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钢铁冶金渣的资源化利用.pdf

钢铁冶金渣的资源化利用

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2011-08-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《钢铁冶金渣的资源化利用pdf》,可适用于工程科技领域

第卷第期年月材料与冶金学报JournalofMaterialsandMetallurgyVo.No.Sept.钢铁冶金渣的资源化利用沈建国郭春媛(.上海宝山钢铁股份有限公司上海.于景坤姜茂发东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳)摘要:开展冶金渣资源化利用对于减少冶金渣弃埋用占地和防止环境污染促进我国钢铁工业的持续高效发展具有重要意义.通过对我国冶金渣资源化综合利用的现状、目前存在的主要问题以及未来发展趋势的分析得出了在不断完善现有冶金渣资源化利用方法的同时还应进一步研究和开发利用冶金渣生产具有高附加值制品的结论.关键词:冶金渣资源水泥钾肥原料中图分类号:X文献标识码:A文章编号:()UtilizationofmetallurgicalslagsasresourcematerialssHENJianguoGuOChunyuanYuJingkunJIANGMaofa(.ShanghaiBaoshanIronLSteelCorporationShanghaiChina.SchoolofMaterialsandMetallurgyNortheasternUniversityShenyangChina)Abstract:ItisveryimportanttOdeveloptheutilizationofmetallurgicalslagsasresourcematerialsfordecreasingthelandoccupationbythedisposaloftheslagspreventingthepollutionoftheenvironmentandpromotingthecontinuousandhighlyefficientdevelopmentofourcountr/smetallurgicalindustry.Basedonthediscussionofthepresentutilizingsi.tuationthemajorexistingproblemsandthedevelopingtendencyofmetallurgicalslagsitisconcludedthatwhilestrengtheningandimprovingtheutilizingmethodsofmetallurgicalslagsasresourcematerialsitshouldbeconsideredtOdevelopnewproductswithhighadditionalvalueusingthemetallurgicalslags.Keywords:metallurgicalslagsresourcecementpotashfertilizerrawmaterials我国是个钢铁工业大国年的钢产量已经达到了亿多万t¨.在钢铁生产过程中要产生大量的冶金渣.根据相关资料介绍目前我国的各种冶金渣排放量已经达到了Xt引.而且随着我国钢铁产量的进一步提高其排放量还在不断地增加.因此如何有效地综合利用这些冶金渣减少弃埋用占地和防止环境污染对于进一步促进我国钢铁工业的持续高效发展具有重要意义.本文就冶金渣的资源化利用现状目前存在的主要问题以及未来的发展趋势进行讨论.冶金渣的资源化利用现状为了有效地利用钢铁生产过程中所排放出来的各种冶金渣目前已经进行了诸多的研究.研究内容主要集中在以下几个方面~I..生产矿渣水泥生产矿渣水泥主要利用的是高炉水渣.我国部分钢铁企业的高炉水渣成分如表所示.由表可见高炉水渣的主要化学成分为CaO和S约占其总量的~o.由于水冷(急冷)条件抑制了钙铝黄长石(AS)镁黄长石(M)钙长石(C)和硅酸二钙(S)等矿相的形成进而形成具有潜在水硬胶凝性能的玻璃体矿相结构这些矿相在水泥熟料、石灰和石膏等激发剂的作用下可以显示出水硬胶凝性能并产生强度因此水渣是生产水泥的良好原料.收稿日期:.基金项目:教育部科学技术研究重点项目()作者简介:沈建国(一)男江苏常州人上海宝山钢铁股份有限公司高级工程师博士研究生于景坤()男辽宁康平人东北大学教授}姜茂发(一)男山东栖霞人东北大学教授博士生导师.维普资讯http:wwwcqvipcom材料与冶金学报第卷企业名称高炉水渣的化学组成(质量分数)CaOSiAhMgOFeOMnOTiS首都钢铁公司邯郸钢铁公司唐山钢铁公司本溪钢铁公司太原钢铁公司马鞍山钢铁公司..........O.O.目前使用高炉水渣研制开发出的矿渣水泥主要有以下几种:()矿渣硅酸盐水泥.矿渣硅酸盐水泥是用硅酸盐水泥熟料和颗粒状高炉水渣加/~/的石膏混合磨细制成的水硬性胶凝材料.用高炉水渣生产的水泥牌号一般在号以上但其早期强度较低.()石膏矿渣水泥.石膏矿渣水泥是由质量分数为/左右的高炉水渣加质量分数为l/左右的石膏和少量的硅酸盐水泥熟料或石灰混合磨细制得的水硬性胶凝材料.这种石膏矿渣水泥成本较低具有较好的抗硫酸盐侵蚀和抗渗透性适用于混凝士的水工建筑物和各种预制砌块.()石灰矿渣水泥.石灰矿渣水泥是将干燥后的颗粒状高炉渣、生石灰、消石灰以及质量分数为/的天然石膏按适当的比例配合磨细而成的一种水硬性胶凝材料.该水泥适用于蒸汽养护的各种混凝土预制品水中地下路面等的无筋混凝土和工业与民用建筑砂浆..用作冶金返回原料用作冶金返回原料使用的主要是转炉渣.转炉渣中含有/~/的CaO/~l/的TFe以及/左右的TMn具有较高的利用价值.我国部分钢铁企业的转炉渣成分如表所示.表我国部分钢铁企业转炉渣的化学组成(质量分数)TableChemicalcompositionsofconverterslagsfroms蚰leironandsteelcom~es(massfraction)%目前使用转炉渣研制开发出的冶金原料主要有以下几种:()烧结矿熔剂.利用转炉渣中的CaO代替部分石灰石作烧结熔剂使用.烧结矿中加入适量的转炉渣后有利于烧结造球和提高烧结速度.另外转炉渣中的Fe和FeO的氧化放热可以补偿钙、镁碳酸盐分解时所需要的热量有利于降低烧结矿的燃料消耗.()高炉或化铁炉熔剂.将转炉渣作为高炉或化铁炉熔剂直接使用不但可以节省大量的石灰石和白云石而且还可以节省大量的热能.但是由于目前高炉多利用高碱度烧结矿或熔剂性烧结矿冶炼已经基本上不用石灰石和白云石因此转炉渣直接返回高炉代替石灰石和白云石的使用将受到限制.()作炼钢返回渣.将转炉终渣作为下一炉冶炼时的初渣使用可以使冶炼初期成渣快减少初期渣对炉衬的侵蚀.另外目前普遍采用的溅渣护炉工艺也消耗了大量的转炉渣大幅度地降低了耐火材料的消耗卜"..用作道路和建筑材料由于冶金渣的物理性能与天然岩石相近因此冶金渣在道路和建筑方面的应用范围较广用量也较大.一般多用于公路、机场以及一些地OLOOOOOOOOOOOOOOOOOO趵他∞吼会!n。nUMn维普资讯http:wwwcqvipcom第期沈建国等:钢铁冶金渣的资源化利用基工程的建设等.()矿渣砖.