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6.钢铁冶金渣的资源化


6 钢铁冶金渣的资源化
钢铁冶金工业所产生的固体废物,约占
固体废物总量的18%,属于大宗的二次资源。

--------------------------------------主要包括:高炉渣 钢渣

铁合金渣
尘泥等。

6 钢铁冶金渣的资源化
教学内容:
高炉

渣的资源化 钢渣的资源化 铁合金渣的资源化 学习要求: ? 了解各类渣的基本组成和性质 ? 了解各类渣可能的利用途径

6.1 高炉渣的资源化
产生来源:
铁矿石+焦碳+石灰石 高炉烟气 炼铁高炉 熔融炉渣 铁水 冷却 生铁 高炉渣

产生数量:
?用贫铁矿炼铁时,每吨生铁产出1.0~1.2t高炉矿渣; ?用富铁矿炼铁时,每吨生铁只产出0.25t高炉矿渣。 利用状况: 美、英、法、日本等国高炉渣的利用率已达100%, 甚至出现了很多专营高炉渣商品的公司和工厂。 我国高炉渣的利用率已达85%以上。
2006年中国生铁 产量4.7亿吨左右

6.1.1高炉渣的组成和性质
一、高炉渣的分类
水 冷却 方式 渣:高炉熔渣在大量冷却水的急冷作用下形 成的海绵状浮石类物质。 重矿渣:高炉熔渣经慢冷作用形成的类石料矿渣。 膨 珠:高炉熔渣在半急冷作用并通过成珠设备 击碎、抛甩到空气中,再受空气冷却形 成的矿渣。
渣罐 1400~1600℃高温的熔融体

渣水比 1:10

渣水比 1:0.50.7

接渣槽
高压水管 流渣槽 膨珠

滚筒

铸造生铁矿渣:冶炼铸造生铁时排出的矿渣 按冶炼生铁的种类 炼钢生铁矿渣:冶炼供炼钢用生铁时排出的矿渣 特种生铁矿渣:用含有其他金属的铁矿石熔炼生 铁时排出的矿渣。 碱性矿渣:碱性率Mo>1的矿渣 按高炉渣的碱性率 (以Mo表示) 中性矿渣,碱性率Mo=1的矿渣; 酸性矿渣,碱性率Mo<1的矿渣

碱性率M O

CaO ? MgO ? SiO2 ? Al2 O3

?我国高炉渣大部分接近中性矿渣(Mo=0.99~1.08),高碱性及高酸性 炉渣数量较少。

二、高炉矿渣的化学组成
?高炉渣含有15种以上化学成分,但主要是CaO、 SiO2 、 MgO、Al2O3四种,它们约占高炉渣总重量的95%。
?CaO和MgO主要来自助熔剂,SiO2和Al2O3主要来自铁精矿中 的脉石和焦炭中的灰分。 ?由于铁精矿品位及冶炼生铁的种类不同,高炉渣的化学成分 波动较大。一般,生产过程主要控制分析SiO2、Al2O3、CaO 、MgO、FeO、MnO、S七项指标,对一些特殊的高炉渣还 需分析TiO2、V2O5、Na2O、BaO、P2O5、Cr2O3、Ni2O3等。 在冶炼炉料固定和冶炼正常时,高炉渣的化学成分变化不大 ,对综合利用有利。

?高炉渣属于硅酸盐材料,它的组成与天然岩石和硅酸盐水泥 相似,表6.1所示为我国大部分钢铁厂高炉渣的化学成分与天 然岩石和硅酸盐水泥化学成分比较。

表6.1 我国高炉渣与天然岩石、硅酸盐水泥化学成分比较(质量%)
名称 普通渣 高钛渣 锰铁渣 含氟渣 硅酸盐 水泥 花岗岩 CaO 38~ 49 23~ 46 28~ 47 35~ 45 64.2 2.15 SiO2 26~ 42 20~ 35 21~ 37 22~ 29 22
69.92
Al2O3 MgO

