硫铝酸盐水泥处理冶金固体废弃物的研究.pdf

固 废 处 理 硫铝酸盐水泥处理冶金固体废弃物的研究 ＊ 万 新 1 张明远1 周书才1 毛远礼2 1. 重庆科技学院, 重庆 401331;2. 重钢集团铁业公司, 重庆 402268 摘要 利用硫铝酸盐水泥作为粘结剂, 采用水硬化球团加工工艺, 对冶金过程的二次资源进行了成球性能研究。 研究 结果表明 在 70硫酸渣、20除尘灰和 10精矿粉原料条件下, 添加 6. 5的硫铝酸盐水泥和 1. 2的复合粘结剂, 能够获得粒度组成和强度均较理想的小球作为烧结料。 该项成果的特点是带入原料的 S i O 2大量减少, 水硬化球团养 护期大幅度缩短, 在重钢集团铁业公司取得了良好的生产效果。 关键词 水硬化球团; 硫铝酸盐水泥; 二次资源; 综合利用 S T U D YO NT R E A T ME N TO FME T A L L U R G I C A LS O L I DWA S T E S B YS U L P H O A L U MI N A T EC E ME N T Wa nX i n 1 Z h a n gMi n g y u a n1 Z h o uS h u c a i1 Ma oY u a n l i2 1.C h o n g q i n gU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y , C h o n g q i n g401331, C h i n a ; 2.I r o nP l a n t C o m p a n yo f C h o n g q i n gI r o n＆S t e e l G r o u p , C h o n g q i n g402268, C h i n a Ab s t r a c t I t i s c o n d u c t e da r e s e a r c ho nt h ep e l l e t i z i n g a b i l i t yo f me t a l l u r g i c a l s o l i dw a s t e su s i n gw a t e r h a r d e n i n g p e l l e t p r o c e s s a n dw i t hs u l p h o a l u mi n a t ec e m e n t a sab i n d e r .T h er e s u l t ss h o wt h a t t h ep e l l e t sw i t hr a t i o n a l s i z ec o m p o s i t i o na n ds t r e n g t h , w h i c hw i l l b eu s e da ss i n t e r i n gm a t e r i a l , c a nb eg o t u n d e r c o n d i t i o n so f 70 s u l p h u r i ca c i dr e s i d u e , 20 d e d u s t e da s ha n d 10 c l e a no r ep o w d e r , a s w e l l a s a d d i n g6. 5 s u l p h o a l u mi n a t ec e m e n t a n d1. 2 b i n d e r .T h i sa c h i e v e m e n t f e a t u r e s mu c h l e s sS i O2i nr a wm a t e r i a l a n dm u c hs h o r t e r c u r i n gp e r i o do f w a t e r h a r d e n i n gp e l l e t s . Ke y wo r d s w a t e rh a r d e n i n gp e l l e t n ;s u l p h o a l u m i n a t ec e me n t ;s e c o n dr e s o u r c e ;c o mp r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n ＊重庆市教委资助项目 K J 081410 。 0 引言 钢铁厂除尘灰处理一直是备受关注的环境问题, 如果采用堆场排放的方法处理会对环境造成污染, 同 时还占用了土地资源 ; 另一方面钢铁厂除尘灰富含金 属铁,排放造成二次资源的浪费 。