專利名稱：一種處理冶金爐渣的方法
一種處理冶金爐渣的方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種處理冶金爐渣的方法。更具體地說，本發明 涉及一種處理廢棄冶金爐渣原料的方法，所述爐渣原料含有環境上不希
望的重金屬成分，并且在處理爐渣原料的同時生產出至少一種有價值的
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本發明提供一種處理廢棄冶金爐渣原料的方法，所述爐渣原料含有 不希望的重金屬成分，并且在處理爐渣原料的同時生產出至少一種有價
值的產品，所述方法的特征在于，它包括以下步驟
將爐渣原料與還原劑進行混合，獲得反應混合物；
對反應混合物進行加熱以使還原劑將所述爐渣原料中的一種或多種 重金屬化合物還原，獲得熔融金屬和熔融處理后的爐渣；
使烙融金屬與熔融處理后的爐渣分離；和
使處理后的熔渣固化。
爐渣原料中的重金屬成分可能是環境上不希望的，或者使處理后的 爐渣無法用于其他目的。
一般地，重金屬化合物包括選自重金屬氧化物、重金屬硅酸鹽和其 混合物的化合物，但是這些化合物和其他能夠還原的重金屬化合物經常 存在于爐渣中，并可以用還原劑進行還原。另外，爐渣原料中還可能存 在自然金屬態的重金屬，這些重金屬在加熱處理爐渣的過程中將被熔融， 并隨還原后的金屬一起從處理后的爐渣中分離出來。
經混合獲得反應混合物的爐渣原料和還原劑在混合時可以為固體形 式。另外，經與還原劑混合獲得反應混合物的至少一部分爐渣原料可以 為熔融形式，其中還原劑可以為固體形式。因此，當在生產熔融形式的 爐渣原料的冶金爐附近以諸如廢物場或堆存處等原料堆形式獲得爐渣原 料時，使用從原料堆獲得的一部分固體形式的爐渣原料與從冶金爐獲得的一部分熔融形式的爐渣原料，這樣可以在加熱步驟中節省達到35%或 更大的能源，熔融爐渣的溫度通常為1100-1650°C，例如1200-1550°C。
這種方法包括在混合前將固體形式的爐渣原料和還原劑中的至少一 種粉碎以實現粒度減小的步驟。更具體地說，可以粉碎爐渣原料以實現 粒度減小，然后在混合前將粉碎的爐渣原料進行粒度分級，從而獲得所 需的粒度級，再與還原劑混合得到反應混合物。這種粒度級可以包括通 過在環境溫度下粉碎得到的粒度至多70mm的粒子。
反應混合物的加熱可以使用熔爐進行，所述方法包括將熔融金屬和 熔融爐渣在1300-1650°C的溫度下從熔爐內排放的步驟。更具體地說， 從熔爐內排放熔融金屬和熔融爐渣的溫度可以為1350-1550。C。盡管原則 上可以使用感應爐進行加熱，并且盡管可以基本上連續進行，但是熔爐 優選為可間歇操作的電弧爐。
不論是以基本上連續或者基本上間歇的方式進行加熱，將熔融金屬 從熔融處理后的爐渣中分離出來通常均可以利用重力分離過程實現，其 中，熔融處理后的爐渣作為一層漂浮在熔融金屬上。因此，這種分離過 程可以在熔爐自身內進行，或者可以在諸如傾動式坩堝等另一個容器內 進行，其中該容器下部可以設有放出孔。熔融金屬可以從該容器下部放 出，并且通過傾斜容器可以例如作為溢流從容器上部倒出或傾析出爐渣。 另外，可以通過傾斜容器首先倒出爐渣，然后再倒出金屬。因此，整個 過程(即，使均為熔融形式的處理后的爐渣和金屬彼此分離)的特征的主要 優點在于，不僅可以得到未被金屬污染的相對無金屬形式的處理后的爐 渣，而且可以得到未被爐渣污染的相對無爐渣形式的金屬。因此，處理 后的爐渣和金屬兩者均可以是相對純的形式，更便于預期的后期應用。 此外，本發明方法的上述特征使得除重力分離之外還可以使用各種不同 的分離方法(通過傾斜容器放液、傾析、倒出等)，從而增加了本發明方法 的多樣性。另外，使用諸如感應爐或電弧爐等電力熔爐還可以使爐渣和 金屬在還原反應后總是保持在它們處于熔融狀態的溫度，直至它們被分 離。因此需要強調的是，不論使用的反應溫度如何，均應一直進行加熱 以保持爐渣和金屬處于熔融狀態，至少在使它們分離前。
所述方法可以包括以下步驟通過使熔融處理后的爐渣利用自然對
流進行空氣冷卻而固化，通常可以以相對較慢的速率將其傾倒在諸如廢 物場或堆存處等開闊的原料堆上，使其冷卻充足時間，然后將固化處理 后的爐渣進行粉碎以實現粒度減小，從而使其成為集料形式，所述集料 為所述的有價值產品。
此外，所述方法可以包括以下步驟通過使熔融處理后的爐渣與液 態水接觸而固化，使處理后的爐渣粒化，得到粒化處理后的爐渣產品， 所述粒化處理后的爐渣為所述的有價值產品。