MnO 0.1~ 1 <1 5~ 23 0.1~ 0.8 1.5 0.13

FeO 0.07~ 0.89

TiO2

V2O5

S 0.2~ 1.5

6~ 17 9~ 15 11~ 24 6~8 5.5
14.78

1~ 13 2~ 10 2~ 8 3~ 7.8 1.40 0.97

20~ 29 0.05~ 0.31 0.07~ 0.08 1.34 1.67 0.30 0.39

0.1~ 0.6

<1 0.3~ 3 含 F7~ 8

含 P2O50.24

玄武岩

8.91

48.78

15.85

6.05

0.29

6.34

1.39

含 P2O50.47

三、高炉渣的矿物组成 ?高炉渣中的各种氧化物成分以各种形式的硅酸盐矿物形 式存在。 ?碱性渣主要矿物:钙铝黄长石(2CaO· 2O3· 2)、钙镁 Al SiO 黄长石(2CaO· MgO· 2)、硅酸二钙(2CaO· 2)以及假 SiO SiO 硅灰石(CaO· 2)、钙长石(CaO· 2O3· SiO Al 2SiO2)、钙镁橄 榄石(CaO· MgO· 2)、镁蔷薇辉石(3CaO· SiO MgO· 2SiO2) 以及镁方柱石(2CaO· MgO· 2SiO2)等。

?酸性高炉矿渣由于其冷却的速度不同,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 (特别是弱酸性的高炉渣)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。

四、高炉渣的性质
(1)水淬渣 急冷过程中,熔渣的绝大部成分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。常用来生产水泥。
用水淬渣活性率(Mc) M c ? 2 3 具有潜在的水硬胶凝性能,在水泥熟料、石灰、石膏等激
Al O SiO2

发剂的作用下可显示出水硬度胶凝性能。 Mc>0.25为活性矿渣 水淬渣的化 碱性水渣因含大量的硅酸二钙而具有良好的活性; Mc<0.25为低活性矿渣 学活性表示 酸性水渣氧化铝含量高,在水冷过程中极易形成玻璃体, CaO ? MgO ? Al2O3 水淬渣质量系数(k) k ? 也具有良好的活性; SiO2 ? MnO MnO对玻璃体形成不利,对水淬渣活性有不利影响。 k>1.9为高活性矿渣
k=1.6~1.9是中活性矿渣
k <1.6为低活性矿渣。

(2)膨胀矿渣珠 ?膨珠系半急冷作用形成。除孔洞外,其它部分是玻璃

体,珠内存有气体和化学能。
?孔洞:孔径大的350~400μm,小的80~100μm。 ?玻璃体: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,玻璃体含量达95%。 膨珠除具有与水淬渣相同的化学活性外,还具有隔热、 保温、质轻、吸水率低、抗压强度和弹性模量高等优 点,因而是一种很好的建筑用轻骨料,也可作为防火

隔热材料。

(3)重矿渣 ?重矿渣是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。当其含量较 高时,会导致矿渣结构破坏,这种现象称为重矿渣分 解。

?硅酸盐分解:硅酸二钙晶型转变、体积膨胀所导致的重 矿渣自动碎裂或粉化的现象。
自由能 括号内的温度为过冷极限

γ → α′: 830 ℃

α′→α : 1447 ℃
(1452) 1447 (670) (705) α′ α

α→α′ : 1425 ℃ α′→β : 670 ℃ β → γ : 525 ℃

β γ

830 粉散开始

温度,℃

图6.2

硅酸二钙晶型随温度变化曲线

ρ↓,V↑,已凝固重矿渣中产生内应力。

内应力>重矿渣本身的结合力时,重矿渣开裂、酥碎,甚至粉化。

?硫化物分解:重矿渣中当含有FeS与MnS等硫化物 时,便会在水解作用下生成相应氢氧化物,体积相 应增大38%和24%,导致块渣开裂和粉化的现象。
FeS ? H 2O ? Fe(OH ) 2 ?? MnS ? H 2O ? Mn(OH ) 2 ?? V ? 38% V ? 24%

?石灰分解:重矿渣中含有游离石灰,遇水消解, 生成熟石灰,体积增大1~2倍,在重矿渣中产生很 大的内应力导致矿渣碎裂、崩解等现象,称为石灰 质分解。

CaO ? H 2O ? Ca(OH )2 ??

