[发明专利]转换钢渣的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种转换钢渣的处理方法。

背景技术

转换钢渣(LAC，laitier d’aciérie de conversion)，在下文同样称为“炉渣”，从数量上来说，是来自于钢铁冶炼过程中每顿钢的产量大约为110kg的第二共同产物。在欧洲区域内，可立即被工厂使用的炉渣矿层有数百万吨，并且在法国，名义上的年产量达到1.2Mt(百万吨)，其中50％以上尚未被开发。表明在欧洲区域内，可立即被工厂使用的转炉炉渣矿层有数百万吨，其中50％以上仍尚未被开发。

在转炉中生铁转变为钢之后，炉渣通常被倒入大坑中，在大坑中通过浇水使炉渣冷却。凝固的炉渣于是被运送到筛选设备以获得筛选后的产品。为了在浇注时对炉渣中大数量的金属粒子进行回收，这些设备配备有磁性分拣系统。

在该处理之后，在土木工程中，通常将脱金属且经过筛选的炉渣作为没有多少价值的用于回填和未覆盖道路的颗粒进行再利用。事实上，由于在钢的生产过程中使得游离石灰聚集，炉渣的量不稳定。通常，销量小于产量，这导致了内部库存的形成。近年来，法国的实际库存达到几百万吨。因此，炉渣的再利用成为经济和环境的关键。

炉渣包括40％至60％的石灰，该石灰与硅酸盐化合并且因此不碳酸化。此外，炉渣始终含有对于钢铁冶炼过程有价值的材料。在欧洲，炉渣平均含有质量的15至25％的铁元素，这些铁元素分布在金属铁(1-5％)、FeO(60-70％)和Fe₂O₃(25-30％)中。这些铁可作为钢产品的原材料再利用，这会节约铁矿物和石灰石，这些矿物被用作高炉(HF，haut-fourneau)中的炉渣的组分调节器来使用，同样减少钢铁冶炼过程中的能量和CO₂痕迹。此外，原材料高度紧张的现实情况(可用性、质量、价格)引发对钢铁冶炼中炼钢厂的矿物质的原始材料进行研究的需求。因此，钢铁冶炼中炉渣的富铁相的再利用变得非常令人关注。

炉渣主要由小尺寸(平均尺寸为20μm左右，最大的晶体的尺寸小于100μm)的多相晶体组成，一部分为富铁相(铁酸钙和铁酸镁)，以及具有类似比例的富二氧化硅的相(硅酸钙)。这两种类型的相都包括随机分布的磷的两种相(通常以氧化磷P₂O₅的形式)。通常情况下，炉渣包括质量在1至3％左右的P₂O₅。

为了在钢铁冶炼中能够将炉渣作为输出产品进行再利用，需要克服两个问题：一方面是为了分离出富铁相而使炉渣的矿物相分离，另一方面是在炉渣的矿物相中存在在钢铁冶炼中所不期望的磷。

首先，炉渣的再利用需要使炉渣所包含的矿物相分离。当然，当前的碾碎技术允许将炉渣碾碎，但是由于碾碎无法后续将富铁相(铁酸钙)从富二氧化硅相(硅酸钙)中分离，因此碾碎不具有选择性。

此外，在钢铁生产中，转炉炉渣的主要作用之一就是从生铁中去除磷。在直接回收炉渣的情况下，从转炉中提取的磷被重新注入高炉，这严重限制了在当今时代这种做法的好处，特别是在优先生产具有超少量磷的钢的方面。

这些缺点对欧洲炉渣的从40％变化至0％的低回收率进行了说明。于是必须在钢铁冶炼之外的步骤中将炉渣再利用。这些步骤的获得又高度依赖于当地的条件，特别是由于炉渣的低附加价值以及运输成本。在全世界，大量研究项目研究了炉渣再利用的新方法，但是在大多数情况下，丧失了铁的价值，甚至还削弱了其他存在的矿物质的价值。

到目前为止，所有旨在对存在于转换钢渣中的矿物质进行分离的技术都以高温冶金过程为基础。现有方法具有两个主要缺点：

首先，这些方法需要炉渣再熔化和使用碳还原氧化铁，这对应于能量成本以及大量CO₂排放的影响。

其次，存在于炉渣中的磷同样被还原并且重新通过生铁，因此在当前的钢铁冶炼过程中得到不可用的含磷生铁。