專利名稱：一種含鐵工業(yè)熔渣在線回收鐵及制備微晶玻璃熔塊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于資源綜合利用和材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是在冶金熔渣高附加值利 用和微晶玻璃制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，我國冶金等行業(yè)生產(chǎn)中排放大量的高溫含鐵熔渣，包括熔融態(tài)的轉(zhuǎn)爐 鋼渣、電爐鋼渣、不銹鋼渣、鎳漁，以及含鐵的熔融態(tài)鐵合金渣、精煉渣、電廠液態(tài)渣、脫硫
渣、磷渣等。目前這些高溫熔渣普遍采用直接冷卻后再利用的方法，這種方法存在顯熱利用、 鐵素資源的有效回收、渣的高附加值利用的難題，并一直未能解決。冷卻后的固態(tài)渣經(jīng)過 分級破碎磁選的傳統(tǒng)方法只能回收15%的鐵，而另一半鐵存在于非磁性或部分弱磁性鐵 氧化物中而無法分離。同時，高溫熔渣排渣溫度>1400°C，具有熱量品質(zhì)高，數(shù)量大(顯熱 >60kgce/t)。然而，現(xiàn)有技術(shù)未能實現(xiàn)鋼渣熱量的利用，大量顯熱在空氣中被直接冷卻浪 費。冷卻后的渣大多作為水泥混合材、路基材料等低附加值利用或不能有效利用而大量堆 存。微晶玻璃又稱為玻璃陶瓷，是將特定組成的基礎(chǔ)玻璃，在加熱過程中通過控制晶 化而制得的一類含有大量微晶相及玻璃相的多晶固體材料。在工藝上，微晶玻璃的制備過程具有原料1500 °C左右高溫熔融和基礎(chǔ)玻璃 70(Ti00(rc熱處理的兩個加熱過程，而第一個高溫熔融過程與鋼渣熔體溫度接近。在組成上，CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃是其中一個重要類別。這類微晶玻璃的主要 成份為SiO2, Al2O3，CaO和MgO，與鋼渣的成分接近。因此，恰當(dāng)調(diào)整高溫熔融狀態(tài)下的鋼鐵渣組分和溫度，就能夠?qū)撹F熔渣直接作 為微晶玻璃的高溫熔融原料進行利用，從而避免了傳統(tǒng)微晶玻璃原料高能耗熔融過程。對CaO-Al2O3-SiO2系礦渣微晶玻璃的研究已有很長的歷史。上世紀(jì)五十年代末， 礦渣微晶玻璃在前蘇聯(lián)得到研制成功，隨后，以礦渣微晶玻璃為代表的CaO-Al2O3-SiO2系微 晶玻璃迅猛發(fā)展，并已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。由于CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃具有抗彎、抗 壓和抗沖擊性能優(yōu)良、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐磨性強的特點，已被廣泛用作高檔建筑裝飾材料替 代天然花崗巖和高檔墻地磚；同時作為耐磨、耐腐蝕材料應(yīng)用于冶金、化工、機械、建材、能 源等領(lǐng)域。國內(nèi)外研究者(如專利授權(quán)號:CN101125735 B ；申請?zhí)?00710054035. 3 ；申請 號200710010130. 3 ；申請?zhí)?00410073239. 8)對 CaO-Al2O3-SiO2 系微晶玻璃的研究主要