盡管處理后并經空氣冷卻的集料形式的爐渣產品通常被當作是最終 產品而銷售給施工建筑業的使用者，但是粒化處理后的爐渣產品可以被
當作一種中間產品儲存起來以便后期進一步處理，或者可以作為添加材 料或填料銷售給制造商，例如在根據需要研磨成粒度足夠小的粉末后用 于制磚、預拌混凝土和爐渣填充的混合水泥等。此外，如下文所述，粒 化處理后的爐渣中間產品還可以被進一步處理，以生產基本上最終的處 理后的爐渣產品。
爐渣原料通常來自于金屬生產中使用的冶金爐。這種爐渣不僅包括 在煉鋼過程中得到的堿性氧氣轉爐(BOF)爐渣或電弧爐(AF)爐渣，而且重
要的是它們還包括從冶煉其他金屬使用的熔爐得到的爐渣，例如錳或錳 鐵生產過程中產生的爐渣，這種爐渣可以合金的形式存在，而且可能具 有毒性。這種爐渣通常堆積在金屬生產廠的廠區外，或者任選地在生產 后現場以熔融形式立即使用，或者在利用空氣對流而被空氣冷卻的固化 后現場堆積。因此，可以提供固體爐渣原料的原料堆，從而可以根據需 要連續或間歇地回收按本發明方法處理的爐渣原料，以進一步處理。爐 渣原料在與還原劑混合前例如可通過碾碎進行粉碎，以實現粒度減小。 經粉碎的爐渣原料在與還原劑混合之前例如可通過篩選進行分類，以得 到具有所需粒度和/或所需粒度分布的分類后的粒狀爐渣原料。
如下文所述，含硅試劑，方便的是含氧化硅試劑，可以與爐渣原料 混合，形成反應混合物，并且這種試劑可以是固體，比如可以是硅砂。 還原劑同樣可以是固體，例如可以是含硅、含鋁或者尤其是含硅鐵或含 碳的還原劑，例如煤。與含鋁或含硅鐵的還原劑相比，含碳還原劑，例 如煤，由于來源充足且價格低廉，西而是相當優選的，而且在處理某些
爐渣產品的時候確實可以避免產生污染物。這些還原劑和試劑在與爐渣 原料混合得到反應混合物之前同樣可以進行粉碎和分類，獲得所需的粒 度和/或粒度分度。在這種情況下，反應混合物可以是固體顆粒混合物， 按上述進行加熱，用以熔融反應混合物，并形成熔融金屬和熔融處理后 的爐渣，隨后粒化。本發明的申請人發現可以使用一些私人擁有的制粒 機來方便地實現粒化，例如使用南非貝特曼金屬有限公司(South Africa from Bateman Metals Limited, Bartlett Road, Beyers Park, Boksburg, Gauteng Province, South Africa)生產的制粒機。
如下文所述，可以使粒化處理后的爐渣脫水，然后進一步處理；并 且例如可以通過碾壓和/或研磨粉碎粒化處理后的爐渣，例如通過在脫水 過程中或脫水后進行研磨。隨后，可以收集粉碎脫水處理后的爐渣，然 后銷售給使用者，或者立即現場用于生產前述終端產品，其中爐渣形成 用作添加材料的成分。
本發明的申請人已經成功地將粉碎并空氣冷卻后的錳鐵原料和粒度 達到70mm并經空氣冷卻的BOF爐渣原料與篩選后粒度達到30mm的煤 還原劑混合。在將諸如硅砂或石灰石等固體含硅或含鈣試劑與BOF煉鋼 爐渣原料、錳或錳鐵生產爐渣原料混合時，含硅或含鈣試劑的粒度優選 至多30mm。使用任何含鎂試劑也要如此考慮。
盡管如上所述，加熱反應混合物的過程優選使用電弧爐以間歇方式 進行，但是也可以連續方式在感應爐內進行。然而，在每一種情況下， 處理過程的其他步驟根據需要均可以是基本上連續的或間歇的，并從原 料堆等連續或間歇地回收爐渣原料，而且根據需要以相似連續或間歇的 方式進行碾碎、篩選和混合，從而適宜地供應到熔爐中，而不管是電弧 爐或感應爐。
除了諸如前述的含碳或含硅鐵的還原劑等還原劑之外，可以向熔爐 內的反應混合物中加入各種任選的添加劑，包括含鋁、含磷、含硅或含 鈣試劑。熔爐也可以被配置成按情況以間歇或連續方式在上述 1300°C-1650°C、優選1350°C-1550°C的溫度下排放熔融爐渣，并且以間 歇或連續方式排放液態金屬，液態金屬例如再利用到從中得到爐渣原料 的金屬生產過程之前可以在砂床上空氣冷卻。
反應混合物的加熱也可以使用多個平行操作的感應爐進行，從而生 產熔融金屬和熔融處理后的爐渣，其中每個感應爐都供應有反應混合物。 另外，可以使用單個電弧爐，其具有兩個或多個移動傾倒式坩鍋或可以 往返于加料點、配有共用電極組的熔融點以及一個或多個傾倒點的容器。
熔爐廢氣可以用于在碾壓或研磨煤料的過程中對其進行干燥，還可 以在碾壓或研磨所述煤和脫水后的爐渣的過程中對脫水后的爐渣進行干 燥。
