冶金固体废弃物

1、冶金固体废弃物处理及利用研究姓 名 康向文所在学院 职业技术学院专业班级 04冶金工程学 号 200413110指导教师 张从容日 期 2007-6-02摘要随着我国冶金工业的快速发展，固体废弃物处理及利用日益得到重视。本文从绿色生态建设、提高回收利用率、综合利用研究等方面入手，较为全面地阐述了高炉渣、钢渣、尾矿，污泥等四个具有代表性的冶金固体废弃物处理及利用方面的进展，并结合各大钢厂在固体废弃物处理及利用方面的经验，系统地总结了固体废弃物的处理利用方法。文章最后还对冶金固体废弃物处理利用的发展前景进行了展望。关键词：固体废弃物，高炉渣，钢渣，尾矿，污泥 Reach of disposal a

2、nd using for metallurgical solid wasteAbstractAlong with the development of metallurgical industry, the disposal of solid waste and its using get more attention. This article introduced four typical solid wastes disposal and using, these are blast furnace slag, Steel slag , gangue,Sludge, from green

3、 ecological construction, improving the rate of recyling , comprehensive utilization and so on .At the same time, with the experience of kinds of metallurgical industry in disposing and using solid waste, this article concluded the method of disposing and using solid waste, also give an view of long

4、 term potential.Key word：Solid reject；high slag；steel slag；debris；sludge 目录1 引言52 高炉渣处理72.1 高炉渣简介72.2 高炉渣处理工艺简介82.3 图拉法处理高炉渣102.3.1图拉法炉渣处理工艺流程102.3.2 设备控制和技术操作122.4 高炉渣的利用172.5 高炉渣处理利用总结183 钢渣处理193.1 钢渣简介193.2 钢渣处理工艺203.2.1 浅盘法213.2.2 热闷法213.2.3 滚筒法223.3我国钢渣综合利用情况243.3.1技术的发展过程243.3.2从钢渣中回收废钢243.3.3

5、钢渣在基本建设中应用253.3.4钢渣在水泥工业中的应用263.3.5钢渣在农业方面的应用283.3.6钢渣在冶金原料方面的应用283.3.7我国近年来钢渣综合利用状况293.3.8 存在的问题与未来展望313.4 国外钢渣处理综合利用323.5 钢渣处理利用总结334 尾矿处理344.1尾矿简介344.2 当前我国矿山企业尾矿的利用及试验研究状况354.3 尾矿处理技术384.3.1 尾矿高效脱水技术384.3.2 全尾充填采空区414.3.3 膏体尾矿干式堆存434.4 尾矿处理利用总结445 污泥处理455.1 污泥简介455.2 炼钢污泥的性质及脱水方法465.3 炼钢污泥的再利用经济

6、分析475.4 炼钢污泥综合利用概况495.4.1 炼钢污泥直接用于烧结混合料方法一:加水稀释法495.4.2 炼钢污泥直接用于烧结混合料505.4.3 炼钢污泥用于烧结混合料的方法三:磁选法515.4.4 炼钢污泥用于转炉造渣:污泥球法525.4.5炼钢污泥综合利用方案:冷固结球团法535.5 污泥处理利用总结546 冶金固体废弃物处理发展前景567 总结57致谢58参考文献59 第 60 页1 引言资源、环境、能源和人口的协调发展是当今世界的重大社会问题。资源短缺和环境承载能力脆弱，是制约我国经济发展的两大瓶颈。2004年全国冶炼行业产生废渣达2亿吨，其中进行资源化利用的仅占4%，大量废渣

7、不仅占用土地、污染环境、而且浪费资源。但是发达国家冶炼废渣资源利用已高达97%，因此我国已经将冶金资源综合利用列入国家“十一五”规划重点扶持项目。目前我国工业废弃物排放总量已达10多亿吨，在2005年仅冶金行业产生的废渣就达2亿多吨。冶金工业的主要固体废弃物中，高炉渣为铁产量的25%50，钢渣为钢产量的12%20。以我国年产钢铁2亿吨计，每年将产生5000万1亿吨高炉渣和10002000万吨转炉渣，这些废渣除少部分作路基和生产简单混合材料外，大部分被堆置或填埋1。其实，这些废渣蕴含着极大的利用价值，如通过处理改善或改变其理化性能指标（常见理化性能指标：粘度，运动粘度，粘度指数，密度，闪点，倾点

8、和凝点，水分，康氏残炭，硫酸盐灰分，残碳，灰分，机械杂质，酸值，总碱值，氧化安定性，泡沫性，抗乳化性，锥入度，滴点，腐蚀试验，防锈，热安定性，氧化安定性，剪切安定性）2，就能变成性能优越的工业添加剂。充分回收利用固体废弃物中的资源和能源潜力，把冶金固体废弃物矿渣变成有利用价值的材料，实现冶金企业废渣“零排放”，是资源再生、化废为宝可持续发展的静脉产业，如果加以充分利用，可增收数十亿元。为此我们在做好环保工作的同时,应走低成本、高品质、产品创新之路。本文针对高炉渣，钢渣，污泥，尾矿四个最具有代表性的冶金固体废弃物并结合全国各大钢厂对其的处理方法来加以论述如何处理和利用冶金固体废弃物。目前高炉渣已

9、开发出矿渣碎石、矿渣砂、路沿石、硅酸盐砌砖、水沟盖板、彩色路面砖、普通硅酸盐水泥、复合微粉、光亮剂、高钛型石油压裂支撑剂等20多种矿渣建材产品，或通过磁选后残余的铁可以再次作为原料炼铁，配以白灰，少量水泥混合后，作路基材料，比传统的沙石料省钱，且更结实。钢渣开发利用的途径有：1.做烧结矿的原料；2.钢渣金属Fe回收；3.钢渣粉超细粉磨设备；4.钢渣的农业资源化利用；5.钢渣生产新型建材（地面砖、多孔砖，墙板等）；6.用于填海造地，公路基层材料。尾矿中含有丰富的金、银、铜、铁等有用成分，近年来随着选矿技术的发展，例如采用弱磁-强磁选技术对尾矿再选，每年可以从尾矿中回收数万吨的铁精矿，价值数为万元

