一种转炉钢渣高效资源化利用方法技术

本发明专利技术属于冶金资源再利用技术领域，具体涉及一种转炉钢渣高效资源化利用方法，首先将熔融状态下的转炉钢渣进行氧化处理，降低钢渣中FeO的质量分数，之后将钢渣与水溶液混合得到矿浆并使用无机酸溶液进行酸浸。通过控制矿浆的pH值为2.0～3.0使钢渣中含磷的硅酸二钙相溶出并分离。固液分离后，调整浸出液的pH值至7.5～8.5，使浸出液中的磷酸盐沉淀并作为一种高价值的磷资源回收使用，酸浸后的残渣作为冶金熔剂在钢铁冶金中使用。本发明专利技术低成本地实现了转炉钢渣中磷的高效提取及回收，使除磷后的残渣在钢铁企业内循环利用，同时获得了一种磷资源，充分开发和利用了钢渣中有价组分的潜在价值，建立了绿色冶金流程，创造了巨大的经济效益。

A high efficient resource utilization method of converter slag

The invention belongs to the technical field of metallurgical resource reuse, in particular to a high-efficiency resource utilization method of converter steel slag. Firstly, the converter steel slag in the molten state is oxidized to reduce the FeO content in the steel slag, and then the steel slag and the aqueous solution are mixed to obtain the pulp and the inorganic acid solution is used for acid leaching. By controlling the pH value of pulp to be 2.0-3.0, dicalcium silicate containing phosphorus in steel slag is dissolved and separated. After the solid-liquid separation, adjust the pH value of the leaching solution to 7.5-8.5 to make the phosphate in the leaching solution precipitate and be recycled as a high-value phosphorus resource. The residue after acid leaching is used as a metallurgical flux in iron and steel metallurgy. The invention realizes high-efficiency extraction and recovery of phosphorus in converter steel slag at low cost, makes the residue after phosphorus removal recycled in iron and steel enterprises, obtains a phosphorus resource, fully develops and utilizes the potential value of valuable components in steel slag, establishes a green metallurgical process, and creates huge economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种转炉钢渣高效资源化利用方法
本专利技术属于冶金资源再利用
，具体涉及一种转炉钢渣高效资源化利用方法。
技术介绍
钢渣是钢铁工业中产生的副产品，其产生量为钢水产量的13％左右。目前，我国的炼钢工艺大部分采用脱磷和脱碳在同一转炉中进行，产生转炉钢渣。转炉钢渣主要包含CaO，SiO2和FetO，且具有较高的碱度(CaO与SiO2的质量分数比为3.0～4.5)。由于含有丰富的CaO和FetO等钢铁生产中必需的组分，转炉钢渣被视为一种潜在的冶金资源。转炉钢渣通常含有2～5％的P2O5，当其作为冶金资源返回烧结再利用时，会造成铁水中磷含量的增加，从而加重后续冶炼过程中的脱磷负担，因此转炉钢渣在烧结矿中的掺入量较低。我国的钢渣利用主要集中在钢渣水泥，混凝土，建材制品和道路工程，但在这些低附加值的使用中，钢渣的利用量有限，导致我国钢渣的综合利用率较低。这不仅浪费了大量的冶金资源，也造成了巨大的环境压力。如何大规模地高效利用钢渣是钢铁行业亟需解决的重要课题。为此，钢铁企业一直在努力开发先进的钢渣处理工艺和资源化利用技术。若转炉钢渣中的磷能被有效地分离，除磷后的钢渣可作为优良的冶金熔剂在烧结或炼钢中循环利用。在烧结矿中配加钢渣能提高烧结矿的质量，而钢渣返回炼钢流程则加速转炉冶炼时化渣。钢渣的循环利用将显著降低生石灰的消耗，节约铁矿石和锰矿石，减少钢渣排放。此外，从钢渣中分离回收的磷可作为一种磷资源。因此，转炉钢渣中磷的分离和提取是实现钢渣高附加值利用和资源化的关键技术，也是建立绿色冶金流程的重要环节。炼钢过程中，铁水中的磷首先被氧化形成P2O5,然后与添加的CaO熔剂结合形成磷酸三钙(3CaO·P2O5)。因为磷酸三钙能与在转炉钢渣中大量存在的硅酸二钙(2CaO·SiO2)形成C2S–C3P(2CaO·SiO2–3CaO·P2O5)固溶体，脱磷产物磷酸三钙主要分布在硅酸二钙相中，而磷元素在其它矿物相中的含量较低。因此，转炉钢渣中磷的提取主要取决于含磷的硅酸二钙相与其它矿物相的分离。根据钢渣中各矿物相之间物理化学性质的不同，科研人员提出了多种从钢渣中分离和回收磷的方法，主要包括以下几种:(1)上浮分离法:在高温下静置熔融钢渣，使含磷的硅酸二钙相上浮到钢渣上层，而含铁的矿物相聚集在钢渣下层；(2)磁选分离法:在强磁场下，使钢渣中有磁性的含铁矿物相与无磁性的含磷固溶体相进行分离；(3)超重力分离法:高温下对液态钢渣进行离心分离，使具有较低密度的含磷矿物相与其它矿物相分离；(4)浮选法:利用浮选工艺，使钢渣中含磷的矿物相上浮，从而与含铁的矿物相分离。以上各方法具有脱磷效率低，磷铁分离不完全，生产成本高，操作复杂等缺点，因此，尚未在工业生产中大规模应用。根据钢渣中各矿物相在水溶液中溶解度的不同，本专利技术人在论文《ISIJInternational》，Vol.57(2017)，No.3，pp.487–496中提出了浸出的方法。利用浸出，使钢渣中含磷的硅酸二钙相溶出，而其它矿物相则留在残渣中。经专利检索，已有类似的技术方案公开。中国专利<一种钢渣除磷循环利用方法>，申请号为201510318286.2，公开了利用柠檬酸–NaOH–HCl缓冲液处理钢渣的方法，其中钢渣中92％的磷和19％的铁同时溶出。日本专利<高濃度に燐を含む脱燐スラグからの燐の分離回収方法>，公开号为JP2019-26865A，对高磷钢渣进行改质，然后利用浸出溶解含磷的固溶体。中国专利<一种生物质灰渣改质转炉钢渣除磷的循环利用方法>，申请号为201811183045.1，提供了利用柠檬酸溶液处理改质钢渣的方法，其中钢渣中磷的溶出率可达90％，铁的溶出率在10％左右。以上的专利技术采用了价格昂贵的柠檬酸作为浸出剂或者需要对钢渣进行高温改质，导致生产成本极高，工艺复杂。同时，钢渣中的一部分铁也溶出，造成钢渣中铁的损失。浸出液含有大量的铁离子，难以进行实际有效的利用。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种转炉钢渣高效资源化利用方法，利用酸浸的方法，低成本地实现转炉钢渣中磷的高效分离，同时降低钢渣中铁元素的溶出，达到理想的选择性溶出，得到富含铁、钙的残渣。此外，合理地处理含磷的浸出液，使从钢渣中分离的磷变为一种可直接利用的磷资源。(1)转炉炼钢中，将排出的高碱度转炉钢渣倒入渣罐后，在高温熔融状态下向钢渣喷吹氧气或空气进行氧化处理，使钢渣中的FeO和金属铁转变为Fe2O3，将FeO的质量分数降低到10％以下。这是因为高碱度转炉钢渣含有大量的FeO，还存在一部分未溶解的CaO。当钢渣中有FeO和自由CaO存在时，酸浸过程中会有大量的铁元素溶出，并且磷元素的溶出率较低，此外，还会消耗大量的酸溶液。为实现理想的选择性溶出，必须对高温熔融的转炉钢渣进行氧化。此过程可以充分利用熔融钢渣的余热，提高氧化速率，节约能源。(2)氧化处理后，将高温熔融的转炉钢渣冷却至室温。利用破碎机和球磨机，对转炉钢渣进行多级破碎和研磨，得到颗粒尺寸小于0.2mm的转炉钢渣，以增大钢渣颗粒的总表面积，促进酸浸过程中含磷的硅酸二钙相的溶出和分离。(3)将步骤(2)中破碎研磨的转炉钢渣与水溶液混合得到矿浆，并使用无机酸溶液进行酸浸，同时对矿浆进行机械搅拌，改善酸浸反应的动力学条件，促进硅酸二钙相的溶出。因为钢渣中易溶矿物相的溶出，矿浆中的H+离子会被消耗，造成矿浆的pH值升高。为了控制矿浆的pH值在一定范围内，需要不断地向矿浆中加入无机酸溶液补充H+离子。为降低成本，本专利技术使用了价格低廉的盐酸和/或硝酸溶液。当矿浆的pH值过高时，转炉钢渣中含磷的硅酸二钙矿物相溶解困难，导致磷元素的溶出率较低。当矿浆的pH值过低时，转炉钢渣中除了硅酸二钙相，铁酸二钙相(2CaO·Fe2O3)也会同时溶解，导致一部分铁的溶出，恶化了选择性溶出，不利于后续浸出液的处理和利用。优化研究结果表明在转炉钢渣的酸浸过程中，矿浆的pH值要控制在2.0～3.0。(4)酸浸后，将步骤(3)中的矿浆进行抽滤分离，得到残渣和浸出液。因为转炉钢渣中硅酸二钙相的溶解和分离，残渣主要由铁酸二钙组成，其中磷含量极低。该残渣可作为优良的冶金熔剂在烧结或炼钢中再利用。(5)步骤(4)中得到的浸出液主要由钢渣中被溶解的硅酸二钙组成，导致浸出液中磷元素的浓度远低于钙、硅元素的浓度，利用价值低。为实现磷的富集和回收，本专利技术采用了沉淀分离的方法从浸出液中提取磷。通过向浸出液中加入氢氧化钙和/或氢氧化钠等碱性物质，将浸出液调整为弱碱性，浸出液中的磷酸根离子会与钙离子形成磷酸钙沉淀，而硅酸根离子仍存在于溶液中。优化研究结果表明当浸出液的pH值升高至7.5～8.5时，可实现磷元素的高效沉淀分离。然后，利用重力沉降和离心分离，从浸出液中分离得到沉淀。该沉淀主要由磷酸钙盐组成，可直接作为磷化工原料或磷肥使用。具体技术方案如下：一种转炉钢渣高效资源化利用方法，首先对熔融状态下的转炉钢渣进行氧化处理，降低钢渣中FeO的质量分数，之后将钢渣与水溶液混合并使用无机酸溶液进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转炉钢渣高效资源化利用方法，其特征在于：首先对熔融状态下的转炉钢渣进行氧化处理，降低钢渣中FeO的质量分数，之后将钢渣与水溶液混合并使用无机酸溶液进行酸浸，酸浸过程中，控制矿浆的pH值为2.0～3.0并同时进行机械搅拌；酸浸后，通过固液分离得到残渣和浸出液；残渣在钢铁冶金中使用；通过加入碱性物质，将浸出液调整为弱碱性，使浸出液中生成沉淀；分离后的沉淀作为一种磷资源使用。/n

【技术特征摘要】
1.一种转炉钢渣高效资源化利用方法，其特征在于：首先对熔融状态下的转炉钢渣进行氧化处理，降低钢渣中FeO的质量分数，之后将钢渣与水溶液混合并使用无机酸溶液进行酸浸，酸浸过程中，控制矿浆的pH值为2.0～3.0并同时进行机械搅拌；酸浸后，通过固液分离得到残渣和浸出液；残渣在钢铁冶金中使用；通过加入碱性物质，将浸出液调整为弱碱性，使浸出液中生成沉淀；分离后的沉淀作为一种磷资源使用。


2.根据权利要求1所述的转炉钢渣高效资源化利用方法，其特征在于：所述转炉钢渣具有较高的碱度，钢渣中CaO与SiO2的质量分数比为2.5～5.0。


3.根据权利要求1所述的转炉钢渣高效资源化利用方法，其特征在于：对转炉钢渣氧化处理后，使转炉钢渣中FeO的质量分数低于10％。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜传明，袁磊，于景坤，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21