V?

因此,作混凝土骨料使用时,必须认真分析检验重矿 渣分解的可能性。

6.1.2高炉渣的资源化途径
取决于其冷却方式,大部分用作水泥混合材料和无
熟料水泥的原料,少部分用来生产矿渣砖、瓦等。其余 用作道路路渣、铁路道渣及混凝土骨料,少量用于生产

矿渣棉、膨胀矿渣珠等。目前我国的利用率达80%左右。

一、水渣的利用
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,是优良

的水泥原料。因此,它主要用来生产水泥和矿渣砖、瓦
等。

1.较强的抗溶出性和抗硫酸盐侵蚀性能,能适用水 成本低,具有较好的抗硫酸盐侵蚀和抗渗透性,适 钢渣水泥具有投资少、成本低,水化热低 用于混凝土的水工建筑物和各种预制砌块。 上工程、海港及地下工程等; (1)生产水泥:俄、日等国50%的高炉渣用于生产水泥, 、耐磨、抗冻、耐腐蚀、后期强度高等优 2.水化热较低,适合于浇注大体积混凝土; 我国约有3/4的水泥中掺有粒状高炉渣。 点。 3.耐热性较强,在高温车间及高炉基础等高温作用 目前我国利用高炉渣生产的水泥: 环境的适用性比普通水泥好; ?矿渣硅酸盐水泥:水泥熟料+ 20%~70%高炉水渣+ 3%~5% 石膏 ?普通硅酸盐水泥:水泥熟料+ 不超过15%高炉水渣+ 3%~5% 石膏 ?石膏矿渣水泥:少量水泥熟料+ 80%高炉水渣+ 15% 石膏 ?钢渣矿渣水泥:45%左右的钢渣+40%的高炉水渣+适量的石膏
水渣 粉碎机 烘干机 煅烧窑 粉磨机 熟料 渣粉 粉磨机 石膏 混合磨 硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥

含硅原料 含铁原料 粘 土 石灰石

改进性能、扩大品种、调节标号、增加产量、保证水泥安定性。

(2)生产矿渣砖
水渣、石灰 搅拌 轮碾 成型 蒸养 矿渣砖

70~90 %, <8mm

碱性激发剂,一般要 求石灰中氧化钙含量 在60%以上,氧化镁 应少于10%。

80~100? C,12h

?矿渣砖具有良好的物理力学性能,但容重较大,一般为 2120~2160 kg/m3。适用于上下水或水中建筑,不适用 于高于250℃的环境中使用。

二、膨胀矿渣的利用
?主要用作混凝土轻骨料,也可作防火隔热材料。用膨胀 矿渣制成的轻质混凝土,不仅可以用于建筑物的围护结

构,而且可以用于承重结构。
?可以用于轻混凝土制品及结构。如用于制作砌块、楼板 、预制墙板及其它轻质混凝土制品。由于膨珠内孔隙封

闭,吸水少,混凝土干燥时产生的收缩就很小,这是膨 胀页岩或天然浮石等轻骨料所不及的。
?直径小于3mm的膨珠与水渣的用途相同,可供水泥厂作 矿渣水泥的掺合料用,也可以作为公路路基材料和混凝 土细骨料使用。生产膨胀矿渣和膨珠与生产粘土陶粒、 粉煤灰陶粒等相比较,具有工艺简单,不用燃料,成本 低廉等优点。

三、矿渣碎石(重矿渣)的利用
矿渣碎石的用途很广,用量也很大,主要用于公路、 机场、地基工程、铁路道碴、混凝土骨料和沥青路面等 代替天然碎石。 (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。 矿渣碎石混凝土的应用范围较为广泛,可以作预制 、现浇和泵送混凝土的骨料。

矿渣混凝土的配制:
与普通混凝土相似,但用水量稍高,其增加的用 水量,一般按重矿渣重量的1%~2%计算。 一般用矿渣碎石配制的混凝土与天然骨料配制的 混凝土强度相同时,其混凝土容重减轻20%。 矿渣碎石混凝土的抗压强度随矿渣容重的增加而 增高。 矿渣混凝土的使用在我国已有五十多年历史,在 许多重大建筑工程中都采用了矿渣混凝土,实际效果 良好。

