本发明属于工业固体废弃物处理技领域，具体涉及一种提高钢渣铁组分回收率的方法。
背景技术：
：在工业领域，特别是冶金行业，存在大量的固体废弃物，如钢渣。钢渣包括电炉渣和转炉渣，其主要化学组成有CaO、Fe2O3、SiO2、Al2O3、MgO、MnO，存在大量有益的化学成分。因此，需要对钢渣进行有效的回收利用。目前，钢渣的资源化利用主要集中在三个方面，一是在钢铁企业里的返回利用，二是作为建筑材料利用，三是在农业中作为肥料、土壤改良剂。然而，钢渣选铁后尾渣的利用率只有20％，其余尾渣都是简单堆弃在渣场，占用并破坏土地。钢渣中含有约10％的金属铁和约30％的铁氧化物，全铁量可达30％，具有很高的回收价值。但是，在目前对钢渣的铁组分回收中，钢渣热闷工艺和冷态钢渣破碎、球磨、磁选工艺只能回收一小部分金属铁和磁铁矿，非磁性铁氧化物中的铁元素无法回收，浪费了宝贵的铁元素资源。此外，在源头排放的熔融炉渣具有大量高品质显热。刚排渣后的温度可达1700℃，熔融状态下维持在1550℃以上，平均热焓值约为1670MJ/t。而现有的钢渣处理工艺基本上未能有效利用该部分热量，浪费了宝贵的钢渣显热。现有技术中，专利申请号为200910067564.6的中国专利在熔融还原炉内利用煤粉作为还原剂将熔融状态的电炉渣中的铁元素还原，从而回收电炉渣中的铁元素。此专利中利用的是钢渣中回收铁元素的还原法。还原法主要是利用还原剂在高温下将钢渣中的铁氧化物还原成铁单质的方法来回收铁，此方法回收率较高，但需加入还原剂或控制还原气氛，而且需要额外补充热量，增加能耗和成本。专利申请号为201210359035.5的中国专利是将熔融钢渣倒入辅料熔体中，制备以透辉石和铁氧体为主晶相的铁磁性微晶玻璃。专利申请号为201410276645.8的中国专利在钢渣中加入高硅质材料，在1500℃煅烧后于1250℃高温取样并急冷，通过磁选后分离除铁，改质钢渣的安定性得到提高，可用作水泥混合材，但未将铁回收作为主要研究内容。上述专利是采用磁选择法回收钢渣中的铁元素。磁选法是应用最广泛的工业回收铁的方法，但磁选也只能分离出电炉渣里的部分金属铁，而大量铁氧化物未得到有效回收。专利申请号为201510282540.8的中国专利是在稳定的液态钢渣状态下，吹入高炉煤气或焦炉煤气，氧化反应过程持续15～35min，在温度达到1300～1400℃时，增加高炉煤气或焦炉煤气中二氧化碳的含量，降低氧气的含量以抑制氧化速度，继续反应1～2h，直至温度最高达到1400～1600℃，基本完成FeO向Fe3O4的氧化，同时还需防止Fe3O4向Fe2O3的进一步氧化，同时以1～8K/min的冷却速度将钢渣冷却，最后通过破碎、筛分、磁选等回收工艺将冷却后的钢渣进行分选深加工。这是通过氧化法对钢渣中的铁元素进行回收。为了增加钢渣中铁磁性物质的含量，有大量研究采用氧化法处理钢渣。氧化法是指利用高温下的氧化性气氛将低价铁氧化物氧化成具有磁性的Fe3O4，从而进行回收铁质组分，但过度氧化又会造成Fe3O4转变成Fe2O3，氧化性气体在氧化程度控制、现场操作上也存在诸多不便。技术实现要素：本发明实施例要解决的技术问题是提供一种提高钢渣铁组分回收率的方法，通过增加钢渣中磁铁矿、铁尖晶石含量来实现钢渣铁组分回收率的提高，达到钢渣中铁元素和熔融钢渣显热的双利用，实现资源利用最大化。根据本发明的一个方面，提供了一种提高钢渣铁组分回收率的方法，所述方法包括：在熔融状态下的钢渣中混入预设比例的改质剂。上述方案中，所述方法还包括：当直接利用钢渣的显热将改质剂熔化并熔入钢渣中后，对钢渣进行冷却处理；对冷却后的钢渣通过破碎、筛分、磁选回收铁组分。上述方案中，所述钢渣包括：电炉渣、转炉钢渣，或不锈钢冶炼渣。上述方案中，所述改质剂包括：SiO2质量百分含量大于70％的高氧化硅含量改质剂；Fe2O3质量百分含量大于35％的高氧化铁含量改质剂；任意比的SiO2和Fe2O3的总含量超过70％的高硅高铁改质剂。