轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，該方法包括以下步驟：a)將轉(zhuǎn)換鋼渣從初始溫度Ti冷卻到階段溫度Tp，Ti介于1500℃和1600℃之間，Tp介于1200℃和1400℃之間，即：從初始溫度Ti到階段溫度Tp的平均冷卻速度小于或等于每分鐘10℃，以及從初始溫度Ti到階段溫度Tp的最大冷卻速度小于每分鐘20℃，隨后；b)必要時(shí)使轉(zhuǎn)換鋼渣在1小時(shí)內(nèi)到48小間內(nèi)保持在階段溫度Tp，接著；c)將轉(zhuǎn)換鋼渣從階段溫度Tp冷卻到小于1200℃的最終溫度Tf，由此形成了平均尺寸大于30μm的基于硅酸鈣的相以及基于鐵酸鈣的相，d)將冷卻后得到的轉(zhuǎn)換鋼渣碾碎；e)對(duì)基于硅酸鈣的相以及基于鐵酸鈣的相進(jìn)行分離。
【專利說(shuō)明】轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 轉(zhuǎn)換鋼禮：（LAC，laitier d' aci6rie de conversion)，在下文同樣稱為"爐禮:"， 從數(shù)量上來(lái)說(shuō)，是來(lái)自于鋼鐵冶煉過(guò)程中每頓鋼的產(chǎn)量大約為IlOkg的第二共同產(chǎn)物。在 歐洲區(qū)域內(nèi)，可立即被工廠使用的爐渣礦層有數(shù)百萬(wàn)噸，并且在法國(guó)，名義上的年產(chǎn)量達(dá)到 I. 2Mt (百萬(wàn)噸），其中50%以上尚未被開發(fā)。表明在歐洲區(qū)域內(nèi)，可立即被工廠使用的轉(zhuǎn)爐 爐渣礦層有數(shù)百萬(wàn)噸，其中50%以上仍尚未被開發(fā)。
[0003] 在轉(zhuǎn)爐中生鐵轉(zhuǎn)變?yōu)殇撝螅瑺t渣通常被倒入大坑中，在大坑中通過(guò)澆水使?fàn)t渣 冷卻。凝固的爐渣于是被運(yùn)送到篩選設(shè)備以獲得篩選后的產(chǎn)品。為了在澆注時(shí)對(duì)爐渣中大 數(shù)量的金屬粒子進(jìn)行回收，這些設(shè)備配備有磁性分揀系統(tǒng)。
[0004] 在該處理之后，在土木工程中，通常將脫金屬且經(jīng)過(guò)篩選的爐渣作為沒(méi)有多少價(jià) 值的用于回填和未覆蓋道路的顆粒進(jìn)行再利用。事實(shí)上，由于在鋼的生產(chǎn)過(guò)程中使得游離 石灰聚集，爐渣的量不穩(wěn)定。通常，銷量小于產(chǎn)量，這導(dǎo)致了內(nèi)部庫(kù)存的形成。近年來(lái)，法國(guó) 的實(shí)際庫(kù)存達(dá)到幾百萬(wàn)噸。因此，爐渣的再利用成為經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的關(guān)鍵。
[0005] 爐渣包括40 %至60%的石灰，該石灰與硅酸鹽化合并且因此不碳酸化。此外， 爐渣始終含有對(duì)于鋼鐵冶煉過(guò)程有價(jià)值的材料。在歐洲，爐渣平均含有質(zhì)量的15至25% 的鐵元素，這些鐵元素分布在金屬鐵（1-5% )、Fe0(60-70% )和Fe203(25-30% )中。這 些鐵可作為鋼產(chǎn)品的原材料再利用，這會(huì)節(jié)約鐵礦物和石灰石，這些礦物被用作高爐（HF， haut-fourneau)中的爐漁的組分調(diào)節(jié)器來(lái)使用，同樣減少鋼鐵冶煉過(guò)程中的能量和CO2痕 跡。此外，原材料高度緊張的現(xiàn)實(shí)情況（可用性、質(zhì)量、價(jià)格）引發(fā)對(duì)鋼鐵冶煉中煉鋼廠的 礦物質(zhì)的原始材料進(jìn)行研究的需求。因此，鋼鐵冶煉中爐渣的富鐵相的再利用變得非常令 人關(guān)注。
[0006] 爐渣主要由小尺寸（平均尺寸為20 μ m左右，最大的晶體的尺寸小于100 μ m)的 多相晶體組成，一部分為富鐵相（鐵酸鈣和鐵酸鎂），以及具有類似比例的富二氧化硅的相 (硅酸鈣）。這兩種類型的相都包括隨機(jī)分布的磷的兩種相（通常以氧化磷P 2O5的形式）。 通常情況下，爐渣包括質(zhì)量在1至3%左右的P2O 5。
[0007] 為了在鋼鐵冶煉中能夠?qū)t渣作為輸出產(chǎn)品進(jìn)行再利用，需要克服兩個(gè)問(wèn)題：一 方面是為了分離出富鐵相而使?fàn)t渣的礦物相分離，另一方面是在爐渣的礦物相中存在在鋼 鐵冶煉中所不期望的磷。
[0008] 首先，爐渣的再利用需要使?fàn)t渣所包含的礦物相分離。當(dāng)然，當(dāng)前的碾碎技術(shù)允許 將爐渣碾碎，但是由于碾碎無(wú)法后續(xù)將富鐵相（鐵酸鈣）從富二氧化硅相（硅酸鈣）中分 離，因此碾碎不具有選擇性。
[0009] 此外，在鋼鐵生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)爐爐渣的主要作用之一就是從生鐵中去除磷。在直接回收 爐渣的情況下，從轉(zhuǎn)爐中提取的磷被重新注入高爐，這嚴(yán)重限制了在當(dāng)今時(shí)代這種做法的 好處，特別是在優(yōu)先生產(chǎn)具有超少量磷的鋼的方面。
