一种利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法技术

本发明专利技术属于冶金资源综合利用技术领域，特别涉及一种利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法。一种利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法，是将不锈钢冶炼渣进行在线矿相重构，冷却后利用冶金废酸溶液进行浸出，过滤后得到富钙、镁溶液，调节滤液pH值，并加入结构导向剂；向所得溶液通入含有CO

A method of making carbonate powder from stainless steel smelting waste

The invention belongs to the technical field of comprehensive utilization of metallurgical resources, in particular to a method for preparing carbonate powder by using stainless steel smelting waste. A method for preparing carbonate powder from stainless steel smelting waste is to reconstruct the on-line mineral phase of stainless steel smelting slag, leach it with waste metallurgical acid solution after cooling, filter it to obtain calcium rich and magnesium rich solution, adjust the pH value of filtrate, and add structural guide agent; introduce Co into the obtained solution

【技术实现步骤摘要】
一种利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法
本专利技术属于冶金资源综合利用
，特别涉及一种利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法。
技术介绍
2018年我国不锈钢粗钢产量约为2670万吨，同时伴随产生约801万吨的钢渣及4806万吨的二氧化碳。在冶金工业中对金属表面进行酸洗处理，每处理1吨钢就会产生大量的废弃酸溶液。随着我国生产技术的进步及对不锈钢需求的不断增加，我国不锈钢产量逐年增加，同时也伴随着大量冶金废物(不锈钢渣、冶金废气及废酸)的产生。目前，钢渣主要被用作建筑材料、烧结溶剂等，但由于不锈钢渣中含有毒性Cr6+元素，大量的不锈钢渣或是经过无害化处理后应用或是在渣场堆放，造成资源的浪费及环境的污染。同时大量冶金废气及废酸的产生无疑对环境造成了极大的影响。因此如何协同利用冶金工业废弃物，实现资源循环利用及环境保护是值得思考的问题。不锈钢渣中CaO和MgO含量约占40％～50％，是CO2矿化封存的关键元素。目前，利用钢渣封存CO2的方法主要有两种，分别为干法矿化固定CO2及湿法浸出固定CO2。相比于干法矿化固碳，湿法浸出固定CO2具有较高的Ca、Mg浸出率及利用率。但采用湿法工艺利用不锈钢渣捕捉CO2，其关键不仅在于充分提取渣中CO2捕集元素(Ca和Mg)，同时还要避免Cr组元溶出。因此，通过对不锈钢渣进行矿相重构是提高不锈钢渣资源利用率及环境保护的关键。碳酸钙和碳酸镁是普遍使用的无机碳酸盐产品，被广泛应用于橡胶、造纸、医药和化学建材等领域。专利CN106830041A专利技术了一种功能性碳酸钙制备的方法；专利CN108841205专利技术了一种硅酮胶专用纳米活性碳酸钙制备方法；专利CN108439450公开专利技术了一种建筑专用纳米碳酸钙的制备方法；专利CN104837772A专利技术了一种无水、无定形且多孔的碳酸镁产品等。随着人们对各个领域碳酸盐产品需求的提高，如何利用好现有废弃资源，制备应用广泛的碳酸钙及碳酸镁产品，实现“以废制宝”显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于针对以上问题而提供的一种利用冶金工业废弃物(不锈钢渣、废气、废酸)协同作用而生产具有特定尺寸及形貌的碳酸盐产品。该方法兼顾了废弃物的无害化处理与资源综合利用，制备出了应用广泛的碳酸镁及碳酸钙产品，实现“以废制宝”。一种利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法，所述方法按如下步骤进行：(1)在不锈钢冶炼生产的出渣过程中，向不锈钢冶炼渣中加入矿相重构剂，出渣结束后，冷却到100℃以下待用；(2)将步骤(1)所得的矿相重构不锈钢冶炼渣进行机械破碎，用冶金废酸溶液在超声波振荡器中进行离子浸出，过滤，滤液为固化CO2初溶液。(3)调节步骤(2)所得CO2固化初溶液中加入pH调节剂，使溶液的pH值为：3≤pH＜6或12≤pH≤14，并向溶液中加入结构导向剂；(4)向步骤(3)所得溶液通入含有CO2的冶金废气，待反应一段时间后，得含有沉淀物的溶液，停止通气；用离心机对所得溶液进行沉淀离心分离，得到固体产物及富镁溶液；将固体产物进行洗涤，干燥，得碳酸钙粉体。(5)向步骤(4)所得富镁溶液中加入pH调节剂，使溶液的pH值范围为6≤pH＜12，并向溶液中继续通入含有CO2的冶金废气，待反应一段时间后，得含有沉淀物的溶液，停止通气；用离心机对所得溶液进行沉淀离心分离，得到固体产物；将固体产物进行洗涤，干燥，得碳酸镁粉体。本专利技术所述“不锈钢冶炼渣”可为AOD精炼渣、转炉渣或电炉渣，其主要成分为CaO、MgO、SiO2、MnO、Al2O3、FeO、Cr2O3等。本专利技术所述利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法中，步骤(1)中，实现不锈钢渣的矿相重构，优先选择矿相重构剂MnO、MgO、Al2O3中的一种或几种。该技术不仅使Cr元素富集于尖晶石相中，同时使Ca、Mg元素富集于易浸出相中。此技术不仅可以避免酸浸步骤中Cr元素的大量溶出，同时也提高了Ca、Mg元素的浸出率，使不锈钢渣资源得到充分利用的同时兼顾Cr的稳定化控制。进一步地，当不锈钢冶炼渣为转炉渣、电炉渣或AOD渣时，加入MnO、MgO或Al2O3中的一种，其用量为不锈钢冶炼渣质量的1％～12％；当矿相改质剂选为MnO、MgO或Al2O3中的两种或两种以上时，其用量为不锈钢冶炼渣质量的2％～14％；本专利技术所述利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法中，优选所述步骤(2)中所述不锈钢冶炼渣需利用现有设备进行破碎，破碎到粒径为1～20mm。目的是增大钢渣的比表面积，提高不锈钢渣中Ca、Mg元素的浸出率。本专利技术所述利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法中，优选所述步骤(2)中废酸溶液为HCl、HNO3、HF中的一种或几种。进一步地，所述冶金废酸溶液按下述方法制得：将冶金工业废酸利用罗门哈斯强酸型树脂进行阴离子吸附，使得冶金工业废酸中的盐与酸分离，然后将阻滞在树脂内的酸用蒸馏水洗涤，洗涤后的酸溶液调节pH范围为2～6。清洗后的树脂可回收再利用。本专利技术所述利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法中，优选所述步骤(2)中的具体酸浸步骤为：浸出条件为：浸出温度为20～100℃，浸出时间为30～180min，超声波震荡功率为100～700W，超声频率为20～40KHz；矿相重构不锈钢渣与冶金废酸溶液的固液比为1:10～50g/mL，搅拌速度为100～500rpm。本专利技术所述利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法中，优选所述步骤(3)中向CO2固化初溶液中加入pH调节剂，调节溶液pH范围为3≤pH＜6或12≤pH≤14，得到CO2固化溶液。本专利技术所述利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法中，所述结构导向剂为至少含烯烃、烷烃、醇基和有机酸中的一种或几种单元所形成的共聚物。进一步地，所述步骤(3)中，所述结构导向剂为烷烃与醇单体形成的聚合物或醇单体间形成的聚合物分别与有机酸形成的嵌段共聚物；或为烯烃单体间形成的均聚物与有机酸形成的嵌段共聚物。本专利技术所述利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法中，优选所述步骤(3)中加入结构导向剂的质量与溶液的体积比为1～20:1000(g/mL)。本专利技术所述利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法中，优选所述步骤(4)冶金废气中的CO2体积含量大于10％。进一步地，将冶金工业废气经过除尘及降温处理，当废气中无SO2气体时，其降温温度范围为：<100℃；当冶金废气包括SO2的有毒气体，其中降温温度范围为：-10℃～-70℃。本专利技术所述利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法中，优选所述步骤(4)中制备碳酸钙粉体的具体工艺步骤为：通入冶金废气的气体流量为：0.05～2L/min，通入冶金废气的时间为20～180min，搅拌速度100～500rpm，反应温度为20～100℃。进一步地，待反应一段时间后，停止通气。用离心机对所得溶液进行沉淀离心分离，得到固体产物及富镁溶液，固体产物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤数次，干燥后得到碳酸钙粉体。...

【技术保护点】
1.一种利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法，其特征在于：所述方法按如下步骤进行：/n(1)在不锈钢冶炼生产的出渣过程中，向不锈钢冶炼渣中加入矿相重构剂，出渣结束后，冷却到100℃以下待用；/n(2)将步骤(1)所得的矿相重构不锈钢冶炼渣进行机械破碎，用冶金废酸溶液在超声波振荡器中进行离子浸出，过滤，滤液为固化CO

【技术特征摘要】
1.一种利用不锈钢冶炼废弃物制备碳酸盐粉体的方法，其特征在于：所述方法按如下步骤进行：
(1)在不锈钢冶炼生产的出渣过程中，向不锈钢冶炼渣中加入矿相重构剂，出渣结束后，冷却到100℃以下待用；
(2)将步骤(1)所得的矿相重构不锈钢冶炼渣进行机械破碎，用冶金废酸溶液在超声波振荡器中进行离子浸出，过滤，滤液为固化CO2初溶液；
(3)向步骤(2)所得CO2固化初溶液中加入pH调节剂，使溶液的pH值为：3≤pH＜6或12≤pH≤14，并向溶液中加入结构导向剂；
(4)向步骤(3)所得溶液通入含有CO2的冶金废气，待反应一段时间后，得含有沉淀物的溶液，停止通气；用离心机对所得溶液进行沉淀离心分离，得到固体产物及富镁溶液；将固体产物进行洗涤，干燥，得碳酸钙粉体；
(5)向步骤(4)所得富镁溶液中加入pH调节剂，使溶液的pH值范围为6≤pH＜12，并向溶液中继续通入含有CO2的冶金废气，待反应一段时间后，得含有沉淀物的溶液，停止通气；用离心机对所得溶液进行沉淀离心分离，得到固体产物；将固体产物进行洗涤，干燥，得碳酸镁粉体。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述不锈钢冶炼渣为AOD精炼渣、转炉渣或电炉渣；所述矿相重构剂为MnO、MgO或Al2O3中的至少一种。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
当不锈钢冶炼渣为转炉渣、电炉渣或AOD渣时，加入MnO、MgO或Al2O3中的一种，其用量为不锈钢冶炼渣质量的1％～12％；当矿相改质剂选为MnO、MgO或Al2O3中的两种或两种以上时，其用量为不锈钢冶炼渣质量的2％～14％。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述冶金废酸溶液按下述方法制得：将冶金工业废酸利用罗门哈斯强酸型树脂进行阴离...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵青，梅孝辉，刘承军，史培阳，姜茂发，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21