(2)重矿渣在地基工程中的应用
用于处理软弱地基。 矿渣的块体强度一般都超过50MPa,相当或超过一 般质量的天然岩石,因此组成矿渣垫层的颗粒强度完全

能够满足地基的要求。
一些大型设备基础的混凝土,如高炉基础、轧钢机 基础、桩基础等,都可用矿渣碎石作骨料。

(3)矿渣碎石在道路工程中的应用
矿渣碎石具有缓慢的水硬性,这个特点在修筑公

路时可以利用。
矿渣碎石含有许多小气孔,对光线的漫反射性能 好,摩擦系数大,用它作集料铺成的沥青路面既明亮 ,制动距离又短。 矿渣碎石还比普通碎石具有更高的耐热性能,更

适用于喷气式飞机的跑道上。

(4)矿渣碎石在铁路道碴上的应用 矿渣碎石作铁路道碴称为矿渣道碴。 我国铁道线上采用矿渣道碴的历史较久,目前矿 渣道碴在钢铁企业专用铁路线上已广泛得到应用。

鞍山钢铁公司从1953年开始就在专用铁路线上大
量使用矿渣道碴,现已广泛应用于木轨枕、预应力钢 筋混凝土轨枕和钢轨枕等各种线路,使用过程中没有 发现任何弊病。在国家一级铁路干线上的试用也已初 见成效。

6.2 钢渣的资源化
钢渣是炼钢过程排出的废渣。钢渣是炼钢过程中的必然 副产物,其排出量约为粗钢产量的15%~20%。 6.2.1 钢渣的组成和性质 一、钢渣的分类 平炉渣:初期渣、精炼渣、出钢渣和浇钢余渣 按炼钢 转炉渣 用炉型 氧化渣:元素氧化形成的氧化物组成的炉渣 电炉渣: 还原渣:以铁水预脱硫为目的的还原渣 碱性渣 按熔渣性质

酸性渣

低碱度钢渣(R<1.8) 按碱度(R) 中碱度钢渣(R=1.8~2.5) 高碱度钢渣(R>2.5)

CaO 碱度( R ) ? SiO2 ? P2 O 5
水淬粒状钢渣 按钢渣的形态 块状钢渣:自然冷却、喷水急冷、龟裂为大块 粉状钢渣:余热自解,高温钢渣淋水粉化

钢渣组成的主要来源:
(1)生铁或废钢中所含元素(铝、锰、磷、硫、钒、铬、 铁等)氧化时形成的氧化物; (2)作为氧化剂或冷却剂使用的矿石和烧结矿等; (3)金属材料带入的泥沙或铁锈;

(4)加入的造渣材料(石灰、石灰石、萤石、铁钒土、
粘土砖块等); (5)由炉衬浸蚀熔于炉渣的耐火材料;

(6)脱氧剂、合金的脱氧产物,熔渣的脱硫产物。

二、钢渣的组成
原料、炼钢方法、生产阶段、钢种以及炉次→渣种及产量。

(1)转炉钢渣
是钢渣的主要部分,在我国约占钢渣总量的65%。 目前,生产1吨转炉钢约产生130~240kg钢渣。 1)化学成分 我国几个大型钢铁企业转炉钢渣的化学成分,%
炼钢厂 宝钢 马钢 上钢 邯钢 CaO 40-49 45-50 45-51 42-54 MgO 4-7 4-5 5-12 3-8 SiO2 13-17 10-11 8-10 12-20 A12O3 1-3 1-4 0.6-1 2-6 FeO 11-22 10-18 5-20 4-18 Fe2O3 4-10 7-10 5-10 2.5-13 MnO 5-6 0.5-2.5 1.5-2.5 1-2 P2O5 1-1.4 3-5 2-3 0.2-1.3 f-CaO 2-9.5 5-11 4-10 2-10

2)矿物成分--取决于其化学成分
碱度:0.78~1.8,CMS(钙镁橄榄石)、C3MS2(镁蔷薇辉石)。 碱度:1.8~2.5,C2S及RO相(二价金属氧化物固熔体)。