[0010] 這些缺點(diǎn)對(duì)歐洲爐渣的從40 %變化至0 %的低回收率進(jìn)行了說(shuō)明。于是必須在鋼 鐵冶煉之外的步驟中將爐渣再利用。這些步驟的獲得又高度依賴于當(dāng)?shù)氐臈l件，特別是由 于爐渣的低附加價(jià)值以及運(yùn)輸成本。在全世界，大量研究項(xiàng)目研究了爐渣再利用的新方法， 但是在大多數(shù)情況下，喪失了鐵的價(jià)值，甚至還削弱了其他存在的礦物質(zhì)的價(jià)值。
[0011] 到目前為止，所有旨在對(duì)存在于轉(zhuǎn)換鋼渣中的礦物質(zhì)進(jìn)行分離的技術(shù)都以高溫冶 金過(guò)程為基礎(chǔ)?，F(xiàn)有方法具有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：
[0012] 首先，這些方法需要爐渣再熔化和使用碳還原氧化鐵，這對(duì)應(yīng)于能量成本以及大 量CO2排放的影響。
[0013] 其次，存在于爐渣中的磷同樣被還原并且重新通過(guò)生鐵，因此在當(dāng)前的鋼鐵冶煉 過(guò)程中得到不可用的含磷生鐵。
[0014] 例如，用于爐禮:處理最常用的方法之一是ZEWA(ZEro WAste - Siemens-Voest Alpine工業(yè)）方法，該方法包括碳爐渣在1600°C下再熔化然后在其中加入碳作為系統(tǒng)還原 劑以還原鐵中的氧化鐵（Borl6e等人，冶金期刊-CIT2005年1月，第59-67頁(yè)）（Borl6e et al·，La revue de m6tallurgie_CIT janvier 2005, ρ· 59-67)。這種方法造成 CO2 的排放， 這剛好是目前我們力圖避免的。此外，在處理期間，存在于爐渣中的含磷的P2O5同樣被還原 并且大部分（多于80% )遷移到了富鐵相，如上所述，這對(duì)于該相在鋼鐵冶煉中的使用是不 利的。因此，脫磷的后續(xù)步驟是必要的。
[0015] 于是需要提供一個(gè)爐渣處理的替代性方法，該方法不具有這些缺點(diǎn)。特別地，轉(zhuǎn)換 鋼渣的處理方法的發(fā)展允許將富鐵相從爐渣中分離，該富鐵相幾乎不被磷污染以使得富鐵 相能夠作為鋼鐵冶煉的原材料被重新使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 為此，本發(fā)明旨在一種轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，該方法包括步驟：
[0017] a)將轉(zhuǎn)換鋼渣從初始溫度Ti冷卻到階段溫度TpJi介于1500°C和1600°C之間，T p 介于1200°C和1400°C之間，即：
[0018] 從初始溫度Ti到階段溫度Tp的平均冷卻速度小于或等于每分鐘KTC，以及
[0019] 從初始溫度Ti到階段溫度Tp的最大冷卻速度小于每分鐘20°C，隨后
[0020] b)必要時(shí)使轉(zhuǎn)換鋼渣在1小時(shí)內(nèi)到48小間內(nèi)保持在階段溫度Tp，接著
[0021] C)將轉(zhuǎn)換鋼渣從階段溫度Tp冷卻到小于1200°C的最終溫度Tf，
[0022] 由此形成了平均尺寸大于30 μ m的基于硅酸鈣的相以及基于鐵酸鈣的相，
[0023] d)將冷卻后得到的轉(zhuǎn)換鋼渣碾碎，
[0024] e)對(duì)基于硅酸鈣的相以及基于鐵酸鈣的相進(jìn)行分離。
[0025] ·定義
[0026] 通過(guò)"從初始溫度Ti到階段溫度Tp的平均冷卻速度"，知道以°〇計(jì)的T i和Tp在以 分鐘計(jì)的時(shí)間上的差異關(guān)系，使得爐渣從初始溫度Ti過(guò)渡到階段溫度τ ρ。
[0027] 通過(guò)"從初始溫度Ti到階段溫度Tp的最大冷卻速度小于每分鐘20°C "，知道在從 初始溫度Ti冷卻到階段溫度Tp期間的每一刻，冷卻速度不超過(guò)每分鐘20°C。
[0028] 在本申請(qǐng)中，所有冷卻速度（平均冷卻速度和最大冷卻速度）已知為爐渣中所有 點(diǎn)的所有冷卻速度的平均值。
[0029] 事實(shí)上，在特定實(shí)施例中，特別是當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的方法使用的爐渣的質(zhì)量較小時(shí)， 溫度在全部使用該方法的爐渣中是均勻的，并且在每一刻，爐渣的冷卻速度在爐渣的每一 點(diǎn)是相同的。
