缓解我国资源、能源和环境的压力。目前我国每年产生的钢铁

6、渣达四亿多吨，化工渣五千多万多吨。主要有钢渣、瓦斯灰、除尘灰、硫酸渣、磷石膏、粉煤灰、铜渣、赤泥、炉渣、高炉渣、电石渣、煤矸石等数十种工业废渣。在冶金渣中排量大的主要有高炉水淬矿渣、钢渣、高炉重矿渣等，其中高炉水淬矿渣和高炉重矿渣利用率较高，而钢渣利用率较低，仅有20%左右。未得到利用的冶金渣长期堆放而未及时综合利用，一方面冶金渣逐渐失去活性增加再利用的难度，另一方面占用大量土地、严重污染环境。建设资源节约型、环境友好型社会，节约资源作为基本国策，把工业废弃物和城市生活废弃物作为新的再生资源重新纳入传统的动脉产业之中，进一步构建和谐和完善“静脉产业”体系，这是国家节能中长期专项规划中提出的十大

7、重点节能工程，国家并把冶金工业废弃物处理列为资源再利用鼓励项目。科学发展观呼唤循环经济，尤其要确立资源循环利用的理念，坚持可持续发展战略。以全面建设小康社会为目标的中国，必须开拓新的资源思路，着眼于资源利用方式和经济发展模式的转变，寻求以最有效利用资源和保护环境为基础的循环经济之路，实现资源、环境与经济社会的全面、协调、可持续发展。振昌公司是一家处理、加工工业废渣的专业化公司，成立于上世纪90年代，致力于钢铁渣及化工渣的加工与处理。随着处理量的增加，在加工过程中发现经处理后的钢铁渣及化工渣中残留有大量的金属铁无法通过磁选、分级等传统方法进行回收。产生的废渣量依旧太多，需要大量的人力、财力予以填

8、埋，同时也占用大量的土地资源。针对这种困惑，振昌公司开始尝试利用不同方法对这些废弃尾渣进行反复研究与实验。经过十几年的不懈努力，终于摸索出一套综合利用钢铁渣及化工渣的加工处理办法，并通过多处生产线对这些固体废渣进行工业化实验，达到了预期目标，成果显著。为进一步拓宽工业废渣的利用范畴，振昌公司于2009年10月与中冶京诚、中冶北方、中冶武建院、宝冶工业炉及天益顺德公司联合成立了工业废渣综合利用研究与开发项目组。按照“资源化、循环化、全利用和零废弃”的原则，共同完成钢铁渣及化工渣综合利用新技术的研究与开发。项目的特点及意义一、本项目所采用的工业废渣综合利用技术属国内首创、国际领先的新工艺、新技术，

9、拥有完全的自主知识产权。项目原料全部使用冶金、化工废弃物，通过先进的工艺、技术及装备实现工业废渣及新生废渣、废气、废水的高效综合利用。项目实施后每年可利用冶金、化工工业废渣160万吨，回收金属铁及其深加工产品钢坯65万吨，生产高活性水渣72万吨，生产30万m³新型环保混凝土砖，高活性水渣还可进一步加工成水渣微粉和多种新型建材制品。二、本项目所采用的技术科学、巧妙地利用各种渣的成分，通过调整渣的配比，最有效、最大化地还原回收其中的金属，充分利用渣中的二次能源。它利用钢粒粉、除尘灰、硫酸渣、泥浆、瓦斯灰等工业废渣烧结造块成型渣。该型渣生产工艺具有碱度适中、强度高、返矿率低的特点；瓦斯灰含

10、碳量高可取代焦炭作燃料使用；钢粒粉含钙高可取代石灰作熔剂使用，从而可使型渣生产成本低，根本上解决传统的单一渣处理工艺成本高、难度大、尾渣多的难题，在工艺技术上，是一次巨大的飞跃。三、钢渣经破碎、筛分、磁选等工艺处理后，全铁含量50%的大块钢渣直接进入熔分还原改性炉进行还原改性；全铁含量小于50%的钢粒粉进行造块。工业废渣造块和熔分还原改性工艺利用的是钢渣含氧化钙高的特点。钢渣可取代传统烧结、冶炼中的石灰，用作熔剂、改性剂。同时，本工艺方法可彻底回收钢渣中的金属铁（传统磁选方法不能回收非磁性铁，一般残留15%左右）。另外，我们利用尾料钢渣含钙高和水渣需要高碱度材料激发的特点，复合配制出一种新型水

11、硬性胶凝材料，用该种胶凝材料可生产各种新型建材产品。因此本项目对工业废渣的利用水平最高，真正做到全利用、零排放，解决了这一世界性难题。四、除铁后的工业废渣在高温下进行液相反应，生成硅酸钙等活性产物，其活性和安定性得到了质的改变，炉内熔分还原改性为工艺废渣生产新型建材产品解决了稳定性问题，这一技术创新促进了新型建筑材料产业的发展。五、本项目由于采用的工艺技术先进，变废为宝，每年可新增产值24.79亿元，新增利税7.15亿元，故经济效益十分显著。六、本项目生产的新型建筑材料完全可以替代传统的粘土砖，每年可减少4亿块粘土砖的生产量，从而每年减少植被破坏300亩、减少燃煤用量7万吨，该项目推广后可以大