10、，进一步将尾矿再磨再选，使尾矿中的金、银、铜、铁等有用矿物得到充分回收利用，从而经济效益大为提高。由于污泥脱水好、排运快、它不仅较好地提高了沉淀池的净化效果 水质已达到回用条件 ,炼铁水循环工程正在立项中 ,改善了外排水的水质 ,同时消除了炼铁厂风机房水浸设备隐患。另外 ,由于压出的污泥饼含水率低 ,不易渗漏 ,减少了运输过程中对厂区马路的污染 ,较好地改善了厂区环境。 2.1 高炉渣简介高炉渣是钢铁冶金工业中数量最多的一种渣，是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。它是由铁矿中的脉石、燃料中的灰分和熔剂中的非挥发组分形成的固体废物。高炉炼铁过程中排出的渣，又称高炉矿渣，可分为炼钢生铁渣、铸造生铁

11、渣、锰铁矿渣等。中国和苏联等国一些地区使用钛磁铁矿炼铁，排出钒钛高炉渣。高炉渣含有钙、硅、铝、镁、锰、铁等的氧化物，高炉渣主要的矿物相为：黄长石、硅酸二钙、假硅灰石、辉石以及少量硫化物等。锰铁渣的矿物相还有方锰矿等。钒钛渣的矿物相为钛辉石、钙钛矿、巴依石、安诺石、尖晶石，以及少量的硫化物等。依矿石品位不同，每炼1吨铁排出0.31吨渣，矿石品位越低,排渣量越大。中国目前每年约排放2000多万吨。矿渣弃置不用会占用土地,浪费资源,污染环境。高炉渣使用在我国已有几十年的历史,目前主要应用于生产水泥和混凝土等。高炉渣含有15种以上化学成分,但其主要成分是CaO、MgO、A1203、Si02四种,它们约

12、占高炉渣总量的95 %。高炉矿渣属于硅酸盐质材料,它的化学组成与天然岩石和硅酸盐水泥相似。因此,可代替天然岩石和作为水泥生产原料等使用。 1589年德国即开始利用高炉渣。20世纪中期以后,高炉渣综合利用迅速发展。目前美国、英国、加拿大、法国、德意志联邦共和国、瑞典、比利时等许多国家都已做到当年排渣,当年用完,全部实现了资源化。日本1980年利用率为85，苏联1979年利用率在70以上，中国1981年利用率为83。 在高炉炼铁生产中,炉渣的处理主要采用水力冲渣方式进行,仅在事故应急处理时才采用干渣处理方式。水淬时,一种是炉渣直接水淬;一种是炉渣经机械破碎后,再进行水淬。水淬的主要处理工艺有:底滤

13、(OCP)法、拉萨(RASA)法、因巴(INBA)法、图拉(TYNA)法、明特克(MTC)法等。2.2 高炉渣处理工艺简介1底滤(OCP)法底滤法其工艺过程为:高炉炉渣在冲制箱内由多孔喷头喷射的高压水进行水淬后,水淬渣流经粒化槽进入沉渣池 。沉渣池中水渣由抓斗抓出堆放干渣场继续脱水,沉渣池内的水及悬浮物由分配渠流入过滤池 。过滤池内铺设砾石过滤层,并设型钢保护。过滤后的冲渣水,经集水管由泵加压后送入冷却塔冷却后重复使用 。底滤法冲渣水压力一般为0. 30. 4 MPa ,渣水比为110115 ,水渣含水率为10 %15 % ,出铁场附近可不设干渣坑 。2拉萨(RASA)法RASA法,为英国RA

14、SA公司与日本钢管公司共同开发的炉渣处理工艺,1967年首次在日本福山钢铁厂1号高炉(2004m3)上使用该法处理高炉炉渣。国内1980年代建成的宝钢1号高炉(4063m3) ,由日本引进此法。高炉熔渣经吹制箱吹制成水渣,进入粗粒分离槽,沉降到底部的渣、水混合物经水渣泵、管道输送至脱水槽脱水,脱水后的渣由卡车运走。水流进沉降槽;粗粒分离槽溢流到中继槽含渣水经中继泵送到沉降槽,底部由排泥泵将渣送到脱水槽脱水。沉降槽的水溢流到温水槽,经冷却泵送到冷却塔冷却后进入给水槽;给水槽的水由给水泵送到吹制箱吹渣 。3因巴(INBA)法因巴法,为卢森堡PW公司与比利时西德玛(SIDMAR)公司共同开发的炉渣处

15、理工艺(亦称回转筒过滤法),是将渣水混合物经转鼓脱水后,由皮带运出的处理方法, 1981年在西德玛投入运用,与铁水分离后的炉渣,经渣沟进入炉渣粒化区,吹制箱内的高速水流使其水淬粒化冷却,经水渣槽进一步粒化和缓冲之后,流入转鼓内的水渣分配器,被均匀分配到转鼓过滤器中。在转鼓下半周滤去部分水后,被叶片刮带,随筒边旋转边自然脱水;转至转鼓上半周处时,渣落至伸入鼓内的皮带之上,经此皮带和分配皮带送至成品槽贮存,装车外运2。4图拉(TYNA)法因该法首次应用是在俄罗斯图拉厂2000 m3高炉上，故称其为图拉法。l998年9月建成投产的唐钢2560m3高炉，引进三套图拉法处理装置，使用至今,运行状况良好。

