一种消除钢渣中铁方镁石的方法与流程

1.本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其是涉及一种消除钢渣中铁方镁石的方法。


背景技术：

2.钢渣是钢铁行业炼钢工序产出的含钙、镁、铝、硅等元素的固态渣，其排放量为粗钢产量的15％-20％。
3.现在国内外的热熔钢渣处理方式主要有闷渣法、滚筒法、风碎法、水淬法、热泼法、冷弃法和浅盘法等，均是以水作为冷却媒介将钢渣从液态、熔融态或高温固态冷却至环境温度，并根据钢渣的块度和含铁量进行筛分和磁选，其中，含铁物料部分，主要采取对铁单质进行回收利用，不含铁的大块部分则通过进一步烧结再利用，不含铁的120mm筛下部分则主要用于水泥或者烧结。
4.120mm筛下部分钢渣中成分复杂，相对建筑行业而言，ca和mg是两种危害元素，主要是在与空气接触时，会接触空气中的水，发生水解反应，ca与水发生水解的反应较为迅速，但mg以铁方镁石的形式存在，其水解的持续时间很久，需要5-6年才可水解完毕，在水解时，发生的化学反应为f-mgo+h2o
→
mg(oh)2，体积膨胀150％，会出现爆裂。因此，极大限制了120mm筛下部分钢渣在建筑行业的应用。
5.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种消除钢渣中铁方镁石的方法，本发明能够有效消除磁选筛余钢渣中的铁方镁石，磁选筛余钢渣可直接作为细骨料用于建筑等混凝土制品中。
7.本发明提供一种消除钢渣中铁方镁石的方法，包括以下步骤：
8.s1、将液态钢渣与钢渣处理剂在高温下进行反应，反应结束后，冷却至室温；
9.s2、冷却后的产物依次经破碎、筛分和磁选工序，得到含铁物料和磁选剩余物；
10.s3、磁选剩余物经研磨和固液分离后，得到钢渣物料和液体物料；
11.s4、将液体物料于50-60℃下恒温结晶处理，经固液分离，得到feso4晶体和混合液体；
12.s5、将混合液体于5-10℃下冷却结晶处理，经固液分离，得到mgso4晶体和ca(oh)2溶液；
13.其中，所述液态钢渣中铁方镁石的含量为20-25％；
14.所述钢渣处理剂为硫酸钙。
15.液态钢渣中的ca、fe、si、mg均以氧化物的形式存在，各种氧化物在高温环境下相互反应：
16.cao和sio2结合生成硅酸钙、硅酸二钙、硅酸三钙等系列，反应方程式如下；
17.xcao+ysio2＝ca
x
siyo
x+2y
18.fe2o3和mgo在渣液中发生反应形成铁方镁石，反应方程式如下：
19.xmgo+(1-x)feo＝(mg
x
fe
1-x
)o
20.因此，在本发明消除钢渣中铁方镁石的方法中，首先，将液态钢渣与钢渣处理剂在高温下进行反应，液态钢渣中的铁方镁石与硫酸钙发生如下反应：
21.(mg
x
fe
1-x
)o+caso4＝xmgso4+(1-x)feso4+cao
22.反应结束后，待液态钢渣冷却至室温后，通过破碎、筛分和磁选工序选出含铁物料和磁选剩余物，去除钢渣中的含铁单质物料；
23.因铁方镁石与硫酸钙在高温环境下反应形成mgso4、feso4、cao等的混合物，为更好地分离各物料，将磁选剩余物充分研磨，同时在研磨过程中，加入研磨介质水，并控制研磨的温度在70-90℃之间，使feso4完全熔化为液体，而mgso4和cao溶于水，分别可形成mgso4·
7h2o和ca(oh)2，反应方程式如下：
24.cao+2h2o＝ca(oh)225.因此，研磨后经固液分离，可得到铁方镁石含量低至1-4％的钢渣物料和包括feso4溶液、mgso4·
7h2o和ca(oh)2溶液的液体物料。
26.最后，采取恒温结晶的方式对feso4进行收集、采用冷却结晶的方式对mgso4进行收集，利用其不同的熔点和析晶温度，逐步固液分离并完成feso4晶体和mgso4晶体的单独收集。