12、大降低二氧化碳的排放及对大气的污染，极大地改善生态环境。七、本项目投产以后，社会效益十分显著，可以拉动当地机械制造、运输、物流、建筑及服务等行业的发展，增强地方经济的实力。八、本项目积极贯彻了国家促进循环经济发展的思路，实现了节能、减排、降耗的环保目标。对我国循环经济发展有引领和示范的作用。九、本项目的实施开创了一个全新的工业废渣综合利用的新行业。2国内外研究现状及发展趋势2.1钢铁渣及化工渣的主要种类及特性钢渣：一种工业固体废弃物，依炉型主要有平炉渣、转炉渣、电炉渣，排出量约为粗钢产量的15-20%。钢渣在温度 15001700下形成，高温下呈液态，缓慢冷却后呈块状，一般为深灰、深褐色。有时

13、因所含游离钙、镁氧化物与水或湿气反应转化为氢氧化物，致使渣块体积膨胀而碎裂；有时因所含大量硅酸二钙在冷却过程中(约为675时)由型转变为 型而碎裂。如以适量水处理液体钢渣，能淬冷成粒。钢渣主要由钙、 铁、 硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。有的地区因矿石含钛和钒，钢渣中也稍含有这些成分。钢渣中各种成分的含量因炼钢炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同，有较大的差异。目前我囯各类钢渣每年排放量约8000万吨，其中转炉钢渣量占90%以上，堆积的

14、旧渣4亿吨。高炉矿渣：高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。在高炉冶炼生铁时，高炉加入的原料，除了铁矿石和燃料(焦炭)外，还要加入助熔剂。当炉温达到1400-1600时，助熔剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和矿渣。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的，是一种易熔混合物。从化学成分来看，高炉矿渣是属于硅酸盐质材料。每生产1t生铁，高炉矿渣的排放量随着矿石品位和冶炼方法不同而变化。例如采用贫铁矿炼铁时，每吨生铁产出1.0-1.2t高炉渣；用富铁矿炼铁时，每t生铁只产出0.25t高炉渣。由于近代选矿和炼铁技术的提高，每t生铁产出的高炉矿渣量已经大大下降。由于炼铁原料品种

15、和成分的变化以及操作工艺因素的影响，矿渣的组成和性质也不同。按照冶炼生铁的品种，高炉矿渣可分为铸造生铁矿渣、炼钢生铁矿渣和特种生铁矿渣。按照高炉矿渣化学成分中的碱性氧化物的多少高炉矿渣又可分为碱性矿渣、中性矿渣和酸性矿渣。瓦斯灰：钢铁生产过程中产生的煤气经除尘后收集的一种含有铁矿、焦碳、煤粉的固体废弃物，据统计钢铁企业每年大约产生瓦斯灰类固体废弃物量为100180kg/t钢。按照目前我国的钢产量近6亿吨估算，我国每年将产生约8000万吨瓦斯灰类固体废弃物。除尘灰：钢铁生产过程中排放的大气污染物经除尘设备处理后收集的固体废弃物，据统计钢铁企业每年大约产生除尘灰类固体废弃物量为100180kg/t

16、钢。按照目前我国的钢产量近6亿吨估算，我国每年将产生约8000万吨除尘灰类固体废弃物。og泥：og泥是钢铁厂转炉炼钢的副产品，它的回收利用一直备受关注。按照宝钢的生产数据，每产1t钢，约产生16kg转炉尘，由于国内炼钢转炉尾气绝大多数系采用湿式收尘，所以得到的是含水量较大的og泥。宝钢每年可产生og泥近70万吨，全国每年产生的og泥约1600万吨。它的主要成分是：fe(56)，其次是cao和al2o3，其特点是粒度细，粘性大，水分高(30)。硫酸渣：硫酸渣又称黄铁矿烘渣或烧渣。化工废渣的一种，用黄铁矿制造硫酸或亚硫酸过程中排出的废渣，主要化学成分为fe2o3：20-50%，sio2：15-65

17、%，al2o3：10%，cao：5%，mgo<5%，s：1-2%，一般还含有cu、co等。其化学成分不同利用途径也有所不同，高铁硫酸渣最有效的利用是作为炼铁原料，硫酸渣则可用作水泥原料、制砖材料等。据统计，1999年我国硫酸产量为2356万t，2000年硫酸产量超过2500万t，2008年硫酸产量达到6000万t左右，每生产1t 硫酸约排出0.81.5t硫铁矿烧渣，按此估算，全国每年排出约7000万t的硫铁矿烧渣。2.2国内外研究现状2.2.1钢渣研究应用国内外现状工业发达国家开展钢渣粉利用的研究较早，20世纪70年代，美国钢渣就己经达到排用平衡，历史积留的钢渣粉基本消耗。2001年美国

18、钢渣产量665万吨，其中37%用于路基工程，22%用于工程回填料，22%用于沥青混凝土集料;1998年日本钢渣产量约1300万吨，其中22%用于道路工程，40%用于土木建筑工程，20%用于回炉烧结料，8%用于深加工，6%用于水泥原材料，1%用于肥料，4%用于回填料；目前整个欧洲钢渣年产量约1200万吨，其中65%得到利用，其余35%仍堆积未被利用;德国钢渣利用率相对较高，1998年德国约97%的钢渣已作为集料广泛应用于公路交通、地下及民用建筑工程;加拿大年钢渣产量约100万吨，大部分堆积在钢厂附近或作为回填料，仅少量用作水泥生产的钙质或铁质材料，近年来加强了钢渣作为水泥混合材的研究，但掺量只有