處理后的爐渣的粒化包括使爐渣玻璃化，以使其粒度至多10mm， 其中玻璃含量至少50質量％，通常至少67質量％，優選至少80質量％， 并可達到90質量％或更大。
在使處理后的爐渣脫水后，可以干燥至水分至多1質量％，通常0.5-1 質量％。然后研磨脫水粒化處理后的爐渣，并且在研磨之后，優選其粒 度至多105pm，通常其表面/質量系數或比表面為3500-4500cm2/g本發明延伸到使用上文所述的本發明方法得到的處理后的爐渣。此 外，本發明還延伸到包含所述粒化處理后的爐渣并被其填充的填充水泥 或混凝土產品，或者延伸到填充的磚產品。
如果研磨處理后的爐渣用作普通波特蘭水泥(普通硅酸鹽水泥)的添 加材料，那么其可以與波特蘭水泥混合，使得爐渣與水泥質量比為6: 94-95: 5，通常為15: 85-65: 35，優選為30: 70-50: 50。
如果粒化處理后的爐渣用于制磚，那么其通常占磚產品的至多45質 量％，通常為15-45質量％，并且在使用時，研磨處理后的爐渣通常占磚 產品的2-15質量％。
粒化過程可以至少部分地造成足夠快速的冷卻，以使爐渣玻璃化。 因此，處理后的爐渣的粒化尤其可實現爐渣的玻璃化，所述粒化使粒化 后的爐渣其粒度至多10mm且玻璃含量至少為50質量％。所述方法可以 包括使粒化處理后的爐渣脫水的步驟；所述方法可以包括粉碎粒化處理 后的爐渣以實現粒度減小的步驟，例如，這樣可以使其適于用作制磚填 料、用于生產預拌混凝土或用作填充諸如普通波特蘭水泥(OPC)等水泥的 添加材料來生產混合水泥。
除了可以生產作為諸如用于施工建筑業的集料或者制磚或混凝土/ 水泥生產中的填料或添加材料等有價值產品之外，本發明的方法還可以 生產作為有價值產品的金屬，其可以是合金形式。應該強調，從經濟方 面來說，希望可以同時生產處理后的爐渣和還原后的金屬或合金作為有 價值的產品，因此本發明的方法是有經濟效益的或者至少是可行的，而 且本發明自然可以擴展到包括這種同時生產的方法形式。
因此，從熔融爐渣中分離出來的熔融金屬可以為所述的有價值產品； 并且分離出來的金屬可以被送至冶金爐中進一步處理。這可以使用熔融 形式的金屬進行，但是希望通常從處理后爐渣中分離出來的金屬在送至 冶金爐中進一步處理前被固化。
在本發明的特定實施方案中，爐渣原料可以至少部分地選自含錳爐 渣、含鐵爐渣和其混合物。這種含錳爐渣通常希望來自錳鐵生產過程。 因此，爐渣原料可以包括至少一種含錳爐渣和至少一種含鐵爐渣的混合 物，從而金屬產品包括錳鐵，并且有益的是，其可以返回到從中得到含 錳爐渣原料的錳鐵生產過程。所述方法可以包括以下步驟在將爐渣原 料與還原劑進行混合以獲得反應混合物的同時，還混合含硅試劑，使得 反應混合物含有硅。所述方法還可以包括以下步驟在將爐渣原料與還 原劑進行混合以獲得反應混合物的同時，還混合含鈣試劑，使得反應混 合物含有鈣。含硅試劑通常是氧化硅，含鈣試劑可以包括生石灰、熟石 灰或碳酸鈣。加入含硅試劑或含鈣試劑可以用于優化反應混合物中CaO 和Si02的質量比，而且盡管通常希望用于諸如錳鐵生產等合金冶煉過程 的爐渣原料中，但是加入含硅試劑或含鈣度劑可以用于任意的爐渣原料 中，例如分別向堿性氧氣轉爐(BOF)爐渣中加入含鈣試劑或含硅試劑，從 而提高按CaO計的鈣含量，或者提高按Si02計的硅含量。因此，對于 BOF爐渣來說，所述方法可以包括向其中加入諸如氧化硅等含硅試劑， 以降低CaO禾卩Si02的質量比。
可以選擇反應混合物的組成，以提供錳含量為70-90質量％、優選 76-80質量％和鐵含量為5-20質量％、優選10-15質量％的錳鐵產品。
特別地，含鐵爐渣可以是來自堿性氧氣轉爐(BOF)煉鋼過程的爐渣。 按Fe203計，含鐵爐渣可以含有20-45質量％、通常25-38質量％的鐵。
BOF爐渣是一種廉價的鐵來源，這種爐渣可以方便地除去金屬并進行空 氣冷卻；含錳爐渣可以是來自錳鐵生產過程的爐渣，例如已經除去金屬 的所謂的新沉積物(freshhorizons)。按MnO計，含錳爐渣可以含有15-65 質量％、通常15-27質量％的錳。
在特定實施方案中，反應混合物含有鈣、鎂和硅，當分別按CaO、 MgO和Si02計時，鈣、鎂和硅的存在比例為反應混合物提供按(CaO十
MgO): Si02質量比計為1.3: 1-1.8: 1，通常為1.4: 1-1.7: 1的堿度。
需要時可以通過加入含鈣和含硅試劑獲得反應混合物中的鈣和硅，并且 需要時可以通過加入諸如氧化鎂或碳酸鎂等含鎂試劑相似地獲得反應混 合物中的鎂。