[0030] 相反地，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的方法使用的爐渣的質(zhì)量較大時(shí)，也就是通常在工業(yè)應(yīng)用 中的情況下，爐渣各點(diǎn)的溫度在t時(shí)亥Ij彼此不同，并且爐渣各點(diǎn)處的冷卻速度不同。為了說(shuō) 明，在（下述）實(shí)施例中，該實(shí)施例的方法不含步驟b)，并且通過(guò)將來(lái)自轉(zhuǎn)爐的爐渣放置于 含有絕熱壁的容器中來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟a)和c)。容器中心的爐渣溫度高于貼近容器壁的爐渣， 并且貼近容器壁的爐渣的冷卻速度高于容器中心的爐渣的冷卻速度。因此，在本申請(qǐng)中，所 有冷卻速度（平均冷卻速度和最大冷卻速度）已知為爐漁中所有點(diǎn)的所有冷卻速度的平均 值。
[0031] 在本申請(qǐng)中，通過(guò)"基于硅酸鈣的相"，知道一種主要包含硅酸鈣，但可含有其他 化學(xué)成分的礦石相。通過(guò)"主要"，知道在該相中，硅酸鈣的質(zhì)量比例大于任何其他化學(xué) 成分。典型地，根據(jù)本發(fā)明的方法所允許制備的基于硅酸鈣的相含有15%甚至多于30% 質(zhì)量的SiO 2以及多于50%甚至多于60%質(zhì)量的CaO。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的 基于硅酸鈣的相和礦物通常為三鈣硅酸鹽相（C3S-(Ca0) 3(Si02))和/或二鈣硅酸鹽相 (C2S-(Ca0)2(Si0 2))并且主要為C2S相（因?yàn)橥ǔ?，冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的C3S相在低溫下分 解為C2S相以及石灰）。
[0032] 同樣地，通過(guò)"基于鐵酸鈣的相"，知道一種主要包含鐵酸鈣，但可含有其他化學(xué)成 分的礦石相。通過(guò)"主要"，知道在該相中，鐵酸鈣質(zhì)量比例大于任何其他化學(xué)成分。典型 地，根據(jù)本發(fā)明的方法所允許制備的基于鐵酸鈣的相含有30%甚至多于40%的CaO以及多 于30%甚至多于38%的Fe 203。
[0033] 每個(gè)相的化學(xué)組成的質(zhì)量比例例如通過(guò)元素分析或通過(guò)能量光譜測(cè)定（能量散 射光譜測(cè)定法EDS)而確定。
[0034] 通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的礦物相以及礦物質(zhì)通常是非球形的?；诠杷徕}的 相通常具有"橢圓"或枝晶形狀。因此，在本申請(qǐng)中，礦物相以及礦物質(zhì)的尺寸為平均尺寸。 礦物相的平均尺寸通常通過(guò)從具有測(cè)量刻度的二維（2D)(剖面）顯微圖像獲得的統(tǒng)計(jì)尺寸 測(cè)量進(jìn)行測(cè)量。礦物相的平均尺寸的測(cè)量更加準(zhǔn)確，因?yàn)椋?br> [0035] 測(cè)量基于大量圖像并從而基于大量顆粒實(shí)現(xiàn)（這是根據(jù)采樣以及大量測(cè)量的統(tǒng) 計(jì)測(cè)量），
[0036] 所觀察到的相之間的反差是明顯的，以及
[0037] 各個(gè)相是分離的且有明顯區(qū)別的。
[0038] 2D圖像分析軟件（例如，ImageJ)允許處理大量數(shù)據(jù)并且用統(tǒng)計(jì)方法確定以下以 平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示的尺寸：表面積、尺寸、數(shù)量。這種處理的優(yōu)點(diǎn)是快速且具有代表性。
[0039] ·步驟a)至c):冷卻
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的方法包括冷卻步驟a)和c)，以及必要時(shí)包括與使階段溫度保持在 階段溫度Tp相對(duì)應(yīng)的步驟b)。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟a)至c)允許將爐渣從介于1500°C和1600°C之間的初 始溫度Ti冷卻到低于1200°C的最終溫度Tf。
[0042] 介于1500°C和1600°C之間的初始溫度Ti對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)爐出口處的溫度。有利地，根 據(jù)本發(fā)明的方法可在鋼的形成之后立即實(shí)施。因此，爐渣已在介于1500°C和1600°C之間的 溫度下，并且該方法因此不需要將爐渣預(yù)加熱到此溫度的步驟。相反地，當(dāng)該方法應(yīng)用于最 初在另一溫度下的爐渣（例如，應(yīng)用于已儲(chǔ)藏的在室溫下的爐渣）時(shí)，使?fàn)t渣預(yù)加熱到介于 1500°C和1600°C之間的初始溫度的步驟是必需的。
[0043] 最終溫度Tf為低于1200°C的溫度。典型地，最終溫度Tf為室溫（25°C左右）。在 根據(jù)本發(fā)明的方法中，階段溫度和最終溫度T f之間的冷卻速度為任意值。事實(shí)上，本發(fā)明 依賴于以下發(fā)現(xiàn)：初始溫度Ti和階段溫度T p之間的冷卻溫度的控制不僅允許形成平均尺寸 大于30 μ m的基于硅酸鈣的相和通過(guò)碾碎易于彼此分離的基于鐵酸鈣的相，而且還允許出 現(xiàn)在爐渣中的氧化磷絕大多數(shù)遷移到基于硅酸鈣的相而不是基于鐵酸鈣的相。