19、10一20%左右，而且还没有付诸实际生产。国外钢渣再利用情况联合国 (cee)组织对美、日、俄、德、法等20多个国家的钢渣利用情况作了调查。统计表明，这20多个国家的钢渣50%左右用于道路工程，其中德国、日本和美国将钢渣用于烧结、炼铁、化铁炉及水泥生产中的比例分别为31%、25%及50%。日本于1979年起开始研究钢渣在道路中的应用技术，并于1988年确认钢渣处理后可用于铺路、水泥熟料和农肥。1996年日本开始着手研究用钢渣处理封闭性海域的海底水质。1992年住友金属公司高炉、烧结生产利用钢渣量达其公司钢渣产量的21%。经过日本钢铁联盟渣资源化委员会的努力，日本的钢渣有效利用率已达95%。现在

20、，日本许多钢厂都是用蒸汽陈化方式处理钢渣，处理后的钢渣作上层路基材料。德国钢渣综合利用情况据文献报道，德国钢渣利用率达95%以上，其中配入烧结和高炉再利用的达30%，用于土建的达50%，用于农肥的达18%。德国的钢渣开发部门认为，钢渣作为铺路材料有很好的工程特性，承载力大、坚固性好、耐冰冻体积稳定性强、耐磨性好、耐浪花拍打和潮流的冲击，尤其是混合炉渣(钢渣、高炉渣和高炉水渣)铺路，其承载力比普通材料铺路更高，这样，沥青层的厚度也可以减少，降低造价。因此，推荐在水利工程、堤坝建筑以及铺路中使用钢渣。目前，他们己使用转炉渣加固了莱茵河港口和谬司河岸。他们的使用方法是，将转炉渣装入钢丝网内，象溜坡一

21、样滑到坡脚下，进行加固，即使有体积不稳定的钢渣，在上述情况下也不会产生问题。此外，德国北部一些钢厂的钢渣常常出口到丹麦作为制作沥青混凝土的原料。再则，他们认为炉渣中的矿物质对道路两旁树木生长有着良好的促进作用，尤其是将炉渣作为疏松剂填在树木根部周围的土中效果更佳。从以上资料可以看出，尽管发达国家钢渣总体利用率较高，如美国、日本、德国等的利用率已接近100%，但其在水泥、混凝土生产中的利用效率也比较低。日本的资源再利用技术世界领先，但其钢渣在水泥生产中的利用率也不到6%;德国的钢渣利用率虽高，但基本上全部用作了集料，很少用于水泥。美国在上世纪90年代以前仅1%的水泥生产利用到钢渣。钢渣在水泥中的

22、应用，不管是从研究角度还是从应用角度，我国还是比较领先的，在近三十年的研究与应用中，在钢渣作为水泥掺合料研究与应用领域积累了丰富的经验。但是钢渣的化学与矿物组成决定了它是一种具有胶凝性能但胶凝性能又远低于硅酸盐水泥熟料的工业废渣。目前提高钢渣的胶凝性能的主要途径概括起来主要有四个方面:一是化学激发活化，即引入一定量的激发组分加快钢渣中活性组分的水化硬化;二是提高温度加快钢渣的水化反应，或是在提高温度的同时引入改性物质改善钢渣的组成与结构提高钢渣本身的胶凝性能;三是通过提高钢渣的细度，提高钢渣的水化活性;四是通过特定的分选工艺实现钢渣中活性矿物与非活性矿物的相分离，提高钢渣的水化活性。2.2.2

23、瓦斯灰除尘灰研究应用国内外现状瓦斯灰除尘灰研究应用国內外的现状大体一致，通常的方法是将这些固体废弃物通过风选重力分级，部分冶金再利用，剩余的冶金不可用的尾料作为填充物回填或堆积废弃。2.2.3 og泥研究应用国内外现状由于og泥粒度细，粘性大，水分高(30)，因此回收难度极大。目前， 国内外普遍采用的方法是将其稀释制浆后，喷入烧结混合机中与混合料混匀，或是用于消化生石灰(称为湿法利用)。但是根据烧结厂原料水分平衡计算，采用这种方法，og泥的利用率相当低。尤其是在铁原料水分偏高，而烧结适宜水分要求又较低的情况下，湿法利用og泥基本上是行不通的。2.2.4硫酸渣研究应用国内外现状硫酸渣按化学成分不

24、同利用途径也有所不同，高铁硫酸渣最有效、最普遍的利用是将其精选后作为炼铁原料，精选后的尾渣大部分用作水泥原料、制砖材料等；另外，也可以根据市场需要，将高铁硫酸渣加工为铁系颜料（如铁红粉、铁黄、铁蓝等）；还可以将高铁硫酸渣生产新型高效复合聚铁类净水剂。目前国外某些国家已做到全部利用，我国利用量只有50%左右。2.3发展趋势一是工业废渣的资源化（包括其中的二次能源），即通过新技术，使工业废渣成为可利用的物质资源和能源，变废为宝。二是工业废渣利用的循环化，即在工业废渣加工处理的过程中，对新产生的废渣和余热、余能再次利用，在多次有效小循环基础上实现工业废渣利用的循环化。三是工业废渣的全利用，即废渣所包