反應混合物中可以使用充足的還原劑，以使處理后的爐渣中的錳含
量按MnO計至多10質量％，優選至多7質量％。
本發明還延伸到一種通過本發明的上述方法獲得的金屬或合金產
口卩o
下文結合附圖
通過非限制性實施例對本發明進行說明，其中附圖是 框圖，表示實施本發明方法的設備流程圖，用于處理從煉鋼過程中得到 的堿性氧氣轉爐(BOF)的爐渣。
在附圖中，附圖標記IO—般指實施本發明方法的設備。設備10包 括從煉鋼過程得到的BOF爐渣原料的原料堆12。原料堆12沿固料輸送 線14向棒條給料器16供料，然后沿固料輸送線18向顎式粉碎機20供 料。顎式粉碎機20沿固料輸送線22向錐式粉碎機24供料，細料旁路輸 送線26連接給料器16和輸送線22。
錐式粉碎機24沿固料輸送線28向三層篩選裝置30供料，然后從其 中央和最上層沿固料輸送線32向錐式粉碎機34供料。篩選裝置30從其 最下層沿固料輸送線36向原料堆38供料，并將通過其最下層篩的物料 沿固料輸送線40送至雙層篩選裝置42。雙層篩選裝置42從其上層沿固 料輸送線44向原料堆46供料，從其下層沿固料輸送線48向原料堆50 供料，并將通過其下層篩的物料沿固料輸送線52送至原料堆54。錐式粉
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碎機34沿固料輸送線56向原料堆58供料。上述設備10的各個部分一 起組合成粉碎設備，并通常用附圖標記59表示。
設備10還包括三個料斗，即爐渣原料料斗60、硅砂料斗62和煤料 斗64。原料堆58沿固料輸送線66向料斗60供料，輸送線66包括傳送 帶。超聲/激光設備(圖中未示)控制給料器沿輸送線66從原料堆58向料 斗60供料。附圖標記68表示的是硅砂翻車，附圖標記70表示的是原煤 翻車。翻車68沿傳送帶式固料輸送線72將硅砂送至硅砂料斗62;翻車 70沿傳送帶式固料輸送線74將原煤送至煤料斗64。超聲/激光設備(圖中 未示)分別控制硅砂從翻車68沿輸送線72送至料斗62和控制煤從翻車 70沿輸送線74送至煤料斗64。料斗60、 62和64以及翻車68和70 — 起組合成原料處理設備，并通常用附圖標記75表示。
設備IO還包括四個感應爐76，它們配置成并行操作，并分別沿固 料輸送線(圖中用附圖標記77表示)從料斗60、 62和64供料。每個感應 爐76配有處理后的爐渣分流線78，它們匯至同一個砂床形式的熔融爐渣 出渣槽80，熔融爐渣在重力作用下送至制粒機82。每個感應爐76配有 金屬分流線84，每一分流線84將金屬送至相連的砂床85，進行空氣冷 卻和回收金屬流。感應爐76和其分流線78、 84以及出渣槽80和砂床85 一起組合成熔爐設備，并通常用附圖標記86表示。熔爐設備86還包括 熱氣抽出線87，將來自感應爐76的熱氣送至靜電濾塵器88，然后沿配 有鼓風機91的輸氣線99送至集氣部分92。
設備IO還包括粒化和脫水設備，并通常用附圖標記93表示，該設 備由出渣槽80供料。設備93包括制粒機82和料倉83。制粒機82是專 有設計，并可以從貝特曼金屬有限公司(BatemanMetalsLimited)得到，被 配置成用于使來自出渣槽80的處理后的爐渣粒化，包括使爐渣與液態水 接觸，以使粒化后的爐渣能100%穿過10mm的網篩，并且其玻璃含量或 玻璃化程度至少50質量％。在閉合回路中，制粒機82與冷卻塔94相連， 用以冷凝制粒機82產生的蒸汽并冷卻制粒機82使用的水。該閉合回路 還包括脫水設備96，用于使從制粒機82沿固料輸送線98送出的爐渣脫 水。脫水設備96將脫水粒化處理后的爐渣沿固料輸送線IOO送至料倉83 中的粒化爐渣原料堆102;并且設備96還被配置成用于沿該回路將水再 循環到制粒機82和冷卻塔94。出渣槽80在熔爐76和制粒機82之間設 有分流線103。圖中為表示方便，只部分地顯示出了分流線，該分流線連 接至料倉83中的原料堆105,在那里爐渣進行空氣冷卻，然后送至粉碎 設備59，這將在下文說明。
最后，設備IO還包括爐渣研磨和排放設備，并通常用附圖標記104 表示，其具有驅動料斗106，該料斗通過前端裝載機108從原料堆102 供料。料斗106沿傳送帶式輸送線110向研磨給料器112供料，然后向 滾筒碾磨機114供料。配有鼓風機118的輸氣線116將熔爐熱氣從抽出 線87送至研磨機114。研磨機114沿輸氣線120向袋式過濾器122供氣， 然后沿配有鼓風機125的輸氣線124送至集氣部分126。研磨機114沿固 料輸送線128向配有袋式過濾器132的貯倉130供料。
