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1、 转炉高磷钢渣除磷过程中转炉高磷钢渣除磷过程中 P 的变化行为研究的变化行为研究目录中文摘要5 ABSTRACT6 1 绪论9 1.1 减少固体废弃物排放发展循环经济.9 1.2 钢渣的来源.9 1.3 钢渣的主要理化性质.10 1.3.1 钢渣的物理性质10 1.3.2 钢渣的化学性质10 1.4 钢渣的利用现状及存在的问题.11 1.4.1 钢渣的利用现状 .11 1.4.2 目前钢渣利用存在的问题14 1.5 国内外钢渣脱磷技术.15 1.5.1 碳脱磷15 1.5.2 化学法脱磷16 1.5.3 微生物脱磷法17 1.6 课题的提出及研究内容.18 1.6.1 课题的提出18 1.6.
2、2 研究目的19 1.6.3 研究内容19 1.6.4 课题的意义19 1.7 本章小结.20 2 试验原理、药品、方法及仪器设备21 2.1 试验原理.21 2.1.1 硫酸酸浸脱磷的原理21 2.1.2 酸浸渣除磷的原理22 2.2 主要试验方法.22 2.2.1 酸浸试验方法22 2.2.2 铋磷钼蓝光度法测定矿物中磷23 2.2.2.1 原理.23 2.2.2.2 试剂.23 2.2.2.3 步骤.24 2.2.2.4 实验结果.24 2.3 药剂.25 2.4 试验仪器与设备.26 3 酸浸试验27 3.1 不同酸对降磷的影响27 3.2 盐酸降磷试验研究.28 3.2.1 反应时间
3、对酸浸效果的影响28 3.2.2 钢渣粒度对酸浸效果的影响29 3.2.3 盐酸用量对酸浸效果的影响30 3.2.4 液固比对酸浸效果的影响31 3.2.5 反应温度对酸浸效果的影响323.2.6 搅拌速度对酸浸效果的影响33 3.2.7 酸的成本消费33 3.3 小结.34 4 结论35 参考文献36 致谢381 绪论随着钢铁工业的迅速发展，钢渣产出量迅速增加。由于高磷钢渣中 P 以磷灰石形态存，导致钢渣的利用尚缺乏切实有效的途径，成为当今世界普遍关注的一个重大问题。所以除掉钢渣中的磷具有重要的战略意义，本章将系统阐述了目前有关钢渣及其它矿物的除磷的技术方法，并提出了本课题的研究内容及意义。
4、1.1 减少固体废弃物排放发展循环经济循环经济是以“减量化、废弃物再资源化利用和资源循环利用”为原则，其目的就是要实现资源能源的最有效利用，降低环境负荷，促进社会效益、经济效益和环境效益的协同持续发展。自20世纪90年代以来，发展循环经济已逐步成为社会发展的一种趋势，成为传统经济发展模式向资源节约型经济发展模式转型的重要环节之一。对钢铁工业来说，发展循环经济是可持续发展的必由之路。为了推动全社会开展固体废物综合利用，促进经济增长方式转变和可持续发展，在国家有关行业制定的“十一五”规划中均提出了要求和目标。钢铁工业中排放的固体废弃物，除尾矿外，则主要为冶炼渣。其中高炉渣、钢渣占80%以上。高炉渣
5、在工业发达国家已实现产用平衡，利用途径也较多。而钢渣的综合利用由于条件限制，利用率有待提高。钢渣处理是炼钢生产的一个重要工序，它不仅关系到炼钢生产的顺畅，炼钢能力的正常发挥，而且还关系到钢渣后续的综合利用，是钢铁行业发展循环经济的一个重要环节。近年来，每年排出钢渣4000万t左右。目前较多的钢厂渣满为患。扩建渣场不仅占用宝贵的耕地，同时污染环境。因此，只要除去其中有害成分便可实现综合利用。1.2 钢渣的来源钢渣主要来源于铁水与废钢中所含元素氧化后形成的氧化物，金属炉料带入的杂质，加入的造渣剂如石灰石、萤石、硅石等，以及氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉衬材料等。钢渣的主要成分是钙、铁、硅、镁、铝、锰
6、、磷等氧化物所组成。钢渣是炼钢过程中的副产品，是钢铁行业的主要固体废弃物之一，具有很高的利用价值。它的产生量与治金技术、装备水平密切相关，工业发达国家大多采用少渣和无渣炼钢工艺，而我国由于生产技术相对比较落后，原料质量较差，所以炼钢产出的钢渣量较多。2005 年，我国产钢 3 亿吨，形成钢渣3600 万吨。2006 年，我国产钢突破 4 亿吨，形成钢渣 4800 万吨。近 100 多年来，全世界钢厂生产的钢渣多达数亿吨。仅 2005 年一年，全世界产钢 10 亿吨，新增钢渣 1.2 亿吨。旧渣无法消化，新渣不断增生，如再不采取合理钢渣处理方式，继续用传统冷弃法处理钢渣，不但占用大量土地、浪费资
