[发明专利]氧化铝强化不锈钢渣大宗量无害化及高值化利用的方法

说明书

本发明涉及冶金二次资源的无害化处理技术，具体是一种氧化铝强化不锈钢渣大宗量无害化及高值化利用的方法。本发明将不锈钢渣、含氧化铝原料及其他原料熔融制备成基础玻璃，基础玻璃首先经过核化热处理得到核化玻璃，添加的氧化铝在核化热处理过程中可以促进基础玻璃内Cr形成浸出率低的纳米级镁铬尖晶石与镁铝铬尖晶石晶粒，核化玻璃经晶化热处理最终得到微晶陶瓷。本发明对不锈钢渣无害化处理效果好，对不锈钢渣处理量大，不锈钢渣利用率达到60wt％以上，所得产物微晶陶瓷有较好的化学稳定性能及力学性能，实现了不锈钢渣高值化利用。

技术领域

本发明涉及冶金二次资源的无害化处理技术，具体是一种氧化铝强化不锈钢渣大宗量无害化及高值化利用的方法。

背景技术

不锈钢作为重要的生产材料，在冶金、建筑、交通、食品、医疗等领域应用广泛。2020年全国不锈钢粗钢产量总计3013.9万吨，产生的不锈钢渣超过900万吨。不锈钢渣中的铬元素常以Cr³⁺及少量的Cr⁶⁺状态存在。有研究表明不锈钢渣在自然环境下长期堆存，Cr³⁺可被氧化成Cr⁶⁺，Cr⁶⁺毒性较大，易溶于水，渗入到环境中从而对环境和人体造成危害。因此，大量堆放的不锈钢渣已严重制约不锈钢行业生产，能否得到无害化处置已成为不锈钢制造产业可持续发展的瓶颈。目前不锈钢渣大宗量无害化、高值化利用已成为行业急需解决的重要问题。

微晶陶瓷是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过形核、晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。微晶陶瓷与普通玻璃相比，有着机械强度高，耐磨性能好，化学性质稳定等的优点，因而广泛应用于建筑、化工、医疗等多个领域。由于不锈钢渣主要化学成分与微晶陶瓷类似，并且渣中的氧化铬可以作为制备微晶陶瓷的主要形核剂，因此利用不锈钢渣制备微晶陶瓷可以固化渣中铬，是实现不锈钢渣无害化、高值化利用的有效途径。

传统不锈钢渣的无害化多采用固化法。水泥固化法是将不锈钢渣与其他固体废弃物的融合物中加入水泥，使其被水泥包裹。该方法对不锈钢渣的处理量大，操作较为方便，其中不足之处在于Cr的固化程度不够高。发明专利“一种利用熔融高炉渣高温无害化处理不锈钢渣的方法”(专利号201611053294X)，公开了将不锈钢渣加入到熔融高炉渣内，通电加热并搅拌，水淬得到混合渣玻璃体，使得重金属Cr固定其中。该专利的不锈钢渣添加量为40wt％时，玻璃态炉渣中Cr的浸出浓度为0.03mg/L，具有一定的固化Cr效果，但得到的产物附加值低，不能作为建材而直接应用。

欧阳顺利等发表的文章“利用不锈钢渣制备微晶玻璃：重金属铬的晶体结构与固化”(《科学报告》,2019,9(1):1-9)：【“Preparation of Glass-ceramics Using Chromium-containing stainless steel slag:Crystal structure and Solidification of HeavyMetal Chromium”(《Scientific Reports》,2019,9(1):1-9)】中公开了利用0～20wt％不锈钢渣制备微晶玻璃，制备得到的微晶玻璃抗压强度222.9MPa，维氏硬度729.27HV。该文章中不锈钢渣的利用率低仅20wt％左右，并且制备的微晶玻璃力学性能不够高。

发明内容