一种协同利用炉渣和废水稳定废气中CO2的方法及装置，方法为：（1）将冶金钢渣破碎；（2）准备碱性改质剂；（3）采用钢厂除尘废水作为冶金废水；（4）采用冶金尾气作为废气；（5）将冶金钢渣与碱性改质剂混合装入反应器，加入冶金废水浸泡；（6）通入废气，进行CO2固化；（7）放水后，再次通入废气；（8）风干得到碳酸化钢渣。装置包括反应器筒体及密封盖，反应器筒体底部分布透气砖，透气砖与引风机连通；反应器筒体内部透气砖的上方设有多层篦板。本发明专利技术的方法直接利用冶金钢渣中CaO和MgO与除尘废水的PH值以及钙浓度来确定碱性改质剂的加入量，生产工艺简单，减轻环境与社会负荷，有利于社会的持续性发展。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金三废处理
，特别涉及一种协同利用炉渣和废水稳定废气中CO2的方法及装置。
技术介绍
近三十年以来,中国钢铁工业得到了巨大的发展,特别是在2000年以后，随着中国的钢铁行业高速发展,钢产量持续的大幅增长，使得冶金炉渣随着粗钢产量的增加而迅速增加。到目前为止，虽然开发了许多种转炉炉渣酸化的应用技术，但普遍利用附加值低，而且需要将破碎后的炉渣再次加热，因而导致了设备投资和运行成本较高；因此，开发具有我国资源特色的冶金废渣与冶金除尘废水协同耦合利用的新技术，提高废渣再利用率及产品附加值，对发展循环经济，建立资源节约型、环境友好型社会有十分重要的意义。在钢铁企业中，冶金三废是钢铁生产过程的主要废弃物。其中：炉渣的排放量约为转炉生产粗钢量的12~15%左右；废水的排放量为生产粗钢量的2.7倍以上；吨钢CO2的排放量在1.3t以上；目前，炉渣二次利用的途径主要是作为高炉、转炉炉料在钢铁企业内部循环使用，或者作为道路基材、建筑材料以及钢渣肥料的原料等，但长期以来其利用率不高，再利用附加值偏低。申请号为200710038393.5、200710044157.4、的专利公开了一种碳酸化钢渣处理废水的方法，虽然提到了钢渣固化CO2气体的方法，但需要专用的沸腾床反应器反应设备，而且整个过程需要高温；申请号为200510030330.6与200510093267.0的专利公开了一些将钢渣处理废水的方法，但钢渣处理废水作为组合配方中的一项使用，不具有单独使用的可行性，而且这些处理方法不能大量处理钢铁工业第一大副产品的钢渣；迄今为止，国内外专利及非专利文献均无直接采用钢铁废渣和废水直接协同耦合稳定废气中CO2的应用的报道。
技术实现思路
针对现有钢铁工业中大量的冶金三废（废渣、废水和废气）处理在技术上存在的上述问题，本专利技术提供一种协同利用炉渣和废水稳定废气中CO2的方法及装置，以冶金钢渣、冶金废水以及排放尾气，加入碱性材料作为改质剂，进行CO2的固化，达到钢渣的二次利用，降低CO2的排放量，减轻环境与社会负荷。本专利技术的方法按以下步骤进行：1、将冶金钢渣破碎至粒径≤15mm，其中粒径大于10mm小于等于15mm的部分占总重量的10%以下，粒径大于5mm小于等于10mm的部分占总重量的13~35%，粒径大于1mm小于等于5mm的部分占总重量的30~60%，粒径大于0.1小于等于1mm的部分占总重量的20~40%，粒径小于0.1mm的部分占总重量的8%以下；2、准备碱性改质剂，碱性改质剂中Na+与冶金钢渣中Ca2+和Mg2+之和的摩尔比为（0.2~1.3）:1；3、采用钢厂除尘废水作为冶金废水，PH值为7.5~12之间，钙浓度为50~250mg/L；4、采用CO2含量＞15%的冶金尾气作为废气，温度45~150℃；5、将冶金钢渣与碱性改质剂充分混合后装入底部设有透气砖且内部放置有篦板的反应器内，冶金钢渣与碱性改质剂堆放在篦板上；然后加入冶金废水，使冶金钢渣与碱性改质剂的混合物在冶金废水中浸泡12h以上，并控制温度在30℃以上；其中冶金废水浸没冶金钢渣和碱性改质剂并高出冶金钢渣和碱性改质剂上表面0.5m以上；6、浸泡结束后向从反应器底部的透气砖通入压力为0.3~1MP的废气，进行初次CO2固化，持续时间为1~3h，废气流量控制在1.0~5.0L/s，废气通入量与反应器内部的物料的体积比控制在（15~30）:1；7、停止通入废气，从反应器底部的放水阀放水，待反应器内水全部放掉后，再次从反应器底部的透气砖通入压力为0.3~1MP的废气，进行二次CO2固化，废气流量控制在0.5~6.0L/s，持续时间为0.5~4h，废气通入量与反应器内部的物料的体积比控制在（15~30）:1；8、将完成二次固化的物料风干，得到碳酸化钢渣。