上述方案中，所述预设比例，根据如下条件进行调整：钢渣通过改质剂改质后，所述钢渣的碱度范围为1.20～2.00，Fe2O3与FeO量百分含量的比值大于0.22。上述方案中，所述预设比例，为所述改质剂添加量占钢渣的质量百分比为10％～25％。从以上实施例的技术方案可以看出，本发明提供的一种通过改变碱度提高钢渣铁组分回收率的方法，在熔融状态下的钢渣中混入预设比例的改质剂，即在熔融的钢渣排放的过程中，将改质剂加入钢渣中，直接利用钢渣显热熔化改质剂，通过熔态改质方法改变钢渣碱度，改质剂掺量小于等于钢渣质量的25％。通过加入含有氧化硅、和/或含有氧化铁的改质剂对钢渣进行组分重组，增加磁铁矿、铁尖晶石含量，从而提高铁组分的回收率。本发明具有以下有益效果：(1)工业中刚排出的熔融钢渣的温度可达1550～1750℃左右，具有很大的显热，本发明实施例利用熔融电炉渣的显热熔化改质剂，有效地利用了熔融钢渣的显热，可实现改质过程无需补热；(2)加入钢渣的改质剂均为廉价原料，还可以是尾矿、尘泥等固废，实现资源的优化和协同利用；(3)通过加入含氧化硅、和/或含氧化铁的改质剂并经过组分重组后增加磁铁矿、铁尖晶石含量来实现钢渣铁组分回收率的提高；同时，Mn、Cr等重金属也通过此过程与铁形成固溶的磁性晶相，同时实现回收；(4)改质后的钢渣安定性改善，重金属减少，有利于尾渣的二次利用。具体实施方式为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明进行详细描述。冶金工业的钢渣在排放的过程中，需要经过从熔融状态到冷却状态变化。而这一过程伴随大量热量的散发和损失。本发明针对高温熔融钢渣，在熔渣排放的过程中，将改质剂加入其中，直接利用熔渣显热熔化改质剂，通过熔态改质方法改变钢渣碱度，通过加入含氧化铁、和/或氧化硅的改质剂进行铁价态的匹配，从而增加钢渣中磁铁矿、铁尖晶石含量来实现钢渣铁组分回收率的提高。发明人通过对大量实验研究发现，转炉钢渣中铁质组分通常只能磁选回收一半左右，磁选后仍然还有接近20％的氧化铁(化学组分)未能回收，其中主要是以RO相的形式存在的二价铁和以铁酸钙形式存在三价铁；而电炉渣中更为明显，其含有二价铁的数量更多。本发明利用钢渣中存在三价铁和二价铁，但是由于热力学对矿相形成的限制，不能结合成Fe3O4，通过改变碱度，释放出Fe3O2，促进Fe3O4的形成。因此通过加入高硅改质剂，改变钢渣碱度，从而使得钢渣矿相重组，促进其中的三价铁和二价铁结合形成含铁磁性矿物。同时，钢渣中以二价铁为主，在钢渣中三价铁不足的条件下，加入含氧化铁的改质剂，在合适的碱度条件下，能够促进磁性矿物的形成。大量模拟计算和现场实验研究表明，熔渣显热能够熔解改质剂的能力是25％左右，因此可以实现利用熔渣显热熔解改质剂，从而使得钢渣改质过程工艺简单，成本低，易于实施。由于钢渣碱度高，在熔融态下粘度会随着温度下降而迅速升高，因此，采用还原方法加入煤粉等还原剂来还原需要消耗大量热量，在现场实施必然需要增加大量补热设备，成本高，难度大，难以应用。而本发明在消耗少量热量的条件下，利用钢渣本身的高温显热，提高了钢渣的磁选率。具体的，本发明实施方式的提高钢渣铁组分回收率的方法，包括如下步骤：在熔融状态下的钢渣中混入预设比例的改质剂。所述方法还包括：当直接利用钢渣的显热将改质剂熔化并熔入钢渣中后，对钢渣进行冷却处理；对冷却后的钢渣通过破碎、筛分、磁选回收铁组分。上述步骤通过熔态改质方法改变液态钢渣组成，从而改变冷却固态钢渣的矿相组成，增加磁铁矿、铁尖晶石含量，促进钢渣中铁磁性组分的增加，从而实现铁组分回收率的提高；其中钢渣可以是电炉渣、转炉钢渣或者不锈钢冶炼渣等。优选的，所述改质剂包括：SiO2质量百分含量大于70％的高氧化硅含量改质剂，比如河沙，尾矿，硅灰，石英砂等；Fe2O3质量百分含量大于35％的高氧化铁含量改质剂，比如氧化铁鳞、转炉除尘灰、冶金尘泥等；任意比的SiO2和Fe2O3的总含量超过70％的高硅高铁改质剂，比如含铁尾矿。