在擴大原料來源、提高固體廢棄物摻量、探索微晶玻璃形成機理、還原回收熔渣中的鐵水方 面開展大量工作。然而，以上研究均采用冷渣重熔制備微晶玻璃的傳統(tǒng)利用工藝。目前，市 場上的CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃仍然以天然礦物原料為主體，采用這一傳統(tǒng)工藝利用廢 渣并沒有明顯優(yōu)勢。其關(guān)鍵問題在于如何降低該工藝能耗和保證產(chǎn)品質(zhì)量。近來，不少研究者嘗試直接將高溫熔渣制備成微晶玻璃，如專利“工業(yè)熔融爐渣直接制造礦渣微晶玻璃”(申請?zhí)?91102237. 6)，“一種利用火電廠液體排渣爐制備燒結(jié)微晶 玻璃的方法”(申請?zhí)?200810018384. 4)，“綜合利用黃磷熔渣和尾氣生產(chǎn)微晶玻璃的方法” (申請?zhí)?200710077733. 5)。但是這些專利中均采用一步法，即直接將高溫工業(yè)廢渣改質(zhì)成 滿足微晶玻璃原料要求的合格熔渣，沒有鐵回收和粗調(diào)改質(zhì)的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一提出同時利用含鐵工業(yè)熔渣熱、鐵、渣的高附加值利用方法， 保證了本發(fā)明不僅社會效益顯著，技術(shù)可行，而且同樣具有良好的經(jīng)濟效益。通過直接利用 工業(yè)排出的熔渣替代原料，避免重新熔融工業(yè)廢渣的能耗，比傳統(tǒng)工藝節(jié)約能耗120kgce/ T，減排CO2 300kg/T ；直接回收鐵將獲得高溫鐵水，價值約2200元/噸；制備微晶玻璃熔塊， 價值約6000元/噸。本發(fā)明的目的之二 建立在線的“粗調(diào)改質(zhì)還原鐵” + “細調(diào)改質(zhì)制備熔塊”的兩 步法過程改質(zhì)工藝，解決熔渣金屬還原回收與材料質(zhì)量控制的矛盾，即現(xiàn)將含鐵工業(yè)熔渣 堿度調(diào)整到還原鐵氧化物的最佳堿度0. 8^1. 25，這一過程為還原氣氛；然后將渣鐵分離后 的熔渣堿度調(diào)整到通常礦渣微晶玻璃的堿度0. 25、. 90，這一過程為空氣氣氛。本發(fā)明的目的之三提供一種大量利用工業(yè)固體廢棄物的方法，目卩“粗調(diào)” + “細調(diào)” 的工藝使得，在“粗調(diào)改質(zhì)還原鐵”的工藝中，可以作為改質(zhì)劑加入大量固體廢棄物，允許改 質(zhì)劑成分一定范圍內(nèi)的波動；熔渣成分在“細調(diào)改質(zhì)”過程中再通過改質(zhì)劑和調(diào)整劑進行精 細調(diào)整，保證熔渣組成滿足要求。本發(fā)明的目的之四提出微晶玻璃原料制備(高溫熔融)與微晶玻璃成品制備(熱 處理)分開的工藝，即在冶金等排出熔渣的現(xiàn)場并不制備微晶玻璃，而是制備微晶玻璃原 料——熔塊，然后將熔塊運到其它場所進一步經(jīng)過熱處理等工藝制備成微晶玻璃，或者直 接作為商品售賣。采用這一工藝的優(yōu)勢在于熔渣利用工藝更加簡潔、靈活，并且其所需的空 間可以大大節(jié)省，能夠滿足現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際。一種含鐵工業(yè)熔渣在線回收鐵及制備微晶玻璃熔塊的方法，其特征是包含含鐵工 業(yè)熔渣在線“粗調(diào)改質(zhì)還原鐵”與“細調(diào)改質(zhì)制備熔塊”的兩步法工藝，具體如下
第一步
a)將高溫含鐵熔渣排入高溫窯爐設(shè)備，同時加入還原劑和改質(zhì)劑，使熔渣組分調(diào)整達 到其中鐵氧化物還原的最佳成分點，并將熔渣、還原劑、改質(zhì)劑攪拌混勻，使熔渣中鐵氧化 物還原反應(yīng)充分進行；
b)將還原后的鐵水與熔渣分離，回收獲得高溫鐵水；
第二步
c)在分離后余下的熔渣內(nèi)進一步加入改質(zhì)劑和調(diào)整劑，使熔渣組分調(diào)整達到礦渣微晶 玻璃對熔塊即玻璃料的質(zhì)量要求；
