[发明专利]一种含铁工业熔渣在线回收铁及制备微晶玻璃熔块的方法

说明书

技术领域

本发明属于资源综合利用和材料制备的技术领域，尤其是在冶金熔渣高附加值利用和微晶玻璃制备领域。

背景技术

众所周知，我国冶金等行业生产中排放大量的高温含铁熔渣，包括熔融态的转炉钢渣、电炉钢渣、不锈钢渣、镍渣，以及含铁的熔融态铁合金渣、精炼渣、电厂液态渣、脱硫渣、磷渣等。

目前这些高温熔渣普遍采用直接冷却后再利用的方法，这种方法存在显热利用、铁素资源的有效回收、渣的高附加值利用的难题，并一直未能解决。冷却后的固态渣经过分级破碎磁选的传统方法只能回收15%的铁，而另一半铁存在于非磁性或部分弱磁性铁氧化物中而无法分离。同时，高温熔渣排渣温度>1400℃，具有热量品质高，数量大（显热>60kgce/t）。然而，现有技术未能实现钢渣热量的利用，大量显热在空气中被直接冷却浪费。冷却后的渣大多作为水泥混合材、路基材料等低附加值利用或不能有效利用而大量堆存。

微晶玻璃又称为玻璃陶瓷，是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。

在工艺上，微晶玻璃的制备过程具有原料1500℃左右高温熔融和基础玻璃700~1000℃热处理的两个加热过程，而第一个高温熔融过程与钢渣熔体温度接近。

在组成上，CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃是其中一个重要类别。这类微晶玻璃的主要成份为SiO₂，Al₂O₃，CaO和MgO，与钢渣的成分接近。

因此，恰当调整高温熔融状态下的钢铁渣组分和温度，就能够将钢铁熔渣直接作为微晶玻璃的高温熔融原料进行利用，从而避免了传统微晶玻璃原料高能耗熔融过程。

对CaO-Al₂O₃-SiO₂系矿渣微晶玻璃的研究已有很长的历史。上世纪五十年代末，矿渣微晶玻璃在前苏联得到研制成功，随后，以矿渣微晶玻璃为代表的CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃迅猛发展，并已经实现了产业化生产。由于CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃具有抗弯、抗压和抗冲击性能优良、化学稳定性好、耐磨性强的特点，已被广泛用作高档建筑装饰材料替代天然花岗岩和高档墙地砖；同时作为耐磨、耐腐蚀材料应用于冶金、化工、机械、建材、能源等领域。

国内外研究者（如专利授权号：CN101125735 B；申请号：200710054035.3；申请号：200710010130.3；申请号：200410073239.8）对CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃的研究主要在扩大原料来源、提高固体废弃物掺量、探索微晶玻璃形成机理、还原回收熔渣中的铁水方面开展大量工作。然而，以上研究均采用冷渣重熔制备微晶玻璃的传统利用工艺。目前，市场上的CaO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃仍然以天然矿物原料为主体，采用这一传统工艺利用废渣并没有明显优势。其关键问题在于如何降低该工艺能耗和保证产品质量。

近来，不少研究者尝试直接将高温熔渣制备成微晶玻璃，如专利“工业熔融炉渣直接制造矿渣微晶玻璃”（申请号：91102237.6），“一种利用火电厂液体排渣炉制备烧结微晶玻璃的方法”（申请号：200810018384.4），“综合利用黄磷熔渣和尾气生产微晶玻璃的方法”（申请号：200710077733.5）。但是这些专利中均采用一步法，即直接将高温工业废渣改质成满足微晶玻璃原料要求的合格熔渣，没有铁回收和粗调改质的内容。

发明内容

本发明的目的之一：提出同时利用含铁工业熔渣热、铁、渣的高附加值利用方法，保证了本发明不仅社会效益显著，技术可行，而且同样具有良好的经济效益。通过直接利用工业排出的熔渣替代原料，避免重新熔融工业废渣的能耗，比传统工艺节约能耗120kgce/T，减排CO₂ 300kg/T；直接回收铁将获得高温铁水，价值约2200元/吨；制备微晶玻璃熔块，价值约6000元/吨。