上述方法中选用的冶金钢渣的成分按重量百分比含CaO35~60%，SiO28~20%，Fe2O310~30%，MgO5~10%，Al2O31~3%，P2O51.2~2.8%，MnO0.1~2.2%，TiO20~1.3%。上述方法中选用的碱性改质剂为苏打、小苏打和/或烧碱，碱性改质剂的重量纯度≥95%，粒度≤30目。上述方法获得的碳酸化钢渣的成分按重量百分比含Ca17.38~44.67%，Si26.89~64.99%，Fe1.28~29.18%，Mg0.02~0.09%，Al0.13~0.79%，P0.01~0.10%，Mn0.14~2.6%，Ti0~1.2%，C3.50~14.57%。上述方法中冶金钢渣中CaO的转化率为20~55%。上述方法中冶金钢渣中MgO的转化率为15~45%。上述方法中每吨冶金钢渣酸化后固化CO20.3~1.5kg，折合0.153~0.764m3CO2。上述方法中，步骤5、6、7酸化过程中发生如下化学反应(Ⅰ)水的离解：H2O(l)↔H++OH-（1）(Ⅱ)冶金钢渣中活性组分CaO与MgO的水化反应，电离出Ca2+和Mg2+：CaO(s)+H2O(l)→Ca2+(aq)+2OH-(aq)（2）MgO(s)+H2O(l)→Mg2+(aq)+2OH-(aq)（3）(Ⅲ)碱性改质剂的离解：NaHCO3(aq)↔Na+(aq)+HCO3-(aq)（4）HCO3-(aq)↔H+(aq)+CO32-(aq)（5）(Ⅳ)CO2气体穿过气—液相界面后扩散、溶解、发生电离：CO2(g)↔CO2(aq)（6）HCO3-(aq)↔H+(aq)+CO32-(aq)（7）CO2(aq)+OH-(aq)↔HCO3-(aq)（8）HCO3-(aq)+OH-(aq)↔CO32-(aq)+H2O(l)（9）(Ⅴ)Ca2+和Mg2+与CO32-离子直接发生反应，生成难溶性的沉淀物：Ca2+(aq)+CO32-(aq)→CaCO3(s)（10）Mg2+(aq)+CO32-(aq)→MgCO3(s)（11）Ca2+(aq)+HCO3-(aq)→CaCO3(s)+H+(aq)（12）Mg2+(aq)+HCO3-(aq)→MgCO3(s)+H+(aq)（13）Ca2+(aq)+2HCO3-(aq)→Ca(HCO3)2（14）Mg2+(aq)+2HCO3-(aq)→Mg(HCO3)2（15）本专利技术的实施上述方法的装置包括反应器筒体及其顶部的密封盖，反应器筒体底部均匀分布有多个用于通入废气的透气砖，透气砖与引风机连通，其中引风机用于引入废气和风干物料，反应器筒体底部还设有放水阀，密封盖上设有进水阀和放散阀；反应器筒体内部透气砖的上方设有多层篦板。上述装置中，密封盖上还设有减压阀。上述装置中，多层篦板在垂直方向上均匀分布，相邻两个篦板之间的高度差为400~1200mm，篦板上均匀分布有条形缝隙或圆形通孔，条形缝隙的宽度为0.5~5mm，圆形通孔的直径为2~5mm。上述装置中，反应器筒体的材质为外部设有保温层的钢质，透气砖镶嵌在筒体的底板上。上述装置中，篦板的材质为钢质，厚度8~25mm。