钢渣全流程处理技术对比分析研究.pdf

钢渣全流程处理技术对比分析研究 * 王延兵1许军民2范永平1卢忠飞1张亮亮1王申1 1． 中冶建筑研究总院有限公司， 北京 100088; 2． 河南济源钢铁 集团 有限公司， 河南 济源 459000 摘要 介绍了已有的钢渣冷却粒化处理、 分选加工处理和深加工梯级利用技术， 并通过对不同技术特点的对比分析， 制 定出最佳可行的钢渣处理、 加工和利用综合工艺技术， 可用于指导钢渣处理实际生产。 关键词 钢渣; 冷却粒化技术; 加工分选技术; 综合利用技术 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201403034 COMPAＲISON ANALYSIS OF THE WHOLE PＲOCESS TＲEATMENT TECHNOLOGY OF STEEL SLAG Wang Yanbing1Xu Junmin2Fan Yongping1Lu Zhongfei1Zhang Liangliang1Wang Shen1 1． Central Ｒesearch Institute of Building and Construction Co． ， Ltd， MCC Group， Beijing 100088， China; 2． Henan Jiyuan Iron ＆ Steel GroupCo． ， Ltd ， Jiyuan 459000， China AbstractMainly introduces the existing steel slag cooling granulation processing，sorting processing and deep processing of cascade utilization of technology，and through the comparative analysis of different technical characteristics，work out the best feasible steel slag processing，processing and comprehensive utilization of technology，used to guide the actual production of steel slag treatment． Keywordssteel slag; cooling granulation technology;processing and sorting technology; comprehensive utilization technology * 2011 年环保公益性行业科研专项项目 2011099046 。 收稿日期 2013 －04 －27 钢渣是炼钢时产生的一种工业废渣， 据不完全统 计， 2012 年中国钢渣产生量约为 1 亿 t。然而， 目前 我国钢渣的资源化综合利用率仅约 22， 钢渣中废 钢资源的回收率也不足 70， 造成大量的钢渣露天 堆放， 占用田地的同时也污染了环境。 为了能够最大化地利用钢渣资源， 实现钢渣利用 “零排放” 的目标， 需选择科学、 合理和先进的钢渣处 理、 加工和利用技术来完成钢渣的高效处理与利用。 1钢渣冷却粒化处理工艺概述 钢渣冷却粒化处理技术是指将高温钢渣处理成 常温块状或者粒状固态钢渣。按其技术原理划分， 可 分为钢渣流体及机械力粒化工艺和钢渣自解粉化工 艺两种。 1. 1钢渣流体及机械力粒化工艺 技术原理 利用经外力做功后的水和空气所具有 的动能或者机械设备的自身旋转所产生的机械力来 完成熔融液态钢渣的冷却破碎。