碱度>2.5,C3S(硅酸三钙)、C2S及RO相。
不同碱度转炉钢渣的矿物组成,%
碱度 C3S C2S CMS C3MS2 C2AS CaCO3 RO

4.24 3.07 2.73 2.62 2.56 2.11 1.24

50~60 35~45 30~35 20~30 15~25 少量

1~5 5~10 20~30 10~20 20~25 20~30 5~10

5~10 20~25 20~30 5~10

15~20 15~20 3~5 15~20 40~50 15~20 7~15

(2)平炉钢渣
平炉炼钢周期比转炉长

氧化期→初期渣,60% 精炼期→精炼渣,10% 出钢期→出钢渣,30%
末期渣

目前,每生产1吨平炉钢约产生钢渣170~210kg。 马鞍山钢铁公司平炉渣化学成分,%
渣种 初期渣 精炼渣 出钢渣 CaO 18~30 42~55 50~60 MgO 5~8 6~12 4~7 SiO2 9~34 10~20 10~18 FeO 27~31 10~20 6~10 Fe3O4 4~5 5~11 4~6 MnO 2~3 1~2 1~2 A12O3 1~2 2~5 2~3 P 2 O5 6~11 3~8 3~7

矿物组成与转炉钢渣组成规律基本相似: CaO含量低、碱度小的初期钢渣,以橄榄石、蔷薇辉石为主;

CaO含量高、碱度大的末期渣,主要是C3S、C2S及RO相。

(3)电炉钢渣
电炉炼钢是以废钢为原料,主要生产特殊钢。 电炉生产周期也长,分氧化期和还原期,并分期出渣, 所出渣分别称氧化渣和还原渣。 目前,每生产1吨电炉钢约产生150~200kg的钢渣,其 中氧化渣约占55%。

下表为成都钢铁厂和上钢电炉渣的化学成分,其特征 是氧化渣中氧化钙含量低,氧化亚铁含量高,而还原渣则 相反。
单位 渣种 CaO MgO SiO2 FeO A12O3 MnO P

成钢 上钢

氧化渣 还原渣

29~33 44~55

12~14 8~13

15~17 11~20

19~22 0.5-1.5

3~4 10~18

4~5

0.2-0.4

电炉钢渣矿物组成规律与平炉渣相似。

三、钢渣的性质
钢渣是一种由多种矿物组成的固熔体,其性质与其
化学成分有密切的关系。 (1)密度 由于钢渣含铁较高,因此比高炉渣密度高 ,一般在3.1~3.6g/cm3。 (2)容重 钢渣容重不仅受其密度影响,还与粒度有 关。通过80目标准筛的渣粉,平炉渣为2.17~2.20g/cm3 ,电炉渣为1.62 g/cm3左右,转炉渣为1.74 g/cm3左右。

三、钢渣的性质
(3)易磨性 由于钢渣致密,因此较耐磨。易磨指数 :标准砂为1,钢渣为0.96,而高炉渣仅为0.7,钢渣比

高炉渣要耐磨。
(4)活性 C3S、C2S等为活性矿物,具有水硬胶凝性。 当钢渣碱度大于1.8时,便含有60%~80%的C3S和 C2S,并且随碱度值的提高,C3S含量也增加; 当碱度达到2.5以上时,钢渣的主要矿物为C3S。 用碱度高于2.5的钢渣加10%的石膏研磨制成的水泥, 强度可达325号。因此,C3S和C2S含量高的高碱度钢渣,

可作水泥生产原料和制造建材制品。

(5)稳定性
? 钢渣含游离氧化钙(f-CaO)、MgO、C3S、C2S等,这 些组分在一定条件下都具有不稳定性。
? 碱度高的熔渣在缓冷时,C3S会在1250℃到1100℃时 缓慢分解为C2S和f-CaO; ? C2S在675℃时β-C2S要相变为γ-C2S,并且发生体积 膨胀,膨胀率达10%。 ? 钢渣吸水后,f-CaO要消解为Ca(OH)2,体积将膨胀 100%~300%,MgO会变成氢氧化镁,体积也要膨 胀77%。 因此,含f-CaO、MgO的常温钢渣是不稳定的,只有fCaO、MgO消解完或含量很少时,才会稳定。

