[发明专利]一种电炉钢渣改质剂及其电炉钢渣改质的方法

说明书

技术领域

本发明是涉及的是电炉钢渣碱度及活性改变，具体涉及一种电炉钢渣改质剂及其电炉钢渣改质的方法，属于冶金行业。

背景技术

电炉钢渣属于高钙镁体系，并且具有铁含量大、活性组分多、部分钢渣含有重金属离子，以及难磨、难成型加工等特点，且硅钙体系钢渣流动性差，易粘罐，造成钢渣在后续处理时渣铁分离效果差的问题。

钢渣活性组分固化是钢渣资源化利用的前提条件，高值化利用是其资源化利用的有效途径。钢渣用于工程建筑中必须解决钢渣中活性钙镁组分的稳定化问题，即如何将钢渣中氧化钙、氧化镁等活性组分转化为稳定的碳酸盐、硅酸盐或从钢渣中有效脱除。

根据国内外研究现状，钢渣中活性组分稳定化技术主要分为三类，即：液态钢渣活性组分源头改质技术(源头固化)、固态钢渣活性组分直接稳定化技术(原位固化)和固态钢渣活性组分分离转化技术(异位固化)。

在液态钢渣源头固化技术研发方面，国内外相关研究积累较多，如欧洲的Reeves、蒂森克虏伯钢铁厂以及我国北京科技大学、东北大学等钢铁企业或研究单位，分别采用向熔融液态钢渣中加入铁橄榄石、干砂、高炉渣、粉煤灰或者尾矿等改质剂的方法，消除活性钙镁组分对钢渣稳定性的影响。其中，蒂森克虏伯钢铁厂采用喷吹工艺和防护高温氧化喷枪的技术，向熔融钢渣中通入氧气和干砂,以制备出稳定性合格的水泥掺合料或路基材料；而北京科技大学与马鞍山钢铁有限公司合作，向液态钢渣中直接添加尾矿等固体废弃物，能够制备出性能良好的改质钢渣水泥。欧盟正在开展钢渣重熔回收金属，以改善稳定性和环境性能的研究，处理后的尾渣仍然用于水泥和筑路等。

在钢渣活性组分原位固化研发方面，目前国内外的研究主要采用水、水蒸汽和CO₂气体等稳定化介质，实现钢渣活性组分快速消解。其中日本较为领先，主要包括高压和常压蒸汽稳定技术，前者所需时间短但处理成本高、投资大，后者能耗和投资运行成本低但处理周期长，并且稳定后的钢渣也没有得到有效利用。如日本的歌山等钢铁厂采用高压水蒸汽在3小时内完成钢渣稳定化处理，由于此方式处理成本高、投资大，至今未能推广使用。国外还广泛开展了基于碳酸化反应过程，实现钢渣中活性钙镁组分原位转化为稳定的碳酸盐并同步实现CO₂固定的研究工作，如Huijgen等最早系统地研究了钢渣泥浆与CO₂发生碳酸化反应的直接湿法碳酸化固定CO₂工艺路线。通过工艺优化和过程模拟研究，结果表明尽管钢渣固定CO₂的效率达到69％，并且钢渣中活性组分可以完全稳定化处理，但是稳定后的钢渣并不能当作产品进一步利用，使得整体经济性较差，如处理1吨CO₂的成本高达77欧元，经济性无法被工业界所接受。日本JFESteel公司发明了用钢渣吸收CO₂并使之成形为立方体置于海中成为人造礁石的技术，然而钢渣中含有的有毒重金属元素可能造成二次环境污染的风险。我国在90年代就已经对钢渣稳定化后用于建材提出了相应的规定，由此我国钢铁企业通行的做法是将热态钢渣加水焖渣7天左右，再堆存一年以上，使钢渣中的活性钙镁组分得到完全消解。

在钢渣活性组分异位固化研发方面，国外研究最多的是采用水、氯化铵-氨水缓冲溶液和乙酸等反应介质，将钢渣中活性钙镁组分分离提取出来，然后与CO₂发生碳酸化反应生产稳定的碳酸盐。如Stolaroff等提出了用水浸出钢渣中的CaO和Ca(OH)₂后得到的含钙饱和溶液喷淋到堆弃的钢渣表面吸收空气中的CO₂生成碳酸钙留于渣中，Lekakh等提出采用移动床和吸收塔反应器来加速钢渣中钙元素被水浸出以及吸收转炉煤气中的CO₂转化为碳酸钙，Yogo、Kakizawa等分别提出利用由氯化铵-氨水缓冲溶液所组成的弱酸性媒质以及酸性较弱的乙酸为反应介质将钢渣中的钙浸出，然后在常压或高压下吸收CO₂生产碳酸钙沉淀等诸多工艺路线，实现钢渣中活性钙镁分离提取制备碳酸钙并同步实现CO₂大规模固定。然而，这些反应介质或者损失量大、或者再生成本高、或者造成钢渣中有毒重金属元素浸出污染环境等不利因素，目前还没有进一步工业应用的报道。国内中科院过程工程研究所和北京科技大学联合在钢渣活性组分异位固化技术研发方面取得较大进展，提出了一种多相复合反应介质，可实现钢渣活性组分高效选择性浸出，同时反应介质高效直接再生循环，反应介质损失量小，并且钢渣钙镁组分及残渣可分别制备纳米碳酸钙和吸声材料等高附加值产品。

发明内容