根據本發明的處理方法，來自BOF過程的含有硅酸鐵、氧化鐵和/ 或金屬鐵的爐渣原料堆積在原料堆12中。棒條給料器16將爐渣原料中 的細料除去，并在控制條件下將粗料送至顎式粉碎機20，細料沿輸送線 26送至輸送線22，然后再送至錐式粉碎機24，在那里進一步粉碎。篩選 裝置30篩選沿輸送線28從粉碎機24接收的粉碎后的爐渣原料。將篩選 裝置30最上層和中間層保持的物料沿輸送線32送至錐式粉碎機34，在 那里進一步粉碎至粒度至多70mm。將篩選裝置30最下層保持的物料沿 輸送線36送至原料堆38，而通過篩選裝置30最下層的物料沿輸送線40 送至篩選裝置42，在那里進一步篩選。
將篩選裝置42上層保持的物料沿輸送線44送至原料堆46，而將篩 選裝置42下層保持的物料沿輸送線48送至原料堆50。通過篩選裝置42 的所述下層的物料沿輸送線52送至原料堆54。原料堆38、 46、 50和54 中的物料形成集料產品，這種集料產品符合關于混凝土集料的BSEN (英 國標準/歐洲規范)12620: 2002的規格，符合關于用作土建工程和筑路用 的未粘結和液壓粘結集料的BS EN 13242: 2002的規格。從錐式粉碎機 34出來的粉碎后的爐渣原料沿輸送線56送至原料堆58。
粉碎后的爐渣原料沿傳送帶66從原料堆58送至料斗60。然后，依 次地將最大粒度為2mm的硅砂從翻車68沿傳送帶72送至硅砂料斗62， 將粒度至多為8mm的原煤從翻車70沿傳送帶74送至煤料斗64。
粉碎后的粒狀爐渣原料、硅砂和原煤分別自料斗60、 62和64沿輸 送線77輸送至相應的感應爐76。
在感應爐內進行熔融，其中煤用作還原劑，使爐渣原料中的鐵化合 物還原，在1450-1600°C的溫度下加熱使爐渣轉化成熔融處理后的爐渣。 硅砂的加入量為爐渣的12-15質量％，它用于消除爐渣原料中的游離石灰 引發的問題，通常CaO和Si02的質量比為0.9: 1-1.4: 1。使用煤還原劑 可以還原達到90質量％的鐵化合物，處理后的爐渣含有至多4質量％的 Fe203和至多0.5%的金屬鐵。諸如鋁、生石灰和磷等額外的爐渣添加劑 可任選地加到感應爐76的爐渣中。
感應爐76連續作業，并且在1450-1600°C的溫度下以溢流的方式向 出渣槽80排放處理后的爐渣。熔融金屬也以溢流的方式由感應爐76排 放至砂床85進行空氣冷卻，然后再循環至產生爐渣原料的煉鋼過程。
熔融處理后的爐渣在制粒機82中粒化，相連的冷卻塔用于保存水并 將其溫度保持在至多35°C。粒化后的爐渣沿輸送線98送至脫水設備96 進行脫水，脫水后的爐渣沿輸送線100送至原料堆102。將從感應爐76 沿抽出線87發出的熔爐氣體沿抽出線87送至靜電濾塵器88，然后沿輸 氣線99經鼓風機91送至集氣部分92，在那里相似地排放到大氣中。
部分來自出渣槽80的熔融處理后的爐渣繞過制粒機82并沿輸送線 103送至料倉83內的原料堆105，在那里繞過的爐渣經空氣冷卻后用于 粉碎設備中，這將在下文說明。
前端裝載機108用于將處理后的爐渣由原料堆102送至驅動料斗 106，然后送至傳送帶110。據預期，來自原料堆102的部分粒化后的爐 渣經常被銷售給土建工程和建筑業用作集料。
傳送帶110向研磨給料器112供料，然后送至滾筒碾磨機114，在那 里處理后的爐渣被研磨成粒度至多5(Him (微米)。鼓風機118將熔爐熱氣 沿輸氣線116由感應爐76吹向研磨機114，從而在研磨機114的研磨過 程中對處理后的爐渣進行干燥。熔爐氣體沿輸氣線120由研磨機114送 至袋式過濾器122，然后沿輸氣線124經鼓風機125送至集氣部分126， 并排放到大氣中。
研磨處理后的爐渣自研磨機114沿輸送線128送至貯倉130，來自 貯倉130的氣體經袋式過濾器132排放到大氣中。
如上所述，空氣冷卻后的爐渣自原料堆105送至粉碎設備59。在粉 碎設備59內，通過給料器16從原料堆12向粉碎機20供料可以變更為 通過給料器16從原料堆105向粉碎機20供料。來自原料堆12的物料經 本發明的方法粉碎，并通過原料堆58送至原料處理設備75;而來自原料 堆105的物料在粉碎后堆積在原料堆38、 46、 50和54中，作為集料出 售。