?钢渣的不稳定性,使在处理和应用钢渣时必须注意 以下几点: ① 用作生产水泥的钢渣C3S含量要高,因此在处理时 最好不采用缓冷技术; ② 含f-CaO高的钢渣不宜用作水泥和建筑制品生产及 工程回填材料; ③ 利用f-CaO消解膨胀的特点,可对含f-CaO高的钢 渣采用余热自解的处理技术。

6.2.2 钢渣的资源化途径
钢渣的性质不同,利用途径不同。 如含磷高的钢渣适宜作磷肥、含磷低的钢渣可作钢铁 冶炼的熔剂、碱度高的钢渣适宜作水泥原料等。

目前经济效果较好的是将钢渣作高炉、转炉炉料,在
钢铁厂内循环使用。 一、钢渣中选渣钢 钢渣内含有7%~15%的废钢,钢渣经破碎、磁选、 筛分等分选技术可回收其中90%以上的废钢。磁选出的渣 钢,一般含铁在55%以上。 钢渣中选渣钢 钢渣机械破碎回收渣钢

钢渣自磨分选回收渣钢

<20mm >20mm

钢渣

格筛 >300mm 击碎机

双层振动筛

磁选机

破碎机

磁选机

双层振动筛

>100mm 磁选机 破碎机 渣钢 规格渣

图 钢渣机械破碎回收渣钢工艺流程 ?粗破碎常用颚式破碎机,细破碎用圆锥式破碎机。 磁选机和振筛的使用,主要视加工条件和要求而定。

钢渣

格筛

磁选机 规格渣 渣钢 磁选机

振动筛

自磨机

双层振动筛

图 钢渣自磨分选工艺流程图 ?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。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。
其特点是工艺简单,而且自磨机出来的渣钢含铁量高 达80%以上,规格渣棱角少,更适合作级配渣用。

二、钢渣作冶炼熔剂
(1)钢渣部分替代石灰石作烧结熔剂 铁矿石+熔剂+燃料→烧结矿 用颗粒小于10mm的分级钢渣部分替代烧结熔剂,利用 其中的CaO、MgO、MnO、Fe等有益成分,可降低燃料消 耗和烧结矿的生产成本。

? 钢渣中含有40%~50%CaO,1吨钢渣相当于700~ 750kg的石灰石。 ? 以钢渣含Fe15%计,每利用1吨钢渣,可代替60%的 铁精矿250kg。 ? 钢渣具有软化温度低、物相均匀的优点,能促进烧结 过程中烧结矿的液相生成,增加粘结相,有利于烧结 成球、提高烧结速度等,从而得到较高转鼓指数和粒 度组成均匀的优质烧结矿,同时还可提高烧结机的利 用系数,降低煤耗。

(2)钢渣部分替代石灰石作高炉熔剂
利用加工分选出10~40mm粒径钢渣返回高炉: ? 可回收钢渣中的Fe、Ca、Mn元素; ? 可减少高炉炼铁熔剂(石灰石、白云石、萤石)消耗; ? 对改善高炉运行状况有一定的益处,同时也能达到节能 的目的。钢渣中的MnO和MgO也有利于改善高炉渣的 流动性。

分选钢渣还可部分替代作为化铁炉熔剂和转炉炼钢熔 剂,均有助于加快成渣速度,提高炉龄,降低耐火材料和 熔剂的消耗。

三、富集和提取钢渣中的稀有元素
攀西:世界少见的“聚宝盆”和“天然地质博物馆”。 钒钛磁铁矿:仅仅用于炼铁炼钢,钒和钛等元素基本上 作为废物随矿渣、铁渣和钢渣被废弃。 钒、钛是稀有元素,在科学研究上具有极高的价值,在 工业生产上具有重要用途。 攀西的钒、钛储藏量占了全国总储量的很大部分,在世 界上也名列前茅。
平炉钢渣 磁选机 废钢 球磨机 混合配料 焙烧 浸出 V2O5产品 过滤 加酸沉淀 残渣

