[发明专利]转炉双联脱磷渣中磷元素的回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冶金炉渣资源化再利用的方法，具体涉及一种从转炉双联冶炼工艺脱磷炉炉渣中回收磷元素的处理方法。

背景技术

转炉渣是炼钢过程的副产品，是钢铁冶金行业的主要固体废弃物之一。目前，我国钢铁企业转炉渣量一般为粗钢产量的10～15％。2009年中国粗钢产量为5.68亿吨，转炉钢比例为88％左右。每年由此带来的转炉渣副产品高达5000～7500万吨。与发达国家相比，我国转炉渣综合利用率较低，目前仅为36％，同时，利用水平比较落后，通常用于生产水泥、工程回填、制钢渣砖和返回烧结等。大多情况下属于初级利用，未能充分发挥转炉渣的资源价值。剩余大量的废渣仍堆放处理，占用良田，污染环境，影响人与社会的可持续发展。

转炉双联法是近年来兴起的一种超低磷钢冶炼技术。该工艺首先在一个专用转炉内对铁水进行脱磷处理，脱磷后的铁水装入另一转炉进行脱碳炼钢。采用专用转炉，可以充分利用炉内氧化性气氛和强烈底吹搅拌的有利条件进行脱磷，炼钢时可以实现少渣吹炼。脱碳炉炉渣中P₂O₅和S含量低，可以返回脱磷炉使用。由于采用专用转炉脱磷，脱磷炉炉渣中的P₂O₅含量往往高于常规转炉渣，将其返回烧结和炼铁过程势必造成铁水磷含量不断提高，增加炼钢工序负担；故脱磷炉炉渣一般无法再回炉利用，须排出后另行处理，可用于造砖后再利用。脱磷炉终点温度通常在1350℃左右，远低于常规冶炼转炉出钢温度，因而脱磷渣中自由氧化钙含量高，将其用于建筑领域需经过长期的陈化处理。鉴于脱磷渣相对较高的P₂O₅含量，其是绝佳的钢渣磷肥原料。尤其是转炉双联冶炼中高磷铁水时，可获得高P₂O₅含量的脱磷渣，对其进一步处理可获得高品质的钢渣磷肥，促进转炉钢渣在农业领域的资源化利用，解决环境污染并创造经济效益。

为实现转炉渣在农业领域的资源化利用，冶金工作者开发了多种磷的富集与分离技术，包括利用密度差异缓冷上浮、还原分离、电解分离、浮选分离等。由于常规转炉渣P₂O₅含量较低以及上述各方法自身存在的一些缺陷，目前尚无有效的方法得到实际工业应用。转炉双联工艺与常规单转炉冶炼工艺有很大的不同：首先脱磷炉终点温度通常在1350℃左右，比常规转炉出钢温度低300℃左右；其次脱磷炉冶炼周期仪8～12min，远低于单转炉冶炼。工艺参数的不同使得脱磷渣与常规转炉渣在显微结构上有很大的不同。由于体系温度低、时间短，脱磷渣中的矿物难以像常规转炉渣一样充分聚集生长，导致富磷物相尺寸远小于磨矿细度，且磷、铁弥散分布，富磷相和富铁相嵌布紧密，采用传统的分离工艺难以有效地对脱磷渣中的磷元素进行回收处理。

发明内容

针对上述传统分离工艺难以有效分离转炉双联脱磷渣中磷元素的难题，本发明的目的在于：提供一种从转炉双联脱磷渣中有效分离并回收磷元素的方法，分离后的富磷相可用于农业领域；本发明的另一目的在于，分离磷元素的同时，回收富含铁、锰等元素的低磷相，将其返回转炉使用，从而实现节能减排、降低炼钢生产成本。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

转炉双联脱磷渣中磷元素的回收方法，其特点在于：在脱磷渣中添加酸性或中性氧化物作为改性剂；对脱磷渣和改性剂的混合物进行高温熔融处理，使改性剂改变脱磷渣物相组成和元素分布，令渣中的磷元素富集于一个或者一组稳定的矿物中；对上述高温熔融处理后的混合物冷却，冷却后的混合物渣样经破碎、球磨后进行磁选分离，得到富磷的非磁性物和低磷的磁性物。

申请人分析，脱磷渣中的磷主要以3CaO·P₂O₅-2CaO·SiO₂固溶体的形式存在，与铁、锰等金属元素赋存于不同的矿物相中。基于含磷相和无磷相巨大的磁特性差异，施加一定强度的磁场可起到分离磷元素的作用。但由于脱磷渣中含磷相弥散分布，同无磷相嵌布紧密，为了达到分离的目的，故添加改性剂，使改性剂与脱磷渣混合物在熔融状态下发生反应，并改变脱磷渣物相组成和元素分布，令渣中的磷元素富集于一个或者一组稳定的矿物中。再冷却并破碎后采用磁选分离。达到了有效地从转炉双联脱磷渣中分离并回收磷元素的目的。