25、含的所有资源和能源全部回收，全部利用。四是工业废渣的零废弃，即在整个生产过程和终端产品之后没有任何固体废弃物排放到外部环境。“资源化、循环化、全利用和零废弃”，是工业废渣综合利用研究、开发成果的发展趋势。3研究工作的主要内容31技术方案钢铁渣及化工渣综合利用工艺流程图钢铁渣及化工渣综合利用新技术研究与开发包括四大系统：钢渣预处理系统、造块系统、熔分还原改性系统、新型建材系统。3.2原料钢渣预处理3.21原料钢渣的处理与利用我国是世界钢产量第一大国，钢渣是炼钢过程中所排放出的熔渣。随着钢铁工业的迅猛发展，钢渣量也随之增加，目前我国年产钢已达5亿吨，钢渣年产量大约8000万吨，加之多年来堆存未处理

26、的钢渣4亿多吨。旧渣无法消化，新渣不断增生。这个问题不仅成为影响我国乃至世界钢铁产业可持续发展的一道难题，而且成为严重污染环境。反之，钢渣的综合利用一旦取得关键性的突破，这些积存和新增的钢渣，就几乎成了取之不尽，用之不竭的宝贵资源和低成本的原料，就可以为钢渣零排放作出贡献。钢渣经热泼或热焖等水淬工艺处理后，将其含有的全铁（tfe）含量70%渣钢通过磁选设备磁选回收,直接返回钢铁企业炼钢。剩余的钢渣（原料钢渣）在本项目中作为原材料加工使用，原料钢渣经破碎、磁选加工处理成预选钢渣和尾料钢渣两种中间产品，预选钢渣再经筛分成大粒钢渣和小粒钢渣两种中间产品，大粒钢渣直接进入熔分还原改性炉，小粒钢渣用作造

27、块原材料；尾料钢渣经干燥粉磨后经风选分级、磁选成钢渣砂、钢渣粉、小粒钢渣三种中间产品，小粒钢渣用作造块原材料，钢渣砂、钢渣粉用于生产水渣微粉（钢渣水渣复合微粉）、混凝土免烧砖、泡沫混凝土砌块、砌筑水泥等建材产品。原料钢渣（研发样品为宝钢转炉渣）化学成份如下：tfe：22.5% al2o3：1.12% cao：40.01% mgo：9.26% f- cao：2.82% tio2：0.42% sio2：9.86% p2o5：1.47% s：0.060.21% mno：2.77% 3.22原料钢渣利用的目的及预处理的必要性本项目采用的原料钢渣是指高温转炉钢渣经降温、初级处理的全铁（tfe）含量22.

28、5%的低品位钢渣原料。利用原料钢渣目的主要是资源再利用，活化改性、金属铁回收利用。原料钢渣经破碎、磁选后可得到全铁tfe含量约39.5%的预选钢渣和全铁tfe含量约16%的尾料钢渣。全铁tfe含量约39.5%的预选钢渣，可用作钢铁企业的烧结熔剂，但由于粒径大、品位低，其利用率不高，需去除部分渣而富集成较高品位的钢渣方可使用，本项目中预选钢渣只需经筛分成大粒钢渣和小粒钢渣两种中间产品后可直接使用。利用预选钢渣有几个作用：一是利用小粒钢渣钢渣充当石灰起粘结剂的作用，二是将预选钢渣中的非单质铁（氧化铁、氧化亚铁）还原成单质铁，实现预选钢渣中铁的“零” 排放。三是利用预选钢渣的高碱度和硅酸盐、铝酸盐的

29、成分进行碱度调节和活化改性。 另外从尾料钢渣用于建材来说，也必须进行预加工处理。预加工处理解决了钢渣当前难于利用的几个问题。第一：通过吊挂式磁选机将原料钢渣中混杂的大块渣钢磁选出来，避免了这类渣钢对破碎机的损伤，有利于提高钢渣细碎的效率。第二：尾料钢渣采用干燥粉磨、风选分级、磁选工艺，将尾料钢渣加工成钢渣砂、钢渣粉、小粒钢渣三种中间产品，也有利于钢渣中游离氧化钙的均化分散，一定程度上提高了钢渣的安定性。第三：通过振动磁选机将尾料钢渣中的小粒钢渣和钢渣砂分离。通过振动磁选工艺保证了尾料钢渣颗粒中小粒钢渣回收的“彻底性”，同时回收的小粒钢渣品位高，含杂质少，返回造块用作原材料。钢渣砂中磁性铁含量2

30、%，游离氧化钙含量2%，体积安定性好，可替代部分碎石黄砂用作建材制品的骨料。第四：通过悬浮式磁选机将尾料钢渣中的小粒钢渣和钢渣粉分离。通过悬浮磁选工艺保证了钢渣粉中小粒钢渣回收的“彻底性”，同时回收的小粒钢渣品位高，细度小，在烧结造块时可起到石灰的作用。除铁后的钢渣粉磁性铁含量2%，可用作建材制品胶凝材料的配制。在现有的钢渣处理工艺条件下，本项目涉及的原料钢渣综合利用的工艺、产品技术暂属于囯內的新技术。3.23原料钢渣预处理的技术可行性3.2.3.1磁选除铁工艺设备钢渣常用的磁选设备是磁滚筒，它具有结构简单处理量大的特点，主要适合于粗放型的磁选，不适合精选。由于原料钢渣中全铁tfe含量比较低，