食盐、铁磷、苏打、硝酸钠

图6.7 某厂化学浸取提钒工艺流程

四、钢渣作建筑材料
(1)钢渣砖 ?钢渣砖是以粉状钢渣或水淬钢渣为主要原料,掺入部分高炉水渣 或粉煤灰和激发剂(石灰、石膏粉),加水搅拌,经轮碾、压制成型 、蒸养而制成的建筑用砖。钢渣砖参考配比如表6.6所示。 表6. 6 钢渣砖参考配比
原材料配比,% 钢渣 60 67 63 高炉水 渣 30 20 30 粉煤 灰 0 0 石灰 10 5 石膏 10 3 5 22.0 22.6 23.9 2.25 2.50 3.21 75 100 150 抗压强度 Mpa 抗折强度 MPa

粘土砖标号一般 为75号到85号
钢渣砖标 号

?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。 设备的选用主要根据砖厂的生产规模确定。钢渣砖可用于民用建筑中砌

筑墙体、柱子、沟道等。

(2)钢渣矿渣水泥
钢渣 一级破碎 磁选 二级破碎 磁选 料仓 钢渣预磨

水渣

烘干

储库

计量配料

计量配料

储库

熟料

破碎

储库

计量配料

粉磨

水泥库

包装

成品

石膏

破碎

储库

计量配料

图6.7 钢渣矿渣水泥生产工艺流程
?钢渣的最少掺入量(以质量计)不少于30%,钢渣和高炉矿渣的总掺 入量不少于60%。

(3)钢渣白水泥 ?电炉还原渣具有碱度高,在空气中缓慢冷却后能自行粉化成白色的粉 末,渣色白、活性高的特点。以电炉还原渣为主要原料,掺入适量经 700~800℃煅烧的石膏,经混合磨细可制成钢渣白水泥。 ?钢渣白水泥配合比,是以水泥中SO3含量为8~10%来控制的。当SO3 含量少于8%时,强度不足400#。当SO3含量大于10%时,出现石膏膨 胀现象,导致水泥不安定。 ? 钢渣白水泥的生产工艺,按照流程大体可分为三个工序,即钢渣的 分选(包括磁选)、石膏的煅烧和粉碎、配料、粉磨和包装。
外加剂

还原钢渣
石膏

筛分
煅烧

磁选
破碎

料仓
配料 料仓 磨机 水泥库 包装出厂

?钢渣白水泥主要用作建筑物外墙装饰材料和用于生产彩色水磨石制品,还
可生产人造大理石。

(4)路基垫层
?钢渣具有容重大、表面粗糙不易滑移、抗压强度高、抗腐蚀 和耐久性好的特点,被广泛用于各种路基材料、工程回填、修砌加 固堤坝、填海工程等方面代替天然碎石。 ?钢渣具有一定活性,能板结成大块,适于沼泽地筑路。 ?钢渣疏水性好,是电的不良导体而不会干扰铁路系统电讯工作 ,所筑路床不生杂草,干净整洁,不易被雨水冲刷而产生滑移,是 铁路道渣的理想材料。 ?钢渣在路基上能否得到广泛使用,决定于钢渣是否符合道路 工程的各项使用要求。钢渣在路基垫层中应用,其粒度应控制在 60mm以下,自然堆放或稍加喷淋3个月以上其粒度基本符合要求 。钢渣中游离CaO随着钢渣龄期的增长而明显减少,3个月后基本 稳定在<5.5%的水平,其粉化率亦不断下降,稳定性提高。

五、作农肥和酸性土壤改良剂

钢渣中的P、Si、Ca、Mg等有利用价值元素,其P、Si
虽不溶于水,但具有较好的枸溶性,可根据钢渣中有效元 素含量作不同的利用。 钢渣磷肥:一般要求钢渣中P2O5含量>4%,我国的包钢 、马钢在高磷生铁炼钢时,产生的钢渣含P2O5约4-20%,细 磨后可作为低磷肥使用,相当于等量磷的效果,而超过钙