7、源，而且对环境、空气等造成严重污染。1.3 钢渣的主要理化性质炉渣的主要化学成分为：CaO、SiO2、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5、S、自由CaO等。有的还含有V2O5、TiO2、Cr2O3等有价金属，各种成分的含量依具体的炉渣、钢种不同有波动，有时波动会很大。转炉渣中主要物相有：硅酸二钙Ca2SiO4，是转炉渣的初晶相和主要物相，一般与脱磷产物磷酸钙形成固溶体Ca2SiO2-Ca3(PO4)2；硅酸三钙Ca3SiO5，碱度高的转炉渣中该相含量增加，渣中二价的Mg2+、Mn2+、Fe2+等离子可以部分取代Ca2+，形成(Ca、Mg、Mn、Fe)3SiO5；在上述两相之间有氧化亚
8、铁(Ca，Mg，Mn，Fe)O、铁酸二钙Ca2Fe2O5、和石灰CaO。其中有用成分为Fe2O3、CaO、MgO、FeO、MnO，需分离的成分为P2O5。 1.3.1 钢渣的物理性质密度：3.2g/cm33.6g/cm3；容重：0.175mm标准筛渣粉，1.74g/cm3；易磨性、易磨指数：标准砂为1、转炉渣为0.7；活性：高碱性转炉渣，C3S、C2S含量为65%75%；稳定性：冷却膨胀率约10%；抗压性：压碎值为20.4%27.5%。 1.3.2 钢渣的化学性质1）钢渣的碱度炼钢炉渣碱度常用的表示方法有：（1）当炉料含P较低时（铁水P0.3%），用渣中碱性最强的CaO和酸性最强的SiO2含量
9、之比表示。（2）当炉料中含P量较高时，则要考虑渣中P2O5对碱度的影响，此时随表示方法有多种，其中最简单的方法是将P2O5和SiO2视为等值的表示方法。炼钢碱性渣按其碱度大小，一般可分为三类：R1.31.5为低碱度渣，R2.0为中碱度渣，R2.5为高碱度渣。2）钢渣的氧化性钢渣的氧化性是指炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以渣中氧化铁含量来表炉渣中的氧化铁有两种形式，即FeO和Fe2O3。化学分析时经常确定总铁量Fe量）及FeO量，通过计算即可得出Fe2O3量。通常用%FeO，表示炉渣性。把Fe2O3折合成FeO有两种计算方法：（1）全氧法：%FeO=%FeO +1.35% Fe2O3式中：0.9
10、=272/160各氧化铁中全部的氧为FeO，1摩尔Fe2O3生成3摩尔FeO。（2）全铁法：%FeO=%FeO +0.9% Fe2O3式中：0.9=272/160各氧化铁中全部的铁为FeO，1摩尔Fe2O3生成2摩尔FeO。全铁法比较合理。因为在渣样冷却过程中，有少量低价氧化铁被氧化成高价氧，使全氧法计算结果偏高，而全铁法则可避免这种误差。实际炉渣的氧化能力是个综合的概念，其传氧能力还受炉渣粘度、熔池搅拌强供氧速度等因素的影响。3）钢渣中组元的活度活度是衡量炉渣中组元参与反应能力的主要参数。在应用中常以浓度近似反映活度。可见，钢渣含有一定量的铁可回收，具有很高的碱度和氧化性，还具有许多优异的物
11、理化学性质，因而具有广阔的开发前景。1.4 钢渣的利用现状及存在的问题 1.4.1 钢渣的利用现状目前我国钢渣处理利用技术整体水平较低，技术尚未商品化，利用途径尚未市场化，受人力、物力、财力限制。总之，我国钢渣资源化尚处于较低水平，尚未形成稳定的利用渠道。随着钢铁产量的增加，钢渣产量也相应增大，由此带来的环境污染问题也日益严重。因此，如何合理开发和利用钢渣资源是我国冶金工作者多年来一直研究的课题，也是发展循环经济、建设节约型社会和环境友好型社会应着重解决的一个现实问题。在钢渣资源的开发利用上如何自主创新，解决工艺技术难题，研究其发展途径已成为冶金行业重点关注的问题。到目前，人们已经开发了多种有
12、关钢渣综合利用的途径，主要包括冶金、建筑材料、农业利用、工程应用等几个领域。(1) 在冶金领域的应用1) 回收废钢铁钢渣中含有相当数量的钢铁，平均含量约为 25%左右，其中金属铁约占 10%左右。一般钢渣破碎的粒度越细，回收的金属铁越多，将钢渣破碎到300100mm，可以从中回收 6.4%的金属铁，破碎到 10080mm，可回收 7.6%的金属铁，破碎到 7525mm，回收的金属铁量达 15%。国外较早开展从钢渣中回收废钢铁，例如:美国 19701972 年从钢渣中回收近 350 万 t 废钢。我国已有不少厂家建立了处理钢渣生产线，例如:鞍钢采用无介质自磨及磁选的方法回收钢渣中的废钢量达 8.
13、0%，武钢达 8.5%。此外，可采用化学浸提法，从钢渣中提取 Nb, V 等稀有元素。2) 钢渣作冶炼熔剂钢渣作冶炼熔剂，包括代替石灰石作烧结矿物熔剂、作炼铁、炼钢熔剂和化铁炉熔剂。钢渣作烧结矿熔剂时，在烧结矿石中适当配加 5%15%粒度小于8mm 的钢渣以替代部分熔剂，可以改善烧结矿的宏观结构和微观结构;由于钢渣软化温度低，物相均匀，可使烧结矿液相生成得早，促进其与周围物质反应，迅速向周围扩散，使粘结相增多又分布均匀，有利于烧结造球和提高烧结速度;另外，烧结矿气孔大小分布均匀，应力容易分解，气孔周围的粘结相不易碎裂40 钢渣作冶炼熔剂时，将热泼法处理得到的钢渣破碎到 830mm，直接返回高炉
14、用以代替石灰石，可以回收钢渣中的 Ca, Mg, Mn 的氧化物和稀有元素等成分，并能大量节约石灰石、萤石等的用量，降低焦比，改善炉况，增加生铁产量，提高利用系数，降低成本。鉴于此，世界几个产钢大国一直坚持钢渣返回作熔剂，而且占钢渣资源化的比重很大，美国、德国、日本把钢渣配入烧结和高炉再利用，利用率大约为 56%, 24%和 19%。(2) 钢渣作建筑材料1) 钢渣在水泥领域的应用钢渣可用于生产钢渣水泥。高碱度钢渣含有大量 C3S, C2S 等活性物质，有很好的水硬性，把它与一定量的高炉水渣、烧石膏、锻水泥熟料及少量激发剂配合球磨，生产钢渣矿渣水泥，我国目前生产的钢渣水泥有两种，无熟料钢渣矿渣
15、水泥和少熟料钢渣矿渣水泥。钢渣水泥可配入混凝土，分别用于民用建筑的梁、板、楼梯、砌块等方面;也可用于工业建筑的设备基础，吊车梁、屋面板等方面。另外，钢渣水泥具有微膨胀性能和抗渗透性能，广泛应用在防水混凝土工程方面。20 世纪 80 年代，我国在这方面发展速度相当快，目前己有 50 多家钢渣水泥厂，钢渣水泥产量己超过 50 万 t，本溪、安阳、邯郸等建有 10 万 t的钢渣水泥厂。钢渣替代部分水泥作混凝土掺合料。如马秉东等人采用磨细钢渣掺合料完全可以取代部分水泥应用在泵送混凝土中。该掺合料不仅对水泥适应性好，同时还具有可改善泵送混凝土拌合物粘聚性、减小摩擦力、降低泵压等，同时掺入该掺合料可以提高
16、硬化混凝土的密实性、强度和抗渗性、抗冻性、抗碳化性及混凝土耐久性等。黄石军区水泥厂邹俊甫等人利用钢渣配烧水泥熟料，不仅熟料强度提高，而且水泥安定性合格率提高，立窑台时产量提高。另外，武汉理工大学姜从盛等人利用钢渣作混凝土的耐磨集料，提高混凝土耐磨性能 35%以上，并使混凝土的抗压、抗折强度以及抗折弹性模量也有一定的提高，延长混凝土的使用寿命。2) 钢渣生产钢渣砖和砌块用钢渣生产钢渣砖和砌块，主要利用钢渣中的水硬性矿物，在激发剂和水化介质的作用下进行反应，生成系列氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙等新的硬化体。该工艺简单、成本低、能耗省、性能好、生产周期短、投产快加攀钢马保勇等人利用钢渣和粉煤灰，加入少量激发剂，制成 150#以上标准的新型钢渣粉煤灰免烧砖。武汉理工大学陈吉春等人也用鄂钢钢渣成功研制成钢渣空心砖，降低了钢渣砖的比重。武钢利用水淬钢渣研制的钢渣砖所建的三层楼房已使用 25 年之久，证明钢渣砖质量可靠，性能稳定，强度高。3) 钢渣作铺路、铁路渣石和回填工程材料钢渣碎石具有比重大、强度高(一般180MPa)、表面粗糙、稳定