在使用过程中改质剂可由两类原料分别制成，也可以混合制备而成。进一步的，所述预设比例，根据如下条件进行调整：钢渣通过改质剂改质后，所述钢渣的碱度范围为1.20～2.00，所述碱度是二元碱度；Fe2O3与FeO量百分含量的比值大于0.22。优选的，所述预设比例，为所述改质剂添加量占钢渣的质量百分比为10％～25％。下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。首先，需要对本发明以下实施例中涉及到的钢渣化学成分进行说明，表1所示为本发明具体实施例中钢渣化学成分及其重量百分比；表2为本发明实施例中所用的改质剂化学组成。表1种类TFeFeOFe2O3MFeCaOSiO2MgOAl2O3电炉钢渣19.9715.0311.82-40.1217.093.903.62转炉钢渣23.0016.479.493.4336.8015.407.560.87表2原料组成SiO2CaOFe2O3MgOAl2O3Na2OK2O河沙71.262.872.720.8813.923.713.88铁尾矿64.645.9715.264.335.040.941.32冶金尘泥16.449.9163.141.974.120.601.99第一实施例在熔融电炉渣中掺入16％(质量百分含量)的河沙，河沙的氧化硅含量为71.26％；进一步将熔解均匀的改质熔渣空冷，冷却后将改质电炉渣部分样品破碎球磨至200目以下，以备磁选。测试结果表明，改质钢渣的碱度由2.35减少为1.42，Fe2O3与FeO含量(质量百分含量)的比值即为0.81，铁组分的回收率为60.47％。末经改质的钢渣，通过常规方法进行铁组分回收，其回收率为31.75％。采用本发明对钢渣进行改质后再回收铁组分，比不改质的钢渣回收率提高了90.40％。本实施例回收的铁组分的铁磁性物质矿相以磁铁矿、含铁尖晶石为主。第二实施例在熔融电炉渣中掺入20％(质量百分含量)的铁尾矿，铁尾矿的SiO2+Fe2O3含量为79.90％；进一步将熔解均匀的改质熔渣空冷，冷却后将改质电炉渣部分样品破碎球磨至200目以下，以备磁选。测试结果表明，改质钢渣的碱度由2.35减少为1.38，Fe2O3与FeO含量(质量百分含量)的比值为0.99，铁的回收率为73.71％，比不改质钢渣提高了132.09％。第三实施例在熔融转炉渣中掺入25％(质量百分含量)的河沙，河沙的氧化硅含量为71.26％；进一步将熔解均匀的改质熔渣空冷，冷却后将改质转炉渣部分样品破碎球磨至200目以下，以备磁选。测试结果表明，改质钢渣的碱度由2.35减少为1.39，Fe2O3与FeO含量(质量百分含量)的比值为1.88，铁的回收率为50.59％，比不改质钢渣提高了59.29％。第四实施例在熔融电炉渣中掺入10％(质量百分含量)的河沙和14.46％(质量百分含量)的冶金尘泥，河砂的氧化硅含量为71.26％，冶金尘泥的Fe2O3含量为63.14％；进一步将熔解均匀的改质熔渣空冷，冷却后将改质电炉渣部分样品破碎球磨至200目以下，以备磁选。测试结果表明，改质钢渣的碱度由2.35减少为1.57，Fe2O3与FeO含量(质量百分含量)的比值为1.41，铁的回收率为74.78％，比不改质钢渣提高了135.45％。本发明上述实施例提供的提高钢渣铁组分回收率的方法，在熔渣排放的过程中，将改质剂加入其中，直接利用熔渣显热熔化改质剂，通过熔态改质方法改变钢渣碱度。通过加入氧化硅、和/或氧化铁进行组分重组，增加钢渣中磁铁矿、铁尖晶石含量来实现钢渣铁组分回收率的提高，既有效地利用了熔融钢渣的显热，又提高了钢渣铁组分回收率。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3