本發明的申請人已對圖示的基礎設備進行了各種研究和改進。因而， 本發明的申請人發現使用一個配備一對移動傾倒式坩鍋或容器的電弧爐 (圖中未示)代替四個感應爐76更有益。這種容器可以往返于加料點(圖中 未示)，并通過輸送線77自料斗60、 62和64加料，可以往返于熔融點(圖 中未示)，熔融點配有排成一排的共用電極組并可以使容器中的固體物料 熔融，以及可以往返于傾卸點(圖中未示)，這種容器可以分別傾倒出熔融 金屬和熔融爐渣。在傾倒點處，容器被配置成將熔融金屬傾倒在砂床85 內，使金屬空氣冷卻并回收固體形式的金屬。在傾倒點處，容器也被配 置成將熔融爐渣傾倒在制粒機82中，或者傾倒在料倉83內的原料堆105 中，這種情況可以省去爐渣分流線78、出渣槽80和金屬分流線84。
使用電弧爐來代替四個感應爐76使得部分BOF爐渣原料可以直接 由原料堆12送至原料堆58而不經粉碎機20、 24或34。這使得輸送線 56還可被自原料堆12到原料堆58的輸送線(圖中未示)代替，然后粉碎 機34通過輸送線(圖中未示)向篩選裝置30供料，由粉碎機24排放的部 分物料離開篩選裝置30并送至原料堆58，便利的是經從粉碎機排放的輸 送線進入從原料堆12到原料堆58的輸送線。在這種情況下，本發明的 申請人:發現使用一個石灰料斗(圖中未示)與料斗60、62和64—起作為原 料處理設備75的一部分而用于沿輸送線77向電弧爐供料更加方便。最 后，還發現使用包括袋式過濾器的氣體過濾設備(圖中未示)來代替濾塵器 88更具有優點。
對于發展和改進方法的操作在大多數方面很大程度上與圖示的基本 方法相似，但有一些變化。因此，代替從粉碎機34經輸送線56供料，而是直接部分地從原料堆12和部分地從粉碎機24向原料堆58供料，粉 碎機24的其余輸出與粉碎機34的輸出一起送至篩選裝置30。另外，自 原料處理設備75沿輸送線77向熔爐設備86的供料除了自料斗60、 62 和64的供料之外還包括自石灰料斗的石灰供料。
與感應爐76類似的是，電弧爐容器在加料點由料斗60、 62和64以 及石灰料斗進行加料，然后將容器移至熔融點，在那里使用電極組的電 極熔融其中的物料。然后將容器移至傾倒點，在那里傾倒，將熔融爐渣 排放到制粒機82并將熔融金屬排放到砂床85。重要的是，需要強調，使 用感應爐76可以基本上連續地作業，但使用電弧爐的容器卻需要間歇和 交替地作業，從而當一個容器在熔融物料的時候，另一個容器傾倒排放 出熔融物料，然后再次加入原料，反之亦然。這種方式可以通過提高加 料點、熔融點和傾倒點的利用率來增加經濟效益(與配有單個容器的電弧 爐相比)，同時使用電弧爐可以將粗爐渣自粉碎設備59送至熔爐設備86。
本發明的申請人發現使用結合附圖所述的本發明方法獲得的研磨處 理后的爐渣適于用作水泥添加材料(或者作為研磨前的填料)，并用于制 磚、預拌混凝土或填充爐渣的水泥等。本發明的特征是，可以把環境上 不希望的冶金爐渣原料轉換為制磚或水泥制造業用的有用成分。盡管結 合附圖描述了本發明的方法用于處理從煉鋼得到的BOF爐渣原料，但本 發明的方法可以基本上類似的方式用于處理錳鐵生產的爐渣原料，這將 在下文說明。
因此，在本發明使用錳鐵生產的爐渣原料而不是煉鋼的BOF爐渣原 料的變型中，原料堆12包括空氣冷卻后的錳鐵爐渣，這種爐渣已經進行 過脫金屬處理。原料堆12補充有額外的爐渣原料供應(圖中未示)，包括 錳鐵生產過程的1200-1400°C的熔融爐渣，額外的熔融爐渣沿輸送線(圖 中未示)直接送至電弧爐。空氣冷卻后的爐渣與熔融爐渣的質量比通常為 40: 60。當然，可以不要熔融爐渣，而是僅使用空氣冷卻的爐渣，這樣 與使用熔融爐渣相比可以節省達到35%的能源。
原料堆12中空氣冷卻后的錳鐵爐渣原料含有15-27質量％、通常約 23質量。/。的MnO。原料堆12的爐渣原料可以直接送至料斗60;錳鐵生 產過程的熔融爐渣可以直接送至代替感應爐76的電弧爐(圖中未示)。固
體爐渣原料與熔融爐渣原料的質量比可以高于40: 60，例如100%的固 體(空氣冷卻后的)爐渣，但是其質量比也可以低于40: 60，降到固體與
熔融爐渣的質量比低至10: 90。
理想的堿度或MnO到Mn的轉化率為1.4: 1-1.8: 1，這可以根據需 要通過將適量的石灰或其他鈣源以及在需要時的適量氧化硅加到每一批 料中進行控制。例如，對于CaO和Si02的質量比為1: l并且MnO含量 為23質量％的900kg錳鐵爐渣原料，可以加入65kg的鈣(例如，按石灰 計)，以及CaO和Si02的質量比為2.7: 1-3: 1并且Fe203含量為30-35 質量％的100kgBOF煉鋼爐渣原料，從而獲得(CaO + MnO): Si02質量比 約為1.5: 1且CaO和Si02的質量比約為1.2: 1的堿度。鈣可以通過料 斗62供料。從成本效益上來說，加入BOF煉鋼爐渣原料可以提高錳鐵 產品中的鐵含量，得到的錳鐵合金產品中含有76-80質量。/。的Mn和13-16 質量％的鐵。BOF煉鋼爐渣原料可以是從料斗64供給的空氣冷卻和脫金 屬后的爐渣。
