不锈钢渣资源再生利用技术的研究

不锈钢渣资源再生利用技术的研究

摘要：本文根据钢铁企业在不锈钢生产过程中所产生钢渣的特点，并对不锈钢渣的处理技术、处理方法和处理设备进行了深入的研究，为钢铁企业资源的循环利用奠定了基础。

关键词：不锈钢 钢渣 处理技术 研究

目前，世界上仅有几家公司拥有有效处理及合理回收利用不锈钢渣的专利技术，但这些公司大都以合资或独资的方式在保有其专利的同时，获取经济收益；国内不锈钢渣大多采用人工分拣大块渣钢、尾渣废弃堆存的落后方法，大部分有价金属镍、铬、铁滞留渣中，得不到及时回收利用，造成资源浪费。处理倒运过程粉尘量大，对周边环境造成污染，同时由于钢渣处理不彻底，不能进行有效利用和无害化处理。这主要是因为不锈钢渣处理是冶金行业和不锈钢生产厂的较为复杂的工作，主要表现在：

1）处理过程粉尘大，处理难度较大；2）渣中含Cr6+有毒化合物；3）Ni系金属渣钢不易回收；4）尾渣综合利用有一定难度。

1、不锈钢钢渣处理的必要性

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1）不锈钢渣中含有有毒的Cr6化合物，如不进行妥善处理，会严重污染周围的土壤、河流及地下水源；2）不锈钢渣中含有用的铬、镍及铁等金属，有必要对其进行回收利用以降低生产成本；3）不锈钢尾渣是一种有用的资源，综合利用价值比较高，使用不合理会造成资源浪费。4）在钢渣处理中要贯彻治理三废、减少环境污染的原则，以满足国家有关环保法规的要求。

2、不锈钢及不锈钢渣的种类及成分

不锈钢的主要种类有：400系列不锈钢、300系列不锈钢和200系列不锈钢。 表1：不锈钢代表钢号及其主要化学成分 代表钢号 JIS304 JIS316 JIS409 JIS409L [C] (%) ≤0.08 ≤0.08 ≤0.08 ≤0.03 [Mn] (%) [Si] (%) ≤2.0 ≤2.0 ≤1.0 ≤1.0 ≤1.0 ≤1.0 ≤1.0 ≤1.0 [S] (%) ≤0.03 ≤0.03 ≤0.03 ≤0.03 [P] (%) ≤0.045 ≤0.045 ≤0.03 ≤0.03 [Cr] (%) 18~20 16~18 10~12.5 10~12.5 [Ni] (%) 8~10.5 10~14 0.3 0.3 [Mo] (%) [Cu] (%) 2~3 不锈钢钢渣的种类有：400系列铁素体钢渣、300系列奥氏体钢渣、200系列奥氏体钢渣、脱磷转炉钢渣和电炉钢渣等。各种钢渣的产生量随钢种的不同略有不同，其中300系列奥氏体钢渣产生比例最高，400系列铁素体钢渣产生比例较低。

不锈钢渣的矿物组成与其化学成分有关，钢渣的性能取决于钢渣中各种氧化物在特定条件下生成何种矿物及矿物的结构形态。不锈钢渣的矿物组成有铬镍铁合金、硅酸三钙（C3S）、 硅酸二钙（C2S）、铁酸二钙（C2F）、铁酸钙（CF）、氟磷灰石（Ca(PO4)3 (F)）、二价金属固溶体（RO相）、游离氧化钙（f CaO）、游离氧化镁（f MgO）、氢氧化钙（Ca(OH) 2）等。

不锈钢渣中铁的存在状态有两种：一种为片块状，易单体解离，经破碎、手选即可获得高品位的金属；另一种为细网脉状嵌布态，形状复杂，经破碎、重选可以获得品位较高的金属。

不锈钢主要产生三种类型的钢渣，第一种是脱磷产生的氧化渣，其渣的特点是含氧化铁和P含量比较高，炉渣碱度大。第二种类型渣是电炉产生的炉渣，由于电炉还原不完全，渣中Cr2O3含量比较。第三种类型是AOD转炉冶炼过程产生的还原渣，此渣的特点是氧化性低，渣中Cr2O3含量低，炉渣易粉化。

表2：脱磷渣典型成分（%）

Tfe 6-8 Feo Fe2O3 SiO2 15-18 CaO 58-60 MgO 1.0-1.2 MnO 3.5-5.5 P 1.4-2.0 R 3.0-4.0 5.5-7.5 3.0-4.5 表3：电炉渣典型成分（%） SiO2 CaO MgO Al2O3 MnO P2O5 Cr2O3 TiO2 Fe2O3 SO3 0.412 30-33 48-55 6-8 2.0-2.5 0.8-1.0 0.003-0.006 2.0-3.0 1.8-2.2 1.0-1.3 表4：AOD炉渣典型成分 元素成分（％） 类别 SiO2 CaO MgO Al2O3 MnO Cr2O3 TiO2 Fe2O3 S F 4.5-6.0 6.0-9.0 还原 27-30 50-54 4.5-6.5 1.0-1.4 0.08-1.0 0.3-1.0 0.5-1.0 0.3-0.7 0.5-0.6 脱硫 27-29 53-57 5.5-6.5 1.0-1.4 0.08-1.0 0.2-0.5 0.5-1.0 0.1-0.3 0.7-1.0 3、不锈钢渣处理技术 不锈钢渣的特点：（1）由于不锈钢渣质地较脆，一段破碎采用反击式破碎机。为防止过磨和保证金属与渣充分分离，二、三段破碎采用立轴式机。（2）采用强磁选的方法将大块钢渣甩尾的工艺，对金属进行回收。（3）钢渣处理过程中，加入FeSO4把有害的Cr6+还原成Cr3+，避免和减轻重金属六价铬（Cr6+）可能对周围环境造成的危害。

在不锈钢渣内除含有与普通钢渣类似成分外，渣中还含有一定量重金属六价铬（Cr6+）。铬主要以三价铬和六价铬的形式存在。三价铬参与人和动物体内的糖与脂肪的代谢，是人体必需的微量元素；六价铬则是明确的有害元素，是一种重污染环境物质。为防止和减少六价铬（Cr6+）产生的危害，不锈钢渣在进行处理前，加入约为钢渣量2%的固态硫酸亚铁（FeSO4）。硫酸亚铁在钢渣处理过程中与潮湿的钢渣充分混合，将钢渣中重金属六价铬（Cr6+）还原成三价铬（Cr3+），避免和减轻重金属六价铬（Cr6+）可能对周围环境造成的危害。

不锈钢钢渣处理一般采用钢渣热闷、分级拣选、尾渣利用及无害化处理干湿混合工艺方法。钢渣热闷罐处理是将运往渣场的热态不锈钢钢渣进行喷水冷却，使钢渣充分自解粉化和破碎，为提高金属回收率和尾渣综合利用效果创造条件；钢渣分级拣选是将热闷粉化后的钢渣运至钢渣加工回收线，通过分拣、筛选、磁选、粉磨及重力分选将钢渣中含镍、铬、铁的渣钢选出；尾渣利用及无害化处理是将通过分级拣选的尾渣加工成建材产品或压块填埋进行无害化处理。钢渣在热闷和分级拣选过程中按不同系列钢渣分别进行，以保证产品按质按类分别予以回收。

4、不锈钢渣处理方法 1）不锈钢渣一次处理方法

铁水预处理产生的氧化渣，由于处理过程炉渣通过扒渣机扒到渣罐中，渣中含金属量很少，且炉渣较硬，其中的金属回收利用价值不高可直接用往其它领域。对于电炉、AOD转炉、LF精炼炉产生的钢渣，由于倒渣操作和大包注余等，含有较多的不锈钢金属，因此对于这部分渣必须进行金属的回收利用。

不锈钢炉渣中含有两种不同状态的金属，一是大包注余和倒渣操作过程中产生的大块金属，二是钢渣混合产生的金属液滴凝固在渣中的小金属颗粒，因此对这两种金属必须都要进行回收。

EAF电炉渣罐中的热渣进行喷淋浸泡冷却处理，根据渣罐中盛渣量确定冷却时间及喷淋冷却水的流量，使热渣直接被水浸泡，加速冷却。待炉渣冷却至一定的温度后，运至翻渣区按照不同的类型翻入指定渣箱，并对倾翻出的钢渣进行渣、钢初捡等预处理作业。

AOD转炉渣罐中的热渣可喷少量水加速冷却，喷淋水量视渣罐中不积水为限，保证冷却水大部分被蒸发，为保证干式处理系统的顺行，其中含水量需控制在3%以下。在整个炉渣冷却过程、运输及翻渣过程中处于湿润状态，最大程度地降低了粉尘飞扬造成的环境污染。

2）不锈钢渣二次处理方法

钢渣处理设备分干式处理设备、湿式处理设备、磁选处理设备、水处理设备等。

电炉钢渣与AOD转炉钢渣具有不同的形态，电炉渣成块状，破碎后成粒状，AOD钢渣则有冷却后自然粉化的特性，300 系不锈钢没有磁性，200 系和 400 系不锈钢有磁性，需要针对钢渣的不同特性来选择处理工艺。

（1）200 系、400 系不锈钢依据有磁性的特点，采用成本比较低的破碎、磁选处理方法；

（2）电炉渣呈块状，破碎后成粒状，宜采用湿式处理工艺进行处理。

（3）300 系AOD钢渣则有冷却后自然粉化的特性，宜采用干式处理工艺进行处理。处理后的尾渣粒度达到要求，可直接按比例添加到水泥中使用。

3）不锈钢电炉渣湿式处理方法

AOD钢渣有冷却后自然粉化成粉末状态；如果AOD渣采用湿式流程处理工艺时，80%的AOD渣都呈浆泥状进入澄清池，水处理、压滤、烘干处理成本高。如果对AOD渣先进行筛分，筛上部分再进入湿式流程，筛下部分作为尾渣直接废弃又降低金属收得率。所以AOD渣宜采用干式风选处理。

4）300系列转炉钢渣干式处理方法

5）200系列和400系列钢渣磁选处理方法

5、钢渣处理设备 1）一次处理设备

熔化的钢渣来自炼钢厂（主要来自电炉、AOD精炼炉、钢包和中间包），全部收到渣罐里,将盛有熔化钢渣的渣罐通过渣罐火车运送到渣场，由起重机将渣罐吊至渣罐冷却区，在渣罐内冷却24 小时，由起重机进行倒罐。

2）湿式处理设备

当破碎块渣时，较大的金属可以捡出来，重新作为原料供炼钢使用。人工分拣大块金属和废物后，钢渣通过两次破碎，然后进入湿棒磨机进行细磨。经过湿式棒磨后的金属颗粒通过振动筛进行分开，得到棒磨机选出金属块。含小颗粒金属泥浆水进入跳汰机和磁选机后分离成金属颗粒和小于0.2mm的泥浆水。湿式处理可达到的效果：1）块状金属可以供炼钢使用。2）有磁性的粉尘通过磁选机分离后，可送烧结厂原料使用。3）小于 0.2mm 的泥浆水筑坝自然沉淀。

3）干式处理设备

炉渣干式处理流程由装载机把经过完全冷却的精炼炉渣加入受料斗中，30mm以上渣块不能进入加料斗，通过湿法处理。30mm以下的粉渣通过受料斗下面的皮带输送机引出，通过斗式提升机输送到中间料仓。通过中间料仓振动给料机均匀地给风磨机供料。风选磨适应钢渣晶体结构等特性，尽可能的将钢渣粉碎，而风选磨内的不绣钢金属则不会被粉碎，风选磨出来的物料经过高效涡旋式选粉机进行粗细分离，通过风选将钢渣粉和不锈钢金属分离处理。选粉机及收尘机收集的粉尘通过磁选机把磁性粉尘进行了收集，以提高金属回收率。干式处理可达到的效果：1）块状金属可以供炼钢使用。2）有磁性的粉尘通过磁选机分离后，可送烧结厂原料使用。 3）风选磨，选粉机后收得的细粉尘比表面积大于 420mm2/kg，可以用作添加水泥的原料。

4）磁选处理设备

200系、400系不锈钢渣采用破碎-磁选工艺。人工分拣大块金属和废物后，钢渣通过两次破碎后，进行磁选，选出块状金属，其它物料进入立式复合破碎机进行细碎后再次磁选。分离得到磁性粉末和渣沙。磁选处理可达到的效果：1）块状金属可以供炼钢使用。2）有磁性的粉尘通过磁选机分离后，可送烧结厂原料使用。3）渣沙可以用作水泥的原料或修筑道路。

6、钢钢渣资源再生利用后的效果 1）金属回收

不锈钢渣处理技术可使渣中Fe-Ni 回收率≥90%（处理后尾渣中残余金属小于 0.8%），金属回收纯度≥85%；AOD尾渣中金属含量<2%，EAF尾渣中的金属含量<0.2%~0.5%，金属渣钢的回收率达到85%以上，生产的渣钢可返回炼钢车间使用。

2）非金属类尾渣的综合利用

干式流程的尾渣细粉比表面积大于420mm2/kg，在水泥厂利用，不需要任何加工处理，可以直接添加用作水泥的原料。

表5，不锈钢尾渣的用途

序 号 AOD尾渣 EAF/VOD尾渣 脱水泥饼 规 格 <7mm <7mm <15mm 用途 水泥原料、建筑用砂、沥青混凝土配料 水泥原料、水泥及混凝土配料 水泥原料、水泥及混凝土配料

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