主要包括水淬法、 风 淬法、 粒化轮法和滚筒法。 1. 1. 1水淬法 熔融液态钢渣由专用容器缓慢倾倒， 下落过程中 被 8 kg/cm2的高压水流击碎， 再加上高温熔渣遇水 激冷收缩产生的内应力而破裂， 使熔渣在水幕中实现 粒化。按倒渣方式的不同， 可分为倾翻罐 － 水淬法、 直接水淬法和开孔渣罐 － 水淬法。 技术特点 1 物料要求 流动性好的液态钢渣， 钢渣状态适应性差。2 处理后钢渣中 － 5 mm 粒级 含量可达到 95。 1. 1. 2风淬法 熔融钢渣经由专用容器缓慢倾倒， 用高速空气流 股对液态钢渣冲击、 分割， 粒化为 2mm 左右的液 滴， 并随高速气流向前飞行， 落入水中迅速冷却为固 态球状渣粒。技术特点同水淬法相似。 1. 1. 3粒化轮法 熔融液态钢渣经由专用容器均匀流入轮式粒化 341 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction 器中， 被高速旋转的粒化轮强制打碎粒化， 落入脱水 器转鼓内被冷却， 随着转鼓的转动使渣粒提升并脱水 后， 被翻落到出料溜槽， 经由溜槽进入专用堆场中。 技术特点同水淬法和风淬法相似。 1. 1. 4滚筒处理法 熔融液态钢渣经由专用容器缓慢倾倒入倾斜放 置的旋转滚筒内， 经滚筒内的喷淋水急冷并与滚筒内 放置的钢球碰撞、 研磨， 被破碎成粒度较小的颗粒， 之 后再用板式输送机排到渣场。 技术特点 1 物料要求 与水淬法、 风淬法和粒 化轮相同， 钢渣状态适应性差。2 处理后钢渣中的 游离 CaO 含量 ＜4。3 处理后钢渣中 10 mm 以下 粒级含量可达到 80 以上， 最大粒度可控制在 120 mm 以下。 1. 2钢渣自解粉化工艺 技术原理 在密闭体系下， 利用高温钢渣自身所 含有的热量遇水汽化， 所产生的具有一定压力和温度 的饱和水蒸气与钢渣中含有的游离氧化钙的反应， 产 生热应力、 化学应力和相变应力使钢渣龟裂破碎。 此种工艺主要包括 钢渣热闷自解处理技术、 钢 渣有压热闷自解处理技术。 1. 2. 1钢渣热闷自解处理技术 技术原理 将 200 ～ 1 650 ℃的钢渣分批次倾翻 在热闷装置中， 进行搅拌打水， 待装渣完毕后盖盖喷 水 雾 热闷， 在热闷过程中， 高温钢渣遇水产生饱和 蒸汽使钢渣中的游离氧化钙 f- CaO 消解并使钢渣 粉化。 技术特点 1 物料要求 200 ～ 1 650 ℃ 的钢渣。 2 处理后钢渣中的游离氧化钙含量均低于 3， 浸水 膨胀率低于 2， 稳定性好; 3 处理后钢渣中 20 mm 以下粒级含量可达到 60以上; 4 热闷时间约 12 h， 热闷工作压力 2 400 Pa， 水渣比宜为 0. 6。 其主要应用在包钢、 本钢、 首钢、 新余钢厂和九江 钢厂等 30 余家钢铁企业。 1. 2. 2钢渣有压热闷自解处理技术 技术原理 在一密闭压力容器内， 利用钢渣余热 遇水所产生的高温高压蒸汽使钢渣中的游离氧化钙 快速消解， 并使钢渣粉化。 技术特点 1 物料要求 稳定性情况和渣铁分离 情况与钢渣热闷自解处理技术相当。2 处理后钢渣 中 －20 mm 粒级含量可达到 80 以上。3 热闷时间 约 1. 5 h， 热闷工作压力 0. 3 ～ 0. 5 MPa， 水渣比为 0. 6。4 热闷过程所产生的蒸汽通过管道进行有组织 排放， 处理过程洁净环保。5 运行费用折合吨钢为 5 ～6 元/t。 主要应用厂家有珠海粤裕丰钢厂、 济源钢厂。 2钢渣分选加工工艺 熔融液态钢渣采用钢渣冷却粒化技术冷却、 破碎 处理后， 钢渣粒度减小， 使得渣铁部分得以分离和解 离， 但大部分仍相互连生、 共生形式包裹在一起， 如要 有效回收钢渣中的废钢资源， 仍需对其进行进一步地 加工处理。