專利名稱：：鋼渣碳酸化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域，具體涉及鋼渣的改性處理。技術(shù)背景鋼渣，特別是轉(zhuǎn)爐渣，是鋼鐵工業(yè)中產(chǎn)生量最大的固體廢棄物之一，鋼渣的環(huán)境友好型處置及資源化在一定程度上影響著全球的生態(tài)環(huán)境及鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但是到目前為止，鋼渣的綜合利用渠道比較單一，廠內(nèi)利用主要是做高爐、轉(zhuǎn)爐原料；廠外主要用于道路工程、建材原料、鋼渣肥料及填坑造地等，利用附加值較低。另外，還有大量鋼渣未得到及時(shí)處理和利用。尤其是轉(zhuǎn)爐鋼渣中含有大量游離氧化鈣，遇水會(huì)發(fā)生水化作用，發(fā)生體積膨脹，性質(zhì)不穩(wěn)定，因而成為制約轉(zhuǎn)爐鋼渣資源化利用的瓶頸。轉(zhuǎn)爐鋼渣成分見表1。表1轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學(xué)成分(％)Ca0Mg0Si02A1203TFeMn0SP205fCa0轉(zhuǎn)1.50.0440-6-9-16-6-爐—4—5-2-34610112218渣2.50.05通常來(lái)說，鋼渣排放量約占粗鋼產(chǎn)量的12—15%，按2005年中國(guó)粗鋼產(chǎn)量3.49億噸計(jì)算(中國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)2006年發(fā)布的信息)，則2005年一年鋼渣產(chǎn)生量將至少有4200萬(wàn)噸。若通過將鋼渣(特別是轉(zhuǎn)爐鋼渣)進(jìn)行改性來(lái)消減游離氧化鈣導(dǎo)致的強(qiáng)堿性，使其性質(zhì)穩(wěn)定下來(lái)，那么對(duì)于鋼鐵行業(yè)中主要副產(chǎn)物一鋼渣(特別是轉(zhuǎn)爐鋼渣)的應(yīng)用無(wú)疑是一個(gè)重大的技術(shù)突破，尤其是大大拓寬了轉(zhuǎn)爐鋼渣的資源再利用領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外專利文獻(xiàn)中公開了以下幾種轉(zhuǎn)爐鋼渣穩(wěn)定化的方法US5569314和CA2167334采用兩段法第一段是在溫度為100—40(TC范圍內(nèi)，將鋼渣進(jìn)行熱力學(xué)水合作用；第二段是在溫度為500—90(TC范圍內(nèi)，使水合作用后的鋼渣與二氧化碳?xì)怏w發(fā)生反應(yīng)。這樣處理后，鋼渣中的游離氧化鈣完全轉(zhuǎn)化成碳酸鈣。然后將改性后的鋼渣產(chǎn)品應(yīng)用于道路建設(shè)。KR2002050429公開的方法系將粒徑小于25mm的鋼渣置于含3%—30%二氧化碳的尾氣中，放置最少2天。然后將穩(wěn)定化后的鋼渣作為人造礁石或防浪堤材料使用，這樣可防止鋼渣放入水中后pH突然升高。JP2000350976則將鋼渣先進(jìn)行酸浸，然后在高濕度條件下用二氧化碳水溶液將其碳酸化，碳酸化穩(wěn)定后的鋼渣用于道路表面材料或建筑工程。以上方法均需要較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行碳酸化處理。到目前為止，尚未見在短時(shí)間內(nèi)即完成鋼渣中游離氧化鈣完全碳酸化的報(bào)道。因此，本發(fā)明的目的是提供一種快速鋼渣碳酸化處理方法。發(fā)明概述本發(fā)明提供的鋼渣碳酸化處理方法包括在沸騰床反應(yīng)器中，在350-800。C、0.1-3.6大氣壓和水蒸氣含量5-25%的條件下，使粒徑《15mm的鋼渣與CO,氣體反應(yīng)2-12小時(shí)。沸騰床反應(yīng)器由自動(dòng)控制系統(tǒng)和加熱爐控制溫度。作為碳酸化原料的鋼渣采用以篩分機(jī)篩分得到的粒徑《15mm的顆粒。碳酸化的氣源采用工業(yè)廢氣、煙道氣(有效成分為C02，氣體溫度在IO(TC以上并含有一定的水蒸氣)，或瓶裝二氧化碳?xì)怏w配水蒸汽發(fā)生器。作為碳酸化氣源的瓶裝二氧化碳?xì)怏w經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入沸騰床反應(yīng)器。作為碳酸化氣源的氣體用壓力穩(wěn)定器控制壓力。發(fā)明詳述本發(fā)明提供的鋼渣碳酸化處理方法采用沸騰床反應(yīng)器。該反應(yīng)器由自動(dòng)控制系統(tǒng)和加熱爐控制溫度，反應(yīng)器可以在立式和臥式之間自由轉(zhuǎn)換。沸騰反應(yīng)進(jìn)行時(shí)采取立式，反應(yīng)結(jié)束后傾倒物料時(shí)，采取臥式。首先在沸騰床反應(yīng)器中填裝鋼渣，然后啟動(dòng)加熱爐對(duì)物料進(jìn)行加熱。當(dāng)溫度升至預(yù)置的反應(yīng)溫度時(shí)，打開二氧化碳?xì)庠春退魵獍l(fā)生器開關(guān)進(jìn)行供氣，供氣量以使反應(yīng)器中的物料處于沸騰狀態(tài)為準(zhǔn)。鋼渣物料在沸騰床反應(yīng)器中的沸騰狀態(tài)，使鋼渣與二氧化碳和水蒸氣充分接觸并快速反應(yīng)，鋼渣中的游離氧化鈣轉(zhuǎn)化成碳酸鈣，完成轉(zhuǎn)爐鋼渣性質(zhì)的穩(wěn)定化，堿性得到充分消減。本發(fā)明可以根據(jù)鋼渣的不同用途，控制不同的反應(yīng)條件，達(dá)到不同的碳酸化程度。具體的反應(yīng)參數(shù)為-反應(yīng)器內(nèi)溫度350—80(TC鋼渣粒徑范圍小于15lMl反應(yīng)系統(tǒng)的壓力0.l—3.5atm反應(yīng)時(shí)間2h—12h水蒸氣通入量5%—25%反應(yīng)結(jié)束后，將沸騰床反應(yīng)器調(diào)至臥式，倒出碳酸化鋼渣備用。為了提高碳酸化的效率，作為碳酸化原料的鋼渣宜釆用小顆粒狀鋼渣，一般采用篩分機(jī)進(jìn)行篩分，得到粒徑《15mm的顆粒。氣源可選取工業(yè)廢氣、煙道氣(有效成分為C02，氣體溫度在IO(TC以上并含有一定的水蒸氣)，或瓶裝二氧化碳?xì)怏w配水蒸汽發(fā)生器。用作碳酸化氣源的氣體在通入沸騰床反應(yīng)器前，用壓力穩(wěn)定器控制壓力，目的是在碳酸化反應(yīng)過程中控制穩(wěn)定的壓力條件，使系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。瓶裝二氧化碳需先進(jìn)行預(yù)熱。鋼渣碳酸化過程中，鋼渣中的游離氧化鈣與工業(yè)廢氣或煙道氣中的二氧化碳?xì)獍l(fā)生了(1)、(2)反應(yīng)(1)CaO+H20=Ca(OH)2(2)Ca(0H)2+C02=CaC03+H20或游離氧化鈣直接與二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)生成碳酸鈣，反應(yīng)式見(3):(3)CaO+C02=CaC0:!鋼渣碳酸化工藝流程圖見附圖1。具體描述如下設(shè)備1和2，通過自動(dòng)控制來(lái)完成轉(zhuǎn)爐鋼渣碳酸化反應(yīng)溫度的設(shè)定和控制；3.沸騰床反應(yīng)器，使氣體與轉(zhuǎn)爐鋼渣混合均勻；4.蒸汽冷凝裝置，用于反應(yīng)后尾氣放空前的冷卻；5.數(shù)字壓力調(diào)節(jié)器，用于尾氣放空前的壓力控制及系統(tǒng)壓力安全性的顯現(xiàn)與提示；6.流量計(jì)，用于進(jìn)氣流量控制；7.氣體加熱裝置，對(duì)進(jìn)入沸騰床反應(yīng)器的氣體進(jìn)行預(yù)熱；8.穩(wěn)壓器，用于控制進(jìn)入反應(yīng)器的氣體壓力；9.氣源，采用的是收集的工業(yè)廢氣或煙道氣，實(shí)驗(yàn)室中可采用二氧化碳?xì)馄?；IO.粉塵過濾器，用于攔截反應(yīng)過程產(chǎn)生的微小顆粒物；ll水蒸汽發(fā)生器(采用瓶裝C02作氣源時(shí)使用)，用于保證反應(yīng)器中一定的濕度。鋼渣碳酸化處理后，添加一些摻和料可將碳酸化鋼渣制成水泥、人造大理石；或?qū)⑻妓峄D(zhuǎn)爐鋼渣鋪設(shè)于河道兩旁做生態(tài)護(hù)岸材料；或鋪設(shè)于淺海海底，促進(jìn)并固定海草等海洋植物生長(zhǎng)，形成海藻床；或?qū)⑻妓峄蟮念w粒鋼渣直接投放到大洋中，補(bǔ)充大洋中鐵的含量，促進(jìn)海洋藻類生長(zhǎng)，吸收大氣中二氧化碳?xì)怏w。以轉(zhuǎn)爐鋼渣的碳酸化處理為例，研究結(jié)果表明(a)通過碳酸化處理，轉(zhuǎn)爐鋼渣中的游離氧化鈣得到固定，在水中溶出堿性明顯減弱；(b)碳酸化后鋼渣中重金屬離子的溶出對(duì)水環(huán)境幾乎沒有負(fù)面影響。具體數(shù)據(jù)見表1和表2。表1轉(zhuǎn)爐鋼渣碳酸化前后在水中溶出pH值對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2轉(zhuǎn)爐鋼渣碳酸化后在水中的溶出試驗(yàn)結(jié)果單位Pg/L<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表中數(shù)據(jù)可知，碳酸化后鋼渣在水中溶出的環(huán)境敏感金屬元素濃度都遠(yuǎn)低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996》中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，證明碳酸化鋼渣是無(wú)毒無(wú)害的，可以在水處理中安全使用，達(dá)到資源化利用。與其它的鋼渣穩(wěn)定化方法相比，本發(fā)明沒有采用先水化再碳化的兩步反應(yīng)，碳酸化過程是在沸騰床內(nèi)一步完成的。由于在一定的溫度范圍內(nèi)采用沸騰床的方式反應(yīng)，接觸面積大，反應(yīng)快速，大大節(jié)省了鋼渣碳酸化的時(shí)間；采用工業(yè)廢氣和煙道氣(有效成分為C0"氣體溫度在10(TC以上并含有一定的水蒸氣)作為氣源，以廢制廢，在減少二氧化碳溫室氣體排放的同時(shí)也使余熱得到利用，屬于環(huán)境友好技術(shù)；另外還可以根據(jù)鋼渣不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求控制碳酸化的程度。整個(gè)碳酸化方法操作靈活方便?？傊?，通過本發(fā)明，鋼渣中的游離氧化鈣轉(zhuǎn)化成了碳酸鈣，使鋼渣(尤其是轉(zhuǎn)爐鋼渣)的性質(zhì)達(dá)到了穩(wěn)定化，從而幵拓了鋼渣(尤其是轉(zhuǎn)爐鋼渣)的資源化利用領(lǐng)域。圖l是鋼渣碳酸化的工藝流程圖。圖中，l.加熱爐控制系統(tǒng)；2.加熱爐；3.沸騰床實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器；4.蒸汽冷凝裝置；5.數(shù)字壓力調(diào)節(jié)器；6.流量計(jì)；7.氣體加熱及供應(yīng)裝置；8.穩(wěn)壓器；9.氣源；IO.粉塵過濾；ll.蒸汽發(fā)生器。具體實(shí)施方式以下用實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。實(shí)施例1將粒徑小于O.5mm的轉(zhuǎn)爐鋼渣裝入沸騰床反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)溫度為400±5°C，通入二氧化碳，水蒸氣通入量為5—8%，系統(tǒng)壓力為0.3atm，反應(yīng)時(shí)間為3.5h，進(jìn)行碳酸化處理后，用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)"乙二醇檢測(cè)法"測(cè)得鋼渣中的游離氧化鈣完全轉(zhuǎn)化成碳酸鈣。實(shí)施例2將粒徑小于l一1.5ram的轉(zhuǎn)爐鋼渣裝入沸騰床反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)溫度為600±5°C，通入二氧化碳，水蒸氣通入量為12—15%，系統(tǒng)壓力為0.8atm，反應(yīng)時(shí)間為5h，進(jìn)行碳酸化處理后，用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)"乙二醇檢測(cè)法"測(cè)得鋼渣中的游離氧化,丐90%轉(zhuǎn)化成碳酸牽丐。實(shí)施例3將粒徑小于3mm的轉(zhuǎn)爐鋼渣裝入沸騰床反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)溫度為650±5°C，通入二氧化碳，水蒸氣通入量為15—20%，系統(tǒng)壓力為2atm，反應(yīng)時(shí)間為7.5h，進(jìn)行碳酸化處理后，用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)"乙二醇檢測(cè)法"測(cè)得鋼渣中的游離氧化鈣85%轉(zhuǎn)化成碳酸鈣。實(shí)施例4將粒徑為4一5rnm的轉(zhuǎn)爐鋼渣裝入沸騰床反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)溫度為750±5°C,通入二氧化碳，水蒸氣通入量為20—25%，系統(tǒng)壓力為3atm，反應(yīng)時(shí)間為10h，進(jìn)行碳酸化處理后，用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)"乙二醇檢測(cè)法"測(cè)得鋼渣中的游離氧化鈣82%轉(zhuǎn)化成碳酸鈣。權(quán)利要求1.鋼渣碳酸化處理方法，其特征在于在沸騰床反應(yīng)器中，在350-800℃、0.1-3.6大氣壓和水蒸氣含量5-25％的條件下，使粒徑≤15mm的鋼渣與CO2氣體反應(yīng)2-12小時(shí)。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沸騰床反應(yīng)器由自動(dòng)控制系統(tǒng)和加熱爐控制溫度。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粒徑《15mm的鋼渣是用篩分機(jī)篩分得到的。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述C02氣體采用工業(yè)廢氣、煙道氣或瓶裝二氧化碳?xì)怏w配水蒸汽發(fā)生器。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述C02氣體經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入沸騰床反應(yīng)器。6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述C02氣體經(jīng)壓力穩(wěn)定器控制壓力。全文摘要本發(fā)明提供一種鋼渣碳酸化處理的方法，包括在沸騰床反應(yīng)器中，在350-800℃、0.1-3.6大氣壓和水蒸氣含量5-25％的條件下，使粒徑≤15mm的鋼渣與CO₂氣體反應(yīng)2-12小時(shí)。本發(fā)明沒有采用常規(guī)的先水化再碳化的兩步反應(yīng)，而是在沸騰床內(nèi)一步完成碳酸化過程，大大縮短了鋼渣碳酸化的時(shí)間；采用工業(yè)廢氣和煙道氣(有效成分為CO₂，氣體溫度在100℃以上并含有一定的水蒸氣)作為氣源，在完成鋼渣碳酸化的同時(shí)減少了二氧化碳溫室氣體的排放并充分利用余熱；而且，操作靈活方便，可根據(jù)鋼渣不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求控制碳酸化的程度。文檔編號(hào)C04B5/00GK101269920SQ20071003838公開日2008年9月24日申請(qǐng)日期2007年3月23日優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日發(fā)明者石洪志,董曉丹,陳榮歡申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司