[发明专利]一种利用金属冶炼废渣制备的脱硫脱氧剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明专利属于金属冶炼废弃物资源化再利用领域和和脱硫脱氧剂制备领域，是指利用镁、铝冶炼工序中产生废渣制作的脱硫剂和脱氧剂及其方法。

背景技术

金属冶炼废弃物的资源化再利用一直是研究的热点，但是对于这些废料的再利用方法或多或少都存在着技术上或费用上的缺点。大部分金属冶炼废料都被作为工业垃圾填埋，极易造成土地资源浪费、环境污染、土壤盐碱化等环境问题，寻找合适的处理方式显得尤为重要。

炼铁或炼钢时，需在高温条件下将铁矿石或生铁中所含的过量的碳和其它杂质转为气体或炉渣而除去。除碳外，冶炼原料中的氧和硫的含量对钢铁的质量有很大影响。硫的含量越大，钢水、铁水的流动性、铸造性都会降低，产品的强度也会降低。钢水中过量的溶解氧会对后续的合金化造成影响（造成合金元素氧合），而且会在钢水冷却与凝固过程发生氧化反应，造成气孔和夹杂。

国内外采用的脱硫生产技术主要包括铁水预处理脱硫，低硫铁水炼钢防止回硫，炉外精炼脱硫等。故有的典型脱硫剂有石灰石系（CaCO₃系）、生石灰系（CaO系）、碳化钙系（CaC₂）、镁（Mg）系及碳酸钠系（Na₂CO₃）脱硫剂，生石灰（CaO）或碳化钙（CaC₂）亦或是碳酸钠（NaCO₃）与铁水、钢水中的硫进行反应，生成硫化钙（CaS）或硫化钠（NaS），分离后形成熔渣。现有脱硫效率约在5%到10%，然而脱硫剂的投入量非常大，对作业时间及制作成本来说都是巨大的负担。

脱氧的方法主要是沉淀脱氧和扩散脱氧。普遍采用含铝、钙、镁、锰等物质的合金或氧化物对铁水、钢水进行脱硫脱氧。典型脱氧剂有锰铁、硅铁、铝铁等金属脱氧剂及碳粉、碳化硅等非金属脱氧剂，铝因为价格较低且脱氧能力较好，是使用最为广泛的脱氧剂。但铝系脱氧剂中铝的成分过高时易导致钢水成分改变，降低产品品质。一般与铝系脱氧剂中添加石灰石、白云石等气体含量高的添加剂。

2014年，我国原镁产量87.39万吨，每冶炼1吨原镁产出5.5-10吨不等的镁渣。2014年，我国原铝产量达2349万吨，一般每生产1吨原铝要产生30-50千克铝渣铝灰。据估计，每年我国将产生上百万吨的镁、铝冶炼渣。大部分金属冶炼废料都被作为工业垃圾填埋，极易造成土地资源浪费、环境污染、土壤盐碱化等环境问题，企业还要为此支付大量的排渣费用。金属镁渣可以用作墙体材料、矿化剂，生产建筑水泥等。铝渣可以用作水处理剂、瓷砖等。但是，这些应用属于低端应用，并没有做到资源化，且受到区域性限制。因此，如何有效地将金属冶炼废弃物资源化利用一直是研究的热点。

镁、铝冶炼废弃物中含有镁、铝、生石灰等成分，经过提炼后可作为脱硫脱氧剂的制备原料，不仅可以资源化金属冶炼废弃物，还可降低脱硫脱氧剂的生产成本。

发明内容

针对上述问题，本发明将镁冶炼得到的镁精炼渣、铝冶炼的铝浮渣和镁还原渣制备成脱硫脱氧剂，资源化再利用。

本发明是通过以下方案是实现的：

（i）将内含金属镁和氯化镁的镁精炼渣粉碎后与水或盐酸溶液混合，分离出金属镁与氯化镁，并将提炼得到的金属镁制成粉末。

（ii）将铝冶炼工序中回收的铝浮渣和镁冶炼还原渣回收后制成粉末；

（iii）将上述工序（i）中分离出的3-50重量份的金属镁粉末和工序(ii)中分离出的3-50重量份的铝浮渣粉末和100重量份的镁冶炼还原渣粉末混合即可作为冶铁、冶钢中使用的脱硫脱氧剂。

上述工序（i）、（ii）可任意随机进行，也可依次进行。

所述的镁精炼渣内含金属镁（Mg）和氯化镁（MgCl₂）；

所述的镁还原渣的主要成分为硅酸二钙C2S（2CaO·SiO₂）；

所述的铝浮渣粉末的主要成分是铝（Al）和三氧化二铝（Al₂O₃）。

技术原理

镁冶炼废渣中含有金属镁（Mg）、硅酸二钙C2S（CaO·2SiO₂），可作为脱硫剂的替代品。铝浮渣的主要成分是金属铝（Al），在反应炉内起到促进反应的作用，由于铝成分具有降低脱硫脱氧剂熔点的效果，因此铝浮渣在制造冶钢、冶铁工序中可以起到维持炉(furnace)内温度的作用。

下面化学反应式是金属冶炼废渣其脱硫作用的反应式。

CaO+FeS→CaS+FeO

Mg+FeS→MgS+Fe