硫酸渣作为一种含 铁原料一直被烧结炼铁过程所利用, 传统的方法是直 接配矿在带式烧结机上烧结 ,但由于硫酸渣成球困难 干扰了烧结工艺过程 ,这不仅会影响到烧结生产利用 系数, 同时对带烧结矿质量也带来不利影响。 采用合适的粘结剂对冶金过程的二次资源进行 预先造球,然后混入烧结料中进行烧结是一项新的技 术 。但目前实际运用中多选用一些复合粘结剂解决 二次资源难以成球的问题, 其成本的控制不够理想而 且强度也不能完全满足转运和烧结过程的要求 。 早期所使用的 P o r t l a n d 水泥即现代的硅酸盐水 泥 ,其典型化学组成大约是 C a O为 63. 0, S i O2为 22. 0, A l 2O3为 6. 0,用于生产水硬化球团其较高 的 C a O 有利于高炉工艺过程 ,但其较长的养护期和 22. 0 左右的 S iO2制约着大规模使用该种球团 。 借用水硬化球团的思路对冶金过程的二次资源 进行处理, 然后将获得的小球配入烧结过程, 重点要 解决 3个问题 a . 快速获得足够强度 生产的小球在 料仓中短时间存放后能迅速获得强度 ; b . 在成球工艺 上可行 在圆盘造球机上通过工艺控制具有良好的成 球性; c . 带入有害杂质少 带入的 S i O2少 , 不至于明 显增加渣量, 同时其他有害元素可通过配料进行 控制。 研究利用除尘灰和硫酸渣进行冷固小球生产的 工艺, 要求在选择合适的粘结剂作用下 ,利用圆盘造 球机生产出 2 ～ 10 m m的小球 下面简称 “灰渣小 球 ” ,添加在烧结混合料中作为烧结原料, 进行废弃 73 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 物综合利用并有效降低生铁的加工成本。 1 灰渣小球原料的基本特性 造球用含铁原料主要有硫酸渣、除尘灰和精矿粉 3种 ,其成分和粒度分析如表 1和表 2。 表 1 含铁原料化学成分组成 含铁原料T F eS i O2A l 2O3 S水分 硫酸渣53. 411. 393. 191. 03525. 83 除尘灰36. 38. 93. 851. 7670 精矿粉65. 25. 381. 040. 1207. 3 表 2 含铁原料粒度组成 含铁原料3 m m 3 ～ 0. 35 m m 0 . 35 ～ 0. 198 m m 0 . 198 ～ 0 . 12 m m 0. 12～ 0. 074 m m 4次 ,则要求 0. 5 m 落下 4次 / 个 。重钢集团铁业公司提供的工艺过程比较特殊, 成 品生球在堆场堆放后, 需由铲车转运 , 这样将使得灰 渣小球的转运 4次 。确定生产中 3 m圆盘生产的 小球落下强度在 10次 / 个以上, 根据经验实验室 1 m 圆盘所造小球满足 4次 / 个即可 。最终确定的实验 室目标参数如下 1 落下强度 ≥4 ～ 5次 / 个 24 h 。 2 粒度组成 2 ～10 m m 占 80以上 。 3 水分控制 提出各配比下的适宜水分控制。 4 生产方案 根据重钢集团铁业公司提出的配 比情况提供生产方案 。 3 试验过程 3. 1 粘结剂选择试验 初步试验的目的是了解原料的基本成球特性 ,常 规粘结剂对于灰渣小球的成球影响。因此 ,组织的初 步试验包括不添加任何物质的基础样成球试验 、 添加 常规粘结剂 包括水玻璃 、 钠基膨润土等 、各种粘结 剂单因素成球试验。该系列试验命名为 J 系列试验, 其原料组成情况和外配的粘结剂用量见表 5。 表 5 J 系列试验的成球原料组成 试样编号 含铁原料配比 湿粘结剂 外配 硫酸渣除尘灰精矿粉L 1L 2PHYC 基础样5050 J 150504 J 250507 J 350507 J 450505 J 550502辅助以 2的 水玻璃、1的 钠基膨润土。 J 6505052 J 7505072 J 87020101 J 97020106. 5 1 J 107020106. 5 1 3. 2 原料基础成球性 图 1为硫酸渣和除尘灰在无任何粘结剂的情况 下成球情况 ,试验表明 硫酸渣配合除尘灰本身具有 一定得成球性,但从粒度组成中反映出 2 ～ 10 m m的 颗粒比例占 53. 6, 同时在造球过程其成球的时间 为 20 m in ,水分达到 20. 8,成品生球的落下强度在 1次 / 个左右。 试验表明 硫酸渣和除尘灰的细度决定了他们具 有一定的成球性 ,但成球率和落下强度无法满足生产 要求,必须要有合适的粘结剂进一步强化成球并提高 落下强度指标。 74 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 图 1 基础样造球的粒度组成 3. 