上述装置的使用方法为：将冶金钢渣与碱性改质剂充分混合后堆放在各层篦板上，用密封盖将反应器筒体内部封闭，通过进水阀通入废水；待浸泡结束后，通过反应器筒体底部的透气砖通入废气；初次CO2固化结束后，通过放水阀将废水排出，再次通过反应器筒本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种协同利用炉渣和废水稳定废气中CO2的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）将冶金钢渣破碎至粒径≤15mm，其中粒径大于10mm小于等于15mm的部分占总重量的10%以下，粒径大于5mm小于等于10mm的部分占总重量的13~35%，粒径大于1mm小于等于5mm的部分占总重量的30~60%，粒径大于0.1小于等于1mm的部分占总重量的20 ~ 40%，粒径小于0.1mm的部分占总重量的8%以下；（2）准备碱性改质剂，碱性改质剂中Na+与冶金钢渣中Ca2+和Mg2+之和的摩尔比为（0.2~1.3）:1；（3）采用钢厂除尘废水作为冶金废水，PH值为7.5~12之间，钙浓度为50~250 mg/L；（4）采用CO2含量＞15%的冶金尾气作为废气，温度45~150℃；（5）将冶金钢渣与碱性改质剂充分混合后装入底部设有透气砖且内部放置有篦板的反应器内，冶金钢渣与碱性改质剂堆放在篦板上；然后加入冶金废水，使冶金钢渣与碱性改质剂的混合物在冶金废水中浸泡12h以上，并控制温度在30℃以上；其中冶金废水浸没冶金钢渣和碱性改质剂并高出冶金钢渣和碱性改质剂上表面0.5m以上；（6）浸泡结束后向从反应器底部的透气砖通入压力为0.3~1MP的废气，进行初次CO2固化，持续时间为1~3h，废气流量控制在1.0~5.0L/s，废气通入量与反应器内部的物料的体积比控制在（15~30）:1；（7）停止通入废气，从反应器底部的放水阀放水，待反应器内水全部放掉后，再次从反应器底部的透气砖通入压力为0.3~1MP的废气，进行二次CO2固化，废气流量控制在0.5~6.0L/s，持续时间为0.5~4h，废气通入量与反应器内部的物料的体积比控制在（15~30）:1；（8）将完成二次固化的物料风干，得到碳酸化钢渣。...
【技术特征摘要】
1.一种协同利用炉渣和废水稳定废气中CO2的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）将冶金钢渣破碎至粒径≤15mm，其中粒径大于10mm小于等于15mm的部分占总重量的10%以下，粒径大于5mm小于等于10mm的部分占总重量的13~35%，粒径大于1mm小于等于5mm的部分占总重量的30~60%，粒径大于0.1小于等于1mm的部分占总重量的20~40%，粒径小于0.1mm的部分占总重量的8%以下；（2）准备碱性改质剂，碱性改质剂中Na+与冶金钢渣中Ca2+和Mg2+之和的摩尔比为（0.2~1.3）:1；（3）采用钢厂除尘废水作为冶金废水，PH值为7.5~12之间，钙浓度为50~250mg/L；（4）采用CO2含量＞15%的冶金尾气作为废气，温度45~150℃；（5）将冶金钢渣与碱性改质剂充分混合后装入底部设有透气砖且内部放置有篦板的反应器内，冶金钢渣与碱性改质剂堆放在篦板上；然后加入冶金废水，使冶金钢渣与碱性改质剂的混合物在冶金废水中浸泡12h以上，并控制温度在30℃以上；其中冶金废水浸没冶金钢渣和碱性改质剂并高出冶金钢渣和碱性改质剂上表面0.5m以上；（6）浸泡结束后向从反应器底部的透气砖通入压力为0.3~1MP的废气，进行初次CO2固化，持续时间为1~3h，废气流量控制在1.0~5.0L/s，废气通入量与反应器内部的物料的体积比控制在（15~30）:1；（7）停止通入废气，从反应器底部的放水阀放水，待反应器内水全部放掉后，再次从反应器底部的透气砖通入压力为0.3~1MP的废气，进行二次CO2固化，废气流量控制在0.5~6.0L/s，持续时间为0.5~4h，废气通入量与反应器内部的物料的体积比控制在（15~30）:1；（8）将完成二次固化的物料风干，得到碳酸化钢渣。2.根据权利要求1所述的一种协同利用炉渣和废水稳定废气中CO2的方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：张慧宁，董建宏，干磊，熊辉辉，姜平国，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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