27.因此，本发明能够有效消除磁选筛余钢渣中的铁方镁石，磁选筛余钢渣可直接作为细骨料用于建筑等混凝土制品中，同时，所产生的feso4晶体可制作铁盐、氧化铁颜料、媒染剂、净水剂、防腐剂、消毒剂等，还可用作还原剂，主要还原水泥中的铬酸盐等；mgso4晶体可以运用于农业及医疗行业；而ca(oh)2溶液可运用于工业、农业、医药、建筑材料和污水治理等，整个过程fe、mg、ca资源的回收率在70-80％，并且所形成的feso4晶体、mgso4晶体和ca(oh)2溶液的整体纯度在80-90％，将各组分资源化利用，大大提高了炼钢厂液态钢渣的处理效果，具有广阔的应用前景。
28.作为本技术方案优选地，步骤s1中，将液态钢渣和硫酸钙分多次交替加入中频感应炉中，中频感应炉的加热温度控制在1600-1700℃，使硫酸钙与液态钢渣中的铁方镁石发生反应，并且为使反应更加充分和彻底，反应控制在6-8h。
29.作为本技术方案优选地，所述硫酸钙的用量为液态钢渣质量的10-30％，并且每次所加入的硫酸钙的量也同为液态钢渣质量的10-30％，而为进一步增加液态钢渣中铁方镁石与钢渣处理剂硫酸钙的作用面积，硫酸钙在使用之前采用破碎机破碎至的粒径小于20mm的小颗粒状，并通过烘烤的方式控制其水分含量小于1-3％，以防止硫酸钙颗粒水分太高，与液体钢渣接触时引起爆炸。
30.作为本技术方案优选地，步骤s1中，所述冷却时，将反应产物翻至渣坑，并通过间隙式打水热闷的方式冷却至室温。
31.作为本技术方案优选地，步骤s2中，利用破碎机进行破碎后，采用120mm方格筛进行筛分，筛上物料返回破碎机循环破碎，筛下物料采用3000-3500高斯磁选机分离出含铁物料和磁选剩余物。
32.作为本技术方案优选地，步骤s3中，所述研磨时，为充分破碎，以更好的分离物料，将磁选剩余物采用以水为研磨介质的搅拌磨进行搅拌研磨，并控制研磨的温度为70-90℃，时间为2-3h。由于feso4的熔点只有65℃，因此在搅拌研磨的过程中，feso4熔化为液体，
mgso4溶于水形成mgso4·
7h2o、cao溶于水并与水发生反应形成ca(oh)2。因此，研磨后，固液分离，即可得到铁方镁石含量低至1-4％的钢渣物料和包括feso4溶液、mgso4·
7h2o和ca(oh)2溶液的液体物料。
33.作为本技术方案优选地，步骤s3中，所述固液分离时，为确保分离过程的彻底性，控制分离后固体钢渣物料的水分含量小于1％，此时，钢渣物料中铁方镁石的含量降低至1-4％。
34.作为本技术方案优选地，步骤s4中，所述恒温结晶时，将液体物料利用50-60℃的恒温水浴锅浸泡3-5小时，浸泡过程feso4逐渐以晶体形式结晶而出，浸泡结束后，固液分离所得固体即为feso4晶体，混合液体为mgso4·
7h2o和ca(oh)2的溶液。
35.作为本技术方案优选地，步骤s5中，所述冷却结晶时，将混合液体在5-10℃环境下放置10-12小时，放置过程逐渐析出mgso4晶体，固液分离所得固体为mgso4，液体为ca(oh)2溶液。
36.作为本技术方案优选地，步骤s3中，所述钢渣物料中铁方镁石的含量为1-4％。
37.本发明消除钢渣中铁方镁石的方法，至少具有以下技术效果：
38.在本发明消除钢渣中铁方镁石的方法中，液态钢渣中的铁方镁石和硫酸钙钢渣处理剂在高温环境中发生反应，可生成mgso4、feso4和cao，以达到分解铁方镁石的目的；进而破碎、筛分和磁选的工序，除去含铁单质的物料，而磁选剩余物则通过持续研磨，破坏其结构，使mgso4、feso4、cao液体物料能够与钢渣物料完全分离；最后，采取恒温结晶的方式对feso4进行收集、采用冷却结晶的方式对mgso4进行收集，利用其不同的熔点和析晶温度，逐步固液分离并完成单独收集。研究表明，经本发明处理后得到的钢渣物料中铁方镁石的含量在1-4％之间。因此，本发明能够有效消除磁选筛余钢渣中的铁方镁石，磁选筛余钢渣可直接作为细骨料用于建筑等混凝土制品中，同时，所产生的feso4晶体可制作铁盐、氧化铁颜料、媒染剂、净水剂、防腐剂、消毒剂等，还可用作还原剂，主要还原水泥中的铬酸盐等；mgso4晶体可以运用于农业及医疗行业；而ca(oh)2溶液可运用于工业、农业、医药、建筑材料和污水治理等，将各组分资源化利用，大大提高了炼钢厂液态钢渣的处理效果，具有广阔的应用前景。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1为本发明消除钢渣中铁方镁石的方法流程图。