3 铝酸盐水泥 、 硫铝酸盐水泥对成球的影响 J 1样单纯配入 L 1粘结剂 4, 其成品生球的含 水量高达 24. 35, 球的表观水分过湿 , 水分控制不 好 ,不过从水硬球团的固结机制看偏多的水分不影响 存放后生球的强度。该样存放 48 h 后强度与刚成球 的强度没有区别, 因此考虑将 L 1的配入量进一步 提高。 J 2样单纯配入 L 1粘结剂 7,生球水分 20. 9, 粒度组成 80 , 成 分稳定 全铁 46 ～ 48, 碱度 0. 6 ～ 0. 8 , 强度满足生产要求的 小球。灰渣小球成分见表 8。 表 8 灰渣小球成分分析 试样T F e S i O2 C a OS A l 2O3 L o s s Y 146. 4010 . 148. 971. 0365. 172. 96 通过表 8可以看出,由于硫铝酸盐水泥和硫酸渣 的使用 ,灰渣小球 S 含量大幅度升高 , 因此作为烧结 原料使用其比例必须严格控制, 以免对高炉冶炼造成 明显影响,建议灰渣小球的使用量不超过 10。 5 工业生产 工业生产中烧结配矿及生产数据见表 9、表 10。 表 9中可以看出 , 5 的灰渣小球被配入到烧结混合 料中, 生产数据在表 10中可以看出 。需要说明的是 重钢集团铁业公司的装备水平较低, 其生产指标在同 类型设备中是较差的 。通过对灰渣小球使用的前后 对比, 5 的配入量对生产指标基本不构成影响 ,只是 对烧结矿 T F e 含量降低约 0. 1 ～ 0. 2。效益反 映在两个方面,一是产生直接经济效益约 10 ～ 20元 / t , 二是通过减排产生间接效益。 表 9 7月 7日中班烧结配矿 配矿比褐铁矿粉 灰渣小球铁屑赫章矿粉 印度粉澳矿精矿粉 用量 /t81 . 96419. 51685. 867101 . 4866. 35219. 515 11. 709 质量分数 /21 . 215. 0522. 2226 . 2617. 175. 053. 03 表 10 7月 7日中班生产数据 烧结矿成分 / T F eF e O S iO2 C a OM g OA l2O3S R 利用系数 / t m- 2h - 1 全铁稳定 率 / 碱度稳定 率 / 49. 018. 767. 8915. 183. 550. 0871. 920. 96210050 6 结论 使用硫铝酸盐水泥处理二次资源非常符合冶金 企业节能减排的发展方向 ,该项研究的成果对于简化 冶金企业的废渣处理 ,提供了一种简单易行的方法 。 1 使用硫铝酸盐水泥作为水硬化球团生产的粘 结剂, 其高 C a O 、 早强的特性对处理二次资源用于烧 结是一种可行 、 简单的新工艺 。研究结果表明 硫铝 酸盐水泥配入量在 5 ～ 7能够在 24 h 获得满足生 产要求的强度。 2 为了简化工艺即无须对废渣进行磨选 , 因此 在造球过程配入适量的复合型粘结剂强化早期造球, 后期依靠硫铝酸盐水泥固结。研究中选用 P 型复合 粘结剂 ,配入 1. 2获得理想的小球粒度组成 。 3 研究中处理的二次资源主要是硫酸渣和除尘 灰 ,加上硫铝酸盐水泥本身的介入, 造成冷固灰渣小 球的 S 含量较高 ,因此最终在烧结料中配入的灰渣小 球不宜超过 10。 参考文献 [ 1] 傅菊英. 烧结球团学 [ M ] . 长沙 中南工业大学出版社, 1996 370- 378. [ 2] 贺建峰. 济钢炼钢炼铁污泥的处理和应用[ J ] . 钢铁, 2003 5 57-60. [ 3] 王全利. 含铁尘泥的综合利用 [ J ] . 包钢科 技,2002 6 75-78. [ 4] 张光荣. 转炉污泥制作冷固球团的应用研究[ J ] . 钢铁, 2005 8 76- 79. [ 5] 乔启平, 张皓. 尘泥回收利用烧结工艺研究 [ J ] . 河北冶金, 1999 1 13- 19. [ 6] 邹春梅. 含铁尘泥的回收与综合利用 [ J ] . 天津冶金,1998 1 45- 46. [ 7] 李清湧, 鲁逢霖. 粉状物料冷固结球团试验研究 [ J ] . 甘肃冶 金, 1999 1 12- 16. [ 8] 许原. 化工铬渣冷固球团的制备及性研究能 [ J ] . 冶金能源, 2003 3 57- 60. 作者通信处 万新 401331 重庆市大学城重庆科技学院冶金与材 料工程学院 E - ma i l w a n x i n 023163. c o m 2009-04-20 收稿 76 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期