钢渣分选加工工艺按分选过程中有无使 用水进行分类， 一般分为干式分选加工技术和湿式分 选加工技术。 在工业生产实际应用中， 采用何种钢渣分选加工 技术， 首先需对要加工钢渣物料的物化性质、 拟分选 出的产品指标和用途等进行综合考虑， 制定出合理的 产品方案， 才可选择分选加工技术并制定出相应的技 术方案， 并借助技术经济分析， 验证技术方案的经济 性和合理性。 2. 1钢渣常规产品及参考指标 为满足钢铁、 建材等行业的需求， 现有钢渣经分 选加工处理后， 一般可产出三种产品， 分别为 1渣钢 要求 TFe ＞80， 粒度 ＜600 mm 。 2磁选粉 要求 TFe≥35， 粒度≤8 mm， 作烧 结配料; TFe≥35， 直接作炼钢冷却剂 对粒度无要 求 。 3尾渣 要求 游离氧化钙含量 ＜3， 浸水膨胀 率 ＜2， MFe ＜ 2， 用作混凝土掺合料时其比表面 积需达到 400 m2/kg 。 2. 2钢渣干选处理技术 干选处理技术采用常规的干选设备， 将经冷却粒 化技术处理后的钢渣进行筛分、 破碎、 磨矿和磁选等 作业后， 分选出适用于不同用途的产品物料。其工艺 过程简单、 处理量大; 在分选出不同产品的同时， 并保 证了钢渣物料本身所具有的活性， 便于后续高附加值 利用。 2. 2. 1分选过程常用设备及用途 1 格筛、 直线振动筛、 圆筒筛和弛张筛等筛分设备 格筛主要用在钢渣缓冲料仓上， 用来控制最大的 给料粒度。 直线振动筛主要进行钢渣破碎前后中间物料的 分级。 圆筒筛和弛张筛主要用来进行最终分选产品的 441 环境工程 Environmental Engineering 分级， 以满足不同用途对产品粒度的要求。 2 液压颚式破碎机和反击式破碎机等破碎设备 液压颚式破碎机主要用来对分选过程中的大块钢 渣进行粗碎作业， 采用液压颚式破碎机进行粗碎工作， 可有效防止因钢渣中含有废钢造成 “卡机” 的问题。 反击式破碎机主要用来对粗碎后的钢渣及分选 产品进行二次破碎作业。 3 周边排矿式棒磨机、 自磨机等磨矿设备 主要用于经粗碎或者细碎后钢渣物料的粉磨， 以 进一步降低钢渣粒度。 4 铠装自卸式除铁器、 永磁滚筒和单双辊磁分 离机等干式磁选设备 铠装自卸式除铁器主要对粗碎前钢渣物料中的 废钢资源进行提取。根据其磁系的不同， 可分为电磁 和永磁两种型式， 磁场强度一般在 2 000 GS 以下。 永磁滚筒安放在皮带头部， 代替传动滚筒， 主要 应用于从粗粒钢渣物料 粒度 ＞50 mm 中提取废钢。 工程应用中， 粒度 50 mm 左右， 全铁品位 20 左右的 钢渣， 采用磁场强度 2 400 GS 左右的永磁滚筒， 可分 选得到全铁品位 35左右的磁性物料。 单双辊干式磁选机主要用于从中、 细粒钢渣 粒 度 ＜50 mm 物料中分选磁性物料。 5 其他辅助设备 带式输送机、 给料机等。 2. 2. 2常规原则流程 工艺流程的制定应遵循“分级破碎” 、 “多碎少 磨” 等原则， 尽量减少生产中的破碎和磨矿的工作 量， 主要有以下几种 1粗碎 液压颚式破碎机－ 磁选 永磁滚筒 ， 珠海粤裕丰钢厂采用该工艺。 2粗碎 液压颚式破碎机－ 筛分 直线振动 筛－ 棒磨 － 磁选 双辊磁选机 ， 新余钢厂采用该工 艺流程。 2. 3 钢渣湿选处理技术 湿选工艺过程与干式分选相似， 不同之处在于湿 式分选过程中的磨矿、 磁选作业均有水介质的参与。 其分选效率高， 但分选过程中产生的含水细泥易造成 二次污染; 分选所得到的尾渣活性低， 不能进行钢渣 高附加值利用。 钢渣湿选工艺筛分、 破碎设备与干选的相同; 磨 矿设备采用中心排矿式的球磨机进行钢渣粉磨; 磁选 设备采用湿式磁选机进行渣铁的分离。 