當從錳鐵產品分離出來的處理后的爐渣被粒化并減小粒度以生產處 理后的爐渣填料或水泥添加材料時，其中的CaO和Si02的質量比可能的 話按質量計應為1: 1-1: 1.4。在將MnO還原為Mn后，CaO和Si02的 質量比經常高于1.4: 1，但是可以在粒化前例如從合適的料斗(圖中未示) 向熔融處理后的爐渣中加入額外的Si02使其降低。
碳是優選的還原劑，每900kg錳鐵爐渣原料中，可以加入約65kg的 碳(例如煤)和100kg所述的BOF煉鋼爐渣原料，其中碳可以將錳鐵爐渣 中的MnO含量由23質量％降至處理后的錳鐵爐渣內的6質量％。碳(例 如煤)可以通過合適的料斗(圖中未示)加到代替感應爐76的電弧爐內。
在之前試圖將本發明方法用于冶金爐渣所遇到的問題在于，重金屬 成分對環境有害，并且在用作制磚填料或生產預拌混凝土時，用作填充 水泥的添加材料或用作施工建筑業的集料時，都沒有吸引力。重金屬污 染的問題甚至對于諸如鐵等相對可以接受的重金屬也存在，但當涉及到 諸如錳等有毒的重金屬時，這種問題特別嚴重。本發明的特征在于，通 過從重金屬含量相對較高的爐渣原料提供重金屬含量相對較低的處理后 的爐渣，盡管有時基本上不能消除，但是可以降低使用含有重金屬的爐
渣產品造成的問題。本發明的申請人發現，本發明的方法可以生產出符
合EN197 (歐洲規范第197號)所有要求的水泥填充產品。另外，使用本
發明的方法還可以生產諸如錳或錳鐵等重金屬或重金屬合金產品。
權利要求
1.一種處理廢棄冶金爐渣原料的方法，所述爐渣原料含有不希望的重金屬成分，并且在處理爐渣原料的同時生產出至少一種有價值的產品，所述方法的特征在于，它包括以下步驟將爐渣原料與還原劑進行混合，獲得反應混合物；對反應混合物進行加熱以使還原劑將爐渣原料中的一種或多種重金屬化合物還原，獲得熔融金屬和熔融處理后的爐渣；使熔融金屬與熔融處理后的爐渣分離；和使處理后的熔渣固化。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述的重金屬化合物包 括選自重金屬氧化物、重金屬硅酸鹽和其混合物的化合物。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，經混合獲得反應混 合物的爐渣原料和還原劑在混合時為固體形式。
4. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，經與還原劑混合獲 得反應混合物的至少一部分爐渣原料為熔融形式，還原劑為固體形式。
5. 如權利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法包括在混 合前將固體形式的爐渣原料和還原劑中的至少一種粉碎以實現粒度減小 的步驟。
6. 如權利要求3或5所述的方法，其特征在于，粉碎爐渣原料以實 現粒度減小，然后在混合前將粉碎的爐渣原料進行粒度分級，從而獲得 所需的粒度級，再與還原劑混合得到反應混合物。
7. 如權利要求l-6任一項所述的方法，其特征在于，使用熔爐加熱 反應混合物，所述方法包括將熔融金屬和熔融爐渣在1300-1650°C的溫 度下從熔爐內排放的步驟。
8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，從熔爐內排放熔融金屬和熔融爐渣的溫度為1350-1550°C。
9. 如權利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述熔爐為可間歇 操作的電弧爐。
10. 如上述任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包 括以下步驟通過使熔融處理后的爐渣利用自然對流進行空氣冷卻而固 化，然后將固化處理后的爐渣進行粉碎以實現粒度減小，從而使其成為 集料形式，所述集料為所述的有價值產品。