31、要进一步提高全铁tfe含量，必须使用更先进的加工艺和磁选设备，本工艺中的磁选设备采用了中冶武建院自主研制的振动磁选机、悬浮磁选机。振动磁选机由计量器、可调节角度的振动斜溜槽、可升降可调节磁强（待选物料处）的平板自卸式除铁器、预选钢渣（小粒钢渣）出料斗和尾料钢渣（钢渣砂）出料斗等部分组成。平板式除铁器安装在振动溜槽的上部，同时振动溜槽面与平板式除铁器的磁体底面平行。该振动磁选机的磁选原理如下：原料钢渣（风选分级的粒状尾料钢渣）经计量器计量后进入磁选机的振动溜槽，在振动溜槽上振动下滑（物料在自身重力和机械振动力的作用下匀速翻滚，同时避免了物料厚度不均），当原料钢渣（风选分级的粒状尾料钢渣）通过平板

32、自卸式除铁器的磁选区域时，随着原料钢渣的翻滚钢渣中的磁性铁在磁力的作用下被吸附在除铁器上，通过除铁器的自卸皮带将回收的预选钢渣（小粒钢渣）输送到出料斗，尾料钢渣（钢渣砂）不能被上部的磁体吸附，而在自身重力的作用下继续向前下滑，最后进入尾料出料斗，通过振动磁选机实现了预选钢渣和尾料钢渣分离，小粒钢渣和钢渣砂分离。悬浮磁选机由自卸式除铁器、小粒钢渣罐、旋风口、布袋口、旋袋除尘器和调节风机等部分组成。该磁选机原理如下：粉状尾料钢渣和气流通过风选分级系统进入磁选机内部，当悬浮的粉状尾料钢渣经过自卸式除铁器时，自卸式除铁器将粉料尾料钢渣中的小粒钢渣磁选出来，通过自卸装置将小粒钢渣卸至小粒钢渣罐，钢渣粉大

33、部分被风带走，然后通过旋风布袋除尘器回收送至钢渣粉罐。3.2.3.2原料钢渣预处理的工艺路线如下：3.2.3.3原料钢渣预处理的工艺技术3.2.3.31、原料钢渣的磁选1原料钢渣采用吊挂式磁选机磁选，通过调节吊挂式磁选机的高度来调节被选物料处的磁场强度，将原料钢渣中混夹的高品位块状渣钢（返回炼铁或熔分还原改性炉）回收，原料钢渣中混夹的块状渣钢清除后有利于下步原料钢渣破碎工序。3.2.3.32、原料钢渣的破碎、磁选2。原料钢渣经磁选1后，使用鄂式、锤式、对辊破砕机对原料钢渣进行细碎，然后采用振动磁选机进行磁选2，将原料钢渣加工处理成预选钢渣和尾料钢渣，预选钢渣经筛分成大粒钢渣和小粒钢渣两种中间产

34、品，大粒钢渣直接进入熔分还原改性炉，小粒钢渣用作造块原材料，尾料钢渣作进一步加工处理。3.2.3.33、尾料钢渣的烘干、粉磨。尾料钢渣再通过烘干机烘干至含水量2%左右，烘干后的尾料钢渣经过球磨机粉磨，粉磨过程中粘附在钢粒上的渣从钢粒上分离下来，尾料钢渣经过烘干、粉磨处理后有利于进一步精选和再利用。3.2.3.34、尾料钢渣的风选分级球磨后的尾料钢渣通过风选分级工艺处理后，可分为粒状尾料钢渣和粉状尾料钢渣。风选分级工艺有利于进一步对粒状钢渣和粉状钢渣进行分类精选和再利用。3.2.3.35、粒状尾料钢渣的磁选3。烘干粉磨风选分级后的大于0.1mm粒状尾料钢渣采用振动磁选机进行钢渣砂和小粒钢渣的分离

35、，可从粒状尾料钢渣中磁选分离出tfe含量大于39.5%的小粒钢渣，小粒钢渣用于造块，钢渣砂可部分用作混凝土免烧砖骨料。3.2.3.36、粉状尾料钢渣的磁选4。烘干粉磨风选分级后的小于0.1mm粉状尾料钢渣采用悬浮磁选机进行钢渣粉和小粒钢渣的分离，可从粉状尾料钢渣中磁选分离出tfe含量大于39.5%的小粒钢渣，小粒钢渣用于造块，钢渣粉已经通过机械物理加工和相分离，后步利用只需添加外加剂后可与其它材料配合使用。3.2.3.4、原料钢渣预处理系统的（中间）产品名称粒径tfe含量来源回收方式用途渣钢-70%原料钢渣吊挂磁选机返回炼钢预选钢渣-39.5%原料钢渣振动磁选机原材料大粒钢渣6mm39.5%预

36、选钢渣筛分熔分还原改性小粒钢渣16mm39.5%预选钢渣筛分造块小粒钢粒26mm39.5%风选分级的粒状尾料钢渣振动磁选机造块小粒钢粒30.1mm39.5%风选分级的粉状尾料钢渣悬浮磁选机造块钢渣砂0.1mm16%风选分级的粒状尾料钢渣振动磁选机建材制品钢渣粉0.1mm16%风选分级的粉状尾料钢渣收尘器建材制品产品：磁选回收的大粒钢渣（6mm、全铁含量39.5%）产品：磁选回收的小粒钢渣1和2（6mm、全铁含量39.5%）产品：磁选回收的小粒钢渣3（6mm、全铁含量39.5%）产品：钢渣砂（0.1mm、全铁含量16%）产品：钢渣粉（0.1mm、全铁含量16%）3.3造块3.3.1造块工艺主要研

37、制工作造块工艺过程由配料、混合、造块、筛分冷却及成品型渣运输系统组成。生产车间有：原料准备系统、混合系统、造块系统、冷却系统、主抽风机系统、装车矿槽及通廊运输系统等。3.3.1.1原料准备系统原料钢渣、瓦斯灰、除尘灰、og泥及硫酸渣等各种钢铁渣及化工渣由汽车运输入厂，用前装机装入原料准备室各地下配料槽内储存。圆盘给料机和带式称量给料机作为给料和配料设备，圆盘给料机变频调速。各种工业废渣按照设定比例由集料胶带机运往废渣混合系统。3.3.1.2混合系统采用两段混合，一次混合的目的在于混匀，并在沿混合机的长度方向均匀加水适当润湿。二次混合的主要作用是补足到适宜水分将细料造球并使混合料最终湿润。3.3

38、.1.3造块系统经混匀造球后的混合料运至型渣机上方的混合料仓，并经仓下可调速的锥辊布料机布于型渣机箅床上，进行抽风点火。在点火段炉顶设两排12只煤气点火烧嘴。煤气与（经过预热的）空气经旋流在烧嘴内混合后喷出燃烧。由于煤气热值较低，为保证燃烧质量，提高型渣成品率，必须要保证一定的燃烧温度，所以要求对助燃空气进行预热。在点火器的保温段上部设置一个独立的热风炉。空气预热温度可达到400。点火段后（沿型渣机旋转方向）为保温段，为提高保温效果，其炉顶比点火段低，保证点火后料层能继续着火，提高型渣质量。烧好后的型渣饼经单辊破碎机和耐热振动筛进行破碎和筛分，筛下的型渣粉直接添加至造块车间下的配合料胶带机上参

39、与配料，筛上成品型渣均匀地布到带冷机台车上进行鼓风冷却。型渣机风箱灰由水封拉链机拖至废渣成型室下的配合料胶带机上参与配料。3.3.1.4冷却系统型渣冷却采用带式鼓风冷却机，冷却后的小于120的型渣经成品输送系统运至熔分还原改性炉。3.3.1.5主抽风系统烟气采用重力除尘器和电除尘器二级串联布置进行除尘（机头除尘）。重力除尘器的除尘效率为160%，电除尘器的除尘效率298.5%，两级除尘总效率99.4%，可以保证烟囱排放粉尘浓度50mg/nm3，废气排放烟囱的高度为45m。除尘器收集的粉尘用螺旋输送机送至加湿机，加湿后的粉尘用汽车运至配料槽。配置2台主抽风机，在其出口设有消音器，外壳设置隔音层，

40、以减少对周围环境的噪声污染。3.3.1.6装车矿槽及运输系统设置成品装车矿槽，正常情况下型渣直接运往熔分还原改性炉，事故时可通过装车矿槽实现型渣落地。3.3.2技术特点及创新点3.3.2.1技术特点造块工艺技术特点如下：1）物料全部采用钢铁渣及化工渣，不外加固体燃料和熔剂。用含碳大于25%的瓦斯灰代替固体燃料，用钢渣代替熔剂。资源循环利用、节能、环保；2）配合料胶带机穿过造块车间，型渣粉及降尘管灰尘直接落到配合料胶带机上。不仅提高综合资源利用率，而且工艺布置紧凑，投资省；3）采用自动重量配料，以提高配料精度，提高型渣质量，降低能耗，保证生产稳定；4）采用两段混合，强化混合、造球，给料胶带机采用

41、直入式，简化配置，便于混合机的安装和检修及生产操作；5）优化工艺流程，减少型渣转运次数，降低给料落差，防止过破碎，提高成品率，降低能耗；6）采用高效电除尘器，净化后废气含尘浓度50mg/nm3。除尘灰密封输送，以改善生产环境；3.3.2.2创新点1）新工艺新技术造块工艺是利用钢铁渣及化工渣，通过预处理达到造块工艺的工艺要求，经配料、混合、造块、筛分冷却后得到成品型渣的工艺过程。造块工艺是一种新工艺、新技术，它主要体现在以下几个方面：a全渣原料造块工艺采用原料全部为钢铁渣及化工渣。b新型产品全渣原料生产的是一种新型中间产品，通过工业试验，这种新型中间产品其性能完全可满足熔分还原改性炉的要求，进而

42、从钢铁渣及化工渣中回收熔分还原铁。c不必添加固体燃料与熔剂由于钢铁渣中的瓦斯灰含c量高，可取代焦炭作燃料用，钢渣含cao高，可取代生石灰作熔剂用，因此生产中不必添加固体燃料及熔剂，这样既简化工艺流程，又节约大量的资源、能源和资金。以年产118.8万吨成品型渣的型渣机为例，同等规模的铁矿粉烧结燃料（焦粉）、熔剂（生石灰）消耗见表1-1。可见同等规模造块工艺较铁矿粉烧结而言，每年在燃料和熔剂两项就节省1.2亿元。同等规模铁矿粉烧结燃料、熔剂消耗 表1-1物料单耗用量单价总价值备注kg/t-s104t元/t万元焦粉505.9416809980生石灰10011.8820023762）低成本、低能耗钢铁