16、5明特克(MTC)法明特克法炉渣处理工艺,为首钢与北京明特克冶金炉技术有限公司联合研制 、开发的炉渣处理工艺,整套系统于2002年7月在首钢3号高炉(2536m3)上投入运行，明特克法核心设备是由一台特殊设计和制造的螺旋输送机和一台过滤器组成 。螺旋输送机呈20°倾角安装在水渣池内,随着螺旋输送机的转动,其螺旋叶片将水渣池底部的水渣向上输送,水则靠重力和渣的翻动挤压两重作用向下回流,从而达到渣水分离和脱水的目的 。水渣经脱水离开螺旋输送机的U型槽后,通过皮带系统输送至水渣堆场;冲渣水经浊水渣池溢流口进入过滤器过滤成干净水后,进入水循环系统循环使用3。6各种处理工艺特点及比较 底滤法

17、该法取消过滤池下设置较深的热水池和阀门室,使滤池的总深度降低;机械设备少,施工、操作、维修都较方便,系统故障率低,维修和运行费用低;循环水质好,水渣含水率低,质量好;冲渣系统用水可实现100%循环使用,没有外排污水有利于环保。其最大缺点是占地面积大,系统投资也较大。 拉萨法 该法与渣池法相比,炉渣处理量大、水渣质量较好、污染公害较少,技术上有一定程度的进步。因工艺复杂、设备较多、管道易磨损和电耗高维修费用大等缺点,故在新建大型高炉上已不再采用 。 因巴法 该法布置紧凑,占地而积小,可实现整个流程机械化、自动化连续生产,系统水渣质量好;冲渣水闭路循环,水悬浮物少,泵和管路的磨损小;无爆炸危险,安

18、全度高 。在渣中含铁量高达20%时,新INBA系统也能安全进行炉渣粒化;该炉渣处理工艺能彻底解决对烟尘、蒸汽对环境的污染,达到该系统零排放的目标。因其为引进技术,故投资费用大。 图拉法 该法最显著的特点是彻底解决了传统水淬渣易爆炸的安全隐患问题,安全性高4。生产实践表明,在高炉渣中带铁高达40 %时,仍能安全生产。熔渣处理过程在封闭的状态下进行，环境保护好。循环水量小，动力能耗低。成品渣含水率低、质量好。从国内相继投产的几套装置看，因系统配套不完整，且循环水量有逐步加大的趋势，务必导致脱水器设备尺寸加大，使其设备重量轻的优势丧失，但对其改进和完善之后，图拉法一举改变了曾经令人头痛的应用局面，使

19、其发挥了应有的最佳效能，从而赢得了各行业单位的青睐。 明特克法 该法为国内拥有自主知识产权的工艺方法，其设备投资省，备件消耗少，运行成本低；占地面积小，现场布置灵活;脱水率高，水渣含水率不大于15% ;输送能力大；系统采用变频系统控制；冲渣水完全为净水闭路循环使用，安全环境保护好 。2.3 图拉法处理高炉渣由上文五种高炉渣处理方法得知，俄罗斯“图拉法” 炉渣粒化技术是一种高效的高炉渣处理技术，我国国内各大钢厂技术人员对其进行了国产化的开发和研究，并且最后投入到广钢3#高炉。广钢3#高炉的炉渣处理原采用平流沉淀池的水渣处理方式,耗水量大,水质污染严重。在其易地大修、建设新3#高炉时,经过对国内高

20、炉使用的炉渣处理技术进行对比和考察,并结合广钢的实际情况,决定在高炉大修中炉渣处理采用由包头钢铁设计总院研制开发的 “图拉法”炉渣粒化方式。自1997年唐钢在其3#高炉( 2560m3)的建设中引进俄罗斯“图拉法”炉渣粒化技术后,包头钢铁设计总院、唐山嘉恒实业等国内技术人员对其进行了国产化的开发和研究。2000年太钢率先在其4#高炉(1650m3)上使用了国产化的熔渣粒化技术。国产化的 “图拉法 ”炉渣粒化技术是采用机械破碎熔渣、同时喷水冷却渣粒，再脱水的工艺。克服了渣池法、底滤法、InBa法等以水熔渣为主要特点的工艺中存在的爆炸、循环水量大、污染重、占地大的缺点5。2.3.1图拉法炉渣处理工

21、艺流程该工艺采用两条粒化处理线进行炉渣处理,下渣经两条渣沟分别流入两套粒化装置中,然后经粒化装置粒化、冷却、脱水后由同一皮带运往渣场。上渣经渣沟流入粒化装置中,经过粒化和冷却后经气力提升机将渣水送往下渣粒化装置中进行脱水处理。上下渣的冷却水共设一套污水循环系统进行循环利用。炉渣经渣沟流入粒化装置,被快速旋转的粒化轮机械破碎,并沿切线方向抛射出去的同时由粒化器外壳集水管喷出的高压水进一步冷却、水淬,粒化后的渣粒和冷却水同时滑落到脱水器的下部脱水。脱水器的转鼓罩在脱水器外壳之中,外壳的下部浸在水中。转鼓内沿圆周方向均匀布置有若干叶片式筛板,叶片式筛板带动水渣随转鼓旋转把落入脱水器中的粒化渣提升到脱

22、水器的上部再次脱水后,由卸料漏斗送到皮带输送机上,由三通分料器分别卸入高位渣仓,渣仓里的渣通过闸门卸入汽车外运。粒化轮和转鼓转速及喷水量均可调,生产中根据炉渣渣量进行调节。粒化轮及外壳用循环水冷却。冷却水通过脱水器下部的溢流装置送到水池中进行循环使用。水罐由两部分组成。第一部分对回水进行澄清,沉淀下来的粒化渣用气力提升机装置再次送到脱水器中,而澄清后的水流到水池的第二部分,再由泥浆泵送到粒化器。渣的粒化和冷却过程密闭操作,蒸汽集中从烟囱排入大气。工艺流程见图2-1。图2-1 图拉法炉渣处理工艺流程图粒化装置的主要技术指标见表2-1。表2-1 粒化装置的主要技术指标表成品粒化渣可用于水泥加工、各

23、种建筑用砖以及添加料。按照工艺严格操作得到的粒化渣是很好的水泥加工用料。2.3.2 设备控制和技术操作1给排水及供气设施炉渣粒化用水采用循环水。设置循环水泵站、循环水池及沉淀池等循环系统。循环水泵站内设置两台600m3/ h的循环水泵,一用一备,供水压力0.4MPa。循环水系统占地面积170m2。循环水池在高出工作水位500mm处设有事故溢流管,可以将溢流水引入排水沟中。在循环水池处还有一台排污泵,可将水池内沉积的细渣排出,确保循环水质 。2电气及仪表控制主要对渣粒化设备,脱水器,净、浊水设备,压缩空气阀等系统关键设备进行控制。并可根据渣量的多少对冲渣水量和脱水器转速进行调节。控制方式有三种:

24、 PLC系统集中控制、手动操作、机旁操作。集中控制为在计算机操作站上对设备进行集中控制,手动操作是指通过手动操作台来实现对单体设备的控制,机旁操作是指机旁操作箱上对单体设备进行操作,主要用于现场安装调试和检修。设备之间的连锁、逻辑控制及工艺参数的处理均由PLC系统实现 。 电气传动方式粒化装置电机及脱水器电机采用交流变频调速控制,其它电机采用常规的接触器控制方式。 计算机控制系统该系统采用基础级计算机控制系统。基础自动化级包括电气仪表两部分自动控制项目,直接面向生产工序完成整个生产过程电控部分的顺序控制、相互联锁和仪控部分的数据采集及调节控制,操作人员通过MM I可以进人机对话,设定及修改过程

25、参数,监视和改变设备的运行状态。并通过通讯总线相连,使电气,仪表和计算机构成一体化系统。电气接受从计算机或综合仪表装置送来的各种信息对工艺生产设备进行顺序控制,同时在自动控制过程中,将有关工艺生产设备的状态信息或控制实际值送给计算机和仪表控制装置,做到信息共享。 仪表控制系统系统的检测、控制均通过PLC实现。检测与控制项目为:循环水压力、温度 、流量,补充新水流量,脱水器内水位,压缩空气压力、流量,循环水池水位,脱水器旋转速度,粒化轮旋转速度。 主要设备性能水渣粒化下渣装置水渣粒化下渣装置共2套,一用一备。主要由脱水器、粒化器、液面调节装置组成,设备处理能力正常运转时每分钟输出渣2 t,瞬时处

26、理能力为每分钟输出4 t。水渣粒化上渣装置水渣粒化上渣装置有1套。主要由脱水器、气力提升装置组成,上渣经粒化装置粒化后由气力提升装置将渣提升到下渣粒化装置进行处理。设备处理能力正常运转时每分钟输出渣2 t,瞬时处理能力为每分钟输出4 t。 设备传动装置脱水器传动采用电动机、联轴器、减速机、齿轮传动的方式;粒化器采用电动机、减速机、联轴器传动的方式。脱水器上、下渣设置相同,共2台。脱水转鼓为<4500×1800mm ,外臂为不锈钢材质的滤网,转速15r /min;配电机功率55kW ,转速1500r /min。粒化器上、下渣设置相同,共3台。粒化轮为<1 000×

27、800mm ,转速150330 r/m in;配电机功率45kW ,转速1 500 r /m。皮带带宽B = 650mm。渣仓渣仓共设3个,每个容积120m3,贮藏时间8h /仓。3技术特点 能耗低、渣水比为12 (传统工艺为110)、循环水量少,而补充水量又约占循环水量的40%70% ,故循环水温度低,不需设置冷却塔等设备,电能消耗仅为其它方法的20%30%7。各种水渣处理方法能耗比较见表2-2。 表2-2 水渣处理方法能耗比较 粒化后的水渣含水量小于10% ,不需存放滤水,可直接外运。 系统设备安全可靠。炉渣靠粒化轮机械破碎不同于传统工艺,故可安全处理带铁高达40%的炉渣。 环境保护好。炉

28、渣在密闭状态下处理,产生的气体经烟囱高空排放,为防止蒸汽大量外排,在烟囱中设有冷却喷淋设施,工人劳动条件好 。 占地面积小。因不需沉淀池等庞大的渣水处理设施,故占地面积小,流程短,系统简单。占地只有INBA法的20% ,其它方法的5%左右 。4 运行效果图拉法渣处理系统在2003年2月2日5#高炉大修点火投产一天后投入运行,平均每日处理渣量451 t,出 渣 次 数 为15次,每次平均出渣时间为20min,最长出渣时间为45 min,平均渣流量1. 5 t /min,最大渣流量3 t /min。水压控制在0. 4MPa左右,渣水比平均为12,平均循环水量为360m3/ h,最大循环水量 为60

29、0m3/ h,最大补充水量144m3/ h。循环水等均为间断使用,出渣时使用,平均耗水量为0. 9m3/ t渣、每t渣耗气量为13m3、耗电量为3kW/h。原3#高炉采用平流沉淀池的水渣处理工艺,水压控制在0. 30. 4M Pa之间,平均用水量为900m3/h。渣水比平均为110 ,最大用水量1 800m3/h。因水泵为全天常开(原3#、4#炉共用) ,而出渣为间断性,原3#、4#炉每日平均日产渣量531 t,故每t炉渣平均水量为40m3、耗电量为10 kW h。图拉法炉渣处理工艺从新3#高炉点火投产至2004年2月2日止产渣量为16. 5万t。运行指标及运行后同原3#高炉渣池法的比较,分别

30、见表2-3、表2-4、表2-5。表2-3 图拉法运行指标表2-4 原3#高炉渣池法运行指标表2-5 运行费用对比图拉法运行后,相对于渣池法其节能效果明显,达到了预期目的。5设计缺陷及改进图拉法渣处理系统自投入运行以来,水渣粒化装置设备运行正常,但水渣转运工艺设计不合理。其设计上的缺陷主要是运输皮带选择较小,渣仓设置角度、高度不够。运输皮带为B = 650mm,在投入运行初期,因渣量大,皮带较窄, 在皮带尾轮处积渣严重。渣仓角度不足,渣仓板结,堵塞。渣仓高度不足,装车高度不够。在整改中通过将皮带带宽改为B = 800mm ,拆除渣仓,设置炉渣堆场,渣由皮带直接落地,在渣场堆放,使存在的问题得到了

31、解决。2.4 高炉渣的利用1 生产水泥 利用粒化高炉渣生产水泥是国内外普遍采用的技术。在前苏联和日本,50 %的高炉渣用于水泥生产。我国约有3/ 4的水泥中掺有粒状高炉渣。在水泥生产中,高炉渣己成为改进性能、扩大品种、调节标号、增加产量和保证水泥安定性合格的重要原材料。目前,我国利用高炉渣生产的水泥主要有矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、石膏矿渣水泥、石灰矿渣水泥和钢渣水泥等五种。2 制成矿渣砖 主要原料是水渣和激发剂，水渣既是矿渣砖的胶结材料又是骨料，用量占85 %以上。所生产的砖其强度可达到l0MPa左右，能用于普通房屋建筑和地下建筑。3 湿碾矿渣混凝土 以水渣为主要原料配入激发剂(水泥、石

32、灰、石膏)，放在轮碾机中加水碾磨，制成砂浆后与粗骨料拌和而成的一种混凝土。原料配合比不同,得到的湿碾矿渣混凝土的强度不同。此种混凝土适宜在小型混凝土预制厂生产混凝土构件。4 生产矿渣棉 矿渣棉是以矿渣为主要原料，经熔化、高速离心或喷吹制成的一种白色棉丝状矿物纤维材料。它具有质轻、保温、隔音、隔热、防震等性能。许多单位己将矿渣棉制成各种规格的板、毡、管壳等。5 生产微晶玻璃 微晶玻璃是近几十年发展起来的一种用途很广的新型无机材料。高炉渣微晶玻璃与同类产品对比,具有配方简单、熔化温度低、产品物化性能优良及成本低廉等优点，除用于耐酸、耐碱、耐磨等部位外，经研磨抛光是优良的建筑装饰材料。采用机械化压延

33、成型工艺，还可生产大而薄的板材 。6 生产硅肥 硅肥是一种以含氧化硅(SiO2)和氧化钙(CaO)为主的矿物质肥料，它是水稻等作物生长不可缺少的营养元素之一，被国际土壤学界确认为继氮(N)，磷( P)，钾( K)后的第四大元素肥料 。7 生产高炉渣微粉 所谓高炉渣微粉是指高炉水渣经烘干、破碎、粉磨、筛分而得到的比表面积在3000cm2以上的超细高炉渣粉末。高炉渣微粉主要用做水泥或混凝土的混合材料，可显著提高混凝土强度、改善耐久性。2.5 高炉渣处理利用总结目前日益缺乏的水资源和严重的水源污染等问题已成为我国各行业共同关心的重大问题。如何节约用水,减少污水排放,合理利用水资源已成为钢铁行业的首要

34、任务。炉渣处理是高炉系统中耗水大、污染重的项目, “图拉法”渣处理系统同原3#高炉采用平流沉淀池的水渣处理工艺进行比较,其节水效果非常显著,平均每t渣节水39. 1m3,节电7kW/h。按高炉一代炉龄10年计算,可节约费用6998. 7万元 ，不仅具有较好的经济效益，还有利于环保。而在注重节约资源的同时，安全生产也是我们应当注意的一个重要环节，使用“图拉法”彻底解决了传统水淬渣易爆炸的安全隐患问题,安全性高。生产实践表明,在高炉渣中带铁高达40%时,仍能安全生产。熔渣处理过程在封闭的状态下进行，环境保护好。循环水量小，动力能耗低。成品渣含水率低、质量好。可应用于生产水泥、矿渣砖、湿碾矿渣混凝土

35、、矿渣棉、微晶玻璃、硅肥、高炉渣微粉等方面，应用比较广泛，所以应大力推广并普及该项技术 。3 钢渣处理3.1 钢渣简介钢渣是炼钢中产生的废渣，基本呈黑灰色,外观像结块的水泥熟料,其夹带一些Fe粒,硬度大。钢渣的主要化学成分有:CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5,有的还含有V2O5、TiO2等,成分有较大范围的波动。钢渣的特点是Fe的氧化物以FeO和Fe2O3形式存在,而以FeO为主,总量在25%以下。钢渣中一般均含有P2O5,其在钢渣矿物形成中起重要作用,首先,它和CaO、SiO2生成活性较差的纳盖斯密特石(7CaOP2O52SiO2)阻碍了硅酸三钙的生

36、成,另外,P的存在也会使硅酸三钙分解,降低钢渣的活性。钢渣的矿物组成与钢渣的化学成分有关,特别是取决于钢渣的碱度(CaO SiO2，P2O5的含量比)。低碱度钢渣中主要成分为氧化铁,并固溶有氧化锰、氧化钙；在高碱度钢渣中主要为氧化镁、氧化亚铁、氧化锰组成的固溶体。在钢渣矿物组成中,硅酸二钙和硅酸三钙的含量都比较高,可以保存较高的活性,适于水泥生产.氧化镁在低碱度钢渣中,以镁蔷薇辉石矿物存在,在高碱度钢渣中,存在于二价金属离子氧化物中,不会引起安定性不良,不会对钢渣生产水泥造成影响。但在不同碱度的钢渣中,均有游离氧化钙的存在,它会分解,导致体积膨胀,产生危害。钢渣的应用大体有：铁的回收；作冶炼溶