11. 如上述任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟通過使熔融處理后的爐渣與液態水接觸而固化，使處理后的爐渣粒化，得到粒化處理后的爐渣產品，所述粒化處理后的爐渣為所 述的有價值產品。
12. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，處理后的爐渣的粒化 使爐渣玻璃化，所述粒化使粒化后的爐渣其粒度至多10mm且玻璃含量 至少為50質量％。
13. 如權利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述方法包括 使粒化處理后的爐渣脫水的步驟。
14. 如權利要求11-13任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包 括粉碎粒化處理后的爐渣以實現粒度減小的步驟。
15. 如上述任一項權利要求所述的方法，其特征在于，從熔融爐渣 中分離出來的熔融金屬為所述的有價值產品。
16. 如權利要求15所述的方法，其特征在于，分離出來的金屬被送至冶金爐中進一步處理。
17. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，從處理后的爐渣中分離出來的金屬在送至冶金爐進一步處理前被固化。
18. 如權利要求15-17任一項所述的方法，其特征在于，所述爐渣原 料至少部分地選自含錳爐渣、含鐵爐渣和其混合物。
19. 如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述爐渣原料包括至 少一種含錳爐渣和至少一種含鐵爐渣的混合物，使得金屬產品包括錳鐵。
20. 如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟在將爐渣原料與還原劑進行混合以獲得反應混合物的同時，還混合 含硅試劑。
21. 如權利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述方法包括 以下步驟在將爐渣原料與還原劑進行混合以獲得反應混合物的同時， 還混合含鈣試劑。
22. 如權利要求19-21任一項所述的方法，其特征在于，選擇反應混 合物的組成，以提供錳含量為70-90質量％和鐵含量為5-20質量％的錳 鐵產品。
23. 如權利要求22所述的方法，其特征在于，錳含量為67-80質量 %，鐵含量為10-15質量％。
24. 如權利要求19-23任一項所述的方法，其特征在于，含鐵爐渣是 來自堿性氧氣轉爐(BOF)煉鋼過程的爐渣。
25. 如權利要求24所述的方法，其特征在于，按Fe20;5計，含鐵爐 渣含有20-45質量％的鐵。
26. 如權利要求19-25任一項所述的方法，其特征在于，含錳爐渣是 來自錳鐵生產過程的爐渣。
27. 如權利要求19-26任一項所述的方法，其特征在于，按MnO計， 含錳爐渣含有15-65質量％的錳。
28. 如權利要求19-27任一項所述的方法，其特征在于，所述反應混 合物含有鈣、鎂和硅，當分別按CaO、 MgO和Si02計時，鈣、鎂和硅的 存在比例為反應混合物提供按(CaO + MgO): Si02質量比計為1.3: 1-1.8: 1的堿度。
29. 如權利要求28所述的方法，其特征在于，堿度為1.4: 1-1.7: 1。
30. 如權利要求19-29任一項所述的方法，其特征在于，所述反應混 合物中使用充足的還原劑，以使處理后的爐渣中的錳含量按MnO計至多 10質量％。
31. 如權利要求30所述的方法，其特征在于，處理后的爐渣中的錳 含量按MnO計至多7質量％。
全文摘要
本發明提供一種處理含有金屬氧化物的冶金爐渣原料而獲得處理后的爐渣產品的方法。該方法包括將爐渣原料與還原劑進行混合，獲得反應混合物；對反應混合物進行加熱以使還原劑將爐渣中的金屬氧化物還原，獲得特別是含有錳鐵的熔融金屬和特別是錳含量至多10質量％的熔融處理后的爐渣。該方法還包括使熔融處理后的爐渣與熔融金屬分離，并使處理后的熔融熔渣固化，從而得到處理后的熔渣固體產品。這種處理后的熔渣產品可以根據需要用作制磚填料或用于生產預拌混凝土、用作填充水泥的添加材料或用于生產混合水泥或用作施工建筑業的集料。
文檔編號C21B3/04GK101194028SQ200680020798
公開日2008年6月4日 申請日期2006年8月28日 優先權日2005年9月12日
發明者安東·梅齊 申請人:安東·梅齊