[0044] 因此，根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟a)，必要時(shí)的b)以及c)，有利地允許獲得不同的 礦物相：
[0045] 基于鐵酸鈣的相，
[0046] 基于硅酸鈣的相（主要是C2S)，其平均尺寸大于30 μ m、優(yōu)選地大于50 μ m、尤其介 于30μπι和ΙΟΟμπι之間、典型地在50μπι和ΙΟΟμπι之間。這些尺寸尤其適用于在碾碎之 后將基于硅酸鈣的相以及基于鐵酸鈣的相分離。
[0047] 盡管基于鐵酸鈣的相和基于硅酸鈣的相是主要的相，然而在步驟c)結(jié)束時(shí)獲得 的冷卻的爐渣包括其他相，例如，基于鐵酸鎂、鎂的相。
[0048] 在不依賴于特定的理論的情況下，在步驟a)至c)的特定條件下，一方面形成基 于鐵酸鈣的相且另一方面形成尺寸大于30 μ m的基于硅酸鈣的相，可作如下解釋。在介于 1500°C和1600°C之間的初始溫度下，介質(zhì)基本為液體相。在該液態(tài)相中，C3S晶體可能出 現(xiàn)在1500°C，且C2S晶體出現(xiàn)在1450°C，用于形成基于硅酸鈣的相?；阼F酸鈣的相的晶 體出現(xiàn)在溫度1300°C左右，直到大約1050°C。因此步驟a)中1\和1；之間的平均冷卻速度 (即小于或等于l〇°C /min)有助于基于硅酸鈣的相的出現(xiàn)和增長(zhǎng)，并且因此獲得尺寸大于 30 μ m的基于娃酸I丐的相。
[0049] 此外，步驟a)，必要時(shí)的b)以及c)允許獲得包含極少量氧化磷的基于鐵酸鈣的 相。更準(zhǔn)確地說(shuō)，在基于鐵酸鈣的相中氧化磷的質(zhì)量比例小于通過(guò)微量分析EDS (能量散射 X射線分析）檢測(cè)磷的臨界，即小于0.5%質(zhì)量。
[0050] 基于鐵酸鈣的相中的微量磷是源于根據(jù)本發(fā)明的方法的基于鐵酸鈣的相的鋼鐵 冶煉再利用的必要條件。有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法因此在基于鐵酸鈣的相在鋼鐵冶煉中 再使用之前不需要基于鐵酸鈣的相的脫磷的后續(xù)步驟。
[0051] 事實(shí)上，在步驟a)，必要時(shí)的b)以及c)期間，氧化磷主要遷移到基于硅酸鈣的相。 根據(jù)通過(guò)固體的核磁共振（RMN，r6sonance magn6tique nucl6aire)以及通過(guò)在基于娃酸 鈣的相的凝固過(guò)程中獲得的X射線衍射的結(jié)果，以磷酸鈣的形式存在的磷與C2S相結(jié)合。通 常情況下，通過(guò)本方法獲得的基于硅酸鈣的相包括質(zhì)量在3%至7%之間的P 205。
[0052] 在每個(gè)相中，P2O5的質(zhì)量比例能夠例如由元素分析或者能量光譜測(cè)定（能量散射 光譜測(cè)定法EDS)確定。
[0053] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，在步驟a)中，從初始溫度Ti到階段溫度T p的平 均冷卻速度小于每分鐘5°C。從初始溫度Ti到階段溫度Tp的平均冷卻速度特別地能夠?yàn)?每分鐘I C左右。
[0054] 優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟a)中，從初始溫度Ti到階段溫度Tp的最大冷 卻速度小于每分鐘15°C。
[0055] 這些平均冷卻速度和最大冷卻速度實(shí)際上尤其適用于獲得大尺寸的基于硅酸鈣 的相，并且因此適用于便于基于硅酸鈣的相和基于鐵酸鈣的相的后續(xù)分離。
[0056] 根據(jù)本發(fā)明的方法包括或不包括步驟b)，步驟b)對(duì)應(yīng)于使?fàn)t渣的階段溫度保持 在介于1200°C和1400°C之間的階段溫度T p，優(yōu)選地為1300°C左右。
[0057] 根據(jù)第一替代方式，根據(jù)本發(fā)明的方法包括使轉(zhuǎn)換鋼渣的溫度在1小時(shí)內(nèi)到48小 時(shí)內(nèi)保持在階段溫度T p的步驟b)，尤其是在12小時(shí)內(nèi)到36小時(shí)內(nèi)，特別地為24小時(shí)左右。
[0058] 步驟b)的存在有利地允許獲得更大尺寸的基于硅酸鈣的相，以及因此便于基于 硅酸鈣的相和基于鐵酸鈣的相的后續(xù)分離。在不依賴于特定的理論的情況下，該步驟b)將 爐渣保持在階段溫度T p，即保持在比出現(xiàn)基于鐵酸鈣的相的晶體的溫度更高或者近乎相等 的溫度下，這允許才促進(jìn)基于硅酸鈣的相的晶體出現(xiàn)和增長(zhǎng)而不與基于鐵酸鈣的相的晶體 的形成相競(jìng)爭(zhēng)?；诠杷徕}的相因此將會(huì)具有更大尺寸。
[0059] 該階段時(shí)長(zhǎng)（步驟b)的時(shí)長(zhǎng)）的增加通常允許增大基于硅酸鈣的相的尺寸。階 段時(shí)長(zhǎng)優(yōu)選地為24小時(shí)左右。
[0060] 在工業(yè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)將爐渣保持在階段溫度的步驟可能會(huì)困難且成本高。典型地， 為了在工業(yè)范圍內(nèi)實(shí)施本方法，冷卻步驟a)至c)被實(shí)現(xiàn)為：
[0061] 通過(guò)將在初始溫度Ti下的爐渣（通常直接來(lái)自轉(zhuǎn)爐）傾倒在容器中，該容器借助 于例如燃燒爐被預(yù)先加熱到初始溫度Ti,并且該容器的壁是絕熱的，例如包括隔熱耐火材 料的壁，諸如：
[0062] 由隔熱耐火混凝土或隔熱耐火粘土制成的壁，
[0063] 通過(guò)隔熱耐火材料層與外部隔熱的金屬壁（例如，由生鐵制成）；
[0064] 隨后以符合根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟a)的平均冷卻速度和最大冷卻速度使?fàn)t渣 冷卻。
[0065] 典型地，為了使成本最小化，在傾倒?fàn)t渣之后，盛放爐渣的容器既不被加熱也不被 冷卻（當(dāng)然除了容器的外壁與周圍空氣的接觸之外）。在這些條件下，通常避免了將爐渣保 持在階段溫度的步驟。
[0066] 同樣，根據(jù)第二替代方式，根據(jù)本發(fā)明的方法沒(méi)有步驟b)。在此可選方案的實(shí)施例 中，階段溫度在1200°C左右。在該實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟：
[0067] α )將轉(zhuǎn)換鋼渣從介于1500°C和1600°C之間的初始溫度Ti冷卻到低于1200°C的 最終溫度Tf，即：
[0068] 從初始溫度Ti到1200°C的平均冷卻速度小于或等于每分鐘KTC，以及
[0069] 從初始溫度Ti到1200°C的最大冷卻速度小于每分鐘20°C
[0070] 由此形成了平均尺寸大于30 μ m的基于硅酸鈣的相，以及基于鐵酸鈣的相，
[0071] d)將冷卻后得到的轉(zhuǎn)換鋼渣碾碎，
[0072] e)將基于硅酸鈣的相以及基于鐵酸鈣的相分離。
[0073] 步驟α )對(duì)應(yīng)于上文中定義的步驟a)和c)。
[0074] 此外，在步驟a)之前，根據(jù)本發(fā)明的方法還包括，在1小時(shí)內(nèi)到48小時(shí)內(nèi)、特別地 在1小時(shí)內(nèi)到24小時(shí)內(nèi)，例如大約5小時(shí)內(nèi)使轉(zhuǎn)換鋼渣保持在初始溫度Ti的步驟％)。
[0075] 此外，在步驟a)之前或在步驟a)、b)(如果存在）或c)之一的期間，根據(jù)本發(fā)明 的方法還包括在爐渣中加入基于二氧化硅的材料的步驟％)?；诙趸璧牟牧贤ǔ?二氧化硅或灰質(zhì)殼。通常情況下，按照轉(zhuǎn)換鋼渣的重量的小于或等于10%、例如大約5%的 質(zhì)量比例加入基于二氧化硅的材料。
[0076] 在步驟a)之前，或在步驟a)、b)(如果存在）或c)之一的期間，優(yōu)選地在步驟a) 之前，或在步驟a)或b)(如果存在）之一的期間內(nèi)加入基于二氧化硅的材料。優(yōu)選地，在介 于初始溫度和1200°C之間的溫度下加入基于二氧化硅的材料。由于沒(méi)有步驟b)，步驟 &1) 可預(yù)先或在上文定義的步驟α)期間實(shí)施。
[0077] 加入基于二氧化硅的材料有利地允許增大基于硅酸鈣的相的尺寸。這因而可以減 少冷卻時(shí)長(zhǎng)（步驟a)、必要時(shí)的b)或c)的時(shí)長(zhǎng)），減少步驟a)的時(shí)長(zhǎng)，和/或可以避免階 段溫度的步驟b)，以獲得尺寸相似的基于硅酸鈣的相。因此，該實(shí)施例尤其適用于步驟b) (階段溫度）的實(shí)施復(fù)雜的工業(yè)應(yīng)用。
[0078] 小于或等于10%質(zhì)量、例如為5%質(zhì)量的比例尤其適用于增大基于硅酸鈣的相的 尺寸。在10%質(zhì)量以上，可以觀察到出現(xiàn)了大量平均尺寸小的基于硅酸鈣的相，這使得基于 硅酸鈣的相和基于鐵酸鈣的相的后續(xù)分離變得困難。
[0079] 在不依賴于特定的理論的情況下，在介于1500°C和1600°C的初始溫度下存在的 液態(tài)相之中，基于硅酸鈣的礦物相最先形成。這種礦物相的晶體的出現(xiàn)和生長(zhǎng)尤其依賴于 介質(zhì)的冷卻速度，然而也依賴于介質(zhì)中的化學(xué)組分，并且尤其依賴于二氧化硅的含量。加入 基于二氧化硅的材料使得環(huán)境中二氧化硅的含量增大，這允許促進(jìn)基于硅酸鈣的相的晶體 的出現(xiàn)和生長(zhǎng)，并且因此更快地獲得合適尺寸的晶體。因此，根據(jù)在方法中獲得的爐渣的組 分（并且尤其是爐渣中二氧化硅的初始含量），本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以調(diào)整待加入的二氧 化硅的質(zhì)量比例（在小于或等于10%質(zhì)量的比例中）以更快地獲得合適尺寸的晶體。
[0080] 除去可能加入基于二氧化硅的材料之外，根據(jù)本發(fā)明的方法有利地不需要在爐渣 中加入化學(xué)組分。尤其是，本方法沒(méi)有加入還原劑（例如碳）的步驟，這是相比于大部分已 知的爐渣處理方法（例如ZEWA方法）的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
[0081] 當(dāng)然，上述的實(shí)施例可以彼此結(jié)合。
[0082] 例如，根據(jù)本發(fā)明的方法可包含步驟：
[0083] aj使轉(zhuǎn)換鋼渣在1小時(shí)內(nèi)到48小時(shí)內(nèi)保持在介于1500°C和1600°C之間的初始 溫度Ti，然后
[0084] a)將轉(zhuǎn)換鋼渣從初始溫度Ti冷卻到介于1200°C和1400°C之間的階段溫度Tp，即：
[0085] 從初始溫度Ti到階段溫度Tp的平均冷卻速度小于每分鐘5°C，優(yōu)選地為每分鐘 1°C左右，以及
[0086] 從初始溫度Ti到階段溫度Tp的最大冷卻速度小于每分鐘20°C，優(yōu)選地小于每分 鐘15°C，隨后
[0087] b)必要時(shí)使轉(zhuǎn)換鋼渣在1小時(shí)內(nèi)到48小時(shí)內(nèi)保持在階段溫度Tp，接著
[0088] c)將轉(zhuǎn)換鋼渣從階段溫度Tp冷卻到1200°C的最終溫度Tf，
[0089] aj在步驟a)之前或在步驟a)、b)或c)之一的期間，在爐渣中加入基于二氧化硅 的材料，之后為步驟d)和e)。
[0090] 根據(jù)本發(fā)明的方法特別地可包括以下步驟：
[0091] aj使轉(zhuǎn)換鋼渣在4小時(shí)內(nèi)至6小時(shí)內(nèi)保持在介于1500°C和1600°C之間、例如為 5小時(shí)左右的初始溫度Ti，然后
[0092] a)將轉(zhuǎn)換鋼渣從初始溫度Ti冷卻到1300°C左右的階段溫度Tp，即：
[0093] 從初始溫度Ti到階段溫度Tp的平均冷卻速度小于每分鐘5°C，優(yōu)選地為每分鐘 1°C左右，以及
[0094] 從初始溫度Ti到階段溫度Tp的最大冷卻速度小于每分鐘20°C，優(yōu)選地小于每分 鐘15°C，隨后
[0095] b)必要時(shí)使轉(zhuǎn)換鋼渣在1小時(shí)內(nèi)到48小時(shí)內(nèi)保持在階段溫度Tp，接著
[0096] c)將轉(zhuǎn)換鋼渣從階段溫度Tp冷卻到低于1200°C最終溫度Tf，
[0097] aj在步驟a)之前或在步驟a)、b)或c)之一的期間，按照轉(zhuǎn)換鋼渣的重量的小于 或等于10%的質(zhì)量比例加入基于二氧化硅的材料，之后為步驟d)和e)。
[0098] 根據(jù)本發(fā)明的方法特別地可包括以下步驟：
[0099] α )將轉(zhuǎn)換鋼渣從介于1500°C和1600°C之間的初始溫度Ti冷卻到低于1200°C的 最終溫度Tf，即：
[0100] 從初始溫度Ti到1200°C的平均冷卻速度小于或等于每分鐘KTC，以及
[0101] 從初始溫度Ti到1200°C的最大冷卻速度小于每分鐘20°C，優(yōu)選地小于每分鐘 15。。，
[0102] B1)在步驟a)之前或在步驟α )期間，在爐渣中加入基于二氧化硅的材料，之后為 步驟d)和e)。
[0103] ?步驟d)和e):碾碎和分離
[0104] 根據(jù)本發(fā)明的方法包括對(duì)在步驟a)至c)結(jié)束后得到的冷卻礦渣進(jìn)行碾碎的步 驟。由于在步驟a)至c)結(jié)束后得到的礦渣的基于硅酸鈣的相的尺寸大于30 μ m、優(yōu)選地 大于50 μ m，碾碎從爐渣中分離礦物相，并且特別地將基于鐵酸鈣的相與基于硅酸鈣的相分 離。
[0105] 碾碎可由所有已知的方法實(shí)現(xiàn)，特別地通過(guò)分級(jí)破碎（例如錘子），或通過(guò)順序碾 碎（例如滾柱碾碎、鉗式碾碎或椎體碾碎）來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0106] 碾碎允許釋放基于硅酸鈣的相以及基于鐵酸鈣的相的礦物相。本領(lǐng)域的技術(shù)人員 已知用于獲得具有所需結(jié)構(gòu)粒度的礦物質(zhì)（來(lái)自于爐渣的礦物相）的方法和條件。
[0107] 在步驟d)末期時(shí)，獲得了包括基于硅酸鈣的礦物（來(lái)自于基于硅酸鈣的相）以及 基于鐵酸鈣的礦物（來(lái)自于基于鐵酸鈣的相）的礦物混合物。該方法同樣包括將基于硅酸 鈣的相以及基于鐵酸鈣的相分離的步驟e)。該分離可是磁性的并且借助于浸濾或通過(guò)浮 選。由于借助于對(duì)基于鐵酸鈣的相進(jìn)行吸引的磁鐵很容易實(shí)現(xiàn)磁性分離，因此磁性分離是 優(yōu)選的。
[0108] 在本方法中必要時(shí)可重復(fù)步驟d)和e)。例如，方法可以包括第一個(gè)通過(guò)分級(jí)破 碎（例如錘子）進(jìn)行碾碎的步驟d)，接著第一個(gè)磁性分離的步驟e)，接著第二個(gè)通過(guò)順序 碾碎（例如滾柱碾碎、鉗式碾碎或椎體碾碎）的步驟d)，接著第二個(gè)磁性分離的步驟e)。
[0109] 當(dāng)然，通常情況下，在步驟e)后，方法包括對(duì)基于鐵酸鈣的相和/或基于硅酸鈣的 相進(jìn)行回收的步驟f)。
[0110] ?通討本方法獲得的某于硅酸鈣的相以及某于鐵酸鈣的相的#用
[0111] 如上所述，基于鐵酸鈣的相有利地可在不需要脫磷的預(yù)先步驟的情況下作為鋼鐵 冶煉的原材料使用。
[0112] 基于硅酸鈣的相同樣可被再利用，特別地作為：
[0113] 1)道路水硬粘結(jié)料（LHR, liant hydraulique routier)或作為混凝土的添加劑 未加工的鋼渣在EN-13282 (2010)標(biāo)準(zhǔn)中被定義為L(zhǎng)HR的可能成分。
[0114] 對(duì)于混凝土，在EN-206 (2004)標(biāo)準(zhǔn)中可達(dá)到的性能也被列出。因此爐渣可替代成 本高昂且CO2效應(yīng)強(qiáng)烈的傳統(tǒng)水泥。
[0115] 2)磷肥
[0116] 未加工的鋼渣被認(rèn)為是等級(jí)最低的NPK0-3-0肥料。同樣，根據(jù)對(duì)于肥料和土壤改 良劑的CE889/2008,未加工的鋼渣也可以作為天然肥料。
[0117] 如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，爐渣的磷絕大多數(shù)遷移到來(lái)自于根據(jù)本發(fā)明 的方法的基于硅酸鈣的礦物質(zhì)。于是來(lái)自于本方法的基于硅酸鈣的礦物質(zhì)包括很大比例的 磷（以氧化磷P 2O5的形式存在），這有利于將基于硅酸鈣的礦物作為磷肥使用。
[0118] 3)超細(xì)碳酸鹽
[0119] 來(lái)自于本方法的基于硅酸鈣的礦物質(zhì)可用作超細(xì)碳酸鹽，該超細(xì)碳酸鹽被用作混 凝土的微粒輔料。在EN-206 (2004)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)可達(dá)到的性能進(jìn)行限定。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0120] 附圖以及下文的示例說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0121] 圖1至19為在試驗(yàn)條件1至11下在冷卻步驟a)至c)后獲得的爐渣的顯微照相。 圖7至10以及16至19明確給出了冷卻爐渣的不同相中各元素的質(zhì)量比例。
[0122] 圖20使用任意單位表示了基于硅酸鈣的相的尺寸，在兩個(gè)測(cè)試?yán)鋮s速度（1或 KTC /min)下且時(shí)長(zhǎng)為1、5或24小時(shí)的步驟b)(階段）下依賴于階段溫度Tp，該任意單位 中數(shù)值1對(duì)應(yīng)于試驗(yàn)1的硅酸鈣的相的平均尺寸。
[0123] 圖21為在試驗(yàn)條件9下在冷卻步驟a)至c)后且在研缽中的碾碎之后獲得的冷 卻爐渣的顯微照相。

【具體實(shí)施方式】
[0124] 在下文的示例中，來(lái)自于Fos sur Mer (福斯修麥）（ArcelorMittal)的轉(zhuǎn)換的綜 合煉鋼廠的未加工的爐渣被用作出口產(chǎn)品。爐渣被放入鉬坩堝中，隨后將鉬坩堝安裝在 Nabatherm圓鐘罩爐中。所有樣本被加熱到1600°C或1500°C的初始溫度Ti (從20°C開始 加熱，當(dāng)Ti為1600°C時(shí)，加熱5小時(shí)20分鐘或當(dāng)Ti為1500°C時(shí)，加熱5小時(shí)），然后在示 例中下文描述的條件下的冷卻（步驟a)、b)及c))之前，保持該溫度5小時(shí)（步驟a Q)。在 實(shí)施的示例中，冷卻速度由熔爐施加并且任何時(shí)刻都是恒定的。因此平均速度對(duì)應(yīng)于任一 時(shí)刻的實(shí)際冷卻速度。
[0125] 對(duì)所有試驗(yàn)，每次冷卻之后，從鉬坩堝中取出凝固的樣本。為了使用X光機(jī)：X射 線Bruker D8高級(jí)型通過(guò)X射線的衍射來(lái)分析樣本，在研缽中對(duì)一部分樣本進(jìn)行回收和碾 碎，最大的塊被包裹并且被拋光以實(shí)現(xiàn)在光學(xué)顯微鏡以及掃描電子顯微鏡FEGSEM-Hitachi S 4500下的觀察（同樣連同通過(guò)具有OXFORD，ISIS 300, Si (Li)檢測(cè)器儀器的EDS能譜儀 進(jìn)行的化學(xué)分析）。為了確定基于硅酸鈣的相的尺寸，顯微照相獲得的圖像的分析通過(guò)軟件 ImageJ(來(lái)自國(guó)家衛(wèi)生研究院（USA)--圖像分析程序）來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0126] 為了研究該方法的條件對(duì)于基于硅酸鈣的相的平均尺寸的影響：
[0127] 對(duì)1600°C或1500°C這兩個(gè)不同初始溫度Ti進(jìn)行測(cè)試，
[0128] 對(duì)三個(gè)不同的階段溫度Tp進(jìn)行測(cè)試：
[0129] 1400°C，對(duì)應(yīng)于C3S和C2S晶化的范圍，
[0130] 1300°C，對(duì)應(yīng)于C2S形成以及C3S分解為C2S和石灰的范圍，以及
[0131] 1200°C，近似對(duì)應(yīng)于硅酸鈣晶化的末期，
[0132] 對(duì)步驟b)的階段溫度的三個(gè)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)試：1小時(shí)、5小時(shí)和24小時(shí)，以及
[0133] 對(duì)兩個(gè)冷卻平均速度進(jìn)行測(cè)試：1°C /min以及10°C /min,
[0134] 對(duì)在熱處理之前（步驟a)之前）加入或不加入質(zhì)量比例相對(duì)于爐渣重量的5%或 10%的二氧化硅進(jìn)行測(cè)試。
[0135] 因此，實(shí)現(xiàn)以下試驗(yàn)：

【權(quán)利要求】
1. 一種轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，包括以下步驟： a) 將所述轉(zhuǎn)換鋼渣從初始溫度Ti冷卻到階段溫度Tp，Ti介于1500°C和1600°C之間，Tp介于1200°C和1400°C之間，即： 從初始溫度到階段溫度Tp的平均冷卻速度小于或等于每分鐘10°C，以及 從初始溫度到階段溫度Tp的最大冷卻速度小于每分鐘20°C，隨后 b) 必要時(shí)使所述轉(zhuǎn)換鋼渣在1小時(shí)內(nèi)到48小間內(nèi)保持在階段溫度Tp，接著 c) 將所述轉(zhuǎn)換鋼渣從階段溫度Tp冷卻到小于1200°C的最終溫度Tf， 由此形成了基于鐵酸鈣的相以及平均尺寸大于30 y m的基于硅酸鈣的相， d) 將冷卻后得到的所述轉(zhuǎn)換鋼渣碾碎， e) 對(duì)所述基于硅酸鈣的相以及所述基于鐵酸鈣的相進(jìn)行分離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，其中，在所述步驟a)中，從所述初始溫 度凡到所述階段溫度Tp的所述平均冷卻速度小于每分鐘5°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，其中，從所述初始溫度到所述階段 溫度Tp的所述平均冷卻速度為每分鐘1°C左右。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，在所述步驟a)之前，包 括使所述轉(zhuǎn)換鋼渣在1小時(shí)內(nèi)到48小時(shí)內(nèi)保持在所述初始溫度的步驟％)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，包括使所述轉(zhuǎn)換鋼渣在 1小時(shí)內(nèi)到48小時(shí)內(nèi)保持在所述階段溫度Tp的所述步驟b)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，不包括所述步驟b)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，在所述步驟a)之前或在 所述步驟a)、可能存在的步驟b)、或步驟c)之一的期間，包括在所述轉(zhuǎn)換鋼渣中加入基于 二氧化硅的材料的步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，其中，按照所述轉(zhuǎn)換鋼渣的重量的小 于或等于10%的質(zhì)量比例添加所述基于二氧化硅的材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，其中，按照所述轉(zhuǎn)換鋼渣的重量的大 約5 %的質(zhì)量比例添加所述基于二氧化硅的材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換鋼渣的處理方法，其中，所述步驟e)為通 過(guò)浸濾或通過(guò)浮選的磁性分離。
【文檔編號(hào)】C04B5/00GK104364396SQ201380031304
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2013年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月12日
【發(fā)明者】雅克·波里爾, 紀(jì)堯姆·戴維南, 帕斯卡勒·普里讓 申請(qǐng)人:國(guó)家科學(xué)研究中心