37、剂、脱硫剂；配烧水泥熟料；做混凝土的耐磨集料；制微晶玻璃；做建材、铺路、处理废水等。20世纪初期国外开始研究钢渣的利用价值。由于钢铁生产技术的提高和发展,导致大量钢渣弃置堆积。堆积钢渣形成渣山,不仅成为污染环境的一大公害,而且占用大量土地。为了适应钢铁工业发展的需要，工业发达国家注重于研究钢渣的利用技术，寻求利用量大，简易可行的钢渣利用途径，并已取得显著成果，达到了消除渣害的目的。通过钢渣的综合利用,越来越多的国家意识到，钢渣不再是单纯的副产品，而是宝贵的资源。70年代以来，工业发达国家面临严重的资源不足和缺乏能源的处境，可是钢渣的处理和利用技术却得到进一步发展。工业发达国家钢渣的综合利用率得

38、到迅速提高，一直处于世界领先行列。由于炼钢设备、工艺布置、造渣制度、钢渣物化性能的多样性及其利用上的多种途径，决定了钢渣处理工艺上的多样化。工业发达国家根据钢渣的用途、炼钢工艺特点以及有利于提高炼钢生产能力来选择钢渣的处理工艺，从而保障了钢渣综合利用率的提高。3.2钢渣处理工艺钢渣的综合利用一直是我国研究的命题之一。钢渣按来源分有转炉渣、电炉渣和铸余渣,通过有效的管理手段和合理的渣处理工艺,为钢渣的综合利用创造了良好的前提条件,使钢渣的综合利用率达到了较高的水平。但是中国的钢渣回收利用与其他主要产钢国家相比还处于相对落后的水平。对比数据见表3-1。表3-1主要产钢国家钢渣利用情况宝钢是我国钢铁

39、企业的龙头企业,在生产过程中涉及大量的二次资源的回收利用，目前已经引进了国外的先进技术，部分经过自己的消化吸收，并对原有技术进行创新，使钢渣综合利用迈向了一个新的台阶，其钢渣综合利用水平在我国处于领先地位。这里以宝钢的钢渣处理方法为例做介绍8。3.2.1 浅盘法浅盘法，为日本新日铁公司开发。宝钢的浅盘工艺引自新日铁。流动性较好的A、B、C渣通过渣罐运送至渣处理间,再用120 t吊车把渣倒入渣盘中,静置35 min,第一次喷水冷却,喷水2min,停3min,如此重复4次,耗水量约为0.33m3/t,钢渣表面温度下降至500左右。然后将浅盘中凝固并破碎的钢渣倾倒在排渣车上,运送到二次冷却站进行第二

40、次喷水冷却,喷水4 min,耗水量为0.08m3/t,钢渣温度下降至200左右。再将钢渣倒入水池内进行第三次冷却,冷却时间约30 min,耗水量0.04m3/t,钢渣至此温度降至5070,随后输送至粒铁回收线。浅盘法工艺的优点为: 用水强制快速冷却，处理时间短,每炉渣1.52.5 h即可处理结束，处理能力大； 整个过程采用喷水和水池浸泡，减少了粉尘污染； 经3次冷却后，大大减少了渣中矿物组成、游离氧化钙和氧化镁等所造成的体积膨胀，改善了渣的稳定性； 处理后钢渣粒度小而均匀，可减少后段破碎筛分加工工序； 采用分段水冷处理，蒸汽可自由扩散，操作安全； 整个处理工序紧凑，采用遥控操作和监视系统，劳动

41、条件好。浅盘法的缺点是钢渣要经过3次水冷，蒸汽产生量较大，对厂房和设备有腐蚀作用，对起重机寿命有影响；另外，浅盘消耗量大，运行成本高。3.2.2 热闷法钢渣热闷罐法处理工艺为：当大块钢渣冷却到300600时，装入翻斗汽车运至闷罐车间，倒入闷罐内，盖上罐盖 。在罐盖的下方安装有能自动旋转的喷水装置，间断地向热渣喷水，使罐内产生大量蒸汽，与钢渣产生复杂的物理化学反应，使钢渣产生淬裂。钢渣由于含有游离氧化钙，遇水后会消解成氢氧化钙，发生体积膨胀，使钢渣崩解粉碎。钢渣在罐内经闷解后，一般粉化效果都能达到60%80%，然后用反铲挖掘机挖出，进行后步处理。宝钢现有一、二炼钢两条闷罐生产线。一炼钢主要处理转

42、炉D渣(流动性最差的)和落锤车间铸余渣残渣，称之为钢渣闷罐生产线。由于宝钢渣处理工艺路线使之进入闷罐中的钢渣温度在600，甚至更低，所以游离氧化钙消解并不彻底。二炼钢集中处理所有铁渣补充闷罐生产，使钢铁渣处理设施得到了充分利用。工艺流程见图3-1。图3-1钢渣处理罐式热闷工艺流程该工艺的特点是：机械化程度较高，劳动强度低；由于采用湿法处理钢渣，环境污染少，还可以部分回收热能；处理后，钢、渣分离好，可提高废钢回收率；钢渣稳定性好。3.2.3 滚筒法滚筒法处理工艺是宝钢在购买俄罗斯专利技术的基础上，经过消化吸收和创新后，于1998年首次进行了工业化应用。生产实践表明，该装置具有流程短、投资少、环保

43、、处理成本低以及钢渣稳定性好等优点。该工艺主要是将液态钢渣自转炉倒入渣罐后，经渣罐车运输至渣处理场，用吊车将渣罐运到滚筒装置的进渣流槽顶上，并以一定速度倒入滚筒装置内，液态钢渣在滚筒内同时完成冷却、固化、破碎及钢渣分离后，经板式输送机排出到渣场，此钢渣经卡车运输到粒铁分离车间进行粒铁分离后便可直接利用。滚筒法钢渣处理装置结构示意见图3-2。图3-2 滚筒法钢渣处理装置结构示意图经滚筒法处理后的钢渣游离氧化钙基本在4%以内，其中小于2%的占45%；处理后钢渣的粒度分布见表1，可见小于15 mm的钢渣约占总量的97%以上，由于滚筒法渣处理可以省却与热泼法相匹配的粒铁回收车间以及如排渣车、水池等辅助