3钢渣深加工梯级利用技术 3. 1铁资源回用技术 钢渣在进行分选加工过程中， 一般会得到品位不 同的两种磁性物料。在生产实践中， 品位较高的磁性 物料被称作渣钢， 品位低的磁性物料被称作磁选粉。 由于其品位的不同， 为实现其最大化的利用价值， 针 对渣钢和磁选粉， 分别可采用以下对应的回用技术。 3. 1. 1渣钢 钢渣经分选加工处理后， 所得的渣钢一般返回炼 钢厂作为炼钢材料使用， 渣钢返炼钢使用， 具体的技 术要求 TFe≥80， 粒度≤600 mm。 3. 1. 2磁选粉 钢渣经分选加工处理后， 分选得到的磁选粉可用 作烧结配料或直接用作炼钢冷却剂， 具体技术要求 用作烧结配料， TFe≥35， 粒度≤8 m， 用作炼钢冷却 剂， TFe≥35， 对粒度无要求。 3. 2尾渣利用技术 钢渣经分选加工提取废钢资源后， 剩余部分被称 作尾渣， 针对尾渣自身特性的不同， 可将孔隙率较高 的尾渣用于污水处理行业等， 但大部分尾渣因含有较 多与水泥成成分相似的硅酸盐矿物等水硬性矿物， 具 有较高的活性， 当其各项指标满足水泥、 建材行业相 关标准时， 可以进一步深度利用。 3. 2. 1钢渣用作微粉的利用技术 当钢渣尾渣性能满足表 1 中的各项指标时， 可将 其磨细后用作钢铁渣粉， 在水泥和混凝土中进行应用。 表 1微粉利用要求的钢渣指标 Talbe 1Indicators of steel slag for application in powder 项目Ⅰ级Ⅱ级 钢渣碱度≥2. 2≥1. 8 金属铁含量≥2. 0 含水率≤5. 0 安定性 沸煮法合格 压蒸法当钢渣中 MgO 含量大于 13时须检验合格 用作钢铁渣粉的技术要求应符合 GB/T 28293 2012钢铁渣粉 的规定; 用作水泥混合材和混凝土掺合料的技术要求应 符合 GB/T 204912006用于水泥和混凝土中的钢 渣粉 的规定。 3. 2. 2钢渣用作骨料的利用技术 当钢渣尾渣性能满足表 2 中各项指标时， 钢渣尾 渣可用作骨料可用于道路材料、 工程回填材料、 建材 制品骨料等。 541 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction 表 2骨料利用要求钢渣指标 Table 2Indicators of steel slag for aggregate usage 压碎值/ 表观密度/ kg m － 3 坚固性＞300 μm 的含量 /浸水膨胀率/ 金属铁含量/ ≤30 ≥2 900 ≤8 ≤2. 0 ≤2. 0 钢渣作粗骨料用于沥青混凝土路面， 其技术要求 应 符 合 GB/T 258242010 道 路 用 钢 渣 和 JTG F402004 公路沥青路面施工技术规范 的规定。 钢渣作粗骨料用于道路基层混合料、 路基材料， 其技术要求应符合 GB/T 258242010、 JTJ 034 2000公路路面基层施工技术规范 、 YB/T 4184 2009钢 渣 混 合 料 路 面 基 层 施 工 技 术 规 程和 CJJ 3590钢渣石灰类道路基层施工及验收规范 的有关规定。 钢渣作细骨料用于水泥混凝土路面和沥青混凝 土路面， 其技术要求应符合 YB/T 43292012水泥 混凝土路面用钢渣砂应用技术规程 和 YB/T 4187 2009道路用钢渣砂 的规定。 钢渣作细骨料用于预拌砂浆、 道路基层， 其技术 要求应符合 YB/T 42012009普通预拌砂浆用钢渣 砂 和 YB/T 41872009 的有关规定。 钢渣作混凝土多孔砖和路面砖骨料， 其技术要求 应符合 YB/T42282010混凝土多孔砖和路面砖用 钢渣 的规定。 