43、渣及化工渣主要来自于当地及周边，采购容易、供应量大，价格较低廉。另外如上所述，固体燃料与熔剂两项可使生产成本大幅降低，因此整个造块系统处于低成本运行。从能耗分析看，仅固体燃耗这一项就可大大节省能耗支出，加之工艺流程简化，不用设置燃料与熔剂的准备系统，电耗相对要少。从实际生产测算，工序能耗仅为2025kg标煤/t左右，与铁矿粉烧结的工序能耗5565kg标煤/t相比相差较悬殊。3）开创新的领域该项目最有效地利用了资源、保护了环境，大胆探索、勇于创新、开创了一个全新的工业废渣综合利用新领域，变废为宝，变害为利，为我国循环经济发展起到了示范作用3.3.3预期指标3.3.3.1工业废渣造块系统概述根据本

44、项目的钢铁渣及化工渣处理规模，同时考虑到利于全厂生产的均衡，决定建设两台型渣机及相应的公辅设施，年处理钢铁渣及化工渣160万吨。3.3.3.2建设规模、工作制度及产品方案1）建设规模建设2台80型渣机，年处理钢铁渣及化工渣160万吨，年产型渣118.80万t。2）工作制度造块系统为连续工作制，每天三班，每班8小时。型渣机年工作330天。3）产品方案成品型渣碱度：r1.40（cao/sio2）；成品型渣粒度：6150mm，其中06mm粒级8%；50mm粒级8%10%；成品型渣温度：120；3.33.4主要技术经济指标主要技术经济指标见表1-2。主要技术经济指标 表1-2序号指标名称单 位指 标备

45、 注1年产型渣量万t/a118.82日产量t/d36003型渣机台数台2型号804原料消耗量（干基）1）钢渣104t/a30.0253kg/t2）瓦期灰104t/a25.0210kg/t3）泥浆104t/a25.0210kg/t4）除尘灰104t/a20.0168kg/t5）硫酸渣104t/a10.084kg/t6）返矿104t/a18.8158kg/t5型渣质量tfe%46.0feo%10粒度mm6150粉末含量（6mm）%8碱度cao/sio21.406动力消耗：煤气（3348kj/nm3）104m3/a712860m3/t新水104m3/a650.55m3/t电104kw·h/

46、a495341.69kw·h/t7全厂工艺设备重量t35008全厂电容量：安装容量kw13003工作容量kw116659工序能耗kg标煤/t24.2010厂区占地面积m2200003.4熔分还原改性3.4 型渣熔分还原改性工艺研究与开发3.4.1 前言我国钢铁、化工等行业快速发展为国家的经济建设奠定了坚强的基础，作出了巨大的贡献，但同时在钢铁、化工生产中产生了大量的废渣，如果得不到合理的处理将对生态环境造成危害。目前钢铁工业废弃物中的炼钢渣多用作筑路材料，化工行业中的硫酸渣等由于难处理及对环境产生污染等原因没有得到很好的利用，堆弃的工业废渣浪费了宝贵的土地资源，对生态环境造成破坏，同

47、时由于这些废渣中含有宝贵的铁、锰等金属元素，不加以合理利用也是对资源的巨大浪费。本研究的目的是研发冶金、化工含铁废渣综合利用新工艺，可以将存在于废渣中的金属元素有效提取出来，形成高附加值的钢铁产品，同时将难以处理的钢渣、硫酸渣、除尘灰、瓦斯泥等转化为对环境无危害的建材原料，可以取得很好的经济效益和社会效益。本研究的主要意义是通过研发工业废渣的处理新技术，使工业生产中产生的固体废弃物得到再资源化利用，对废弃物作最大限度进行无害化处理和应用。3.4.2 型渣处理熔分还原新工艺机理本项目的工业废渣都是含铁量较高的工业废渣，主要有钢渣、除尘灰、硫酸渣、og泥和瓦斯灰等。其中都含有较多的铁、锰元素等金属

48、氧化物，本项目研究的废渣典型成分为：（1）钢渣 tfe：39.5% al2o3：2% cao：14.718.8% mgo：4.328.81%sio2：9.814% p：0.210.31% s：0.060.21% mn：1.443.04%（2）硫酸渣tfe：38.9% al2o3：1.022% cao：47.8% mgo：2.25.0%sio2：9.713.2% p：0.0450.133% s：0.92.2% mn：0.580.6%（3）除尘灰tfe：40.9% al2o3：0.039.85% cao：4.315.6% mgo：5.2% sio2：2.08.9% p：0.0170.15% s：0

49、.060.39% mn：0.58%（4）og泥tfe：38% al2o3：0.65% cao：1014.3% mgo：45.89.7% sio2：1.13.2% p：0.0170.15% s：0.0520.18% mn：0.21.0%（5）瓦斯灰tfe：1.0638.74% al2o3：0.213.3% cao：5.46.5% mgo：2.0% sio2：5.6% p：0.0650.17% s：0.50.45% mn：03.25%熔分还原的主要目的就是通过有效措施将他们提取出来，同时对分离出来的炉渣进行活性改质处理，以作为再利用工艺的原料。由于存在于废渣中的金属元素是以氧化物形态存在及还原过程

50、需要吸收大量的热量，因此需要采取竖炉高温还原工艺，所采用的还原剂为固体碳及co等。3.4.2.1 铁的还原提取铁氧化物的还原是按照高价到低价的顺序进行的：fe2o3- fe3o4- feo- fe在低温和中温区域（5701000）发生的还原反应主要为：fe2o3+cofe3o4+co2fe3o4+cofeo+co2feo+cofe+co2总反应：fe2o3+cofe+co2在高温区（>1000）,最终表现为固体碳作为还原剂的还原反应：feo+cofe+co2feo+c fe+co2co2+c2co总反应：fe2o3+cofe+co2由于使用的燃料和还原剂中有氢的存在，因此在高温和低温还原