44、设施，大大节约基建投资。滚筒法实现了渣处理工艺的革命,代表了渣处理生产技术的发展方向，宝钢已开始实施全面的技术输出和工业化生产战略。表3-2滚筒法钢渣的粒度分布3.3 我国钢渣综合利用情况3.3.1技术的发展过程尽管我国对钢渣的综合利用研究的积极性大有提高,但综合利用技术发展不平衡。 钢渣在烧结、炼铁、化铁炉、水泥生产的利用量仅为60多万t。 钢渣在工程回填料、农肥、筑路、油田建设等方面利用,资源流失比例仍然不小。我国1986年开始对老渣山进行技术开发和对新老钢渣多层次综合利用。 钢渣利用量达746万t,利用率(包括老渣)为当年排渣量的83. 4%。钢渣返回烧结约43万t,占5%8% ;用于生

45、产水泥约45万t,占5% ;用于筑路约170万t,占20% ;用于填海造地约490万t,占55%。由此可见,钢渣作为一种资源已被冶金、建材、农业等部门所应用,钢渣正在逐步商品化,发展钢渣综合利用势在必行9。80年代以来,我国首钢、太钢、唐钢、济钢、南钢等众多钢厂,把钢渣返回烧结作冶炼熔剂,效果甚好。3.3.2从钢渣中回收废钢从回收废钢为目的翻挖已堆积的渣山和处理利用钢渣的工作,已经开展了许多年。太钢“以渣治渣、变废为宝”的实践经验已经得到重视并加以推广。首钢、鞍钢为开发渣山,先后建起了钢渣破碎磁选生产线,不仅使回收废钢量增加,而且提高了钢渣综合利用的经济效益,为我国开发渣山提供了成功的经验。上

46、钢三厂70年代末建成钢渣破碎处理车间,用落锤粗破渣索回收废钢。1979年至1985年,共处理钢渣340万t,回收渣钢40万t。 天津、武汉、成都、上海的炼钢企业,也在开发渣山中回收了大量废钢。江西南昌钢铁厂从1989年至1992年,经过三年的努力,将多年积存的16万t钢渣全部处理完毕,并在原渣山占地基础上新建了渣砖厂。 钢渣和土地都得到了合理利用,可谓一举两得。南钢还在学习广钢的经验基础上,对原钢渣处理系统进行了技术改造。改造后钢渣加工处理系统,经过多道破碎和磁选,使渣中废钢的回收率提高到80%。 废钢回收已达5 000余t,废渣亦全部分级合理利用。 南钢渣山已永远消失。 虽然在开发渣山方面取

47、得一些有目共睹的成效,但是存在的问题也不得不引起有关部门的重视,例如：1 缺乏必要的破碎磁选及机械设备,一些地方靠人工捡拣增加了劳动强度。2 由于依赖手工劳动,金属回收不干净,存在资源浪费问题。3 在开发渣山过程中也存在回收废钢未能和钢渣的综合利用结合起来,甚至出现劳动重复现象。3.3.3钢渣在基本建设中应用在城市建设中,钢渣在基本建设中的应用范围迅速增加和扩大。 尤其在交通道路方面、海港码头、工厂住宅区等建设中,大量使用了钢渣。冶金部建筑研究总院和武汉、成都等大中城市的有关单位,在钢渣铺筑道路的应用研究,取得了一定的成果和经验。钢渣用于筑路是钢渣综合利用的一个主要途径。欧美各国钢渣约有60%

48、用于道路工程。钢渣碎石的硬度和颗粒形状都很适合道路材料的要求。钢渣可以用于道路的基层、垫层及面层。一般是钢渣与粉煤灰或高炉水渣中加入适量水泥或石灰作为激发剂,成为道路的稳定基层。如宝钢在三期工程主干道纬十一路采用钢渣三渣在道路基层施工中进行试验10。试验道路第一段采用水淬钢渣、粉煤灰和石灰三渣混合料,第二段采用粒铁回收后的规格渣、粉煤灰和石灰三渣混合料。对比路段采用天然碎石、粉煤灰和石灰三渣和高炉水渣、粉煤灰和石灰三渣。相比天然碎石三渣和高炉水渣三渣,钢渣三渣基层具有较高的承载力,铺筑沥青面层后,经一年行车考验,路面平整无裂纹,与其它路段无区别。此外,钢渣还可以用于沥青混凝土路面。钢渣在沥青混

49、凝土中有很高的耐磨性、防滑性和稳定性,是公路建设中有价值的材料。国外曾在用沥青混凝土铺筑的试验路面上进行了路面抗防滑轮胎磨损试验,一种是用硬质天然碎石为骨料,另一种是用钢渣为骨料。结果表明钢渣路面较天然硬质岩抗磨性好,防滑性也较好。钢渣还适用于冬季修补路面的热拌沥青拌合料,因为钢渣热耗低,容重大,固定性好,用于修补路面时修补处能很好地固定在原位。除铺路之外，钢渣还用于在混铁炉和平炉基础建设中掺石灰代替低标号混凝土作垫层,也都取得令人满意的结果。还可采用钢渣掺石灰代替浆砌片石基础,使用多年也从未发现问题。使用中存在的问题：1 渣中存有废钢,废钢仍然在流失。为提高利用价值,钢渣应该破碎、磁选、加工

50、。2 钢渣公路存在不同程度的收缩裂纹,主要是钢渣质量未作到严格要求,钢渣内尚有不稳定颗粒,有待进一步研究。3.3.4钢渣在水泥工业中的应用由于钢渣中含有和水泥相类似的硅酸三钙、硅酸二钙及铁酸钙等活性矿物,具有水硬胶凝性,因此可以成为生产无熟料水泥或少熟料水泥的原料,也可以作为水泥掺合料。水泥熟料是由石灰石、黏土和铁粉等高温焙烧而成。每分解1 t石灰石需耗能2. 1 MJ ,排放440 kg二氧化碳,因此钢渣用于水泥生产可以有效降低能耗,减少温室气体效应。目前的钢渣水泥品种有:无熟料钢渣矿渣水泥、少熟料钢渣矿渣水泥、钢渣沸石水泥,钢渣矿渣硅酸盐水泥、钢渣矿渣高温型石膏白水泥和钢渣硅酸盐水泥等,钢

51、渣水泥的配比见表3-3。水泥标号从275、325提高到425以上,并制订了相应的国家标准和行业标准。表3-3 各种钢渣水泥的配比钢渣水泥不仅具有与矿渣水泥相同的物理力学性能,还具有水化热低、耐磨、抗冻、耐腐蚀、高抗折强度等优良特性。影响水泥强度的关键因素是钢渣矿渣水泥的细度。在水泥原料中,熟料和石膏的硬度比较小,容易破碎,而钢渣的硬度比较大,渣内还包裹渣钢粒,因此破碎比较困难。表3-4为钢渣细度与强度的关系。细度越细,水化作用越快,强度增大速度越快。但比表面积过大,水量提高,强度反而会降低。另外,钢渣水泥的早期强度相对较低。表3-4 钢渣细度对强度的影响80年代发展速度明显,我国已拥有50多个

52、钢渣水泥生产厂。 钢渣水泥生产已超过50万t。本溪、安阳、邯郸等地建成10万吨级的钢渣水泥厂。目前,我国钢渣水泥的生产能力已达100万t以上。各钢渣水泥厂的工艺设备逐渐完善,产品质量稳定,管理和技术水平有相当大的提高。 钢渣水泥的品种增多。 钢渣矿渣水泥经实践应用证明,在很大程度上推动了钢渣水泥生产。山东莱芜、辽宁本溪、四川重庆、湖北大冶等地,用电炉还原渣生产白水泥,销路一直稳定。 冶金企业外的“民办”钢渣水泥厂比冶金企业内部的钢渣水泥厂效益好,规模发展快,产品质量好。但是,钢渣物化性能波动范围大及钢渣杂质多,直接影响到水泥的质量和钢渣水泥的发展。 从炼钢及其排渣工艺上解决钢渣的质量问题,就能

53、够达到为水泥工业提供优质钢渣的目的。3.3.5钢渣在农业方面的应用我国钢渣在农业改良土壤的应用始于50年代末60年代初。 中国科学院林业土壤研究所、湖南涟源等地进行过田间试验。19581960年,中国科学院东北林业土壤研究所对全国各地主要炼钢厂的平炉钢渣进行了分析研究,将加工或粉化的粉肥用于各种不同的土壤中进行田间肥效试验。19651973年,中国科学院南京土壤研究所对含磷较多的平炉水淬钢渣加工粉化,用于水稻、黄豆等作物试验。19841985年,中国科学院南京土壤研究所、湖南化工研究所等单位共同协作,开展了钢渣的农用试验研究,使钢渣农用试验在用量、用法、粒度、土种、肥效以及作物的品种、性状、抗

54、性和肥种对比及添加培养元素等10个方面,取得了可喜的进展。80年代后期,由于科研经费不足使这方面的工作进展不大。1 试验缺乏连续性,无法得出科学的结论。 2 钢渣在农业上应用成本太高,农民用不起,结果造成其利用率低,如马钢钢渣磷肥车间停业改产。3.3.6钢渣在冶金原料方面的应用钢渣用于冶金原料方面,主要是在烧结、炼铁、化铁炉中应用。首钢、宝钢、马钢、湘钢、济钢、包钢、唐钢、重钢等厂,几年来一直坚持使用。1984年以后,邯钢、安钢、南京钢厂也将钢渣应用于烧结中,太钢进行了粉化钢渣返回烧结的生产试验。 多年来的生产实践表明,水淬钢渣用于烧结效果较好。钢渣返回烧结使用,不仅有较好的效果,而且利用价值

55、高。烧结矿中配加钢渣代替熔剂,不仅回收利用了钢渣中残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分,而且成了烧结矿的增强剂,提高了烧结矿的质量和产量11。烧结矿中适量配入钢渣后,能显著地改善烧结矿的质量,使转鼓指数和结块率提高,风化率降低,成品率增加。再加上用于水淬钢渣松、粒度均匀、料层透气性好,有利于烧结造球及提高烧结速度。此外,由于钢渣中Fe和FeO的氧化放热,节省了烧结矿中钙、镁碳酸盐分解所需要的热量,使烧结矿燃料消耗降低。高炉使用配入钢渣的烧结矿,由于强度高,粒度组成改善,尽管铁品位略有降低,炼铁渣量略有增加,但高炉操作顺行,对其产量提高、焦比降低有利。烧结中配加钢渣值得注意的是磷富集问题。按照宝钢的统计数据,烧结矿中钢渣配入量增加10 kg / t,烧结矿的磷含量将增加约0. 0038% ,而相应铁水中磷含量将增加0. 0076%。比较可行的措施是控制烧结矿中钢渣的配入比例,另外可以在生产中有针对性地停配钢渣一个时期,待磷降下来后再恢复配料。另外,钢渣的粒度过大对烧结矿质量会带来不利影响 。如钢渣平均粒度过大,较粗的钢渣在烧结混合料中产生偏析,造成烧结矿的碱度波动,给高炉生产带来不利影响。为此应该增强钢渣的破碎和筛分能力,保证粒度的均匀性。如果我国能有50%的钢渣在