硅鈣型固廢物的處理技術

　　硅鈣型無機固廢物種類較多,大都存在于鋼鐵冶金行業,包括采礦廢石、選礦尾礦、冶煉爐渣、粉塵污泥等。2005年中國鋼鐵產量超過4億t,約占世界總產量的50%。由此產生高爐礦渣為1.55億t、鋼渣約7 000萬t。2008年中國鋼鐵產量達到發展巔峰,產量達到5.3億t。生態環境部等5部委于2019年4月28日發布了“關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見”,對鋼鐵行業的升級、環境治理、固廢處置都作了規范化基本要求。若以鋼鐵長流程生產企業為例,每生產1 t鋼所產生的固廢物為600~800 kg,2018年中國粗鋼產量為9.28億t,按此推算固廢物產生量為5.56億~7.42億t。在這些固廢物中,選礦尾礦主要化學成分(質量分數)：SiO2, 15.7%~72.8%; Fe2O3, 6.2%~24.8%; CaO,4.9%~30.8%。高爐渣主要化學成分(質量分數)：SiO2, 25.30%~40.55%; Al2O3, 7.63%~11.20%; CaO, 23.10%~45.54%; 有些高爐渣還含有V2O5、 Na2O、 BaO、P2O5、 Cr2O3等,攀鋼高爐渣TiO2質量分數達到23.50%。中國80%鋼渣為轉爐渣,其余為平爐鋼渣和電爐鋼渣。鋼渣中硅、鐵、鈣氧化物占絕大部分,根據7家鋼廠的統計資料,鋼渣中SiO2質量分數為8.51%~15.99%、FeO質量分數為7.30%~19.22%、CaO質量分數為40.30%~45.37%。中國有色金屬固廢物也包括選冶尾礦、工業廢渣、剝離廢石等,大多也屬硅鈣型固廢物,目前綜合利用率僅為7%~8%。

　　對于鋼鐵行業的廢渣,其中有較高價值的元素可以考慮加以回收利用,然后全部廢渣進入到建材生產系統加工為建材產品,總體較為有利。

　　1)回收釩和鈦。釩是一種重要的戰略金屬,主要應用于國防、能源、冶金及化學工業等部門。攀枝花鋼鐵公司針對V2O5質量分數為2%~4%的低釩鋼渣,將其添加到燒結礦中作為熔劑進入高爐冶煉,釩在鐵水中得以富集,然后通過轉爐吹釩得到較高品位的釩渣,并以此制取五氧化二釩、金屬釩或釩鐵合金。攀枝花鋼鐵研究院還針對含鈦高爐渣中的TiO2采取高溫還原碳化的方法得到碳化鈦,再進行低溫氯化得到粗制TiCl4,再精制成高純二氧化鈦產品。攀鋼與中南工業大學合作,研究了高爐渣酸解、浸出得到銳鈦型TiO2,同時回收渣中的Sc2O3。還研究了應用硅熱法將含鈦高爐渣中的TiO2在直流電爐內還原制取硅鈦合金。還有不少單位采用含鈦高爐渣制備高溫陶瓷材料、光催化材料等。

　　2)回收渣鋼和鐵精粉。鋼渣中TFe質量分數約為25%。日本磁力選礦公司每年處理約200萬t鋼渣,回收18萬t鐵粉,Fe質量分數可達95%以上。美國每年從鋼渣中回收近350萬t廢鋼。中國已有不少廠家建立了鋼渣處理生產線,通過破碎、磁選回收渣鋼。例如,太鋼每回收1 t鋼渣中的廢鋼可獲利100~300元。包鋼鋼渣經粒化水淬、磁選回收殘鋼,回收率可達80%以上;未水淬的鋼渣用重錘破碎,手選大塊渣鋼,然后經濕式球磨、磁選獲得渣精粉再回爐冶煉,分選后剩余的尾渣用作建筑材料。寶鋼也開發了鋼渣處理工藝及設備成套技術,將液態鋼渣在特殊結構的滾筒內急冷,破碎后磁選分離回收。鞍鋼采用自磨及磁選工藝回收鋼渣中的廢鋼,破碎粒度約為50 mm,精粉鐵品位不低于85%,鐵回收率為27%~30%。鋼渣配入冶金原料中經燒結,也可作為煉鐵燒結礦原料冶煉熔劑。

　　3)其他元素的回收。金屬工業廢渣中可回收硫、鉛、鋅、銅、鉈、鉍等多種元素,其在鋼鐵和有色金屬冶煉行業都可大有作為。例如,白銀有色金屬公司尾礦砂以前主要用于井下充填,現選礦廠建立了處理能力為150萬t/a的尾礦浮選回收工程,可生產硫品位不低于35%的優質硫精礦。對于銅品位平均在0.2%左右的廢石,則采用原地生化浸銅技術,用于低品位廢礦石中銅資源的回收。

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