镁磷肥的增产效果。

钙镁磷肥:平炉钢渣含P2O5一般在3-7%,可代替蛇纹 石等原料,与其他含镁硅酸盐一起,生产加工钙镁磷肥。 硅肥:含硅超过15%的钢渣,磨细至60目以下,可作 为硅肥施用于稻田,达到作物增产的效果。

除用作农肥外,含Ca、Mg高的钢渣细磨后可用作酸性 土壤改良剂,同时也达到利用钢渣中P、Si等有益元素的 目的。

6.3 铁合金渣的资源化(自学)
?铁合金渣是铁合金冶炼过程中产生的废渣。我国每年 约产生100多万t各种铁合金渣。
高碳锰铁渣:排放量最大 锰硅合金渣:排放量其次 铁合金渣的种类较多,主要有

占铁合金 渣75%以上

硅铁合金渣
中碳铬铁渣

硅铬合金渣

表6.5 我国铁合金渣的主要化学成,%
名称 MnO SiO2 Cr2O3 CaO MgO A12O3 FeO 其它

高炭锰铁渣 碳素锰铁渣 锰硅合金渣 中低碳锰铁渣 碳素铬铁渣 硅铬合金渣

5~10 8~15 5~10 15~20

25~30 25~30 35~40 25~30 27~30 14~34

2.4~3 0.1~5

33~37 30~42 20~25 30~35 2.5~3.5 7~27

2~7 4~6 1.5~6 1.4~7 26~46 2~10

14~19 7~10 10~20 1.5 16~18 7~26

1~2 0.4~1.2 0.2~2 0.4~2.5 0.5~1.2 Cr 2~10.5 SiC 4~22 Si 7~18 2~5 3~7 3~9 13~15 0.35~ 0.5

低微炭铬铁渣 中低炭铬铁渣 硅铁渣 钨铁渣 钼铁渣 钒铁冶炼渣 钒浸出渣 20~25

24~27 3.0 30~35 35~50 48~60 25~28 20~28

3~8 70.77

49~53 19 11~16 5~15 6~7 25.5 0.9~1.7

8~13 7.13 1

13~20 5~15 10~13 8~10 0.8~3

SiC20~29 Si 7~10

2~4

2~4 约10 1.5~2.8

钛铁渣 硅钙渣 金属铬浸出渣

1 30~33 5~10

2~7

9.5~10.5 63~68 23~30

0.2~0.5 0.2~0.6 24~30

73~75 0.3~0.7 3.7~8

约1

V2O5 1.1~1.4 CrO3 0.49 Fe2O3 46~90 CrO3 0.3~1.5 Na2CO3 3.5~7 Fe2O3 8~13

?铁合金渣的矿物组成主要以硅酸钙为主,如精炼铬铁渣,在自然冷却条件下矿物 组成以γ-2CaO· 2为主,其次为β-2CaO· 2,以及含有少量的α-2CaO· 2、 SiO SiO SiO CaO· 2O3、2CaO· 2O3· 2、3CaO· A1 A1 SiO MgO· 2SiO2等。

一、作水泥混合材
我国绝大多数的高碳锰铁渣和锰硅合金渣多采用水淬 工艺处理。水淬后的锰铁渣和锰硅渣大部分当作水泥混合 材使用。其掺量一般在30%以上,可生产325号以上硅酸盐 水泥 。
高炉矿渣 煅烧 储库 储库 磁选、筛 分 水泥库 包装 精炼铬铁水渣

熟料

破碎

储库

配料粉磨

成品出厂

石膏

破碎

储库

图6.7 精炼铬铁渣硅酸盐水泥生产工艺流程

二、其他用途
?钼铁渣、硼铁渣、金属铬冶炼渣等可作铸石、耐火 材料等的生产原料。 ?硅锰渣、钼铁渣、精铬渣可用作土壤改良剂作农肥 用。这些渣中含有大量的硅、钙、镁、铁等元素。

其次还含有少量铜、锌、镍等,是一种优良的硅、
钙以及微量元素肥料,能促进农作物生长,提高产 量。 ?自然冷却的锰硅渣可代替锰矿石,用于冶炼铸造生 铁,回收其中的锰,作为锰原料使用。硅铁渣和硅

铬合金渣可作为原料返回厂内使用。


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