d)將合格的熔渣水淬、干燥、分級，制備獲得微晶玻璃熔塊。其中高溫含鐵熔渣包括熔融態(tài)的轉(zhuǎn)爐鋼渣、電爐鋼渣、不銹鋼渣、鎳渣，以及含鐵 的高溫熔融態(tài)鐵合金渣、精煉渣、電廠液態(tài)渣、脫硫渣、磷渣。其中還原劑指煤粉、石墨粉、碳化稻殼、鋸末、秸稈、焦炭粉、煤矸石、油頁巖、碳化 硅、氫氣中的一種或多種物料；改質(zhì)劑指各類粉煤灰、尾礦、尾砂、貧礦、煤矸石、火山灰、硅灰、廢玻璃、石英砂、砂巖、長石、白云石、方解石、鋁土礦、硼砂、蠟石、純堿、芒硝、硝石、菱鎂 礦、污泥、赤泥、硼泥、建筑垃圾中的一種或多種物料；調(diào)整劑指微晶玻璃所需要著色劑、晶 核劑中的一種或多種物料。其中鐵氧化物還原的最佳成分點是指即(CaO+MgO)與(Si02+Al203)的比值即堿度 為0. 8(Γ1.25時的熔渣組成。其中使熔渣組分調(diào)整達到礦渣微晶玻璃對熔塊的質(zhì)量要求是指熔渣主要成分的 重量百分比組成為30 65的SiO2, 2 15的Al2O3，10 45的Ca0，0 20的Mg0，0 10的Fe2O3, (TlO的&0，Γ10的調(diào)整劑，R為一價金屬離子；制備合格的熔塊能就近或運輸?shù)綇S外進一 步加工成微晶玻璃，或直接作為商品售賣。本發(fā)明與其它利用熔渣制備微晶玻璃專利的不同在于①本發(fā)明針對含鐵的工業(yè) 熔渣；②本發(fā)明提出的不僅是利用熔渣熱量的在線改質(zhì)工藝，而且是由“粗調(diào)改質(zhì)還原鐵” + “細調(diào)改質(zhì)制備熔塊”的兩步法工藝；③本發(fā)明并不直接制備微晶玻璃，而是制備微晶玻 璃的原料——熔塊；④本發(fā)明所制備的是高溫鐵水、微晶玻璃熔塊兩種高附加值產(chǎn)品；顯著 節(jié)省的是利用熔渣熱量和利用固體廢物的能耗成本和原料成本。


圖1為一種含鐵工業(yè)熔渣在線回收鐵及制備微晶玻璃熔塊方法的示意圖。
具體實施例方式實施例1
某鋼鐵廠爐前排出的轉(zhuǎn)爐鋼渣組成為12. 92%的SiO2,0. 79%的Al2O3，29. 18%的CaO，
3.58% 的 MgO，42. 29% 的 TFe，26. 35% 的 MFe，13. 25% 的 FeO，8. 03% 的 Fe2O3, 2. 46% 的 MnO， 1. 80%的P2O5，0. 15%的R2O (R為一價金屬離子)。將此鋼渣重新熔融，形成含鐵工業(yè)熔渣。按照圖1所示工藝，粗調(diào)改質(zhì)中，將相當(dāng)于鋼渣重量34%粉煤灰、5%石英砂、10%廢 棄耐材組成的改質(zhì)劑，相當(dāng)于鋼渣重量13%煤粉組成的還原劑加入高溫熔渣中，并攪拌均 勻，使熔渣堿度達到1. 1 ；在1550°C下保溫20min后，將熔渣倒入細調(diào)反應(yīng)包，余下鐵水獲得 回收。鋼渣中鐵的回收率達到95%。細調(diào)改質(zhì)中，為使熔渣成分達到礦渣微晶玻璃的要求，將相當(dāng)于鋼渣重量35%的 改質(zhì)劑，相當(dāng)于鋼渣重量10. 0%的調(diào)整劑加入渣鐵分離后的熔渣中，攪拌均勻；在1550°C下 保溫20min后，將熔渣倒入水池中水淬；然后將水淬玻璃料干燥、分級后，獲得0. 5飛mm的合 格熔塊。實施例2
某鋼鐵廠排出的轉(zhuǎn)爐鋼渣化學(xué)組成為20. 23%的SiO2,1. 36 %的Al2O3，38. 58%的CaO,
4.63% 的 MgO, 26. 8% 的 Fe2O3，3. 46% 的 MnO, 2. 9% 的 P2O5，0. 96 % 的 TiO2, 0. 5 % 的 TiO2。將 此鋼渣重新熔融，形成含鐵工業(yè)熔渣。按照圖1所示工藝，粗調(diào)改質(zhì)中，將相當(dāng)于鋼渣重量36%粉煤灰、15%尾礦砂、5%轉(zhuǎn) 爐塵泥組成的改質(zhì)劑，相當(dāng)于鋼渣重量15%煤粉組成的還原劑加入高溫熔渣中，并攪拌均 勻，使熔渣堿度達到1. 05 ；在1550°C下保溫20min后，將熔渣倒入細調(diào)反應(yīng)包，余下鐵水獲得回收。鋼渣中鐵的回收率達到96%。細調(diào)改質(zhì)中，為使熔渣成分達到礦渣微晶玻璃的要求，將相當(dāng)于鋼渣重量30%的 改質(zhì)劑，相當(dāng)于鋼渣重量8. 0%的調(diào)整劑加入渣鐵分離后的熔渣中，攪拌均勻；在1550°C下 保溫20min后，將熔渣倒入水池中水淬；然后將水淬玻璃料干燥、分級后，獲得0. 5飛mm的合 格熔塊。將熔塊進一步制備成微晶玻璃，最終微晶玻璃性能為，抗彎強度91. 3MPa，顯微硬 度 7. 76GPa，密度 3. 07g/cm3。