具体实施方式
41.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
42.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根
据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
43.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.采用本发明的方法对某钢厂的液态钢渣进行处理，其中，液态钢渣的化学成分如表1所示：
45.表1液态钢渣的化学成分(％)
46.铁方镁石ro相铁酸钙硅酸二钙22.158.3811.3752.61
47.如下实施例所使用硫酸钙经过烘烤后的水分含量为3.19％，采用破碎机破碎成20mm以下的小颗粒状，其粒度分布情况如表2所示：
48.表2硫酸钙小颗粒粒度分布情况(％)
49.0-5mm5-10mm10-15mm15-20mm合计33.5628.2422.5315.67100
50.实施例1
51.s11、采用多步加入法将液态钢渣与硫酸钙小颗粒物按一定比例交替加入中频感应炉内，从加热开始逐步加热升温，加完料后，温度控制在1650℃，反应时间为7小时40分钟，具体加料过程如下；
52.第一步、加入100公斤液态钢渣，再加入28公斤硫酸钙小颗粒；
53.第二步、开始重复第一步步骤，每次加入的液态钢渣和硫酸钙小颗粒参照第一步，共完成15次加料，加完后感应炉内共加有1500公斤液态钢渣和420公斤硫酸钙小颗粒；
54.反应结束后，将其翻至渣坑，间断式打水热闷冷却至室温；
55.s12、利用倒运车辆将物料倒运至加工现场，利用破碎机进行破碎后，采用120mm方格筛进行筛分，筛上物料返回破碎机循环破碎。筛下物料采用3000-3500高斯磁选机分离出含铁物料和磁选剩余物；
56.s13、将120mm筛下磁选剩余物，采用搅拌磨进行充分研磨，以水为搅拌研磨介质，搅拌研磨的温度控制在80℃，时间控制在2小时50分钟；研磨结束后，采用固液分离的方式进行分离，确保分离过程的彻底性，分离后固体物料的水分含量控制为小于1％；
57.s14、将液体物料利用55℃的恒温水浴锅浸泡，当温度降低稳定在50-60℃区间，逐步开始有晶体形式析出，通过延长恒温浸泡时间，晶体逐步析出且析出速度逐步降低，当维持到3小时40分钟左右，晶体析出基本完成；采用固液分离，固体为feso4晶体，混合液体为mgso4·
7h2o和ca(oh)2溶液；
58.s15、将混合液体放置在5-10℃环境中，放置过程逐渐析出mgso4晶体，时间控制在10小时50分钟，结束后固液分离，固体为mgso4晶体，液体ca(oh)2溶液。
59.经检测，步骤s13所得固体物料中铁方镁石的含量为3.37％。
60.实施例2
61.s21、采用多步加入法将液态钢渣与硫酸钙小颗粒物按一定比例交替加入中频感应炉内，从加热开始逐步加热升温，加完料后，温度控制在1600℃，反应时间为8小时，具体加料过程如下；
62.第一步、加入100公斤液态钢渣，再加入28公斤硫酸钙小颗粒；
63.第二步、开始重复第一步步骤，每次加入的液态钢渣和硫酸钙小颗粒参照第一步，共完成15次加料，加完后感应炉内共加有1500公斤液态钢渣和420公斤硫酸钙小颗粒；
64.反应结束后，将其翻至渣坑，间断式打水热闷冷却至室温；
65.s22、利用倒运车辆将物料倒运至加工现场，利用破碎机进行破碎后，采用120mm方格筛进行筛分，筛上物料返回破碎机循环破碎。筛下物料采用3000-3500高斯磁选机分离出含铁物料和磁选剩余物；
66.s23、将120mm筛下磁选剩余物，采用搅拌磨进行充分研磨，以水为搅拌研磨介质，搅拌研磨的温度控制在90℃，时间控制在2小时30分钟；研磨结束后，采用固液分离的方式进行分离，确保分离过程的彻底性，分离后固体物料的水分含量控制为小于1％；
