[发明专利]一种高效回收磷资源的钢渣处理方法

说明书

技术领域：

本发明属于冶金资源再利用技术领域，具体涉及一种从钢渣中高效回收磷资源的钢渣处理方法。

背景技术：

钢渣是炼钢过程的副产品，其发生量约为粗钢量的10％～20％左右。按我国粗钢产量5亿吨计算，每年将产生5千万吨以上的钢渣。由于钢渣中含有较高的自由氧化钙，其有效利用一直受到限制。例如2006年我国钢渣的产生量为5870万吨，综合利用率仅为10％，大部分钢渣选铁后堆置而未被利用，不仅占用大量堆弃用地，还严重影响生态环境。因此，加强钢渣高效综合利用，对促进企业节能减排与可持续发展具有十分重要的意义。

目前钢渣的资源化再利用，主要包括在钢铁冶金返回料、建筑和装饰材料、农业生产及环境工程等方面。其中，将钢渣作为钢铁冶金返回料可回收渣中的残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分，不仅提高金属收得率，节省熔剂和造渣材料，降低生产成本，还可从根本上实现钢渣企业的内部循环，减少废渣排放量，是实现节能减排的重要举措。但由于钢渣循环再利用过程中存在磷的循环累积问题，因此严重限制了钢渣在企业内部的循环利用。特别随近年来高磷铁水的增加，这个问题越来越突出。

另一方面，磷矿作为一种战略资源，其开发与利用越来越受到重视。因在全球范围内面临枯竭的问题，我国磷矿资源尽管较为丰富，但也需加以保护。此外，我国磷矿以贫矿居多，在开采过程中还要产生大量尾矿，既占据用地，又影响环境。因此，如果能够用从钢渣中分离回收的磷资源替代磷矿使用，既可实现钢渣的循环利用，还可有效节省磷资源的消耗。

目前已经开发了诸多钢渣除磷技术，主要包括还原分离、浸出去除、上浮去除、磁选分离、浮选分离等，一定程度上可以实现钢渣中含磷矿物(以下简称富磷相)与其他矿物的有效分离，但这些钢渣除磷技术主要以实现钢渣的循环利用为目的，分离后含磷矿物中磷含量低，P₂O₅含量一般在4％～7％以下，难以替代磷矿而高效利用。因此，在钢渣分离去磷的过程中，只有对钢渣中的磷进行充分富集，使分离出的富磷相中P₂O₅含量在15％以上，才可替代磷矿而被高效利用。

发明内容：

针对目前钢渣处理过程存在的问题，本发明提供一种新型钢渣处理方法，在实现钢渣循环利用的同时，还可回收高品位的磷资源，用于替代磷矿使用。

关于磷在钢渣中赋存状态的研究已经很多，且已表明钢渣中的磷主要以磷酸钙(3CaO·P₂O₅)的形式存在于硅酸二钙(2CaO·SiO₂)固溶体中，形成所谓的富磷相，而其他相中很少。但由于钢渣的碱度高，熔融钢渣在冷却凝固过程中析出的硅酸二钙多，固溶体中P2O5含量远低于其固溶度，富磷相中P₂O₅的浓度低，导致分离后所获得的富磷相利用价值低。因此，本发明通过以下工艺实现渣中磷的富集，获得高品位的富磷相。

(1)钢渣的改质处理

向液态钢渣中加入硅石、粉煤灰或高炉渣等高SiO₂含量的材料作为改质剂进行熔融改质。为使加入的改质剂尽快熔化、溶解，可控制加入改质剂的粒度在5mm以下。为加快熔化，可对渣罐进行适当的热补偿。此外，对不能实现在线熔融改质的情况，也可通过加热方法将冷却后的固态钢渣与改质剂混合后加热重新熔化来进行改质处理。为使不同部位熔渣成分尽量均匀，可进行适当搅拌。总之，通过加入硅质改质剂，将熔渣碱度(CaO/SiO₂)调整至1.0～1.5范围，以便改质后的熔融钢渣在冷却凝固过程中析出硅酸二钙减少，使熔渣中的P₂O₅最大限度地溶解在硅酸二钙中。加入改质剂太少，析出硅酸二钙多，改制效果不理想。反之，加入改质剂过多，析出硅酸二钙过少，凝固时难以保证渣中3CaO·P₂O₅完全固溶于其中。

(2)冷却

将改质后的熔融钢渣在渣罐、出渣场渣坑内冷却。当温度高于1200℃时，钢渣基本为熔融状态，对富磷相的形成没有影响。当温度降至1200℃左右时，开始析出初晶相硅酸二钙。因此，在1200℃～1100℃范围内，需要控制冷却速度在6℃/分钟以下，以便在冷却过程中3CaO·P₂O₅能够充分向2CaO·SiO₂中固溶，并有利于形成的固溶体晶粒长大。当温度低于1100℃时，富磷相硅酸二钙的析出及其结晶成长已经结束，因此对冷却速率不作要求。