權(quán)利要求
一種含鐵工業(yè)熔渣在線回收鐵及制備微晶玻璃熔塊的方法，其特征是包含含鐵工業(yè)熔渣在線“粗調(diào)改質(zhì)還原鐵”與“細調(diào)改質(zhì)制備熔塊”的兩步法工藝，具體如下第一步a)將高溫含鐵熔渣排入高溫窯爐設(shè)備，同時加入還原劑和改質(zhì)劑，使熔渣組分調(diào)整達到其中鐵氧化物還原的最佳成分點，并將熔渣、還原劑、改質(zhì)劑攪拌混勻，使熔渣中鐵氧化物還原反應(yīng)充分進行；b)將還原后的鐵水與熔渣分離，回收獲得高溫鐵水；第二步 c)在分離后余下的熔渣內(nèi)進一步加入改質(zhì)劑和調(diào)整劑，使熔渣組分調(diào)整達到礦渣微晶玻璃對熔塊即玻璃料的質(zhì)量要求；d)將合格的熔渣水淬、干燥、分級，制備獲得微晶玻璃熔塊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含鐵工業(yè)熔渣在線回收鐵及制備微晶玻璃熔塊的方法，其 特征是其中高溫含鐵熔渣包括熔融態(tài)的轉(zhuǎn)爐鋼渣、電爐鋼渣、不銹鋼渣、鎳渣，以及含鐵的 高溫熔融態(tài)鐵合金渣、精煉渣、電廠液態(tài)渣、脫硫渣、磷渣。
3.如權(quán)利要求1所述的一種含鐵工業(yè)熔渣在線回收鐵及制備微晶玻璃熔塊的方法，其 特征是其中還原劑指煤粉、石墨粉、碳化稻殼、鋸末、秸稈、焦炭粉、煤矸石、油頁巖、碳化硅、 氫氣中的一種或多種物料；改質(zhì)劑指各類粉煤灰、尾礦、尾砂、貧礦、煤矸石、火山灰、硅灰、 廢玻璃、石英砂、砂巖、長石、白云石、方解石、鋁土礦、硼砂、蠟石、純堿、芒硝、硝石、菱鎂礦、 污泥、赤泥、硼泥、建筑垃圾中的一種或多種物料；調(diào)整劑指微晶玻璃所需要著色劑、晶核劑 中的一種或多種物料。
4.如權(quán)利要求1所述的一種含鐵工業(yè)熔渣在線回收鐵及制備微晶玻璃熔塊的方法，其 特征是其中鐵氧化物還原的最佳成分點是指即(CaO+MgO)與(Si02+Al203)的比值即堿度為 0. 80 1.25時的熔渣組成。
5.如權(quán)利要求1所述的一種含鐵工業(yè)熔渣在線回收鐵及制備微晶玻璃熔塊的方法，其 特征是其中使熔渣組分調(diào)整達到礦渣微晶玻璃對熔塊的質(zhì)量要求是指熔渣主要成分的重 量百分比組成為30 65的SiO2, 2 15的Al2O3，10 45的CaO, 0 20的MgO, 0 10的Fe2O3，0 10 的R2O, Γ10的調(diào)整劑，R為一價金屬離子；制備合格的熔塊能就近或運輸?shù)綇S外進一步加 工成微晶玻璃，或直接作為商品售賣。
全文摘要
一種含鐵工業(yè)熔渣在線回收鐵及制備微晶玻璃熔塊的方法，屬于資源綜合利用和材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。主要包含含鐵工業(yè)熔渣在線“粗調(diào)改質(zhì)還原鐵”與“細調(diào)改質(zhì)制備熔塊”的兩步法工藝將高溫含鐵熔渣排入高溫窯爐設(shè)備，同時加入還原劑和改質(zhì)劑，使熔渣組分調(diào)整達到其中鐵氧化物還原的最佳成分點，待充分反應(yīng)后，將還原的鐵水與熔渣分離，回收獲得高溫鐵水；在分離后余下的熔渣內(nèi)進一步加入改質(zhì)劑和調(diào)整劑，使熔渣組分調(diào)整達到礦渣微晶玻璃對熔塊的質(zhì)量要求；將合格的熔渣水淬、干燥、分級，制備獲得微晶玻璃熔塊。本發(fā)明實現(xiàn)直接利用熔渣熱量，回收金屬鐵，制備出高附加值產(chǎn)品，并大量利用固體廢棄物等多重目的。
文檔編號C03C10/00GK101914639SQ20101027595
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者劉曉明, 張玲玲, 李宇, 楊志杰, 蒼大強 申請人:北京科技大學(xué)