钢渣作工业与民用建 构 筑物工程回填材料， 其技术要求应符合 YB/T 8012008工程回填用钢 渣 的规定。 4最佳可行技术 4. 1钢渣冷却粒化最佳可行技术 作为钢渣冷却粒化最佳可行技术， 应满足如下 要求 1安全生产的要求。2在保证炼钢正常生产 条件下， 可快速完成高温钢渣的冷却、 粒化过程。 3处理后钢渣中的渣钢应分离良好， 以减少分选加 工过程中的破碎和磨矿能耗; 同时， 处理后的钢渣中 的游离氧化钙含量应小于 3， 浸水膨胀率应小于 2。4在保证设备安全可靠运行的同时， 运行及维 护费用应较低。5 满足国家现行有关污染物排放标 准的要求。 综上， 钢渣冷却粒化最佳可行技术选定为钢渣有 压热闷自解技术和钢渣热闷自解技术。 4. 2钢渣分选加工最佳可行技术 作为钢渣分选工最佳可行技术， 应满足如下要求 1 须能满足安全生产的要求。2 工艺过程简 单、 分选效果好、 能耗低、 运行费用低。3 不降低钢 渣活性。4 满足国家相关的环保政策、 标准和规 范等。 综上， 钢渣分选最佳可行技术选定为钢渣干式分 选加工技术。 4. 3钢渣深加工梯级利用最佳可行技术 作为钢渣深加工梯级利用最佳可行技术， 应满足 如下要求 1 可实现钢渣资源价值最大化的回收利用。2 可实现钢渣的大宗利用。3 满足应用领域相关的标 准规范要求。 综上， 钢渣深加工梯级利用最佳可行技术为 渣 钢返炼钢回用、 磁选粉返烧结回用、 尾渣磨细用作钢 渣粉和钢铁渣粉及用作骨料用于沥青混凝土路面技 术的组合。最终确定的钢渣全流程处理技术路线见 图 1。 图 1钢渣全流程处理工艺 Fig．1Whole steel slag processing route 参考文献 ［1］高安卿， 王建华， 孙树杉， 等． 转炉钢渣配烧水泥熟料及其试生 产［J］． 环境工程， 1996， 14 1 41- 44． 下转第 149 页 641 环境工程 Environmental Engineering 化溶液并沉淀 Cr3 和 Fe3 ; 最终控制罐 pH 调节是为 满足生产线电解硫酸钠的 pH 要求。在再生工艺过 程中 pH 调节容易发生的问题是 pH 检测波动太大或 检测值恒定不动， 其主要原因可能是 pH 探头沾污淤 泥致检测失灵， 需定期清理探头。 2. 2NaHSO3加入量 由于再生工艺主要是 NaHSO3和 Cr6 发生氧化 还原 反 应， 使 Cr6 转 化 为 可 沉 淀 的 Cr3 ， 因 此 NaHSO3加入量直接影响 Cr6 转化。该工艺通过测 量溶液电位值大小来监测 NaHSO3和 Cr6 的反应能 力， 电位值测量准确性直接影响 NaHSO3的加入量， 从而影响 Cr6 转化。在再生工艺过程中容易发生的 问题是电位值测量波动太大或者失灵损坏， 主要原因 可能是电位计探头被沉淀物覆盖导致检测失灵或电 位计探头损坏， 因此需定期清理或更换。 3硫酸钠在线回收的优势 1通过硫酸钠在线回收， 降低电解酸洗槽中 Cr6 含量， 解决了酸洗钢板表面质量缺陷问题， 钢板 表面质量得到很大提升。 2净化系统采用 NaHSO3、 NaOH 和 H2SO4作为 原料， 不为酸洗系统加入杂质离子， 同时控制溶液配 制浓度， 保证酸洗系统中 Na2SO4浓度恒定。 3通过硫酸钠在线回收， 大幅度降低硫酸钠消 耗， 降低废水处理成本， 降低含铬污泥产生量; 采用硫 酸钠在线回收工艺后， 回收电解硫酸钠约 2 000 t/a， 减少污泥量 8 680 t/a， 减少 CaO 消耗 4 515 t/a， 同 时， 改善了中和站出水水质， 有效节约了水资源。 4Na2SO4回收再利用可实现循环经济， 同时， 减少了设备故障频率， 对各条机组的设备维护工作起 到了重要作用。 