矿渣砖是用高炉水渣加人一定量的水泥等胶凝材料经过搅拌、成型和蒸汽养护而成的建筑用砖主要用于普通房屋建筑和地下建筑实际上相当于将高炉水渣代替部分砂石使用.()矿渣混凝土.矿渣混凝土是以高炉水渣为原料配人激发剂(例如水泥熟料、石膏以及石灰等)放人轮碾机中加水碾磨与骨料混合而成.这种混凝土适宜在生产小型混凝土预制件时使用不适宜在施工浇筑现场使用.()地基用碎石.由于冶金渣的强度与天然岩石的强度大体相同因此冶金渣碎石的颗粒强度完全可以满足地基工程的需要.另外冶金渣还具有密度大、表面粗糙、耐磨性能好、与沥青结合牢固等一系列优点因而被广泛地应用于铁路和公路路基的施工以及工程回填.但是用转炉渣作筑路和回填料时为了防止渣中自由氧化钙水化引起的体积膨胀需要对转炉渣进行陈化一般要求其粉化率不能高于(质量分数)..生产农用肥料和土壤改良剂由表和表可知冶金渣是一种以CaO、SiO为主要成分同时还含有其他多种成分的复合矿物.另外其中还含有Zn、Cu等微量元素对农作物的生长具有促进作用.利用冶金渣中含有的一些农作物生长所需的有效成分可以生产农用肥料和土壤改良剂s..()生产磷肥.对于未经炉外脱磷处理的铁水经转炉吹炼后炉渣内的POs的含量一般可达w(PzO)一~.这些炉渣具有一定的肥效特别适用于缺磷的碱性土壤使用.()生产硅肥.硅是水稻生长所需量最大的元素.由表可知转炉渣中的SiO含量一般在w(Si)一左右将其磨细至.mm以下即可作为硅肥使用.()作酸性土壤改良剂.转炉渣中含有较高的CaO和MgO将其磨细后可作为酸性土壤的改良剂.存在的主要问题以及未来发展趋势由上面的分析可知有关冶金渣的资源化利用已经进行了诸多的研究并且取得了一些成果.但是尚存在着一些问题主要集中在以下几个方面:()开发产品的附加值较低.目前除了一部分作为冶金溶剂使用外冶金渣基本上还是用于代替部分砂石而使用的即主要用于水泥生产或作为建筑材料来使用.虽然作为农用肥料和土壤改良剂进行了一些研究和开发但还只是简单地利用了冶金渣中的一些有效成分如CaOMgOSiz和Ps因此肥效低应用范围较小.另外虽然目前冶金渣已经被应用于水泥生产但冶金渣的活性要远低于硅酸盐水泥的活性.()冶金渣的潜热没有得到充分的利用.冶金渣从炉内或罐内排放时的温度一般在~~C而在目前的所有利用方法当中冶金渣在高温时的这部分潜在热能均没有得到合理的利用.为了解决冶金渣资源化利用过程中存在的问题进一步拓展冶金渣资源化的应用领域和应用范围未来的冶金渣资源化应用研究应主要集中在以下几个方面:()激发冶金渣活性.过去冶金渣资源化利用较为成功且用量较大的是在水泥生产方面.但是由于冶金渣的附加值较低在水泥生产过程中冶金渣所显现的活性很低因此冶金渣高附加值利用的关键是激发冶金渣的活性使之达到或接近硅酸盐水泥的活性.在过去的研究过程中激发冶金渣活性的主要手段是通过控制添加物改变其化学组成通过控制冷却速度改变其矿物构成以及控制相关的生产工艺过程.目前则主要是通过机械方法激发冶金渣的活性提高其水硬胶凝性能.机械激发活性的原理是通过机械方法降低冶金渣的颗粒粒度提高其比表面积增加新生颗粒的内能和表面能同时使晶体结构和表面物理化学性质发生变化从而使冶金渣中矿物与水接触面积增加提高矿物与水的水化反应速度.()生产缓释性钾肥.利用冶金渣生产缓释性钾肥是近年来资源化利用冶金渣的一种新兴技术.所谓的“缓释性肥料”是指难溶于水而易溶于从植物根部分泌出来的柠檬酸溶液的肥料.这种肥料由于难溶于水、易溶于柠檬酸溶液因此可以从根本上减少因灌溉用水和雨水等所引起的肥料流失.而且随着植物的成长发育和从根部分泌出来的柠檬酸的增加对肥料的吸收量增加从而从根本上满足了植物的需要.氮、磷、钾是促进植物生长发育和增产的三维普资讯http:wwwcqvipcom材料与冶金学报第卷大元素.植物在生长期对钾肥的需求量相对较少而在植物的结果期则需求较多.因此一般要求钾肥的肥效要长即要求其要具有缓释性.我国的农业生产对钾肥需求量较大zo,zz预计到年我国的钾肥需求量将达到×t引而我国的钾肥生产量只占其中lO左右.目前在农业生产中实际使用的钾肥主要有:硫酸钾、氯化钾、钾镁肥、草木灰以及生物钾等。一引.生产缓释性钾肥主要使用的是铁水预处理时所产生的脱硅渣.这种渣的主要化学成分为SiO和CaO向其中添加KCOs或KOH合成钾肥时可利用脱硅渣的余热形成CaOSiOzKO三元渣系.通过对相图的研究分析得知引CaOSiO一KO三元渣系中的含钾化合物较多主要有I<O·CaO·SiI<O·CaO·SiI<O·∞·SI<O·CaO·I<O·∞·SiI<O·CaO·Si以及I<·Ca·Si等.与其对应的炉渣碱度CaO/SiOz波动在.~.之间,M(KO)波动在~之间.一般认为根据含钾化合物的种类以及KO含量的不同其溶解特性即缓释性会有明显的差异.因此通过控制CaOSiOzKzO三元渣系的化学组成以及冷却速度是生产缓释性钾肥的重要手段.结语冶金渣的资源化利用对于减少弃埋用占地、防止环境污染以及促进我国钢铁工业的持续高效发展具有重要意义.目前的冶金渣资源化利用主要集中在矿渣水泥生产、冶金返回料利用以及道路和建筑用材料等方面所生产制品的附加值较低而且冶金渣的物理化学潜热没有得到充分利用.未来冶金渣高效资源化利用的发展方向在于开发附加值较高的产品.在水泥生产过程中使用激发活性冶金渣以及利用脱硅渣生产缓释性钾肥是未来冶金渣高效资源化利用的重要发展方向.参考文献:EliWengYuqing.DevelopmentofthesteelindustryinChinaA.第四届耐火材料国际会议论文集It.大连:万国学术出版社..朱桂林孙树杉赵群等.冶金渣资源化利用的现状和发展趋势J.中国资源综合利用():.彭志坚吴卫国.硫酸渣与冶金渣综合利用J.武汉科技大学学报(自然科学版)():.娄性义.固体废物处理与利用M.北京:冶金工业出版社..Is庄伟强.固体废物处理与利用M.北京:化学工业出版社..董保澍.固体废物的处理与利用M.北京:冶金工业出版社..高忠爱祁梦兰吴天宝等.固体废物的处理与处置M.北京:高等教育出版社..王振成.固体废物处理及利用M.西安:西安交通大学出版社..炳林百敏.治理三废与保护环境M.北京:科学出版社..O杨吉林.钢铁工业固体废物治理M.北京:中国环境科学出版社..杨国清.固体废物处理工程M.北京:科学出版社..苏天森刘浏.转炉溅渣护炉技术M.北京:冶金工业出版社..刘辉霞秦影.溅渣护炉技术在石钢的应用J.河北冶金()..王军杨守礼.转炉溅渣护炉机理的基础理论J.河北理工学院学报():.高泽平.转炉溅渣护炉技术的工艺参数优化J.湖南冶金():.刘承军朱英雄.t顶吹转炉溅渣护炉工艺冷态模拟实验J.东北大学学报(自然科学版)():.章博邹家祥.溅渣护炉状态下转炉温度场的模拟分析J.重型机械()..廖宗文刘可星卢维盛.利用工农业废物制造有机无机复肥的技术进展J.磷肥与复肥():.金恒阁于立波晓彤等.钢铁废渣与磷~EEJ.中国物质再生():.O谢建昌.世界肥料使用的现状与前景J.植物营养与肥料学报():O。管恩太赵凤兰.长效硅钾肥特点、营养机理与展望J.地域研究与开发():.徐静安.生产工艺技术M.北京:化学工业出版社..高祥照申胱郑义等.肥料实用手册M.北京:中国农业出版社..张永志.浅谈我国钾肥工业的发展与市场需求J.磷肥与复肥():.王石军.世纪我国钾肥工业的发展与展望J.化肥工业():.山口明良.中使.之热力学M.东京:日本耐火物技衔惴会.维普资讯http:wwwcqvipcom

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