67.s24、将液体物料利用60℃的恒温水浴锅浸泡，当温度降低稳定在50-60℃区间，逐步开始有晶体形式析出，通过延长恒温浸泡时间，晶体逐步析出且析出速度逐步降低，当维持到4小时左右，晶体析出基本完成；采用固液分离，固体为feso4晶体，混合液体为mgso4·
7h2o和ca(oh)2溶液；
68.s25、将混合液体放置在5-10℃环境中，放置过程逐渐析出mgso4晶体，时间控制在11小时，结束后固液分离，固体为mgso4晶体，液体ca(oh)2溶液。
69.经检测，步骤s23所得固体物料中铁方镁石的含量为3.58％。
70.实施例3
71.s31、采用多步加入法将液态钢渣与硫酸钙小颗粒物按一定比例交替加入中频感应炉内，从加热开始逐步加热升温，加完料后，温度控制在1700℃，反应时间为7小时10分钟，具体加料过程如下；
72.第一步、加入100公斤液态钢渣，再加入28公斤硫酸钙小颗粒；
73.第二步、开始重复第一步步骤，每次加入的液态钢渣和硫酸钙小颗粒参照第一步，共完成15次加料，加完后感应炉内共加有1500公斤液态钢渣和420公斤硫酸钙小颗粒；
74.反应结束后，将其翻至渣坑，间断式打水热闷冷却至室温；
75.s32、利用倒运车辆将物料倒运至加工现场，利用破碎机进行破碎后，采用120mm方格筛进行筛分，筛上物料返回破碎机循环破碎。筛下物料采用3000-3500高斯磁选机分离出含铁物料和磁选剩余物；
76.s33、将120mm筛下磁选剩余物，采用搅拌磨进行充分研磨，以水为搅拌研磨介质，搅拌研磨的温度控制在70℃，时间控制在3小时；研磨结束后，采用固液分离的方式进行分离，确保分离过程的彻底性，分离后固体物料的水分含量控制为小于1％；
77.s34、将液体物料利用50℃的恒温水浴锅浸泡，当温度降低稳定在50-60℃区间，逐步开始有晶体形式析出，通过延长恒温浸泡时间，晶体逐步析出且析出速度逐步降低，当维持到3小时左右，晶体析出基本完成；采用固液分离，固体为feso4晶体，混合液体为mgso4·
7h2o和ca(oh)2溶液；
78.s35、将混合液体放置在5-10℃环境中，放置过程逐渐析出mgso4晶体，时间控制在
10小时30分钟，结束后固液分离，固体为mgso4晶体，液体ca(oh)2溶液。
79.经检测，步骤s33所得固体物料中铁方镁石的含量为3.16％。
80.对照例1
81.将实施例1中的钢渣处理剂替换为硅酸钙；
82.其他处理方法及参数基本与实施例1相同。
83.经检测，所得固体物料中铁方镁石的含量为12.81％。
84.对照例2
85.将实施例1中的钢渣处理剂替换为硫酸钠；
86.其他处理方法及参数基本与实施例1相同。
87.经检测，所得固体物料中铁方镁石的含量为4.61％。
88.对照例3
89.将实施例1中的钢渣处理剂替换为氢氧化钙；
90.其他处理方法及参数基本与实施例1相同。
91.经检测，所得固体物料中铁方镁石的含量为6.31％。
92.相比于本发明的钢渣处理剂硫酸钙，对照例1-3中的钢渣处理剂硅酸钙、硫酸钠和氢氧化钙均不能有效地去除钢渣中的铁方镁石，这可能是因为：
93.对照例1使用硅酸钙与铁方镁石反应，所生成的三硅酸镁是组成不定的含水硅酸镁，分子式2mgo
·
3sio2·
xh2o，一般结晶成五水物(x＝5)，所含mgo》20％，sio2》45％，其不溶于水或乙醇。因此，液态钢渣中的镁仍旧会以三硅酸镁的形式残留在液态钢渣中，进而导致固体物料中铁方镁石的含量居高不下。此时，若想将三硅酸镁转化为易溶的镁盐，还需要引入无机酸，例如，三硅酸镁与硫酸作用生成硫酸镁和二氧化硅，后者不溶于水及酸，可以使硅、镁分开。
94.对照例2中使用硫酸钠与铁方镁石反应，除生成feso4和mgso4外，还会生成na2o，此时，固体物料中铁方镁石的含量虽降为了4.61％。但由于高温条件下生成的na2o与水接触后形成naoh，导致后续处理难度加大。
95.对照例3中使用氢氧化钙与铁方镁石反应，生成的mg(oh)2和fe(oh)2不溶于水，导致分离难度加大。
96.综上，本发明将处于1500-1700℃高温下的液态钢渣直接与钢渣处理剂硫酸钙反应，不仅充分利用了液态钢渣的热量，降低了能耗，而且最大程度地将铁方镁石转化为了易溶于水的feso4和mgso4，简化了处理工序，同时，所产生的feso4晶体可制作铁盐、氧化铁颜料、媒染剂、净水剂、防腐剂、消毒剂等，还可用作还原剂，主要还原水泥中的铬酸盐等；mgso4晶体可以运用于农业及医疗行业；而ca(oh)2溶液可运用于工业、农业、医药、建筑材料和污水治理等，整个过程fe、mg、ca资源的回收率在70-80％，并且所形成的feso4晶体、mgso4晶体和ca(oh)2溶液的整体纯度在80-90％，显著提高了液态钢渣的资源化回收利用率，具有显著的经济效益和市场价值。
97.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。

技术特征：
1.一种消除钢渣中铁方镁石的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将液态钢渣与钢渣处理剂在高温下进行反应，反应结束后，冷却至室温；s2、冷却后的产物依次经破碎、筛分和磁选工序，得到含铁物料和磁选剩余物；s3、磁选剩余物经研磨和固液分离后，得到钢渣物料和液体物料；s4、将液体物料于50-60℃下恒温结晶处理，经固液分离，得到feso4晶体和混合液体；s5、将混合液体于5-10℃下冷却结晶处理，经固液分离，得到mgso4晶体和ca(oh)2溶液；其中，所述液态钢渣中铁方镁石的含量为20-25％；所述钢渣处理剂为硫酸钙。2.根据权利要求1所述的消除钢渣中铁方镁石的方法，其特征在于，步骤s1中，将液态钢渣和硫酸钙分多次交替加入中频感应炉中，并于1600-1700℃下反应6-8h。3.根据权利要求1所述的消除钢渣中铁方镁石的方法，其特征在于，所述硫酸钙的用量为液态钢渣质量的10-30％，且所述硫酸钙的粒径小于20mm，水分含量小于1-3％。4.根据权利要求1所述的消除钢渣中铁方镁石的方法，其特征在于，步骤s1中，所述冷却时，将反应产物翻至渣坑，并通过间隙式打水热闷的方式冷却至室温。5.根据权利要求1所述的消除钢渣中铁方镁石的方法，其特征在于，步骤s2中，利用破碎机进行破碎后，采用120mm方格筛进行筛分，筛上物料返回破碎机循环破碎，筛下物料采用3000-3500高斯磁选机分离出含铁物料和磁选剩余物。6.根据权利要求1所述的消除钢渣中铁方镁石的方法，其特征在于，步骤s3中，所述研磨时，采用搅拌磨以水为研磨介质进行研磨，并控制研磨的温度为70-90℃，时间为2-3h。7.根据权利要求1所述的消除钢渣中铁方镁石的方法，其特征在于，步骤s3中，所述固液分离时，控制钢渣物料的水分含量小于1％。8.根据权利要求1所述的消除钢渣中铁方镁石的方法，其特征在于，步骤s4中，所述恒温结晶时，将液体物料置于50-60℃的恒温水浴锅中，并保持3-5h。9.根据权利要求1所述的消除钢渣中铁方镁石的方法，其特征在于，步骤s5中，所述冷却结晶时，将液体物料置于5-10℃的环境中，并保持10-12h。10.根据权利要求1所述的消除钢渣中铁方镁石的方法，其特征在于，步骤s3中，所述钢渣物料中铁方镁石的含量为1-4％。

技术总结
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其是涉及一种消除钢渣中铁方镁石的方法，包括以下步骤：将液态钢渣与钢渣处理剂在高温下进行反应，反应结束后，冷却至室温；冷却后的产物依次经破碎、筛分和磁选工序，得到含铁物料和磁选剩余物；磁选剩余物经研磨和固液分离后，得到钢渣物料和液体物料；将液体物料于50-60℃下恒温结晶处理，经固液分离，得到FeSO4晶体和混合液体；将混合液体于5-10℃下冷却结晶处理，经固液分离，得到MgSO4晶体和Ca(OH)2溶液；其中，液态钢渣中铁方镁石的含量为20-25％；钢渣处理剂为硫酸钙。本发明能够有效消除磁选筛余钢渣中的铁方镁石，磁选筛余钢渣可直接作为细骨料用于建筑等混凝土制品中。骨料用于建筑等混凝土制品中。骨料用于建筑等混凝土制品中。


技术研发人员：邓大军 钱强 张辉 张入元
受保护的技术使用者：攀枝花钢城集团有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/12