4结论 硫酸钠在线回收工艺中， Cr6 的还原处理采用 NaHSO3作为还原剂， 在酸性条件下发生氧化还原反 应。还原后用 NaOH 中和， 产生金属离子沉淀。沉淀 经过压滤机进行固液分离， 液体返回生产线， 固体压 成泥饼。整套工艺流程中不添加多余离子， 泥饼中含 有大量的金属离子， 返回炼铁系统可回收再利用。 投产运行一年， 回收硫酸钠 2 000 t， 减少 CaO 消 耗 4 000 t， 节约成本约 400 万元， 减少污泥量 含水 60 8 000 t， 减少排入水体的 Na约650 t， 改善了水 体质量， 降低了工业污水对环境的影响， 具有较高的 经济效益和环保效益。 参考文献 ［1］原金钊． 中性电解除鳞在不锈钢酸洗中的应用［J］． 材料保 护， 2006， 39 6 69- 73． ［2］邓小红． 铁屑内电解法处理电镀含铬废水的实验研究及应用 ［J］． 环境工程学报， 2008， 2 10 1349- 1352． ［3］林华， 黄明， 许立巍， 等． 含氰含铬电镀废水的分类处理工程实 例［J］． 工业水处理， 2009， 29 10 63- 65． ［4］高亮． 不锈钢酸洗废水处理中的污泥减排技术［J］． 中国给水 排水， 2009， 25 10 83- 86． ［5］王芳芳， 孙英杰， 封琳， 等． 含铬废水的处理技术及机理简述 ［J］． 环境工程， 2013， 31 3 21- 24． 第一作者 张国志 1964 － ， 男， 工程师， 主要从事冶金企业水处理、 废 气治理、 噪声治理和固废资源利用技术研究。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 zhanggz tisco． com． cn 上接第 146 页 ［2］朱桂林， 孙树杉． 钢渣成分对钢渣粉活性的影响［J］． 中国钢铁 业， 2010 9 45- 48． ［3］杨家宽． 钢渣直接熔融制高档陶瓷产品［ J］ ． 环境工程， 2002， 20 5 41- 42． ［4］梁向宝， 杨丽芬． 转炉钢渣无害高效利用技术 － 生产钢渣熔融 水泥［J］． 环境工程， 1996， 14 6 44- 46． ［5］王琳， 孙本良， 李成威． 钢渣处理与综合利用［J］ ． 冶金能源， 2007 4 54- 57． ［6］王绍文，梁富智，王纪曾， 等． 固体废弃物资源化技术与应用 ［M］． 北京冶金工业出版社， 2003． ［7］邓雁希， 黄晓燕． 钢渣对废水中磷的去除［J］ ． 金属矿山， 2003， 5 49- 51． ［8］毕琳， 林海． 钢渣的综合利用［J］ ． 矿产保护与利用， 1999 3 51- 52． ［9］叶平， 李文翔， 陈广言， 等． 钢渣和高炉渣微粉做水泥和混凝土 掺和料的研究［J］． 中国冶金， 2004 3 15- 18． ［ 10］Kyong Yun Yeau， EuN Kyum Kim． An experimental study on corrosion resistance of concrete with ground granulate blast- furnace slag［J］． Cement and Ｒesearch Concrete， 2005， 35 7 1391- 1399． ［ 11］黄志芳， 周永强， 杨钊． 谈谈钢渣综合利用的有效途径［J］． 有 色金属设计， 2005， 32 2 50- 54． 第一作者 王延兵 1983 － ， 男， 硕士， 工程师， 主要研究方向为冶金渣 加工分选。15279034725163． com 941 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction