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钢渣

来源:本站   发布时间: 2016-06-03 16:14:57   浏览:2088次  字号: [大] [中] [小]
一种工业固体废物。炼钢排出的渣,依炉型分为转炉渣、 平炉渣、 电炉渣。排出量约为粗钢产量的15~20%。成分介绍?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

一种工业固体废物。炼钢排出的渣,依炉型分为转炉渣、 平炉渣、 电炉渣。排出量约为粗钢产量的15~20%。

成分介绍?

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。

钢渣在温度 1500~1700℃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β型转变为 γ型而碎裂。如以适量水处理液体钢渣,能淬冷成粒。

钢渣来源?

(1)钢铁料中的Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物;

(2) 冶炼过程中加入的造渣材料;

(3) 冶炼过程中被侵蚀的炉衬耐火材料;

(4)固体料带入的泥沙。

钢渣排渣目的?

(1)去除钢中的有害元素P、S;

(2)炼钢熔渣覆盖在钢液表面,保护钢液不过度氧化、不吸收有害气体、保温、减少有益元素烧损;

(3)吸收上浮的夹杂物及反应产物;

(4)保证碳氧反应顺利进行;

(5)可以减少炉衬蚀损。

处理方法

20世纪初期即开始研究钢渣的利用,但由于它的成分波动较大,迟迟未能实际应用。70年代初,美国首先把每年排放的1700万吨钢渣全部利用起来。目前,德意志联邦共和国,钢渣绝大部分已得到利用。英国、法国的钢渣利用率为60%左右,日本为50%左右,中国为10%左右。

世界许多国家处理钢渣的通行方法是热泼法,即将液体钢渣泼入专门的处理场,渣层厚度在30厘米以下,喷淋适量的水促其冷却,然后进行破碎、筛分、磁选,以回收其中金属,渣块则进行综合利用。美国伯利恒钢铁公司和中国一些钢厂都采用水力冲渣法使电炉渣、平炉前期渣实现粒化。冲水水压为2.5~8千克力/厘米2,渣和水之比为1比10以上。此法工艺简单,得到的钢渣粒度大多在1厘米以下,便于利用。但用水量大,须解决水的处理和循环利用问题。1974年以来,日本的新日本钢铁公司采用浅盘(ISC盘)水淬法(见图)处理转炉渣。处理方法是将液体钢渣泼入浅盘,渣层厚度约10厘米,喷水使渣冷却到500℃左右,固化后将渣倾倒在运渣车上,再度喷水使渣冷却到200℃左右,然后倒入泡渣池,冷却至常温。经过处理的渣,颗粒大多在10厘米以下。此法节省处理场地,操作较水力冲渣法安全,周转快,节省投资和设备,对环境的污染程度较轻。

主要用途?

钢渣的用途因成分而异。美国每年以排渣量的2/3作为炼铁熔剂,直接加入高炉或加入烧结矿,在钢铁厂内部循环使用。钢渣的成分中,除硅无用和磷有害外,钙、铁、镁和锰(共占钢渣总量的80%)都得到利用。但硫、磷含量较高的钢渣作为熔剂,会使高炉炼铁的利用系数降低,焦比增加。法国、德意志联邦共和国、加拿大等国都把这类钢渣用作铁路道碴和道路材料。做法是先将加工后的钢渣存放3~6个月,待体积稳定以后使用。这类钢渣广泛用于道路路基的垫层、结构层,尤宜用作沥青拌合料的骨料铺筑路面层。钢渣筑路,具有强度高,耐磨性和防滑性好,耐久性好,维护费用低等优点。西欧各国用高磷钢渣作肥料有悠久的历史。钢渣中的钙、硅、锰以及微量元素均有肥效,可作为渣肥施于酸性土壤。各类钢渣均可作为填坑、填海造地材料。中国目前生产少量钢渣水泥,多用转炉钢渣掺50%左右高炉粒化渣,10%左右石膏,磨制无熟料钢渣水泥,或以15%左右水泥熟料代替钢渣磨制少熟料水泥。中国有些地方利用电炉钢渣生产白钢渣水泥。日本、德意志联邦共和国利用钢渣作为水泥生料,焙烧铁酸盐水泥,可节约能源。此外,钢渣还可制造砖、瓦、碳化建筑材料等。[1] 

新型工艺?

一种钢渣综合利用的方法,将钢渣预粉碎后,烘烤干燥,磁选筛分,磨细粉碎分级,湿法磁选分级,球团制造等工序。其优点是钢厂的钢渣可以得到全部有效的利用,没有一点废弃物,解决了现在钢厂的钢渣占有大量农田和土地,造成了很大环境污染的弊病,给社会带来极大的社会效益和经济效益。就武钢而言,此工艺处理完武钢的全部钢渣,总投资8174万元,年利润为3636.38万元。节约土地近千亩。

国内钢渣利用概况?

钢渣是冶金工业中产生的废渣,其产生率为粗钢产量的8%-15%,2012年全世界排钢渣量为1.8亿t。中国的钢渣产生量随着钢铁工业的快速发展而迅速递增,因此,钢铁企业废渣的处理和资源化利用问题也越来越受到重视。国家“十一五”发展规划中指出,钢渣的综合利用率应达86%以上,基本实现“零排放”。然而,中国目前综合利用的现状与该规划相差甚远,尤其是素有“劣质水泥熟料”之称的转炉钢渣的利用率仅为10%-20%。国内钢铁企业产生的钢渣不能及时处理,致使大量钢渣占用土地,污染环境。然而钢渣并非不可用固体废弃物,其中含有大量的渣钢、氧化钙、铁以及氧化镁等可利用组分。

1、钢渣用冶金原料

01回收废钢铁

钢渣中含有较大数量的铁,平均质量分数约为25%,其中金属铁约占10%。磁选后,可回收各种粒级的废钢,其中大部分含铁品位高的钢渣作为炼钢、炼铁原料。

02钢渣用作烧结材料

由于转炉钢渣中含40%-50%的CaO,用其代替部分石灰石作烧结配料,不仅可回收利用钢渣中残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰、稀有元素(V、Nb等)等,而且可使转鼓指数和结块率提高并有利于烧结造球及提高烧结速度。钢渣中Fe、FeO在氧化反应过程中产生的热量可降低烧结矿燃料消耗。

03钢渣用作高炉熔剂

转炉钢渣中含有40%-50%的CaO、6%-10%的MgO,将其回收作为高炉助溶剂可代替石灰石、白云石,从而节省矿石资源。另外,由于石灰石(CaCO3)、白云石(CaMg(CO3)2)分解为CaO、MgO的过程需耗能,而钢渣中的Ca、Mg等均以氧化物形式存在,从而节省大量热能。

04钢渣用作炼钢返回渣料

钢渣返回转炉冶炼可降低原料消耗,减少总渣量。对于冶炼本身还可促进化渣,缩短冶炼时间。

2、钢渣用于道路工程

01钢渣生产水泥及混凝土掺合料

钢渣中含有具有水硬胶凝性的硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)及铁铝酸盐等活性矿物,符合水泥特性。因此可以用作生产无熟料水泥、少熟料水泥的原料以及水泥掺合料。

钢渣水泥具有耐磨、抗折强度高、耐腐蚀、抗冻等优良特性。

02钢渣代替碎石和细骨料

钢渣碎石具有强度高、表面粗糙、耐磨和耐久性好、容重大、稳定性好、与沥青结合牢固等优点,相对于普通碎石还具有耐低温开裂的特性,因而可广泛用于道路工程回填。钢渣作为铁路道渣,具有不干扰铁路系统电讯工作、导电性好等特点。由于钢渣具有良好的渗水和排水性,其中的胶凝成分可使其板结成大块。钢渣同样适于沼泽、海滩筑路造地。

3、新型建筑材料工程应用

01新型混凝土

通过磨细加工,使工业废渣的活性提高并作为一种混凝土用掺合料进入混凝土的第6组分——矿物细掺料。细磨加工不仅使渣粉颗粒减小,增大其比表面积,使渣粉中的f-CaO进一步水化以提高渣粉稳定性,还伴随着钢渣晶格结构及表面物化性能变化,使粉磨能量转化为渣粉的内能和表面能,提升钢渣胶凝性。利用钢渣微粉与高炉矿粉相互间的激发性,加以适当的激发剂可配制出高性能的混凝土胶凝材料。同时,根据不同的使用要求,还可配制出道路混凝土(抗拉强度高、耐磨、抗折、抗渗性好)、海工混凝土(良好的渗水、排水性,海洋生物附着率高)等系列产品。

02碳化钢渣制建筑材料

造成钢渣稳定性不好的主要因素是游离氧化钙和游离氧化镁,它们可以和CO2进行反应,且钢渣在富CO2环境下,会在短时间内迅速硬化。利用这种特性,可利用钢渣制成钢渣砖,再次用到不同的建筑中,其重要意义在于碳化养护材料的物理化学性能得到了重大改进。与此同时,有效控制了CO2的排放,改善温室效应。

4、钢渣制微晶玻璃花岗岩、微晶玻璃

矿渣微晶玻璃自20世纪60年代研发出来以后,在许多国家形成了规模化生产。程金树等以还原性钢渣为主要原料研制出了外形美观的微晶玻璃花岗岩。陈惠君等以粉煤灰和钢渣为主要原料,研制出以钙、铁灰石为主晶相的微晶玻璃。

5、钢渣在环境工程方面的应用

钢渣较高的碱性和较大的比表面积可用于处理废水。

研究表明,钢渣具有化学沉淀和吸附作用。在钢渣处理含铬废水研究中,铬的去除率达到99%。钢渣处理含锌废水的研究中,锌的去除率达98%以上,处理后的废水达到GB897888污水综合排放标准。钢渣处理含汞废水的研究中,汞的去除率达到90.6%。其研究结果为解决海洋汞污染提供了一种有效途径。

钢渣还可用于处理含磷废水及含其他重金属废水。

6、钢渣在农业上的应用

钢渣作为碱性渣可以用于酸性土壤中,其中的CaO、MgO可改良土壤土质。含磷高的钢渣也可用于缺磷碱性土壤中并增强农作物我抗病虫害能力。硅是水稻生长需求量最大的元素,SiO2含量高于15%的钢渣可作硅肥。

7其他用途

钢渣还可生产免烧砖、铸造砂、水泥膨胀剂、制流态砂硬化剂等。也可采用钢渣经破碎选铁后产生的尾渣来替代石灰石和石灰作为二氧化硫吸收剂,脱硫后的副产物可以根据当地情况用于盐碱地改造或者作为水泥添加剂,因地制宜,可形成完整的钢渣循环利用产业链。

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