51、反应中氢也参与了还原反应。3.4.2.2 锰的还原提取锰氧化物的还原也是从高价到低价逐级进行的：mno2- mn2o3- mn3o4- mno-mn从mno2mno比较容易，用co和h2间接还原即可；而从mnomn则比feofe困难得多，需要在高温区域用c进行直接还原：mno+cmn此反应一般在1400以上进行，需要消耗较大量的固体碳。还原后的锰将进入以铁元素为主题的金属熔体中。3.4.2.3 炉渣的改性处理 实现渣铁分离后的炉渣通过水淬处理，使其改性成高活性水渣。炉渣经快速水淬、烘干粉磨后可以形成水渣微粉，也可以生产成新型建材产品。3.4.3 新型熔分还原工艺应用实践本项目在江苏泰州振昌工业

52、废渣综合利用有限责任公司建设了两座熔分还原改性炉及相应的公辅设施，年处理工业废渣能力约为160万吨。3.4.3.1 熔分还原工艺路线及系统组成由于需要采用高温竖炉还原工艺进行熔分处理，粉料不能直接入炉，因此需要对呈粉状的含铁废渣进行造块处理，造块原理及工艺过程见造块工艺介绍材料。采用的工艺路线为：原燃料及热风供应熔分炉还原冶炼渣铁分离及炉渣水淬处理工艺系统由以下几个部分组成：-熔分还原改性炉本体-矿槽系统-斜桥上料及布料系统-热风供应及余热回收系统-煤气处理系统-渣铁分离系统-炉渣处理-铸铁系统3.4.3.2 熔分还原改性车间各工艺系统概述熔分还原改性车间的每座炉子由熔分炉本体、炉顶和上料系统

53、、矿焦槽系统、风口平台出铁场、水冲渣、热风炉、粗煤气除尘器等系统组成，配套设施由煤气干式布袋除尘、原燃料供应系统以及鼓风机房、熔分还原改性炉水循环系统等部分组成。两座炉子共用的设施有铸铁机和铁水罐修理库。考虑建设厂具体条件和本着 “优质、低耗、长寿、高产”的方针，在节省投资的前提下，多采用成熟、先进、实用的技术，使熔分炉在工艺技术和装备等方面达到先进水平，从而获得良好的经济效益，并有效提高企业的环保水平。3.4.3.2.1 熔分还原改性炉本体熔分还原改性炉本体是生产设施的重要组成部分，为了适应强化冶炼的要求，在炉体设计中采用成熟、先进、实用的技术是非常必要的。(1) 熔分还原改性炉内型在内型设

54、计中，考虑到原燃料条件，适当缩小炉腹角，加深死铁层，采用适宜的hu/d、vu/a、d/d等参数，使设计炉型适应工业废渣熔分还原生产要求，保证在特定冶炼条件下的低燃料消耗，实现稳定高产。每座熔分还原改性炉设出铁口一个，渣口一个、进风口十二个。 (2) 内衬选择耐材既要考虑节约投资又要考虑保证长寿，因此根据熔分炉不同部位要求采用不同的耐火材料。炉底炉缸部位采用优质耐火材料- 在炉底采用高导热性、高强度的半石墨炭块，在炉缸区域采用高导热、高强度、抗铁水侵蚀、能消除不均匀热膨胀的模压炭砖，并在炉底炉缸的热面采用小块陶瓷杯技术。铁口区采用复合棕刚玉砖砌筑，结合加深死铁层高度，减少铁水环流，可有效地减少炉

55、底炉缸侵蚀，从而延长炉底炉缸寿命。在风口区域采用复合棕刚玉材质的风口组合砖。炉腹至炉身中下部，根据板壁结合的炉体冷却结构，采用能满足生产要求却价格低廉的高铝砖，在炉身上部采用耐磨性好、价格低廉的致密性粘土砖 ，并在炉身上部的炉壳内喷涂一层不定性耐火材料。炉顶封盖内壁采用焊接锚固件和喷涂一层耐热耐磨的不定形耐火材料。(3) 炉体冷却设备在影响炉体寿命的关键部位- 炉腰至炉身下部，采用经实践证明能有效保证长寿的板壁结合炉体冷却结构，将冷却板的高冷却强度、对炉衬的有效支撑与冷却壁的良好的密封性能相结合，实现对炉衬耐材和炉壳的有效冷却，从而保证熔分还原改性炉的长寿。炉体冷却结构为：炉底、炉缸区域采用4段光面冷却壁，冷却壁材质为普通铸铁，内铸单进单出的蛇形无缝钢管。炉腹、炉腰为带肋镶嵌式冷却壁，内铸双层冷却水管，肋槽内捣打导热性良好的炭素材料。炉腰冷却壁上部满铺一层铸铁冷却板，以保证炉身下部砖衬的有效支撑。炉身中、下部采用板壁结合的冷却结构。冷却板的冷却强度大，能有效支撑炉衬，冷却壁安装时炉皮开孔少，能有效保护炉皮，增强熔分还原改性炉密封性。两者优势互补，保证炉体关键部位的